引用本文
邵映明, 李婧, 马浩, 李国良, 房金伟, 刘丽姝. 苏里格X区块储层流体性质识别方法研究[J]. 录井工程, 2022,33(4): 75-83.
SHAO Yingming, LI Jing, MA Hao, LI Guoliang, FANG Jinwei, LIU Lishu. Study on identification method of reservoir fluid properties in Su X block of Sulige Gas Field[J]. Mud Logging Engineering, 2022,33(4): 75-83.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2022.04.013  
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苏里格X区块储层流体性质识别方法研究
邵映明①, 李婧①, 马浩②, 李国良①, 房金伟①, 刘丽姝③
①中国石油渤海钻探油气合作开发分公司
②中国石油长庆油田分公司第六采气厂
③中国石油渤海钻探井下技术服务分公司

作者简介：邵映明 工程师,1989 年生,2009 年毕业于中国石油大学（北京）地质工程专业,现在中国石油渤海钻探油气合作开发分公司从事地震地质综合研究工作。通信地址：300457 天津市开发区第二大街83 号（中国石油天津大厦）。电话：（022）66332707。E-mail：shaoyingmin@cnpc.com.cn

收稿日期: 2022-11-01
摘要

苏里格气田经过近二十年的勘探开发,井位部署已逐步向富水区迈进,如何避水部署,实现高效开发,已成为苏里格气田下一个十年所面临的重要问题。作为典型的致密岩性气藏,苏里格气田砂岩储层内气水分布规律复杂,无统一的气水界面,同时由于其与围岩的波阻抗差异小,地震响应特征复杂,常规储层预测技术难以有效识别流体性质。以苏X区块为例,一方面通过计算流体活动性属性,预测渗透储层展布;另一方面通过分析实钻井在地震低频资料上的响应特征,总结形成了一套简易的气水识别方法,即低频增强振幅属性方法,识别流体性质,二者结合预测储层含气性。应用该方法预测结果与气井实钻效果吻合度较高,有效提高了研究区含气储层预测精度,为区块建产区筛选提供有力依据,也为苏里格致密储层含气性检测提供了一种有效、可行的方法。

关键词: 流体性质; 含气性; 致密储层; 频谱分析; 流体活动性属性; 低频增强振幅
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Study on identification method of reservoir fluid properties in Su X block of Sulige Gas Field
SHAO Yingming①, LI Jing①, MA Hao②, LI Guoliang①, FANG Jinwei①, LIU Lishu③
①Oil & Gas Cooperation and Development Company, BHDC, CNPC, Tianjin 300457,China
②No. 6 Gas Production Plant of PetroChina Changqing Oilfield Company, Yan'an, Shaanxi 716000,China
③Downhole Technology Service Company, BHDC, CNPC, Tianjin 300280,China
Abstract

After nearly 20 years of exploration and development in Sulige Gas Field, the well location deployment has gradually moved towards the water-rich areas. How to avoid water and achieve efficient development has become an important issue facing Sulige Gas Field in the next decade. As a typical tight lithologic gas reservoir, gas and water distribution regularity in sandstone reservoirs of Sulige Gas Field is complex, and there is no unified gas-water interface. Meanwhile, due to the small differences in wave impedance with surrounding rock, and the complex seismic response characteristics, it is difficult for conventional reservoir prediction techniques to effectively identify fluid properties. Taking Su X block as an example, on the one hand, the distribution of permeable reservoirs is predicted by calculating fluid mobility attribute, on the other hand, by analyzing the response characteristics of the real drilling wells on the seismic low-frequency data, a set of simple gas and water recognition method, namely low-frequency enhanced amplitude attribute method, was summarized and formed to identify fluid properties, and the combination of the two can predict the gas bearing properties of reservoirs. The prediction results of this method coincide with the actual drilling results of gas wells, which effectively improves the prediction accuracy of gas bearing reservoirs in the study block, provides a favorable basis for screening productivity-construction areas of the block, and also provides an effective and feasible method for the detection of gas bearing properties of tight reservoirs in Sulige Gas Field.

Keyword: fluid properties; gas bearing property; tight reservoir; spectrum analysis; fluid mobility attribute; low-frequency enhanced amplitude
0 引言

随着现代地震勘探及工程工艺技术的不断进步, 非常规油气藏近年来迎来了迅猛发展, 开发规模不断扩大, 在我国国民经济中也起到了越来越重要的作用。鄂尔多斯盆地苏里格气田作为我国最大的非常规气藏, 生产规模已接近300亿方/年。然而在产量不断提升的同时, 现有富集区动用程度越来越高, 接替储量区品质越来越差, 气井投产后水气比越来越高, 开发形势面临严峻挑战, 因此应用地震资料不断创新完善致密砂岩气藏含气性检测方法, 提高储层流体性质识别精度, 对认识气、水分布特征, 优选建产接替区, 提高产建效果以及指导气田整体效益开发均具有重要意义。

常规的地震油气检测技术主要分为叠前和叠后两大类。叠前油气检测主要依据储层含油气的AVO响应特征, 存在分析数据量大、运算速度慢等缺点[1, 2, 3], 对地震资料品质也有很高的要求; 叠后油气检测主要依据含油气储层在叠后数据上表现出的频率、振幅等异常, 具有分析数据量小、运算速度快等优点[4, 5, 6, 7, 8]。近年来, 随着地震频谱分解等算法的不断改进和优化, 地震频谱分解技术、时频分析技术以及瞬时属性分析技术等也得到了迅速发展和应用[9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16], 特别是利用低频反射信息对油、气、水进行预测的方法逐步成熟。本次研究以苏里格X区块（以下简称“ 苏X区块” ）为例, 通过频谱分解及实钻井地震低频响应特征分析, 探讨适用于苏里格致密储层的流体性质识别方法。

1 地质概况

苏X区块位于鄂尔多斯盆地苏里格气田西区西部, 产气层为二叠系下统山西组山1段至下石盒子组盒8段（图1）, 深度约3 500~3 700 m, 厚度约80~100 m, 为南北向河流相沉积为主的砂泥岩地层, 其地质特征主要表现为储层渗透率低、地层压力低、储量丰度低。主力产气层盒8下亚段储层平均孔隙度仅为6.21%, 平均渗透率0.47 mD, 气层单层厚度薄, 气、水关系复杂, 无统一的气、水界面, 已钻井试气出水占比高达49.2%, 投产后出水量高, 严重影响气井产能, 如何避水部署已成为区块效益开发所面临的一大难题。

图1 苏X区块构造位置（左）及二叠系下统岩性地层柱状图（右）

研究表明, 苏X区块成藏富集主要受储层厚度、储层平面分布范围以及储层物性等方面控制, 同时大量发育的微断层及微裂缝也为油气运移提供通道。由于远离盆地生烃坳陷中心, 下覆地层中的烃源岩生烃能力较弱, 导致主要目的层盒8下亚段储层内原始地层水大量滞留, 但受岩性、物性、构造等多种因素控制, 储层中出现“ 上水下气” “ 气水混储” 等现象, 气、水分布规律复杂。从地震响应特征上分析, 通过岩石物理交会分析（图2）, 将不同流体储层的自然伽马（GR）与波阻抗（IMP）体现在图板中, 含气砂岩波阻抗为8 000~13 000 g/cm3· m/s, 泥岩波阻抗为6 000~13 500 g/cm3· m/s, 储层与围岩波阻抗差异小, 储层含不同流体后波阻抗也基本无差异, 因此很难应用地震属性、波阻抗反演等常规储层预测方法识别流体性质。本文主要根据不同流体储层在叠后地震数据上表现出的异常, 尤其是不同单频体上振幅的响应差异, 采用GeoEast解释系统中的流体活动性属性技术以及低频增强振幅技术开展储层流体识别工作。

图2 苏里格X区块盒8下亚段岩石物理交会分析

2 流体活动性属性技术
2.1 技术原理

流体活动性属性技术是美国加利福尼亚大学劳伦斯伯克利国家实验室D.B.Silin[17]等2004年开发的一套饱和多孔介质储层流体预测技术, 主要通过研究获得了一个反射系数的频率相关组分与一个依赖于信号频率和储层流体活动性属性的无量纲参数的近似比例式。公式如下：

Mobility≈AρfluidηK≈∂r∂f2f

式中：Mobility为流体活动性属性（因子）; A为流体函数; ρfluid为流体密度, g/cm3; η 为流体粘度, mPa· s; K为储层渗透率, mD; r为地震振幅; f为地震频率, Hz。

该式反映流体活动性属性与储层渗透率以及储层中包含的流体的密度和粘度有关, 同时与地震资料的频率以及在地震频谱中该频率的振幅值有关。渗透性储层含流体后, 由于流体和固体介质的相互作用, 会对地震波高频成分起到一定的吸收衰减作用, 使得低频成分相对较强, 高频成分相对较弱, 即表现为“ 低频共振、高频衰减” 的特征[18, 19, 20, 21, 22, 23]。如图3所示, 粉色曲线为渗透性储层频谱特征, 绿色曲线为非渗透性储层频谱特征, 在低频段渗透性储层与非渗透性储层频率的变化率为正异常（粉色阴影）, 流体活动性属性表现为正异常值, 而在高频段频率变化率为负异常（黄色阴影）, 流体活动性属性表现为负异常值。通过频谱分析确定储层流体低频或高频敏感频率, 计算流体活动性属性, 即可很好地描述低频或高频能量的变化, 反映储层的渗透性。

图3 流体活动性属性原理示意

2.2 实际分析

研究区三维满覆盖地震资料约200 km2, 主要目的层盒8下亚段砂体厚度为15~35 m, 平均厚度为20 m左右, 砂岩平均层速度为4 000 m/s, 在地震记录上表现为一套连续低频强振幅波峰反射, 深度为1 900~2 050 ms。

本次研究以区块内3口典型井为例, 探寻不同性质流体在地震上的响应特征：X 1井盒8下亚段钻遇砂岩18.3 m, 其中测井解释气水同层8.6 m/4层, 平均孔隙度为5.57%, 平均渗透率为0.32 mD, 平均含气饱和度为30.1%, 属于典型的含水砂岩储层; X 2井盒8下亚段钻遇砂岩17.7 m, 其中测井解释气层5.2 m/2层, 差气层8.9 m/3层, 平均孔隙度为6.27%, 平均渗透率为0.36 mD, 平均含气饱和度为49.1%, 属于典型的含气砂岩储层; X 3井盒8下亚段钻遇砂岩23.4 m, 其中测井仅解释一个差气层1.5 m, 储层平均孔隙度为5.2%, 平均渗透率为0.16 D, 平均含气饱和度为32.1%, 属于典型的低渗致密储层（图4）。

图4 苏X区块盒8下亚段连井地层对比剖面

开展储层流体活动性属性计算, 首先需要确定的是目标储层含油气之后, 是否有明显的“ 低频共振、高频衰减” 特征, 其次是分析油气对频谱的响应特征, 确定低频敏感段或者高频敏感段, 才能保证属性分析的可靠性。通过研究区地震资料目的层频谱分析表明, 地震资料频带宽度为10~70 Hz, 主频为30 Hz左右。图5为X 1、X 2、X 3井目的层频谱特征曲线图。由图5可知：X 1、X 2井在20 Hz左右的低频段振幅明显增强, X 3井低频段振幅无明显增强, 表明储层含流体后, 地震频谱会表现出明显的低频共振特征; 高频段虽然也有衰减现象, 但由于整体能量弱, 衰减特征不是很明显。最终确定利用低频敏感段振幅变化计算流体活动性, 具体参数第一频段设为10 Hz, 第二频段设为30 Hz。

图5 X 1、X 2、X 3井目的层频谱特征曲线

通过GeoEast解释系统计算得到流体活动性属性数据体, 从而得到X 1、X 2、X 3井常规地震剖面与流体活动性属性剖面对应图（图6）, 以及盒8下亚段流体活动性属性平面图（图7）。可以看出：常规地震剖面上3口井盒8下亚段储层均表现为中强振幅波峰反射特征。在流体活动性剖面与平面图上, 红黄色-绿色表示流体活动性强, 反映储层渗透性好; 蓝色则反映储层不发育或者储层渗透性差。气水井（X 1井）、气井（X 2井）表现为中强流体活动属性, 无明显差异, 干井（X 3井）表现为弱流体活动属性, 预测结果与3口井的实钻效果基本一致, 说明流体活动性属性对于本区渗透储层的检测结果是可靠的, 但无法有效识别流体性质。

图6 过X 1、X 2、X 3井常规地震剖面（上）与流体活动性属性剖面（下）

图7 盒8下亚段流体活动性属性平面图

3 低频增强振幅属性技术

为了提高流体性质识别精度, 笔者在流体活动性属性分析的研究基础上, 通过不断对比实钻气层、气水层在地震低频段的响应信息, 发现不同流体在不同低频段的响应特征存在差异, 以此为依据总结形成了一套气、水简易识别方法— — 低频增强振幅属性技术。

3.1 技术原理

地震波通过介质传播时出现“ 低频共振、高频衰减” 现象, 是因为介质孔隙内的流体与固体颗粒的相对振动和耦合。在地震低频段上, 流体与固体颗粒相对运动速度很小, 形成“ 共振” , 地震波衰减最小而振幅最大。这与介质孔隙中流体的性质, 即密度和粘度等有很大关系。苏里格气田致密储层中, 孔隙流体主要为地层水和天然气, 二者密度和粘度差异巨大, 因此地震波开始出现“ 共振” 现象的频率并非完全一致。通过实钻井频谱分析发现, 在地震某一低频段, 含水储层开始出现“ 共振” 现象, 而含气储层未出现或者不明显。根据这种现象, 获得一个反映储层流体性质的公式：

AS=n×Afl2Afl1=aAfl水×Afl2Afl1

式中： AS为低频增强振幅; Afl1为基础低频单频体振幅; Afl2为低频段中振幅增强最为明显的单频体振幅; n为气、水影响因子; a为气、水影响门限值; Afl水为低频段中含水介质最开始“ 共振” 的单频体振幅。

公式表明：低频增强振幅属性的大小取决于低频振幅比（Afl2/Afl1）与气、水影响因子（n）两个方面。其中低频振幅比（Afl2/Afl1）表示的是地震低频段中“ 低频共振” 最明显的单频体振幅与基础低频单频体振幅的比值, 比值越大, 表示振幅增强越多, 地震“ 低频共振” 现象越明显; 气、水影响因子（n）则由气、水影响门限值（a）与Afl水的比值计算而得。当储层流体主要为地层水时, 在Afl水这一低频单频体上最开始出现“ 共振” , 振幅增强, 高于气、水影响门限值（a）, n值小于1; 当储层流体主要为天然气时, Afl水单频体上无“ 共振” 现象, 振幅较弱, 低于气、水影响门限值（a）, n值大于1。通过气、水影响因子, 可以有效减小含水储层的低频振幅比值, 增强含气储层的低频振幅比值。

总之, 当储层含气后, 地震低频振幅增强, 低频增强振幅表现为高异常值; 储层含水后, 地震某一低频段异常升高, 低频增强振幅表现为低值。通过频谱分析与实钻井对比分析, 确定储层含气及含水低频敏感频率, 计算低频增强振幅属性, 即可很好地描述渗透储层在地震低频信息上各单频体的能量变化, 反映储层流体性质。

3.2 应用分析

计算低频增强振幅属性, 最重要的是分析含气、含水储层在地震低频信息上的响应特征, 并确定含水储层最开始“ 共振” 的敏感频段, 计算气、水影响门限值。研究区地震资料目的层主频为30 Hz, 有效频带为10~70 Hz。根据地震数据的频带范围, 应用小波变换方法[24]进行时频体计算, 从10 Hz到70 Hz, 每间隔5 Hz生成单频数据体, 得到的主要低频数据体为10 Hz、15 Hz、20 Hz以及25 Hz单频体。

从各个单频体剖面来看（图8）, 红色-黄色代表强振幅, 蓝色代表弱振幅, 气水井（X 1井）在10 Hz单频体上表现为异常强振幅, 在15 Hz、20 Hz单频体均出现振幅增强现象; 气井（X 2井）在10 Hz单频体表现为弱振幅, 15 Hz、20 Hz、25 Hz单频体均表现出振幅增强现象; 干井（X 3井）在10 Hz、15 Hz、20 Hz等各个单频体上均表现为中弱振幅, 无振幅增强现象。分析表明, 含气储层的地震“ 低频共振” 响应频段为15~25 Hz, 含水储层的地震“ 低频共振” 响应频段为10~20 Hz, 致密储层无明显“ 低频共振” 现象。同时含水储层在10 Hz单频体上振幅明显强于含气储层和致密储层, 表现为异常强振幅特征。初步选定利用10 Hz、20 Hz两个单频体振幅计算低频振幅比, 选择10 Hz单频体计算气、水影响因子。

图8 过X 1、X 2、X 3井不同单频体连井剖面

为保证计算参数选取的准确性, 还需要利用钻井资料及其频谱特征分析进行交会验证。图9为实钻气井盒8下亚段含水储层、含气储层厚度与井点处10 Hz、20 Hz单频体振幅大小的交会图。从图9a可知, 含水储层厚度与10 Hz、20 Hz单频体振幅呈弱正相关, 厚度越大, 单频体振幅越强; 同时薄含水储层（厚度小于10 m）在10 Hz、20 Hz 单频体上均表现出异常强振幅特征, 当含水储层大于5 m后, 其10 Hz单频体振幅开始强于1 000。从图9b上看, 含气储层厚度与20 Hz单频体振幅呈正相关, 厚度越大, 20 Hz单频体振幅越强; 与10 Hz单频体振幅基本无相关性, 随着含气储层厚度增加, 10 Hz单频体振幅值并无明显增强, 一直保持在1 000以下, 呈弱振幅特征。因此, 可以应用10 Hz单频体振幅。以1 000作为气、水影响门限值, 来区分含水、含气储层。同时, 在图9a和图 9b中, 各井点处20 Hz单频体振幅均明显强于10 Hz单频体振幅, “ 低频共振” 现象明显, 说明利用10 Hz、20 Hz两个单频体振幅计算低频振幅比是合适的。最终确定低频增强振幅属性计算参数：Afl1、Afl2分别选择10 Hz、20 Hz单频体振幅, a选择为1 000; Afl水为也选择为10 Hz单频体振幅。

图9 含水储层、含气储层与各单频体振幅交会图

提取目标层位在10 Hz、20 Hz单频体上的振幅数据, 计算得到目标层位低频增强振幅。图10为盒8下亚段低频增强振幅属性平面图, X 1井为含水储层, 位于低值区内, X 2井为含气储层, 处于高值区内, X 3井为致密储层, 处于低值区内。3口井在图上的预测结果与实钻情况完全一致, 同时有利区分布趋势与流体活动性属性预测结果（图7）大致相同, 表明利用低频增强振幅属性对本区储层内的流体识别是有效的。若低频增强振幅属性与流体活动性属性同时表现为高值, 则表示储层渗透性好, 孔隙流体主要为天然气; 若低频增强振幅属性表现为低值、流体活动性属性表现为高值, 则表示储层渗透性好, 但孔隙流体多为地层水; 若低频增强振幅属性与流体活动性属性同时表现为低值, 则表示储层偏致密或储层不发育。通过低频增强振幅属性与流体活动性属性综合分析, 精细刻画研究区盒8下亚段含气储层分布范围, 明确气水分布规律, 为下一步建产有利区优选及井位部署提供有力依据。

图10 苏X区块盒8下亚段低频增强振幅属性图

2021年根据本文研究成果, 在区块内部署3口评价井, 平均钻遇气层12.6 m/3.6层, 试气均获得工业气流, 其中Y 1井钻遇气层10 m/2层, 试气产气9.2× 104 m3/d, 试气无阻达到119.8× 104 m3/d, 取得了很好的应用效果。

4 结论

（1）苏里格地区目的层段储层与围岩波阻抗差异小, 储层含不同流体后波阻抗也基本无差异, 应用波阻抗反演等常规储层预测方法很难识别流体性质。可以根据不同流体储层在叠后地震数据频率域上的差异, 识别储层流体性质, 预测储层含气性。

（2）应用流体活动性属性在研究区盒8下亚段进行渗透砂岩描述, 能够有效预测地下渗透储层分布, 该方法具有仅依靠地震数据、分析数据量小、运算速度快、不受钻井资料品质影响等优点。

（3）根据实钻井在地震低频段上的振幅差异, 总结形成了低频增强振幅属性方法, 识别储层流体性质, 区分气、水层, 有效提高了研究区含气性预测的可靠性, 为区块井位部署及建产区优选提供了有力依据, 也为苏里格致密储层含气性检测提供了一种有效、可行的方法。

（编辑 卜丽媛）

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