基于电阻率约束的分频含气性预测技术

罗 晶 巫芙蓉 张洞君 徐 敏 陈 辉 樊 军 张黎明 赵振伟

1.中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司西南物探研究院 2.中国石油西南油气田公司页岩气研究院

0 引言

现有的叠后含气性预测技术一般都利用与频率相关的信息进行检测，比如主频、瞬时频率、频率衰减、单频信息、低频伴影、高低频能量比等等[1-7]，理论体系已较为成熟[8-9]，具有大量的时频分析研究成果，其中也不乏一些成功的预测经验[10-11]。

笔者对四川盆地非均质性强的碳酸盐岩储层（二叠系、三叠系礁滩）进行分析，发现其叠后含气性预测的实际应用效果并不理想，存在着多解性。仔细研究前人的预测思路，发现存在一些问题：①技术思路局限于应用时频分析技术开展方法试验，致力于改进高精度的时频算法，以求得到更高的单井吻合率；②采用某种单属性井点验证方式，吻合率达到75%就算不错的预测结果，虽然有部分学者开始利用多因素验证（比如高频能量与低频能量的比值），但本质上仍是单属性的后验作用（某一单属性针对某一特定地质异常体极为敏感、对其含油气性的指示作用例外）；③预测结果被物探技术人员所诟病，对井位部署和有利勘探区优选的支撑作用非常有限。造成上述问题的主要原因可能是理论研究未获突破、地质问题过于复杂和多样。

在生产应用中，叠后含气性预测技术目前已处于发展的瓶颈期，摆脱传统的思维模式，利用已钻井的气水分布情况，合理运用地震数据包含的频率信息，实现切实可行的含气性预测思路，建立合理的叠后含气性预测理论体系及方法流程迫在眉睫。为此，笔者利用深/浅电阻率对气层敏感的特点，提取其信息作为地震约束，结合地震分频信息和全频带相对波阻抗信息，以非线性算法为桥梁，建立多元频率数据体与深/浅电阻率对数差的映射关系，量化气层的值域范围，以期达到预测储层含气性的目的。

1 技术思路与方法原理

1.1 技术思路

基于对气层、水层较敏感的深/浅电阻率测井曲线，结合地震全频带相对波阻抗信息、地震分频信息和非线性算法，建立深/浅电阻率对数差曲线与地震数据体波形间的非线性映射关系，量化气层的值域范围，实现含气性预测（图1）。

1）有效地利用钻井信息，而非井点验证的方式，对气层、水层较敏感的深/浅电阻率曲线作为先验信息参与约束。

图1 技术路线图

2）合理运用地震数据包含的频率信息。已有大量的研究成果[1-11]显示，频率信息在气层、水层存在差异，而这种差异信息可能表现为高频衰减、低频伴影、敏感的单频信息等，故多元的地震频率信息是含气性预测的关键。

3）利用多元的频率信息与深/浅电阻率信息建立测井曲线与地震波形的非线性映射关系，得到气层敏感因子数据体，实现含气性预测。

1.2 方法原理

1.2.1 径向电阻率比较法

根据钻井液在储层中的侵入特征，可以利用径向电阻率变化来区分气、水层。若地层水矿化度比钻井液矿化度高，钻井液滤液侵入地层时，气层形成减阻侵入剖面，水层形成增阻侵入剖面，对比分析探测不同深度的电阻率曲线，深电阻率大于浅电阻率的地层为气层，反之为水层。

当然，深/浅电阻率还受到众多因素的影响[12]，但在实际应用中，深/浅电阻率作为先验信息，需要结合速度、自然伽马等曲线综合评价，需要时进行必要的校正。为了引入深/浅电阻率信息参与约束，定义深/浅电阻率对数差值（Rc）为：

式中Rc表示深/浅电阻率对数差值，无量纲；Rd表示深电阻率，Ω·m；Rs表示浅电阻率，Ω·m。

1.2.2 地震分频及振幅与频率的关系

地震的时频分析方法一般包括短时傅里叶变换、小波变换和S变换等[13]，而地震分频技术正是一种基于频谱分析的全新地震成像解释方法，它可以整体揭示地层的纵向变化规律、沉积相带的空间演变模式，并能指导人们进行储集层厚度展布的描绘与分析[14]，其实际应用中常采用快速便捷的离散傅立叶变换（DFT），将时间函数g(t)（地震时间记录）变换为频率函数G(f)，其数学表达式如式（3）。

式中i表示-1；f表示频率，Hz；t表示时间，ms；N表示时窗内的样点数；a(j)表示输入地震信号；j表示输入地震信号时间域序号，j=0…N-1；A(k)表示经过傅里叶变换后的振幅谱；k表示频率域序号。

地震反射信号经傅立叶变换后，在频率域内都有一个与之相对应的特定频率成分，且这种频率成分在频率域是唯一的。经过分频后，每一个单一频率对应的振幅都是调谐振幅，对时间调谐厚度计算公式[式（4）]进行变换可得式（5）。

式中Δz表示调谐厚度，m；f表示频率，Hz；v表示速度，m/s。

如图2所示，对于不同厚度的地层，其调谐频率不同（图2-a）；经过转换，利用该关系式就可以得到在不同时间厚度下振幅与频率的关系（图2-b）。

振幅与频率的关系非常复杂。同样的地层在不同主频的地震子波下表现出不同的振幅特征，这种复杂的关系利用简单的函数很难表达出来，只有通过非线性映射关系，如支持向量机[15-16]或神经网络[17]等较成熟的非线性算法，才能较好地表达。

图2 振幅与时间厚度、频率关系图

2 应用实例

2.1 工区概况

T工区在晚二叠世位于开江—梁平海槽东侧（图3）。从2013年开始，研究区先后开展了多轮地震解释工作，然而工区中部区域（图3虚线圈）的台缘带及生物礁的分布均不能落实，多轮成果的台缘带及生物礁的刻画不一样，存在较大争议，井位部署一直未能落实。前期区内多口井钻遇上二叠统长兴组，其中，钻井A井及其侧钻井（A-1井）均钻遇生物礁，储层发育，但都产水。为了落实T工区的生物礁相带展布特征、储层分布及流体性质，笔者重点开展了该区域复杂的气水关系研究。

图3 T工区长兴组生物礁分布图

2.2 测井响应特征分析

图4为T工区内钻遇生物礁的B井测井曲线图。从图4可以看出，生物礁的储层段具有明显的速度降，以气层段和水层段尤为明显。相对于上下围岩的平均速度6 300 m/s，气层和水层的速度介于5 400～6 200 m/s，气层和水层的速度无明显差异；但深电阻率与浅电阻率的正差异在气层和水层之间区别明显，据此建立Rc曲线，并确定气层的Rc门槛值为0.5，Rc＞0.5则为气层。

图4 T工区典型生物礁测井曲线图（B井）

2.3 含气敏感频率信息优选

长兴组储层段多发育在飞仙关组底向下40 ms范围内。沿层向下提取该时窗范围内的频谱，主频为27.5 Hz，频带范围介于8～47 Hz（图5）；对获气井（C井、D井）进行单井频谱分析，在产气层段（图6中的红色虚线框），其敏感频率介于16～36 Hz。

图5 T工区长兴组频谱分析图

图6 T工区典型井频谱分析图

经参数试验，按照加密敏感频率带、增加高频的原则设计分频参数，按照12 Hz、22 Hz、27 Hz、32 Hz、37 Hz、42 Hz、52 Hz进行分频，既保证了敏感频率段的覆盖加密，又保证了项目的时效。

地震频带相对波阻抗信息选用有色反演结果。有色反演是一种频率域测井约束波阻抗反演方法[18]，其核心是用地震的频谱和井的波阻抗频谱相匹配来完成反演，有色反演分辨率同地震相当；而在褶积模型基础上的反演方法[19]，比如道积分反演获得的相对波阻抗信息，会减小地震高频，降低地震分辨率[20]。

2.4 应用效果分析

图7为过D井和E井的含气因子剖面图，红黄色表示含气性好，蓝色表示含气性差，Rc门槛值为0.5。气层发育在飞仙关组底向下约40 ms时窗范围内，含气条带清晰，横向展布特征明显（红色虚线圈）。图8为采用本方法预测的T工区长兴组含气性平面分布图，验证井11口，符合率为91%，与实际钻井吻合好，T工区含气有利区主要分布在工区南边DMP潜伏构造（图8下方黑色虚线框）以及中部HNT构造北东倾末端（红色虚线框）。

2.5 效果综合评价

T工区位于开江—梁平海槽的“箕形”末端（海槽东南部）[21-22]，台缘带不发育，生物礁隆起幅度小，发育点礁，礁体识别难度大。从图8已有钻井的区域（黑色虚线框）来看，预测结果与实钻结果吻合率高。分析前几轮地震工作的成果，礁体特征不明显、飞仙关组底对比的准确性影响了相带的划分及礁体的刻画，“相控”观点可能对研究区并不适用。目前，HNT构造北东倾末端（红色虚线框区域）未钻井，从该区域的L剖面可以看出，含气区域有小幅隆起，飞仙关组底存在细微的强弱变化，红黄色含气条带横向展布特征明显，处于飞仙关组底向下15～40 ms时窗范围内，是潜在的勘探有利区（图9）。

图7 T工区典型井含气因子剖面图

图8 T工区长兴组含气性预测分布图

3 结论

1）深/浅电阻率曲线可以指示气层，该信息可以被提取出来作为先验信息用于地震资料的约束，而非简单地起验证井作用。

2）分频信息增大了多元频率数据体与Rc曲线的映射关系，有色反演为更加合理的全频带相对波阻抗地震数据，更有利于气水识别。

3）利用已钻井的气水测试信息，结合地震数据包含的频率信息开展含气性预测是一种切实可行且有效的叠后含气性预测方法，具有极大的推广应用价值。

图9 T工区L线沿上二叠统底拉平偏移剖面及含气因子剖面图