地震技術(shù)在崖城13-1氣田開發(fā)中的應(yīng)用

摘 要

摘要：崖城13-1氣田是中國海域內(nèi)最早發(fā)現(xiàn)的千億立方米級大氣田，現(xiàn)已進入開發(fā)中后期，自20世紀(jì)80年代以來，針對該氣田做過多輪地震資料的采集、處理和解釋工作，并且引進了很多先進的
摘要：崖城13-1氣田是中國海域內(nèi)最早發(fā)現(xiàn)的千億立方米級大氣田，現(xiàn)已進入開發(fā)中后期，自20世紀(jì)80年代以來，針對該氣田做過多輪地震資料的采集、處理和解釋工作，并且引進了很多先進的技術(shù)和研究方法，比如三維油藏描述技術(shù)、時移地震技術(shù)等。隨著地震采集處理解釋技術(shù)的不斷發(fā)展進步，對該氣田構(gòu)造、儲層的認(rèn)識也不斷深入和完善。為此，首先回顧了該氣田幾輪有代表性的地震采集、處理工作和相應(yīng)的解釋成果，展示了對該氣田認(rèn)識的逐步深入和相應(yīng)的構(gòu)造變遷過程；其次詳細(xì)闡述了該氣田在國內(nèi)首次應(yīng)用的三維油藏描述技術(shù)，這為當(dāng)時精確地計算氣田儲量奠定了基礎(chǔ)；最后，通過多個方面的研究證實了氣田的Ⅳ類AV0特征，為該氣田開發(fā)挖潛及其周圍目標(biāo)的勘探評價提供了依據(jù)，降低了鉆探風(fēng)險。
關(guān)鍵詞：崖城13-1氣田；地震勘探；技術(shù)；構(gòu)造；三維；AV0；類型；開發(fā)挖潛；勘探評價
    崖城13-1氣田的主要含氣層屬古近系陵水組和三亞組，上覆蓋層主要是新近系梅山組的鈣質(zhì)砂泥巖，而下伏的是一套崖城組煤系地層。
   自20世紀(jì)80年代以來，對該氣田先后采集過多次地震資料：1990年以前由美國ARC0公司采集了多個批次的二維地震測線，1992年初由法國CGG公司進行了首次三維地震資料采集，2001年5月由WestenGeco公司完成了第二次三維地震采集。針對這些批次采集的地震資料，曾做過多輪構(gòu)造和儲層方面的研究，也率先應(yīng)用了多項先進技術(shù)，例如：20世紀(jì)80年代就用到了疊前偏移技術(shù)，平點、亮點技術(shù)以及多種特殊處理技術(shù)(三瞬剖面、反射系數(shù)剖面、低頻吸收系數(shù)等)；1996年首次應(yīng)用了三維油藏描述和地質(zhì)建模技術(shù)，2005年又應(yīng)用了疊前AV0反演[1]、疊前隨機反演技術(shù)進行儲層描述，并開展了中國海上氣田的首次時移地震研究[2]。其中的部分技術(shù)從技術(shù)發(fā)展的角度來說，已成為當(dāng)今業(yè)界的成熟技術(shù)，但其中的大部分技術(shù)在當(dāng)時均應(yīng)該屬于業(yè)界較為先進或領(lǐng)先的技術(shù)。甚至其中有些技術(shù)是首次在國內(nèi)應(yīng)用，比如三維油藏描述技術(shù)、時移地震技術(shù)等。
1 地震資料采集處理及構(gòu)造形態(tài)變遷
    崖城13-1氣田地震資料的采集和處理工作是根據(jù)不同勘探開發(fā)階段生產(chǎn)研究的需要和對氣田地質(zhì)認(rèn)識的不斷深入而實施的。由于采集、處理技術(shù)的不斷發(fā)展，每次采集處理得到的結(jié)果都會促進對構(gòu)造、地質(zhì)和氣藏的更深入認(rèn)識，使這些認(rèn)識不斷趨近于地下的真實情況，從而為氣田的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。
1.1 地震資料采集處理
    1979年前由原南海石油勘探指揮部采集過少量地震資料，由于覆蓋次數(shù)僅24次，測網(wǎng)不規(guī)則且后被新測網(wǎng)所覆蓋，已無實用價值。自1979年開始，美國ARC0公司為作業(yè)者，先后于1979、1983、1984年和1985年做了4批海上地震采集工作，總工作量為540km。1990年以前對這些二維資料做了多次地震處理。有代表性的是在1985年底至1986年初針對資料存在的多次波問題、氣水界面的位置問題等進行的處理，這次處理采用了疊前偏移和傾角校正等處理手段，壓制了多次波，突出了不同斜率的反射，清楚地反映了砂層在頂部缺失的現(xiàn)象，并且發(fā)現(xiàn)在疊前偏移剖面上2.88s處有一個很清楚的平點反射，解釋它為該氣藏的水界面的反射[5]，現(xiàn)已被鉆井證實；另外1988年初對1985—1986年的處理流程作了一些改進，最明顯的地方是采用疊前FK偏移，提高了分辨率。氣田開發(fā)ODP設(shè)計的構(gòu)造基礎(chǔ)即是根據(jù)1988年提高分辨率后的資料并結(jié)合1985—1986年的處理結(jié)果而獲得的[4]。
   為了解決氣田構(gòu)造的不確定性、降低斷層對氣田開發(fā)的影響，以及對ODP方案進行優(yōu)化并指導(dǎo)其實施，1992年2月由法國CGG公司對崖城13-1構(gòu)造區(qū)進行了第一次三維地震資料采集(AC92)。資料采集采用雙源雙纜地震船作業(yè)，這在南海海域尚屬首次，共采集地震資料290km2。這批資料的第一次處理由美國Digicon公司進行，1992年12月完成全部三維地震資料的處理，處理采用的是常規(guī)的疊后偏移技術(shù)，三維資料處理面元為12.5m×12.5m。在這批三維地震資料基礎(chǔ)上優(yōu)化的和實施的氣田開發(fā)方案，把最初設(shè)計氣田第一批實施8～9口開發(fā)井的方案改為了6口井，而且同樣達(dá)到了最初設(shè)計8～9口井的產(chǎn)能，大大節(jié)約了氣田的開發(fā)成本。此外，該批資料還是1997年氣田儲量計算、氣田開發(fā)前期(1996—2002年)管理的主要資料依據(jù)之一[5]。
    氣田開發(fā)5年以后，出現(xiàn)了各井壓力下降存在差異和儲層縱向動用不均的現(xiàn)象，加之下游對天然氣的旺盛需求，需要實施已鉆開發(fā)井未生產(chǎn)層進行補射孔作業(yè)和新鉆生產(chǎn)井等措施。為此，在1999年開展了對AC92地震資料重處理，并在分析重處理資料的基礎(chǔ)上于2001年5月實施了第二次的三維資料采集(BP01)。第二次三維資料采集由WestenGeco公司完成，采用雙源八纜進行采集作業(yè)，采集面元為25m×12.5m，共采集資料550km2。BP01資料的處理由WestenGeco公司完成，采用的是疊前時間偏移技術(shù)，處理面元為12.5m×12.5m。第二次三維資料采集的主要目的是通過更高質(zhì)量的三維地震資料來幫助研究氣田儲層分布和橫向分塊情況。將1992年采集處理和2001年采集處理的地震資料進行對比，可看出2001年的資料無論是分辨率還是信噪比都比1992年的資料有較大的改善，特別是在氣田的主要目的層段——陵三段，2001年采集處理的地震資料其基底、陵三段氣層底界反射和斷層的斷點反射更加清楚，另外，陵三段儲層的內(nèi)幕也變得更為清晰[6]。根據(jù)BP01三維地震資料研究成果，在今后的幾年里，共設(shè)計和實施了8口調(diào)整生產(chǎn)井，為保證之后的10年氣田穩(wěn)定生產(chǎn)提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時也實現(xiàn)了提高氣田采收率和對氣藏的最優(yōu)管理的目的。
    2011年，為了實現(xiàn)氣田的三采，特別是對低滲透儲層的開發(fā)，我們又開展了對BP01資料進行重新處理的工作。目前試處理的結(jié)果顯示，重新處理資料在信噪比、分辨率和資料相對保幅方面的質(zhì)量都會有所提高，預(yù)計重處理的資料可為主力氣層下一步調(diào)整井的部署和低滲透儲層甜點的尋找提供有力的支持。
1.2 構(gòu)造特征變遷
    由于采集處理技術(shù)的不斷發(fā)展，和測網(wǎng)密度不斷提高，崖城13-1氣田每次采集處理都會促進構(gòu)造和斷層的解釋不斷深化，使得對氣田構(gòu)造的認(rèn)識不斷趨近于地下的真實情況。筆者著重介紹3次有代表性的解釋成果，來展示構(gòu)造認(rèn)識的不斷變遷。這3次有代表性的解釋成果分別是1990年基于二維資料的解釋成果、1997年基于AC92三維資料的成果和2003年基于BP01三維資料解釋的成果。
    1990年、1997年和2003年地震解釋結(jié)果均表明：崖城13-1構(gòu)造是一個半背斜構(gòu)造，構(gòu)造的形成與基底隆起有關(guān)。構(gòu)造西冀以鶯歌海①號斷裂為界，陵水組和三亞組在構(gòu)造頂部被剝蝕，對于陵三段儲層來說其構(gòu)造形態(tài)是一個“禿頂”的半背斜。

    表1是1990年、1997年和2003年解釋的陵三段氣層頂(T62)、底(T70)構(gòu)造要素對比表。這幾次解釋的構(gòu)造走向均為北西 南東向(圖1)，然而解釋的氣層頂面構(gòu)造圈閉面積、構(gòu)造幅度和最低圈閉線均有一定程度的變化，但在BP01資料基礎(chǔ)上研究得到的構(gòu)造圖在實鉆井深度、橫向壓力變化和氣水界面等方面均與實際資料最為吻合。

    綜上所述，地震資料采集和重新處理貫穿了整個崖城13-1氣田的勘探開發(fā)過程，每個階段都根據(jù)勘探和開發(fā)的需求，充分利用業(yè)界采集處理技術(shù)的發(fā)展來解決氣田開發(fā)面臨的問題，為類似氣田的開發(fā)提供了范例。
2 中國首個三維油藏描述研究及其應(yīng)用
    崖城13-1氣田在1996年時在國內(nèi)首次應(yīng)用了綜合地質(zhì)統(tǒng)計三維油藏描述方法進行了氣藏描述。該技術(shù)綜合應(yīng)用地震信息、地質(zhì)資料和測井成果獲得了崖城13-1氣田精細(xì)的三維儲層模型：包括巖相、孔隙度和滲透率的模擬結(jié)果，并估算出該氣田的原始天然氣地質(zhì)儲量。
    這次氣藏描述通過使用多步驟、復(fù)合地質(zhì)統(tǒng)計模擬技術(shù)，構(gòu)建了多個具有同等概率分布的巖相組、孔隙度和滲透率模型，圖2是崖城13-1氣田氣藏描述流程。巖相組模式是這個流程的基本模型，它是以巖心的巖相描述資料為基礎(chǔ)，用三維地震波阻抗體進行外推，應(yīng)用分類變量條件序貫指示模擬方法(SISIMPDFP)來構(gòu)建的，模擬的實現(xiàn)與實際的鉆井資料和地質(zhì)模型保持一致。在這個模型的基礎(chǔ)上，選擇巖相組模型和特定巖相組的孔隙度統(tǒng)計結(jié)果，使用序貫高斯模擬方法(SGSIM)估算孔隙度值。滲透率的分布則根據(jù)不同的巖相組、孔隙度以及用井資料確立的孔-滲關(guān)系，利用序貫高斯協(xié)模擬(SGCOSIM)來確定。
 

2.1 巖相組模擬
    為了研究陵三段砂巖體的非均質(zhì)性，研究采用了分類變量條件序貫指示模擬方法(SISIMPDFP)估算巖相組的空間分布。
    進行巖相組模擬需要輸入井的巖心描述資料，各巖相組展布方向和反映空間對比關(guān)系的變差函數(shù)模型等地質(zhì)信息。每個單元中各巖相組所占的比例根據(jù)巖心的統(tǒng)計結(jié)果來確定，縱向的變差函數(shù)模型由巖心資料確定，但橫向的變差函數(shù)型不能用有限的井點資料導(dǎo)出。為此，分析了巖相組與地震波阻抗值的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)低阻抗區(qū)是好巖相高概率出現(xiàn)區(qū)，而高阻抗區(qū)則是細(xì)砂巖和泥巖相高概率出現(xiàn)區(qū)，把這個規(guī)律轉(zhuǎn)換為一個概率表，用作巖相組模擬的“軟”信息。當(dāng)估算遠(yuǎn)離井點的巖相組時，用與地震阻抗相關(guān)度來指導(dǎo)巖相組的橫向變化。由于地震阻抗提供了與巖相橫向變化相關(guān)的有價值信息，減少了隨機模擬的不確定性，從而使井間區(qū)域的儲層描述不確定性明顯下降。
   在遵循地質(zhì)模型縱橫向變化趨勢、空間對比關(guān)系及相應(yīng)點的地震阻抗值的前提下，用克里金方法求取每個網(wǎng)格點上巖相組的局部條件累積分布函數(shù)(CCDF)，地震阻抗指示了各個巖相組出現(xiàn)的概率。在克里金處理中，在給定的搜索領(lǐng)域內(nèi)，已模擬產(chǎn)生的資料可作為改善下一個新估算點的控制資料。按網(wǎng)格點上的累積分布函數(shù)，用隨機抽取處理方式指定該網(wǎng)格點的巖相組，沿著任意指定路徑，橫切整個三維網(wǎng)格每個節(jié)點，不斷重復(fù)上述過程，產(chǎn)生一個隨機模擬實現(xiàn)。對多個變差函數(shù)模型所產(chǎn)生的多個實現(xiàn)進行觀察后，最后確定一組最優(yōu)化的參數(shù)集，這組參數(shù)集代表了基于井資料并與沉積相模式相結(jié)合的模擬參數(shù)的最佳估算，并由此獲得巖相組的模擬結(jié)果。
2.2 孔隙度和滲透率模擬
    用序貫高斯模擬(SGSIM)來估算特定巖相組的孔隙度分布，該方法按巖相組統(tǒng)計所得到的結(jié)果對孔隙度進行描述，每個巖相組的孔隙度都要經(jīng)正態(tài)得分變換(NS)。井的孔隙度資料被繪制成歸一化的高斯分布，井間孔隙度的估算是在歸一化地層坐標(biāo)系統(tǒng)中完成的，最后把估算出的孔隙度反變換成實際孔隙度。
   SGSIM技術(shù)屬于序貫?zāi)M技術(shù)的一種，其要求的條件是通過把特定巖相組的孔隙度分配給鄰近的網(wǎng)格，而遠(yuǎn)離井的網(wǎng)格用的是隨機序列。對每個網(wǎng)格，孔隙度值從高斯概率分布中抽取，抽取方法是根據(jù)井的資料、相鄰網(wǎng)點上已模擬產(chǎn)生的孔隙度值，以及巖相組給出的變差函數(shù)模型，用克里金方法估算這個分布的平均值和方差值。直至所有網(wǎng)格點的孔隙度都被估算出來后，這個巖相組孔隙度的模擬才結(jié)束，其他巖相組同樣重復(fù)這個模擬過程。
    在巖相組模型和孔隙度模型的基礎(chǔ)上，用多步驟地質(zhì)統(tǒng)計方法產(chǎn)生實際滲透率描述模型，應(yīng)用的是序貫高斯協(xié)模擬技術(shù)(SGCOSIM)。這項技術(shù)類似于在孔隙度描述中使用的SGSIM技術(shù)，都依靠概率分布和變差函數(shù)。對于每個網(wǎng)格來說，先用協(xié)克里金方法計算概率分布，再根據(jù)概率分布計算滲透率。滲透率的變化趨勢與孔隙度的變化趨勢是相同的，高滲層在儲層的上部，向下滲透率變低，這與巖心資料統(tǒng)計結(jié)果一致，也類似于孔隙度描述的變化趨勢，對于單個網(wǎng)格點，滲透率的變化要比孔隙度的變化大一些。
    基于上述巖相組、孔隙度和滲透率的模擬結(jié)果，采用一組孔、滲模型實現(xiàn)的中值及3種含水飽和度模型估算的地質(zhì)儲量有不到10%的變化，并且與后來在地震資料重新采集和鉆井資料不斷豐富的情況下開展的儲量重算的結(jié)果相差無幾。
    應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計方法，成功地對崖城13-1氣田進行了儲層描述，綜合利用了地震、地質(zhì)和鉆井等方面的資料，得出了多個等概率的儲層描述模型。這些模型代表了當(dāng)時資料下對崖城13-1氣田儲層的最佳估算，為氣田儲量計算和開發(fā)方案制訂奠定了堅實的基礎(chǔ)。
3 AV0類型確定及在勘探開發(fā)中的應(yīng)用
    AV0實踐表明，氣層的AVO特征變化十分復(fù)雜，并不是所有氣層的AV0特征都呈現(xiàn)增加情況。Koefoed詳細(xì)研究了入射角小于30°的情況下泊松比對反射系數(shù)的影響：當(dāng)界面兩側(cè)泊松比相同時，不論上下地層的波阻抗差為正或負(fù)，其反射系數(shù)絕對值隨著入射角的增加而減??；當(dāng)上覆介質(zhì)的泊松比大于下伏介質(zhì)的泊松比時，不論上下地層的波阻抗差為正或負(fù)，其反射系數(shù)代數(shù)值隨著入射角的增加而減?。划?dāng)上覆介質(zhì)的泊松比小于下伏介質(zhì)的泊松比時，不論上下地層的波阻抗差為正或負(fù)，其反射系數(shù)代數(shù)值隨著入射角的增加而增加。Rutherford于1989年根據(jù)氣層的波阻抗特征和泊松比特征將氣層分為3類，Castagna等[7]于1998年將Rutherford的氣層分類法推廣到了Ⅳ類砂巖，也就是對于很大的反射系數(shù)值和小的泊松比變化，可能會看到與標(biāo)準(zhǔn)第Ⅲ類異常相反的情況，Castagna把它定義為第Ⅳ類異常。
3.1 崖城13-1氣田AV0類型的確定
    為了確定崖城13-1氣田陵三段的AV0類型，首先從理論出發(fā)統(tǒng)計了井上的氣層及上覆地層的屬性參數(shù)，包括縱橫波速度、密度、泊松比等參數(shù)，并通過Shuey’s的簡化Zoeppritz方程計算了反射系數(shù)，發(fā)現(xiàn)氣層頂面的反射系數(shù)大，而泊松比變化較小(表2)，滿足產(chǎn)生第Ⅳ類異常的條件；接著選擇代表性的井(A5井)進行了正演模擬，模擬結(jié)果顯示該井正演道集的氣層頂面均對應(yīng)波谷(負(fù)反射系數(shù))，并且隨著偏移距的增加振幅有減弱的跡象；隨后對實際的地震道集進行了AV0分析(圖3)，從實際道集中提取的氣層頂面AV0曲線表明：在偏移距200～4500m的變化范圍內(nèi)，反射系數(shù)均為負(fù)值，并且其絕對值隨著偏移距的增多而減小，證實了該氣藏的Ⅳ類AV0特征。另外，在沒有鉆井的地方也對實際地震道集進行了AV0分析，均顯示為Ⅳ類AV0特征。

3.2 在勘探開發(fā)中的作用
    理論計算、正演模擬和實際道集分析均表明崖城13-1氣田陵三段氣層具有Ⅳ類AV0特征，那么三亞組和陵三段氣層周邊的勘探目標(biāo)是否也屬Ⅳ類AVO特征呢?三亞組的WedgeA砂體在2000年之前只有崖城13-1-4井鉆遇，鉆遇的地層厚度為111.3m，但氣層厚度只有6m，且物性較差，滲透率只有14mD，之前的地質(zhì)研究成果認(rèn)為該砂體的開發(fā)潛力不大。但是該砂體在地震資料上反射特征清楚，通過對比追蹤、AV0分析和疊前AV0反演認(rèn)為該砂體具有與陵三段氣層相同的Ⅳ類AVO特征(圖4)，從反演得到的WedgeA頂面縱橫波速度比分布圖(圖5)可以看出崖城13-1-4井鉆遇了WedgeA砂體的邊部，相對整個砂體來說崖城13-1-4井位置物性較差，而該砂體東部物性變好、含氣性特征更明顯、厚度也變大，通過崖城13-1-4井層速度預(yù)測砂體A8井處氣層厚度在50m以上，基于上述的地震預(yù)測結(jié)果決定鉆探A8井。于2000年在崖城13-1-4井東邊鉆探了A8井，在該砂體鉆遇氣層厚度達(dá)65.2m，滲透率高達(dá)1600mD、日產(chǎn)氣150×104m3，是目前該氣田產(chǎn)量最高的井之一，從而證實了鉆前的地震預(yù)測結(jié)果。
    同樣地對崖城13-1圍區(qū)目標(biāo)用實際道集進行了AV0分析，從圖4可以看出崖城19-3和崖城13-1E兩個目標(biāo)均存在了Ⅳ類AV0異常特征，并且比較而言，在有效偏移距范圍內(nèi)崖城13-1E砂體反射系數(shù)的變化幅度較崖城19-3更大一些。

   為了進一步評價這些目標(biāo)、深入研究儲層物性，筆者模擬了不同孔隙度情況下的AV0曲線，并基于地震道集做了疊前AV0反演，結(jié)果表明陵三段氣藏的AV0響應(yīng)對孔隙度的變化非常敏感，隨著孔隙度的減小，反射系數(shù)的絕對值明顯降低。而理論研究表明反射系數(shù)與阻抗差直接相關(guān)，在上覆泥巖的波阻抗值較大、并且分布穩(wěn)定的情況下，氣層的波阻抗值越小則阻抗差越大、反射系數(shù)絕對值也越大、孔隙度越高。從AV0反演得到了氣層波阻抗分布圖(圖6)中可以看出崖城19-3和崖城13-1E兩個目標(biāo)都存在低阻抗異常，但較崖城13-1氣田主體區(qū)的波阻抗值略大一些，結(jié)合敏感性分析表明這兩個目標(biāo)的孔隙度可能較崖城13-1氣田要低，物性相對要差一些，但這兩個目標(biāo)同樣也具有Ⅳ類AV0和低阻抗的含氣特征，應(yīng)作為氣田下一步滾動勘探開發(fā)的主要目標(biāo)。

4 結(jié)束語
    迄今為止，崖城13-1氣田為中國海域內(nèi)最早發(fā)現(xiàn)的千億方級大氣田，氣田已發(fā)現(xiàn)28年、投入開發(fā)16年，已進入開發(fā)的中后期。在氣田整個勘探開發(fā)過程中開創(chuàng)性的應(yīng)用了許多先進的地震技術(shù)，并取得了氣田勘探開發(fā)的很多經(jīng)驗，這可為國內(nèi)類似油氣田的勘探開發(fā)提供借鑒。從氣田的整個地震研究過程和所采用的先進技術(shù)可以得出以下幾點認(rèn)識：
    1) 氣田開發(fā)過程中應(yīng)充分利用地震采集、處理技術(shù)的進步來不斷提高資料品質(zhì)，以達(dá)到解決地質(zhì)、油藏的問題和提高氣田管理水平的目的。
    2) 三維地質(zhì)建模的研究成果達(dá)到了三維儲層預(yù)測和儲量估算的目的，并開創(chuàng)了國內(nèi)三維地質(zhì)建模的先河。
    3) AV0技術(shù)研究成果在氣田內(nèi)部的成功應(yīng)用，為崖城13-1氣田周圍區(qū)或的滾動勘探開發(fā)目標(biāo)的評價提供了技術(shù)依據(jù)，降低了鉆探風(fēng)險。
參考文獻
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(本文作者：周家雄1，2 孫月成2 1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院；2.中海石油(中國)有限公司湛江分公司)