叠前弹性参数反演是基于Zoeppritz方程^[11]描述的地震波反射系数、透射系数与界面两边的弹性参数以及入射角的关系(式(1))。不同入射角的反射系数与地震子波褶积得到的就是叠前不同入射角的地震振幅, 在已知地震振幅、地震子波和角度信息的基础上, 利用Zoeppritz方程或其近似公式就可以反演出纵横波速度、密度等弹性参数。与叠后反演的纵波阻抗参数相比, 叠前反演的弹性参数包含横波信息, 对储层物性和流体性质更加敏感, 因此利用该技术能实现对复杂油气储层岩性和含油气性的识别, 刻画储层的空间分布^{[12, 13]}。

sinθ1cosφ1-sinθ2 cosφ2-cosθ1 sinφ1-cosθ2 -sinφ2sin2θ1vp1vs1cos2φ1 vp1vs22ρ2vp2vs12ρ1sin2θ2 -vp1ρ2vs2vs12ρ1cos2φ2cos2θ1-vs1vp1sin2φ1 -ρ2vp2ρ1vp1cos2θ2 -vs2ρ2vp1ρ1sin2φ2RppRpsTppTps=-sinθ1-cosθ1 sin2θ1-cos2θ1, (1)

式中: R_pp、R_ps、T_pp、T_ps分别为P波反射系数、S波反射系数、P波透射系数、S波透射系数; θ ₁、θ ₂、φ ₁、φ ₂为以上4种波的反射(透射)角, (° ); v_p1、v_s1、ρ ₁和v_p2、v_s2、ρ ₂为反射界面两侧的纵横波速度、密度。

叠前反演的技术流程如图3所示。其中关键环节包括地震和测井资料的质控和优化、岩石物理分析和建模、井震标定和子波提取、低频模型的建立和反演参数测试, 及反演结果的综合解释应用等。

图3

Fig.3

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	图3 叠前弹性参数反演技术流程Fig.3 Flow chart of pre-stack elastic parameters inversion technique

FFP分析是对地层空间岩相或流体存在可能性进行定量预测的一项技术。该技术对多种岩相或流体的多个弹性参数进行交汇分析, 拟合各种岩相或流体的弹性参数的概率密度函数, 再基于概率密度函数和反演弹性参数体进行贝叶斯模糊判别, 从而计算空间每一点各种岩相或流体类型的概率^{[14, 15]}。与直接应用反演的弹性参数结果相比, 基于FFP分析得到的岩相或流体类型数据体具有更加明确的地质含义, 而且根据各种岩相的概率分布趋势, 可定量评估岩相或流体预测风险。基于FFP分析的岩相或流体预测可分2步进行(图4): ①岩石物理分析确定对岩相或流体敏感的多个弹性参数(图4(a)), 并反演出弹性参数体(图4(b)); ②利用多个弹性参数体的FFP分析技术预测岩相或流体的空间概率分布(图4(c)、(d))。

图4

Fig.4

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	图4 基于弹性参数的FFP分析技术示意图Fig.4 FFP analysis technique sketch based on elastic parameters

对A气田目的层段进行岩石物理分析, 落实岩性敏感弹性参数(图5)。结果表明: 该气田砂岩与泥岩的纵波阻抗(P-impedance)值域范围叠置, 无法区分岩性, 叠后纵波阻抗反演不可行; 纵横波速比(v_p/v_s)对岩性敏感, 能较好区分砂泥岩, v_p/v_s划分岩性的门槛值为1.75左右, 低于1.75基本为砂岩, 反之为泥岩, 因此通过叠前反演得到的v_p/v_s弹性参数体能够有效预测该气田储层。

图5

Fig.5

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	图5 A气田岩性敏感弹性参数分析Fig.5 Analysis of lithologic sensitive elastic parameters in A gas field

图6为A气田H6层沿层v_p/v_s反演结果, 红、黄色低值代表砂岩。从图中可看到水下分流河道特征明显, 河道边界清晰, 有利储层位于河道主体部位。反演结果揭示H6层的开发井A2H井设计轨迹在主河道边缘, 水平着陆段可能钻遇大段泥岩。针对这一风险, 对A2H水平段进行了2次优化, 如图7所示(图6中线框区域局部放大), 将轨迹往北偏移, 确保高砂岩钻遇率。A2H井优化前后的过井v_p/v_s剖面如图8所示。从剖面分析可知原设计轨迹水平着陆段预计会钻遇约300 m长的泥岩段, 砂岩钻遇率低, 风险大; 而优化后的最终轨迹路过的泥岩段大幅减短, 储层风险较小。A2H井按照最终优化轨迹实施后实钻结果与预测完全一致, 从中完点往前在v_p/v_s属性弱的部位钻遇40 m泥岩后成功着陆, 后续轨迹一直控制在v_p/v_s属性强的砂岩里钻进, 钻遇砂岩长度1 017 m, 砂岩钻遇率高达95%, 证实了叠前弹性参数反演技术对本区花港组储层预测的可靠性和准确性。

图6

Fig.6

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	图6 A气田H6层叠前vp/vs反演属性Fig.6 Pre-stack vp/vs attribute of reservoir H6 in A gas field

图7

Fig.7

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	图7 A气田A2H井位优化调整平面Fig.7 Optimization of Well A2H in A gas field

图8

Fig.8

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	图8 A气田A2H井第二次优化后过井vp/vs剖面Fig.8 vp/vs profile before and after optimization of Well A2H in A gas field

在储层预测基础上, 为了进一步落实A气田油气分布, 寻找潜力目标, 对目的层段开展了基于弹性参数FFP分析的油气检测。基于v_p/v_s和纵波阻抗2个弹性参数的FFP分析(图9), 双参数联合对含不同流体的砂岩及泥岩有一定的区分度, 其中含气砂岩主要位于低v_p/v_s、低纵波阻抗的区域。利用高斯函数拟合了不同流体砂岩、泥岩的二维概率密度函数, 对应图9中不同颜色的椭圆, 同一颜色的内圈和外圈为某一岩相的二维累加概率达到68%和99%所对应的弹性参数分布范围, 越靠近圈心, 表明该岩相发育的可能性越大。将概率密度函数应用到叠前反演的v_p/v_s、纵波阻抗数据体, 就可计算出不同岩相或流体的概率体, 概率越高代表该岩相或流体的可能性越大。

图9

Fig.9

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	图9 A气田基于弹性参数的FFP交汇分析Fig.9 FFP intersection analysis based on elastic parameters in A gas field

基于FFP分析得到的含气砂岩概率体指示在H5层南部构造高部位存在2个含气高概率的潜力气层, 该气田原开发主力层为H6层, 若H5层潜力可靠, 可设计一口调整井A4井对H5层潜力气层进行开发, 实现气田的增储扩产。已知A1井和A2H井钻遇的H6气层都表现为含气高概率, 而A1井钻遇的H5a、H5b这2个水层都为含气低概率, 已钻井和FFP预测结果完全吻合, 由此推断H5层2个潜力气层较可靠, 最终在H5层高部位实施了调整井A4井(表1)。A4井实钻结果与FFP预测结果完全吻合(图10, 图11), 在H5层成功钻遇2套气层, 气层厚度预测准确率达到76%以上, 从而实现了对潜力气层的成功挖潜, 也证实了基于弹性参数的FFP分析技术在油气检测方面的可靠性和准确性。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 A气田A4井H5气层厚度预测 Tab.1 Gas layer thickness prediction of reservoir H5 in Well A4 in A gas field 气层 预测厚度/m 实钻厚度/m 准确率/% H5a 24.8 18.8 76 H5b 15.5 13.8 89

表1 A气田A4井H5气层厚度预测 Tab.1 Gas layer thickness prediction of reservoir H5 in Well A4 in A gas field

图10

Fig.10

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	图10 A气田基于FFP分析的含气概率剖面Fig.10 Gas-bearing sands probability profile based on FFP analysis in A gas field

图11

Fig.11

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	图11 A气田A4井钻后砂体对比Fig.11 Sand bodies contrast of Well A4 in A gas field after drilling