天然气地球科学 >

2020 , Vol. 31 >Issue 10: 1479 - 1488

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2020.07.001

天然气勘探

“两宽一高”地震勘探技术在松辽盆地北部深层致密气储层预测中的应用

  • 孙丽梅
展开
  • 中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712

孙丽梅（1986-），女，内蒙古赤峰人，工程师，硕士，主要从事地震资料综合解释与储层预测等研究.E-mail:.

收稿日期: 2020-05-10

  修回日期: 2020-07-02

  网络出版日期: 2020-09-30

收起

Application of “two wide and one high” seismic exploration technology in the prediction of deep tight gas reservoir in the north of Songliao Basin

  • Li-mei SUN
Expand
  • Exploration and Development Research Institute，Daqing Oilfield Company，PetroChina，Daqing 163712，China

Received date: 2020-05-10

  Revised date: 2020-07-02

  Online published: 2020-09-30

Supported by

The Major Science and Technology Project of CNPC （Grant No. 2016E-0203）.

Fold

本文亮点

致密砂岩气是非常规天然气勘探的重点领域，松辽盆地徐家围子断陷沙河子组具备形成大面积致密砂岩气藏的地质条件。针对徐家围子断陷以往常规地震资料覆盖次数低、方位窄、网格粗，深层致密砂砾岩储层刻画较难的问题，在徐家围子断陷DS20井区开展了宽频带、宽方位及高密度的地震采集、处理及解释研究攻关试验。采用宽方位观测、小面元及高覆盖次数的采集方法，以宽频处理理念为指导，采用海量数据分偏移距组初至波拾取技术、真三维噪音压制技术、加权最小二乘拉冬变换压制多次波技术等宽频保幅保真的处理技术，初步形成了松辽盆地北部深层“两宽一高”地震勘探技术，得到了相比常规地震资料具有宽频保幅高分辨率的地震资料。地震资料频宽达到5~80 Hz，目的层层序界面成像清晰，东西物源边界清楚，结合精细地震解释及反演，较好地预测了致密砂砾岩储层，单层厚度8 m以上储层预测钻井符合率达78%，相比老资料提高了近10%，满足了井位部署的目标精细刻画需求。

本文引用格式

孙丽梅 . “两宽一高”地震勘探技术在松辽盆地北部深层致密气储层预测中的应用[J]. 天然气地球科学, 2020 , 31(10) : 1479 -1488 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2020.07.001

Highlights

Tight sandstone gas is the key field of unconventional gas exploration. Shahezi Formation of Xujiaweizi fault depression in Songliao Basin has the geological conditions to form a large area of tight sandstone gas reservoir. In order to solve the problems of low coverage， narrow azimuth， coarse grid and difficult description of deep tight glutenite reservoir in Xujiaweizi fault depression， we have carried out a wide-band， wide azimuth and high-density seismic acquisition， processing and interpretation research key test in the area of Well DS20 of Xujiaweizi fault depression. Under the guidance of the concept of wide-band processing， the acquisition methods of wide-ranging observation， small-scale elements and high coverage times are adopted， and the processing technologies of wide-band amplitude preservation and fidelity preservation， such as the first arrival wave pick-up technology of migration distance group， true three-dimensional noise suppression technology， weighted least square Radon transform and multiple wave suppression technology， are adopted， initially forming the deep "two wide and one high" seismic exploration technology in the north of Songliao Basin compared with the conventional seismic data， the seismic data with wide frequency and high resolution are obtained. The frequency width of seismic data reaches 5-80 Hz， the target sequence interface image is clear， and the boundary between east and west material source is clear. Combined with fine seismic interpretation and inversion， the tight glutenite reservoir is predicted well. The predicted drilling coincidence rate of the reservoir with a single layer thickness of more than 8 m is 78%， which is nearly 10% higher than the old data， meeting the demand of fine characterization of well location deployment.

0 引言

深层致密砂岩气藏已成为全球非常规天然气勘探的重点领域，是世界各国重要的非常规油气田的接替资源［1-4］。已有的研究和勘探成果证实，松辽盆地北部深层天然气储集层为致密砂砾岩储层［5-8］。而断陷盆地由于物源多、物源近、相变快、非均质性强，其致密气“甜点”刻画较难。常规采集的三维资料，道集中远偏移距的资料信息不够丰富、资料采集的纵横比在0.5左右；地震资料成像精度低、横向保幅能力较差、横向分辨率低，岩相识别难。
DS20井区位于松辽盆地北部徐家围子断陷安达凹陷内，总体表现为西断东超的构造格局。受控于区域性构造、沉积作用，深层地层自下而上发育火石岭组、沙河子组、营城组、登娄库组和泉头组［9］。沙河子组岩性主要为一套黑色、灰黑色泥岩与灰色中砂岩、细砂岩、砾岩夹煤层（图1），沉积环境主要是湖泊、扇三角洲、辫状河三角洲沉积，残余地层厚度为400~2 800 m。砂砾岩储层致密（孔隙度<6%，渗透率<0.1×10-3 μm2），这类储层夹持于烃源岩中，成藏条件有利，具有致密气特征［9］，但“甜点”刻画较难，储层预测精度低。
图1 DS20井区深层地层综合柱状图

Fig.1 Comprehensive histogram of deep formation in DS20 well area

2016年，大庆油田为了提高松辽盆地北部深层徐家围子断陷沙河子组致密砂砾岩天然气储层的预测精度，在徐家围子断陷DS20井区开展了宽频带、宽方位、高密度（“两宽一高”）的三维地震采集、处理及解释攻关研究，通过提升品质的地震资料，对沙河子组致密砂砾岩的储层进行了预测，为优选目标提供了依据。

1 “两宽一高”地震资料高效采集方案

本文“两宽一高”地震资料采集使用单井激发，弱化了组合效应，有利于增强信号的保真性，提高了地震资料分辨率［10］；使用自然频率为10 Hz的低频检波器，对低频信号接收较有利，丰富的低频信息可以达到拓宽频带的目的［11］。
在观测系统设计上采用宽方位观测、小面元及高覆盖次数的采集方法，以完成识别深层8 m储层9 m断层的地震目标设计任务。表1为DS20井区三维地震观测系统参数表，主要目的层资料的横纵比达到0.85。
表1 DS20三维地震观测系统设计参数

Table 1 Design parameter table of DS20 3D seismic observation system

名称 参数
观测系统类型 48L4S448T正交
面元大小/m 10×20
覆盖次数 672
道距/炮点距/m 20/40
激发线距/m 160
接收线距/m 160
接收道数/道 21 504
束间滚动距/m 160
最小炮检距/m 205
最大炮检距/m 5 696
纵向排列方式 4470-10-20-10-4470
总横纵比 0.85
炮道密度/(万道/km2） 336

2 “两宽一高”资料宽频保幅成像处理技术

针对“两宽一高”高分辨率、宽频带采集数据的特点，以宽频处理理念为指导，形成了以下几项特色配套技术：分偏移距组初至波拾取技术①。真三维噪音压制技术②、加权最小二乘拉冬变换压制多次波技术等。
①裴江云，王成，丁吉丰，等. “两宽一高”资料初至波拾取方法.第二届油气地球物理学术年会.内部报告，2018.
②邓红伟，王成，包焱，等.真三维保真去噪技术在“两宽一高”资料中的应用.第二届油气地球物理学术年会.内部报告，2018.

2.1 分偏移距组初至波拾取技术

“两宽一高”资料最大偏移距5 880 m，最大接收道数达21 504道，单点接收方式造成环境噪音发育，大偏移距低信噪比易造成拾取分层现象，常规炮域拾取初至无法准确控制远中近偏移距的趋势线。本文研究以检波线域按偏移距组划分拾取单元，使每一组数据都处于相同偏移距范围，消除了种子点不能同时适应远、中、近偏移距的影响，拾取精度大幅提高。

2.2 真三维保真去噪技术

“两宽一高”资料采用小道距、野外不组合的方式采集，对信号和噪声实行“宽进宽出”，面波、折射波等线性噪声异常发育，降低了资料信噪比。本文采用真三维保真去噪技术［12］，针对采集数据对噪音在空间上的椎体特征刻画清晰的特点，依据三维FKK锥形滤波器的频率响应特征呈圆锥形（图2），与线性噪音在十字交叉排列道集上的分布形状吻合，利用这一特性进行滤波，压制线性干扰波。压制前后的单炮记录对比见图3（a）、图3（b），压制后异常发育的面波得到有效的压制，信噪比大幅提升。
图2 真三维压制规则干扰原理示意[12]

Fig.2 Schematic diagram of true three dimensional suppression rule jamming[12]

图3 去噪前后单炮记录对比

Fig.3 Comparison of single shot records before and after denoising

2.3 地表一致性时变脉冲反褶积

反褶积作为一种信号恢复技术，是地震资料处理流程中为提高地震信号分辨率所使用的常见手段③［13］。为了彻底挖掘“两宽一高”资料潜力，尤其是发挥出自然频率10 Hz的低频检波器的优势，本次利用地表一致性时变脉冲反褶积技术，让所有频率信号（无论有效或干扰）都参与处理过程，以“提频”作为地震信号拓频的技术手段， 减少对反射波的伤害。图4展示了通过脉冲反褶积处理后叠加剖面的结果，从图中可以看出，与常规预测反褶积后的叠加剖面相比，虽然信噪比有所下降，但频带得到了有效的展宽，剖面上的层间信息更丰富，横向上同相轴的变化特征更为明显。频谱分析结果可以看出（图5）反褶积后频带展宽近30 Hz，使地震子波得到更好的压缩，子波旁瓣影响减小，地震记录分辨率较高。
图4 反褶积前后叠加对比剖面

Fig.4 Stack and contrast section before and after deconvolution

图5 反褶积前后目的层频谱分析对比

Fig.5 Spectrum analysis and comparison of target layer before and after deconvolution

2.4 Radon变换多次波压制技术

大偏移距单点宽频接收方式，使得多次波在速度谱、道集和剖面上相对发育，影响了资料的保真度。本文采用最小二乘约束反演Radon变换多次波压制技术，是一种频域空间稀疏约束算法，在反演迭代过程中，根据前一次迭代的结果，通过贝叶斯原理将加权矩阵与前一次迭代的结果联系起来，得到新的加权矩阵；然后求解这个加权矩阵方程，得到频率域的稀疏解。图6为多次波压制前后对比剖面，可以看到多次波被压制后，隐藏在周期性“阴影”中的高频信息突显出来，成像保真度提升同时，频带展宽10 Hz，地震剖面信噪比明显提高。
图6 多次波压制前后对比剖面

Fig.6 Contrast section before and after multiple suppression

2.5 资料处理效果对比分析

③于占清. 时变地表一致性脉冲反褶积在“两宽一高”地震资料处理中的应用.第二届油气地球物理学术年会.内部报告，2018.
从最终处理成果剖面上看，资料品质较老资料和处理试验的中间成果都有较为明显的改善。在高保真的前提下适当提高了分辨率，资料的信噪比较高，连续性较好，波组特征较明显，断层较清晰，较易于构造层位追踪与对比，可以较好地满足地质火山岩识别和沙河子组细分层序的需要。通过与老资料相比，新处理的资料主频为40 Hz，带宽范围为5~80 Hz，比老资料宽20 Hz，主频也相对于老资料高出10 Hz（图7）；从层序界面成像方面对比，该区沙河子组顶界面与沙河子组底界面不整合特征在新资料成像上都更加清晰（图8）。
图7 新老资料地震剖面及频谱分析对比

Fig.7 Comparison of seismic profile and spectrum analysis of new and old data

图8 新老资料剖面对比

Fig.8 Profile comparison of new and old data

3 利用“两宽一高”资料进行沙河子组致密砂砾岩储层预测

研究区沙河子组发育于断陷盆地，具有物源近、相变快及非均质性强的特点，沙河子组残余地层厚度大，一般厚度为400~800 m，最厚达2 000~2 800 m，岩性主要为砂砾岩、砂泥岩、细砂岩、粉砂岩和煤层［14］。沉积体系展布及储层发育特征不清，层序地层分析是该区致密气勘探的首要任务，为沉积体系展布及储层发育特征奠定基础。本文利用“两宽一高”地震采集资料优势，结合全频保真保幅处理技术，使地震资料分辨率显著提高，纵向波组特征好，横向振幅保真度高，处理成果断层刻画清晰，砂体反射特征更明确（图9），能够清晰地发现上超、下超及削截等不整合反射类型（图10），与此同时对地震剖面进行追踪对比有利于层序界面追踪，进一步细化了沙河子组内部的细分层序结构，在此基础上进行了沙河子组内部沉积相与储层预测的研究。
图9 沙河子组五级层序连井地震解释剖面

Fig.9 Well connected seismic interpretation profile of fifth order sequence in Shahezi Formation

图10 沙河子组地震剖面及沉积相模式

Fig.10 Seismic section and sedimentary facies model map of Shahezi Formation

3.1 沙河子组层序特征分布规律

以层序地层学理论方法为指导，应用“两宽一高”全频保幅保真高分辨率资料，综合岩心露头、测井、以及测试分析数据，确定以徐家围子断陷沙河子组地震反射主要不整合界面为标志［15］，将沙河子组自下而上划分为4个三级层序，9个四级层序，23个五级层序。四级层序界面中：SQ1-2 界面之上为杂色中砾岩，界面之下为薄层黑色泥岩；SQ2-2 界面之上为深灰色粗砂岩，界面之下为灰黑色粉砂质泥岩；SQ3-2 界面之上为灰色砂质砾岩，界面之下为黑色泥岩；SQ4-2 界面之上为灰色含砾砂岩，界面之下为黑色泥岩（图9）。

3.2 沙河子组沉积相分布规律

基于“两宽一高”资料，利用单井定相、地震控相，属性确定其展布范围的研究思路，结合研究区的沉积特征、沉降演化及地质背景等实际情况，认为该区主要发育两期大范围的水进、水退环境［16-19］ ［图10］。下面以层序四为例说明其沉积相发育特征，SS115井层序四岩性主要以砂质砾岩夹砂岩为主，沉积相定位扇三角洲前缘相［图11（a）］，上下层序地震属性图均表现为较强的振幅反射特征［图11（b），图11（c）］，结合地震剖面反射特征，确定了层序四的沉积相展布特征：物源主要来自研究区西北部及东北部，西北部发育扇三角洲平原相与扇三角洲前缘相，研究区东北部发育辫状河三角洲平原相与前缘相，南部主要以湖相为主（图12）。
图11 DS20井区沙河子组层序四SS115单井相图与平面均方根振幅属性

Fig.11 SS115 single well facies diagram and plane root mean square amplitude attribute map of sequence 4 of Shahezi Formation in DS20 well area

图12 DS20井区沙河子组层序四沉积相平面特征

Fig.12 Sequence 4 sedimentary facies plan of Shahezi Formation in DS20 well area

3.3 沙河子组储层预测效果分析

鉴于深层识别8 m储层的地质任务，应用叠后SMI反演方法开展了新老资料储层预测效果对比试验（图13），SS115井与DS20井8 m以上薄层砂体共计31层，新资料8 m以上薄层砂体符合22层，符合率为78%；而老资料符合率为73%。可见新资料满足深层精细储层解释的需求，为后期井位目标优选奠定了夯实的基础。
图13 新老资料SMI反演砂体预测对比剖面

Fig.13 SMI inversion of new and old data for sand body prediction and correlation section

4 结论

（1）通过高效的采集技术及宽频保幅保真的处理技术，得到了相比常规地震资料具有宽频保幅保真高分辨率的地震资料。该资料的信噪比较高，连续性较好，波组特征较明显，断层较清晰，较易于构造层位追踪与对比，可以较好地满足沙河子组致密砂砾岩储层预测的需求。
（2）目标区沙河子砂砾岩层序划分工作由原来的四级层序界面划分到五级层序界面，对于薄储层提供了识别依据，新资料对于地质体边界识别较清晰。结合层序地层学理论，建立了该区砂砾岩发育的沉积模式；结合地震相，确定了沉积相展布特征；利用叠后反演对储层进行预测，预测符合率较高。
（3）“两宽一高”地震资料在目标区砂砾岩储层预测中应用效果较好，为其他区块运用该技术提供了有利的参考依据。

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