普光气田膏岩层下碳酸盐岩薄储层预测研究*

陈琦，刘全稳，王身建，吕一

(广东石油化工学院 石油工程学院，广东 茂名 525000)

随着埋深的增加，薄储层厚度的认识也不一样。如何识别3500 m埋深下的碳酸盐岩薄储层，尤其是膏岩层下的碳酸盐岩薄储层，不仅是生产实际的需求，而且具有较为重要的科学意义。普光气田位于四川盆地东北部，其主要产层为飞仙关组和长兴组。飞仙关组的鲕粒白云岩次生孔隙十分发育, 孔隙度可高达20%, 是罕见的深部优质孔隙型储层[1]，在经历了近年的勘探与开发后，飞仙关组和长兴组的产量已经明显降低。为了保持产能，目前，勘探开发目标逐渐转移到了储层厚度较薄、物性较差的嘉陵江组。

如何将埋藏深的薄储层准确识别出来，是研究人员面临的一大难题。储层薄、物性差所导致的地震响应特征不明显，是形成该区研究困难的主要原因。以往的研究大都集中在缝洞型和溶洞型储层的认识上，而薄储层研究则鲜有人为。普光气田南部的SM区块的薄储层不仅埋藏较深，还具有紧邻膏盐层下的特殊结构。正确认识和预测评价膏盐层下的薄储层，具有重要的现实意义。

1 SM区块嘉陵江组储层特征

SM区块位于普光气田南部，行政上隶属于四川省达州市宣汉县和达县，面积约600 km2。该区以线状背斜为主，主要发育有铁山断背斜构造、双庙背斜构造和雷音铺背斜构造，处于一个多边界的构造交接部位，经历了加里东、海西、印支、燕山和喜马拉雅等多期构造运动，这些构造运动形成了盆地周边地壳表层的收缩褶皱，尤其是燕山晚期和喜马拉雅期的强烈挤压作用，形成了大量逆冲断层及相关褶皱。因受不同方向、不同层次的挤压和滑脱作用，构造形变明显。

1.1 SM区块嘉陵江组结构特征

嘉陵江组厚度一般为769～1050 m，主要形成于浅海台地环境，岩性一般为灰色及黄灰色灰岩、泥质灰岩、白云岩与膏盐岩互层。自上而下分为五段，其中嘉五段、嘉四段的膏岩极为发育，嘉三段、嘉二段、嘉一段碳酸盐岩发育。

(1)嘉五—嘉四段(T1j5—T1j4)：以蒸发台地相为主。岩性以白-灰色石膏岩及浅灰色膏盐岩为主，夹薄层深灰色云岩、含灰质云岩；底部以灰色泥晶白云岩、含灰质白云岩为主，其间夹浅灰色硬石膏岩及砂屑云岩，发育有多套膏盐岩层，总厚度约30 m。(2)嘉三段(T1j3)：为局限-开阔台地。岩性以灰岩为主，其间夹灰色含泥质白云岩，厚度200 m左右。 (3)嘉二段(T1j2)：嘉二段以蒸发-局限台地相为主，又分为三段，上部以灰白色石膏岩为主，厚度20 m，夹灰色-深灰色含膏白云岩；中部以深灰色白云岩为主，为储层主要发育层段；下部以深灰色泥灰岩、灰岩为主；底部为石膏及膏质白云岩。(4)嘉一段(T1j1)：沉积相以开阔台地相为主。该段岩性以大套灰岩段为主要特点，在近底部夹膏质灰岩、膏质云岩及砂屑云岩。底部与下伏飞仙关组四段顶部的硬石膏岩或泥质白云岩之间整合接触[2]。由于嘉三段以上无有效储层，本次研究以嘉二上部膏岩+嘉二中部白云岩储层，嘉二底部膏岩+白云岩储层，作为技术攻克重点目标。嘉二段(T1j2)在沉积时，普光地区曾三度发生海退—海侵周期性变迁，总体表现为海平面下降。海退时表现为以膏岩、云膏岩、云岩、膏云岩等沉积为主的蒸发潮坪和蒸发泻湖环境；海侵时则表现为以泥晶灰岩、泥灰岩、云岩、云灰岩、含膏灰岩为主的局限泻湖和局限潮坪环境，海水具有自西南向北东逐渐变浅趋势。

嘉二时期的台内滩形成于台地内的相对高地形处，是局限台地相带中受潮汐或波浪作用控制形成的较高能沉积区。研究区铁山-双庙-雷音铺滩体为普光地区一个较大的滩体，纵向上呈现出蒸发台地和局限台地交互沉积的特征，平面上呈北东—南西向朵状展布，沉积相对稳定，仅因微地貌的差异沉积微相略有变化。

1.2 储层基本特征

针对嘉陵江组储层主要发育在嘉二段，通过岩芯观察及铸体薄片、FMI成像测井等资料，分析储集空间类型为孔隙和裂缝两种类型，主要以孔隙为主。

孔隙储层以次生孔隙为主,主要表现为：一种与溶蚀有关，如溶孔(洞)、溶缝等；另一种则是与溶蚀无关的孔隙，如晶间孔。溶蚀孔中又以晶间溶孔和晶间溶蚀扩大孔为主。

裂缝储层主要表现为水平缝、斜裂缝和垂直缝三种类型的构造缝或溶缝，但裂缝大都被方解石、膏质或泥质半充填—全充填[3]。

储层孔隙结构特征表现为以微孔隙为主，喉道类型以微喉道为主。

储层的物性特征表现为以低孔-低渗储层为主，研究区嘉二段的平均孔隙度为4.3%，平均渗透率为0.26 mD。物性整体上较差, 以三类储层为主。

2 储层地球物理特征

储层的厚薄实际上是一个相对概念。地震勘探技术上的薄储层是以当代技术最小可识别为宜，因此，不同深度、不同地震速度、不同地层结构的地区，薄储层的最小可识别厚度不同。

从Rayleigh的分辨率准则出发，应把薄层定义为其厚度小于λ/4(λ为地震子波的主波长)的地层。Widess(1973)利用正弦波对楔形体作理论合成记录，发现当厚度小于λ/8时，复合反射波变为入射子波的微分形式的稳定状态，即此时复合反射波从波形上看不可识别[4]。所以薄层的区分，与所用的观点、方法有很大的关系,没有一个统一的划分界限。但目前,多数人仍以λ/4为界来划分[5]。

而本文研究的薄储层建立在对石膏层下碳酸盐岩综合地震响应特征上，以预测和寻找薄储层有利发育带为勘探提供依据。

2.1 测井响应特征

对研究区的测井数据进行综合统计分析，本区嘉二段共发育三种主要岩性(石膏岩、白云岩、灰岩)。其中，石膏的自然伽马为10～22 API，声波时差为164～175 μs/m，密度为2.7～2.9 g/cm3；石灰岩的自然伽马为10～90 API，声波时差为145～155 μs/m，密度为2.7～2.8 g/cm3；白云岩的自然伽马为15～25 API，声波时差为140～150 μs/m，密度为2.75～2.85 g/cm3。显而易见，本区嘉陵江组二段的三种主要岩类(石灰岩、白云岩、石膏)存在以下规律：自然伽马值，石膏<白云岩<石灰岩；声波时差值，白云岩<石灰岩<石膏；密度值，石灰岩<白云岩<石膏。

2.2 正演地震响应特征

根据钻井资料，嘉二段的薄储层表现为，埋深在3500 m左右，厚度为10～22 m，以这一深度地震波长为150 m计，则最小可识别厚度的1/4波长约为38 m，所以本区嘉二段储层应属于地震不可识别薄储层范畴。此外，在嘉二段储层上方还发育有一套厚度为20 m的石膏层，使这一类储层的识别情况更为复杂。

根据工区测井数据显示的速度和密度情况，建立了嘉二段楔形体储层的速度和密度模型(图1)。楔形体起点为最左端的0 m点，最大厚度为50 m。利用主频为40 Hz的雷克子波得到了模型正演剖面图(图2)。

图1 嘉二段楔形体储层正演模型 图2 嘉二段楔形体储层地震正演剖面

在正演剖面中可以看出从上到下共有三条较强的反射同相轴，其中第一条强反射轴为嘉三段底界的反射，第三条强反射同相轴为嘉二段底界的反射，而第二条较强反射同相轴则是嘉二段的膏岩底界的反射，这一套反射分布较稳定。对比图1与图2可见，在楔形体发育部位，受储层物性影响，石膏层与储层的分界处的反射同相轴与楔形体外同相轴明显不同。从左到右，楔形体厚度的变化，导致同相轴出现明显差异的点为图中的极性反转点，表明在此反射点，楔形体的储层物性特征得以彰显，而小于此点厚度的楔形体无法显示，将此极性反转点的厚度，定义为最小可识别厚度。

图3 inline152线叠前时间偏移剖面

图2中的极性反转点出现在第12道，同相轴发生了明显变化，膏岩底界的反射同相轴皆表现为极负性现象，此时对应的楔形体厚度为14 m，所以可以认为在川东北地区埋深3500 m左右的嘉二段石膏岩下的储层厚度等于或大于14 m时，地震剖面可以显示出石膏层下所含有的储层。由此，从图中可以看到一个现象：与嘉二段石膏层配套的储层，当厚度小于14 m时，地震同相轴不改变属性；当大于14 m时，地震同相轴表现为石膏层的底部出现了负极性同相轴；并且，储层厚度越大，负极性振幅越大，之下储层的正极性振幅配套出现。这一现象，被归结为寻找嘉二段下储层的波组特征现象。

根据这一认识，首先追踪出了整个工区的石膏层的底界反射(图3，测网密度8×8)，从图3中可以看到石膏底界的反射在地震剖面上出现了负极性的反射同相轴，在其下方有“亮点”反射特征的地震相，根据前文的模型正演研究，这种地震相特征为嘉二段储层有利发育区。当“亮点”表现为弱振幅、断续特征时，储层厚度较薄，当同相轴振幅较强，连续性表现较好时，表明该段储层较厚。

3 储层预测研究

利用地震资料进行储层预测的方法有很多，目前比较实用且能有效组合的技术包括地震属性分析技术和反演技术。

3.1 地震属性分析

地震属性是指那些由叠前或叠后地震数据，经过数学变换而导出的有关地震波几何学、运动学、动力学和统计学的特征。由于地震属性与所预测对象之间的关系复杂，不同研究区不同储层的敏感属性也不完全相同，即使在同一研究区的同一储层，不同预测对象所对应的敏感属性也有差异[6，7]。针对不同的类型储层的研究应选择相应的地震属性进行研究。在本区中，石膏层反射的振幅特征能够反映嘉二段的储层性质的优劣，因此优选了平均波峰振幅和平均振幅的属性组合，可以较好地反映该储层的分布(图4a，4b)。从图4中可以看出，在工区中部的区域为石膏岩振幅较强区，即为嘉二储层有利分布区。由于两张图都是振幅类属性，所以二者基本类似，只是其分布区有细微的差别。

图4 研究区薄层平均波峰振幅和石薄层平均振幅切片

3.2 模型反演技术分析

图5 过雷北1井inline 195 线阻抗反演剖面

利用地震属性分析技术能够定性地预测储层有利分布区，然而若要定量地预测储层的分布则需要借助于地震反演技术。目前地震反演技术包括很多种如道积分、递推反演、模型反演和随机反演等，每种反演方法适用于不同的地质条件。嘉二储层由于其沉积相分布较为稳定，储层较薄，适用基于模型的反演方法来进行嘉陵江组储层预测。

图5为工区过雷北1井的波阻抗反演剖面，从反演剖面中可以看到反演剖面整体阻抗结构合理，能反映嘉陵江组的总体阻抗结构，其嘉二底界以上和嘉三底界以下的区域为嘉二储层有利分布区，其储层阻抗分布范围为17500～18500 mc/ggs。

根据本次的阻抗反演结果，以所追踪的石膏岩底界层位反射做了平均阻抗切片，切片的结果见图6。

图6 研究区薄储层阻抗切片 图7 研究区薄储层厚度等值线

阻抗切片能较明确地反映储层的有利分布区，但是无法准确描述储层的厚度分布。因此在波阻抗反演剖面算出每一地震道的速度，把反演剖面上的时间厚度转换成深度厚度，然后再网格化得到研究区的储层厚度平面图(图7)。从图7中可以看出研究区的储层厚度小于25 m，大部分在15 m以下，在双庙场主体构造附近有两块较厚的区域。

3.3 孔隙度预测

储层预测中尤其是油气勘探开发中，孔隙度是一个非常重要的物性参数，而从地震资料中反演得到孔隙度对于勘探开发具有很重要的意义。孔隙度反演与阻抗反演的原理不太一样，目前大部分的孔隙度反演是基于数据驱动方法的，它的基本原理是在已知钻井处寻找已知的孔隙度和井旁处地震属性的关系(线性的或非线性的)，然后把寻找到的数学关系运用到未钻井区域，把未知区域的地震数据转换成孔隙度数据。和其他方法相比，通过使用地震资料反演孔隙度，精度相对较高。

图8 嘉二段薄储层孔隙度等值线

在孔隙度反演结果的基础上，通过嘉三底界和嘉二底界两套层位，提取嘉陵江组二段储层平均孔隙度(图8)。从图8中可以看出嘉二储层孔隙度多小于6%，大部分在2%～4%之间，在平面上孔隙度呈团块状分布。根据孔隙度反演显示的有利储集区域与其他方法的结果基本一致，和钻井、地质资料吻合，认为根据孔隙度这一属性得到的结果真实可靠。

4 结论

(1)在对SM地区嘉陵江组储层特征分析的基础上，通过正演模拟技术对薄储层进行识别，分析结果认为，该区碳酸盐岩储层的最小可识别厚度为14 m。

(2)随着埋深增加，本研究区嘉陵江组储层厚度薄，储层物性差，地震响应不明显等问题更加突出，无法用常规方法进行储层预测。本文通过研究石膏层的地震响应特性来寻找储层有利发育带，预测结果和后来钻的两口井高度吻合，结果表明，上述技术对本区碳酸盐岩储层预测是有效的。