海底扇浅海重力流气藏储层内部结构精细表征.pdf

天 然 气 勘 探 与 开 发 NATURAL GAS EXPLORATION AND DEVELOPMENT 20 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期海底扇浅海重力流气藏储层内部结构精细表征李 佳周 伟叶 青王 玉彭小东彭 旋中海石油（中国）有限公司海南分公司摘要南海天然气勘探在浅海重力流沉积储层中持续获得新发现，但重力流储层沉积类型特殊、沉积机制复杂，加之高温高压的储层条件，导致含气砂体叠置连通关系及气水分布极为复杂，储层内部结构精细表征缺乏有效的手段和方法。为此，精细沉积微相研究成果为指导，形成正反演结合、波形指示反演为主体的多种反演技术的方法；通过地震沉积学技术集成解释，建立研究区砂体单元叠置模式，实现复杂沉积体储层的高精度表征。研究结果表明：研究区砂体展布受沉积相控制的变化，主要发育四大类成因单元砂体叠置模式，包括侵蚀水道分流水道侧向叠置、分流水道分流水道侧向叠置、分流水道水道化朵体侧向接触、朵体-朵体侧向叠置；进一步明确该区 3 种类型的主要气藏分布模式，包括统一气水界面的构造+岩性的大型整装边水气藏模式、差异充注形成的独立气水系统的小型岩性圈闭气藏模式、物性遮挡形成的局部滞留水体气藏模式；研究成果适用于精细刻画复杂砂体储层的内部结构特征，并可有效地指导我国海上首个高温高压领域盆地的油气勘探开发研究。关键词海底扇地震沉积学砂体刻画内部结构特征气水分布气藏模式DOI：10.12055/gaskk.issn.1673-3177.2023.02.003Fine characterization for inner structure of shallow-sea gravity flow gas reservoirs in submarine fanLI Jia,ZHOU Wei,YE Qing,WANG Yu,PENG Xiaodong,and PENG Xuan(Hainan Branch,CNOOC China Limited,Haikou,Hainan 570312,China)Abstract:Natural gas exploration in the South China Sea makes successive discoveries in shallow-sea gravity flow sedimentary res-ervoirs.However,the unique sedimentary type,complex sedimentary mechanism,and the HT/HP condition of the reservoirs led to superimposed gas-bearing sand bodies,and extremely complicated gas-water distribution.There is a lack of effective techniques and methods for accurately characterizing the inner structure of reservoir.Based on the study results of detailed sedimentary microfacies,multiple inversion techniques were developed,represented by combined forward and inverse methods,and waveform inversion.By integrating interpretation of seismic sedimentology,the superimposed pattern of sand body unit was established for the study area to achieve high-precision characterization for complex sedimentary reservoirs.The following results are obtained:(i)The distribution of sand bodies is controlled by changes in sedimentary facies.There develops four superimposed patterns of genetic unit sand body,including lateral erosion channel-distributary channel superimposing,lateral distributary channel-distributary channel superimpos-ing,lateral distributary channel-channelized lobe contact,and lateral lobe-lobe superimposing.(ii)Three main distribution models of gas reservoir in the area are clarified,including the large-scale tectonic-lithologic monolithic edge-water gas reservoir with a unified gas-water contact,small-scale lithologic-trap gas reservoir with independent gas-water system formed by differential charging,and lo-cally retained-water gas reservoir formed by physical shielding.(iii)The study achievements are applicable to finely characterizing the inner structure of complex sand-body reservoirs,and can effectively guide the exploration and development for Chinas first offshore HT/HP basin.Key words:Submarine fan;Seismic sedimentology;Sand-body description;Inner structure characteristics;Gas-water distribution;Gas reservoir model基金项目：“十三五”国家科技重大专项“莺琼盆地高温高压天然气富集规律与勘探开发关键技术（三期）（2016ZX05024005）;中海石油（中国）有限公司重大科技专项“南海西部油田上产 2000 万方关键技术研究”（CNOOC-KJ135ZDXM38ZJ）。作者简介：李佳，女，1990 年生，工程师；现主要从事天然气开发地质研究工作。地址：（570100）海南省海口市秀英区长滨 3 路 8 号。E-mail：通信作者：彭旋，男，1986年生，高级工程师；现主要从事天然气开发地质研究工作。地址：（570100）海南省海口市秀英区长滨3路8号。E-mail：李佳等：海底扇浅海重力流气藏储层内部结构精细表征 21 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期0引言近年来，南海西北部莺歌海盆地高温高压天然气领域不断获得突破，已成为中海油天然气勘探开发中增储上产的重要领域之一。但在该区天然气勘探及气田开发生产过程中亦碰到了一些瓶颈及难点问题。即：高温高压气藏具有地层温度高、压力高、储层非均质性强、气水分布复杂、储量分布不均等特点，与常温常压气藏存在较大的差别，另外受限于地震资料分辨率及地震信息的多解性，砂体储层精细描述困难，砂体连通性不明，严重制约了气田勘探开发效果。高温高压环境下的重力流沉积储层勘探开发在国内外尚属先例，可参考样本极少，也进一步增加了靶区研究难度。1978 年 Walker 提出经典的海底扇沉积模式后，国内外专家学者不断的完善海底扇的结构体系，2018 年西安石油大学李磊，针对海底扇沉积机理及动力学机制分析，识别出 4类浅海重力流沉积单元，划分了限定性朵体构型、限定性水道构型和非限定水道朵体构型等 3 种构型单元，中海油研究院在此研究的基础上，进一步可划分出多种沉积微相，不同微相之间砂体叠置关系1-6。与经典的海底扇发育于陆架坡折之下的低位体系域不同，该区发育浅水区，浅水重力流发育在浅海斜坡带上，很可能是异重流成因。异重流是由洪水期河口直接注入、因密度大于汇水盆地水体密度而沿水体底部分层流动的持续型浊流，沉积物颗粒主要靠湍流支撑7。目前该气田勘探开发实钻情况来看，与前人认识不符，砂体叠置关系和连通性认识不足，鉴此，笔者融合地震沉积学，精细刻画了该区海底扇复杂砂体储层内部结构特征，识别出研究区单元砂体叠置模式，搞清上新统黄流组一段储层砂体展布受沉积相控制的变化规律。深化了气组储层平面及纵向沉积微相的认识，提高了含气砂体储层刻画精度，进一步明确了含气砂体储层叠置之连通关系，进而有效地指导了潜力勘探领域目标研究。1区域地质概况东方 M 气田区位于南海西北部莺歌海盆地中央凹陷中央底辟构造带西北部东方区，其属于在泥底辟背斜构造背景下形成的一个近似穹隆状的短轴背斜，其成因机制为深层欠压实泥岩在高温高压作用下塑性流动上拱所形成的穹隆状背斜构造。东方M 气田砂体储层向东及东南方向超覆在该泥底辟背斜构造上并逐渐尖灭，最终形成了浅海陆架背景下的非典型浅海重力流海底扇沉积，进而构成了天然气聚集的有利场所构造背景下的岩性圈闭及其储盖组合。2海底扇储层砂体内部结构精细表征东方 M 气田属于浅海陆架背景浅海重力流海底扇沉积，由于上中新统黄流组一段海底扇沉积过程快速，后期受底流改造作用，储层具有很强的平面非均质性，砂体连通关系及气水分布复杂，多口井在区域气水界面之上钻遇水层，而地震属性是厚度、岩性、物性、流体性质的综合响应，受高温高压的影响地震属性存在多解性，且中深层地震资料分辨率低，储层描述存在不确定性8。2.1地震相分析识别目前常见的地震相分析主要是通过对地震反射同相轴的振幅、频率、连续性、反射结构等进行判别，并在此基础上进行地震相标志的划分。主要通过两个方面，一是外部几何形态，二是内部反射结构。常见的地震相外部几何形态包括席状、席状披盖、楔形、滩形、透镜状、丘形和充填型等；内部反射结构常见的主要有平行与亚平行反射结构、发散反射结构、前积反射结构、乱岗状反射结构、杂乱反射结构或无反射9-10。统计东方区的地震相特征，主要有：充填状。主要表现为地震反射同相轴的中间下凹两侧平行延伸的特征，厚度较厚，反映了水下动力环境下水流对地层的侵蚀作用（U 形、V 形、楔形），透镜状。眼球形构造，平面上则为朵状。地震反射特征为相对低频，测井相特征表现为箱形或钟形；席状。平行的地震反射同相轴构成，以振幅中强、中好连续性、平行反射结构为特征，席状中强振幅中连续地震相则多见于前端朵体中，含砂率有所降低，横向展布范围有限；席状弱振幅中连续地震相主要发育于浅海砂坝，泥质含量较高导致振幅相对减弱；结合东方区钻井、测井相及沉积微相等分析成果，以上 3 种地震相特征分别对应为侵蚀充填水道，分流水道，水道化朵体的沉积类型11-13（图 1）。2.2地震沉积学精细刻画2.2.1相位转换M-7 井 H1a砂体纵向上由两套砂体组成，在偏移地震剖面上该两套砂体的纵向叠置关系并不李佳等：海底扇浅海重力流气藏储层内部结构精细表征 22 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期明确，但在相位转换剖面上可清楚地看到该两套砂体为一复合砂体，中间存在一局部的泥岩夹层14（图 2）。2.2.2分频解释通过低、高频地震剖面的对比可以看出 H1a砂体，不同频率下同相轴变化小，H1b 砂体内部结构得到细化，原来的一个同相轴分为两个及多个同相轴，由于 H1 a 砂体平均厚度接近/4，该砂体地震同相轴基本为单一界面的反射15（图 3）。2.2.3多属性综合分析本次使用 Petrel 平台的属性分析模块，具体步骤是先提取能反映水道的相关属性（最小振幅属性、曲率属性、方差属性、倾角属性、混沌属性等），然后对各属性进行归一化处理，最后加权平均得到各属性的综合反映16。3砂体内部结构精细分析解剖海上稀井网条件下，测井资料少，且地震资料分辨率分有限，基于此，通过调研国内外海底扇成因砂体构型模式，并建立不同类型砂体叠置模式，以此为指导，选取典型井区，结合实钻井分析，图 1莺歌海盆地中央泥底辟带东方区不同地震相及不同类型沉积砂体钻测井特征图井震结合开展砂体内部结构分析，明确东方 M 气田海底扇砂体垂向和横向叠置方式，并通过地震正演模拟模型分析研究成果的合理性，结合东方 M-1气田生产动态资料，对不同叠置模式砂体开展连通性分析。3.1地质模式约束下的储层正演模拟地震属性是厚度、岩性、物性以及流体性质的综合响应，具有多解性，仅根据地震剖面或井上发育特征，雕刻砂体内部结构存在不确定性，因此笔者基于已调研海底扇砂体叠置模式，建立不同岩性组合、叠置样式的地质模型，开展地震正演模拟研究，指导刻画砂体内部结构单元叠置关系17-19。3.1.1侵蚀分流水道沉积砂体叠置样式地震正演模拟侵蚀分流水道沉积单元设置了孤立型水道、侧叠型水道和切割叠置型水道 3 种水道沉积砂体叠置样式（图 4）。孤立型水道模型中，水道沉积体彼此独立，各水道在地震剖面中均有响应。由水道主体部位向两侧过渡，砂体厚度减薄，砂体厚度小于地震分辨率之后，地震反射失真。李佳等：海底扇浅海重力流气藏储层内部结构精细表征 23 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期侧叠型水道由不同期水道侧向叠置形成，水道在横向上位置发生迁移，纵向叠置，晚期水道对早期水道无明显侵蚀，由薄层泥岩或无泥岩分隔。该模型的地震响应为各期水道向迁移方向有共同的反射底界；叠置厚度小的情况下，叠置部位同相轴可能出现振幅减弱或同相轴扭曲；迁移的反方向上，单期水道无或有微弱的响应。切割叠置型水道的形成与水道侧向迁移和后期水道对前期水道侵蚀冲刷有关，不同期水道横向接触，纵向叠置，纵向上不同期水道之间无或由薄层泥岩分隔。该模型的地震响应为叠加水道有共同的反射底界，在水道侧向接触部位同相轴出现扭曲，叠置水道内部无明显反射特征。3.1.2水道化朵体朵体沉积砂体叠置样式地震正演模拟水道化朵体沉积单元设置了远端朵体、孤立型图 2过 M-7 井 H1Ia 砂体原始地震剖面和相位转换剖面特征对比图图 3中央泥底辟带西北部东方 M 气田不同频率地震剖面特征对比图李佳等：海底扇浅海重力流气藏储层内部结构精细表征 24 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期朵体、侧叠型朵体和切割叠置型朵体四种朵体沉积砂体叠置样式。远端朵体由于厚度小，厚度小于地震资料分辨率的单期朵体，其地震响应明显比真实朵体厚度大，多期远端朵体纵向叠置，叠置朵体的底部有明显的地震响应。孤立型朵体模型中，各朵体在地震剖面中均有响应。朵体主体部位其地震响应与真实朵体基本一致，由朵体主体部位向两侧过渡，砂体厚度减薄，砂体厚度小于地震分辨率之后，地震反射失真。侧叠型朵体复合体由不同期朵体侧向叠置形成，朵体在横向上位置发生迁移，纵向叠置，朵体间由薄层泥岩或无泥岩分隔，朵体既可能是多期近端朵体，也可能是既包括近端朵体也包括远端朵体。该模型的地震响应为朵体叠置部位无明显地震响应，迁移方向上，早期朵体和晚期多期间由泥岩分隔，两期朵体没有发生叠置的部位出现地震响应，且同相轴变化较大。地震剖面上一定程度上可以识别该叠置样式的朵体复合体。切割叠置型朵体复合体与朵体迁移有关。同时由于地形的变化，流体动力的改变，在朵体部位同样可以发生晚期朵体对早期朵体的侵蚀冲刷现象。不同期朵体横向接触，纵向叠置，纵向上不同期朵体之间无或由薄层泥岩分隔。该模型的地震响应为朵体有共同的反射底界，在朵体侧向接触部位同相轴无明显变化，叠置朵体内部无明显反射特征20-21。3.2典型实钻井区砂体内部结构分析M-1 井与 B13 井在 H1 气组钻遇同一条侵蚀分流水道，两口井井距 600 m，垂向上测井曲线旋回变化频繁，可对比性较差，两口井所在沉积区，水道侧向迁移变化快（图 5）。M-1 井与 B13 井地震剖面显示，地震同相轴整体表现为充填状中振幅中连续特征，内部存在同相轴侧向叠置现象，表征侵蚀水道的侧向迁移摆动。基于此，以水道侧向迁移模式为指导，结合井上沉积旋回，对两口井开展精细地层划分与对比，建立其砂体侧向叠置模式。B13 井垂向上发育两套砂体，M-1 井垂向上发育 3 套砂体。3 小层沉积时，B13 井处于侵蚀水道中心位置，井上钻遇砂体厚度大，M-1 井处于沉积边部，砂体厚度相对较小，两口井在小层均表现为反旋回特征。2 小层沉积时，水道沉积中心位置位于两口井中间，井上砂体厚度相当，侵蚀水道频繁侧向迁移摆动频繁，井上钻遇多期侧积层，测井曲线齿化现象明显。1 小层沉积时，侵蚀水道沉积中心位于 M-1 井，B13 井未钻遇。综合以上分析认为 M-1 井区，水道侧向迁移变化快，早期沉积中心位于 B13 井，伴随水道迁移摆动，沉积中心逐渐过渡到 M-1 井。结合地震正演模拟结果分析，M-1 井与 B13 井地震同相轴叠置模式与切割-叠置型水道正演模拟结果较为吻合。3.3砂体叠置连通模式分析基于砂体描述成果，对不同成因砂体单元叠置关系开展分析，结合生产动态特征，分析不同砂体叠置关系连通关系，在东方 M 区识别出四大类成因单元砂体叠置模式（图 6）并进一步分析其连通性22。3.3.1侵蚀水道分流水道侧向叠置该类砂体主要为砂质碎屑流成因的侵蚀充填水道向前端漫溢，水动力逐渐减弱，过渡为浊流沉积，发育分流水道，地震剖面上表现出充填状强振幅强连续地震相与席状强振幅强连续地震相接触，反演剖面上两套成因砂体之间有明显界限，揭示两套砂体之间可能不连通。典型案例 M-3 井与 A3 井亦属于此类砂体叠置模式，M-3 井 H1b气组下钻遇侵蚀水道沉积，A3 井部署于侵蚀水道周边的漫溢分流水道内，两口井之间钻前分析存在不连通的可能，A3 井实钻在 M-3 已钻遇的气水界面之上钻遇水层，两口井不连通，与钻前分析一致。图 4侵蚀分流水道沉积单元地震正演模拟结果图李佳等：海底扇浅海重力流气藏储层内部结构精细表征 25 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期3.3.2分流水道分流水道侧向叠置该类砂体叠置模式进一步可划分为分流水道垂向叠置、分流水道侧向拼接和分流水道侧向接触 3种叠置模式。分流水道垂向叠置模式表现为晚期发育的分流水道切割叠置在早期发育的分流水道之上，两套砂体之间无明显的隔夹层，地震剖面上表现为强振幅强连续特征，地震同相轴及反演剖面未出现明显变化，砂体叠置连通。分流水道侧向拼接模式主要是同一时期形成的两条分流水道横向叠置，受限于沉积空间，两套分流水道横向叠置范围较小，地震同相轴在靠近物源位置表现为强振幅强连续特征，远离物源位置可能出现扭动现象，此类图 6中央泥底辟带西北部东方区浅海海底扇砂体叠置连通关系图版图 5中央泥底辟带西北部东方区 B13 井与 M-1 井砂体内部结构特征图李佳等：海底扇浅海重力流气藏储层内部结构精细表征 26 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期砂体叠置不连通。分流水道接触模式主要表现为两期成因的分流水道，横向展布范围有限，与周边分流水道孤立或点接触，地震剖面或反演剖面上可看到同相轴振幅减弱或扭动现象，两套砂体之间不连通2324。3.3.3分流水道水道化朵体侧向接触分流水道向前端运移过程中，水动力进一步减弱，砂质碎屑流完全过渡为浊流沉积，发育水道化朵体或朵体沉积微相，地震同相轴振幅明显减弱，由强振幅过渡为中弱振幅特征，朵体物性较差，此类砂体横向接触不连通。3.3.4朵体朵体侧向叠置该类成因砂体相对远离物源，物性较差，地震同相轴表现为中弱振幅特征，横向侧叠或振幅明显减弱，研究区多口探井实钻该类储层气水界面不统一，砂体不连通。4气藏类型及分布模式东方 M 气田黄流组一段气藏是位于东方区底辟翼部构造背景下的复杂岩性圈闭气藏，主要受岩性控制，边底水驱动，平面和纵向上分为多个气水系统，各气组气层主要分布在构造较高部位，具有各自的气水界面和压力系统25。结合沉积微相研究、砂体储层精细刻画、连通性分析及实钻情况，在东方 M 气田区建立了 3 种类型的主要气藏分布模式。4.1构造+岩性控制的大型整装边水气藏模式东方 M 气田整体为构造+岩性气藏，主要受构造控制，地震反射“平点”响应特征清晰且与 M-7、M-3、M-6 井实钻的气水界面相吻合，复合水道整体成藏，形成大面积连通、大型整装边水气藏，具有统一的气水界面26-27。4.2差异充注形成的小型岩性圈闭气藏模式岩性气藏的气水分布主要受圈闭有效性、构造位置、砂体连通性和物性非均质性等因素控制，差异充注成藏。在侵蚀充填水道、分流水道复合体发育区，内部多条规模不等的次级分流水道砂体侧向迁移摆动，形成侧向叠置拼接、对接复合，连通性复杂，各砂体形成独立的气藏或未成藏，气水关系复杂，没有统一的气水界面（图 7）。M-3 井东边高部位的 A3 井，在 H1b 上气组砂体底部钻遇了垂厚 9.6 m 气水同层和水层，较 M-3井已证实的区域气水界面高约 50 m；在 H1b 上气组南部水道末端的水道化朵体、朵体砂体，与主体区不连通，形成独立的岩性圈闭气藏。图 7中央泥底辟带西北部东方 M 气田过 M-3A3 井气藏特征地质综合解释剖面图李佳等：海底扇浅海重力流气藏储层内部结构精细表征 27 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期4.3物性遮挡形成的局部滞留水体分布模式因侵蚀充填水道、复合分流水道下蚀形成透镜状的砂体，其底部低洼处水体，受致密不渗透层遮挡和砂体底部物性较差的影响，天然气充注成藏时排水不畅，不能将其驱替，在砂体底部形成局部的滞留水体26-28（图 8）。H1a气组东南部“三期复合水道区”，高部位的 M-1 井所在的水道内 B13 井在砂体底部钻遇了水体。从单井资料上来看，气层段与底部水层段的储层物性有明显的差异，水层段储层物性较差，且气层段与水层段之间存在致密的钙层或泥岩夹层，但地震剖面上气层段与水层段没有明显的差异。由于局部发育的水体其规模有限，在岩石物理特征上与围岩没有明显的差别，因此在地震上没有特定的响应特征，一般难以识别。5结论1）以沉积模式指导下的地震相研究为基础，通过地震沉积学相关技术进行砂体初步刻画，以精细沉积微相研究成果为指导，优选形成正反演结合、波形指示反演为主体，形成了多种反演技术的非典型海底扇复杂砂体精细刻画技术。2）识别出研究区四大类成因单元砂体砂体叠置模式并分析其连通性，包括侵蚀水道分流水道侧向叠置、分流水道分流水道侧向叠置、分流水道水道化朵体侧向接触、朵体朵体侧向叠置，明确上新统黄流组一段储层砂体展布受沉积相控制的变化规律。3）建立了东方 M 气田海底扇砂体叠置连通样式和气水分布模式，即：统一气水界面的构造+岩性的大型整装边水气藏模式；差异充注形成的独立气水系统的小型岩性圈闭气藏模式；物性遮挡形成的局部滞留水体气藏模式。参考文献 1 段瑞凯,胡光义,宋来明,等.深海水道沉积体系精细刻画及表征方法以西非尼日尔三角洲盆地 M 油田 A 油组为例J.中国海上油气,2019,31(5):113-123.DUAN Ruikai,HU Guangyi,SONG Laiming,et al.Fine description and characterization of deep sea channel sedimentation system:Taking the A oil group of M oilfield in the Niger Delta basin of West Africa as an exampleJ.China Offshore Oil and Gas,2019,31(5):113-123.2 李伟,刘平,艾能平,等.莺歌海盆地乐东地区中深层储层发育特征及成因机理 J.岩性油气藏,2020,32(1):19-26.LI Wei,LIU Ping,AI Nengping,et al.Development characteristics and genetic mechanism of mid-deep reservoirs in Ledong area,Yinggehai BasinJ.Lithologic Reservoirs,2020,32(1):19-26.3 郇金来,王玉,漆智,等.莺歌海盆地高温高压 D 气田浅海重力流沉积特征及地质意义 J.海洋地质前沿,2020,36(7):40-48.HUAN Jinlai,WANG Yu,QI Zhi,et al.Sedimentary characteristics and geological significance of shallow sea gravity flow deposits in the Gas Field D,Yinggehai BasinJ.Marine Geology Frontiers,2020,36(7):40-48.4 高雨,屈红军,陈硕,等.浪控三角洲发育特征:以莺歌海盆地东方 1-1 气田上新统莺二段为例 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