張軍華，黃廣譚，李 軍，楊 勇，杜玉山

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580;2.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257015)

基于層次分析法的地震有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

張軍華1，黃廣譚1，李 軍1，楊 勇2，杜玉山2

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580;2.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257015)

將系統(tǒng)工程領(lǐng)域的層次分析法(AHP)應(yīng)用于地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中。按照層次分析法遞階層次原理，結(jié)合春風(fēng)油田P609井區(qū)實(shí)際地質(zhì)情況，在波阻抗反演、地震多屬性分析和斷層裂縫預(yù)測(cè)等基礎(chǔ)上，確定出儲(chǔ)層預(yù)測(cè)四級(jí)層次結(jié)構(gòu)，即基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、方案層、準(zhǔn)則層和目的層。實(shí)際應(yīng)用中，研究區(qū)16口井中有14口井的AHP預(yù)測(cè)結(jié)果與錄井結(jié)果一致，應(yīng)用效果較好。該方法將有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)這一較復(fù)雜的問(wèn)題分解為若干個(gè)次級(jí)物理意義和地質(zhì)意義較明確的問(wèn)題，從而達(dá)到了更好、更全面分析儲(chǔ)層的目的。該研究方法對(duì)研究區(qū)后續(xù)開(kāi)發(fā)有指導(dǎo)意義，對(duì)國(guó)內(nèi)其他類(lèi)似區(qū)塊有借鑒作用。

儲(chǔ)層預(yù)測(cè);薄層油藏;層次分析法;地震屬性;春風(fēng)油田

0 引言

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，簡(jiǎn)稱(chēng)AHP)，是20世紀(jì)70年代初提出的一種層次權(quán)重決策分析方法。該方法最初由美國(guó)國(guó)防部提出，在對(duì)各工業(yè)部門(mén)進(jìn)行電力分配時(shí)，按照對(duì)國(guó)家的福利貢獻(xiàn)進(jìn)行合理分配［1］。該方法將復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行分解，把目的問(wèn)題分解為若干個(gè)影響因素，每個(gè)因素根據(jù)屬性不同繼續(xù)分解，依此類(lèi)推，從而形成層次結(jié)構(gòu)［2］。建立好層次結(jié)構(gòu)后，構(gòu)建各層次之間的關(guān)系、避免人為判斷的模糊性，進(jìn)而建立判斷矩陣，是方法的關(guān)鍵［3］。

準(zhǔn)噶爾盆地春風(fēng)油田是車(chē)排子地區(qū)發(fā)現(xiàn)的第2個(gè)油田，其沙灣組二段發(fā)育稠油油藏，具有如下地質(zhì)特征［4-7］:①埋深較淺 (200～400 m)，地震資料目標(biāo)層段主頻為50 Hz左右，地震波速度約為2 400 m/s左右，而儲(chǔ)層厚度不足10 m，目的層段為薄層;②砂體橫向非均質(zhì)性強(qiáng)，連續(xù)性差，邊界難以確定，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度很大;③儲(chǔ)層整體為西北高、東南低的單斜構(gòu)造，目的層在區(qū)塊東部，邊緣處發(fā)生地層尖滅;④構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)，目的層發(fā)育有裂縫及斷層，是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中不可忽略的問(wèn)題。

總的來(lái)說(shuō)，研究區(qū)儲(chǔ)層特征復(fù)雜，符合層次分析法的構(gòu)建要素，采用常規(guī)方法直接預(yù)測(cè)有較大困難。在系統(tǒng)研究層次分析法原理基礎(chǔ)上，自主研發(fā)了算法、程序，并用排609井區(qū)實(shí)際資料進(jìn)行了檢驗(yàn)和應(yīng)用，成果對(duì)類(lèi)似儲(chǔ)層精細(xì)描述與預(yù)測(cè)有一定的借鑒作用。

1 常規(guī)地震屬性提取與分析

通過(guò)區(qū)域地質(zhì)及井資料分析可知，該區(qū)塊儲(chǔ)層厚度不足10 m，一般為6～8 m，屬薄層范疇。在提取地震屬性時(shí)應(yīng)根據(jù)厚度大小合理開(kāi)取儲(chǔ)層時(shí)窗。而地震屬性應(yīng)挑選地質(zhì)意義明確、井點(diǎn)吻合度高而又具一定代表性的屬性［8-9］。共提取了46種地震屬性［10］，限于篇幅，僅展示了研究區(qū)幾種較常用、有效的地震屬性(圖1)，其物理含義簡(jiǎn)述如下。

(1)單道處理屬性。均方根振幅對(duì)振幅變化比較敏感，可用于識(shí)別振幅異常或地震層序特征;由于巖性或流體的變化會(huì)引起地震波高頻成分的衰減，平均瞬時(shí)頻率可反映與油氣或裂縫的頻率吸收效應(yīng)有關(guān)的主頻特征［11］;能量半時(shí)屬性是在給定的分析時(shí)窗內(nèi)能量達(dá)到1/2時(shí)的相對(duì)時(shí)間，可用于刻畫(huà)層序地層特征，反映沉積過(guò)程的快慢。

(2)分頻處理及調(diào)諧體屬性。利用薄層的調(diào)諧效應(yīng)，通過(guò)分頻處理，將時(shí)窗內(nèi)地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻率體數(shù)據(jù)。

(3)相干體屬性。利用地震道的空間組合，提取相關(guān)、相似或相干值，可以較好地識(shí)別斷層、不整合、地層尖滅等特殊異常體。

圖1 幾種主要的地震屬性

(4)波形聚類(lèi)屬性。根據(jù)不同沉積特征在地震波形上的差異，可將研究區(qū)目的層各地震道劃分為不同的類(lèi)型。

(5)波阻抗反演屬性。結(jié)合測(cè)井資料，采用井約束的稀疏脈沖反演方法，得到波阻抗沿層屬性值。

由圖1可知，各種屬性間差異性較大，直接根據(jù)常規(guī)屬性進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)與分析有較大困難，為此研究利用AHP方法進(jìn)行儲(chǔ)層綜合預(yù)測(cè)。

2 AHP方法基本原理

2.1 層次結(jié)構(gòu)及決策樹(shù)的制定

層次分析法是將復(fù)雜問(wèn)題轉(zhuǎn)化為目標(biāo)、準(zhǔn)則和方案等層次，然后進(jìn)行定量和定性分析，通過(guò)對(duì)復(fù)雜本質(zhì)和相關(guān)影響因素深入分析后，繪制清晰的層次結(jié)構(gòu)圖并進(jìn)行判別預(yù)測(cè)。按照層次分析法遞階層次原理，結(jié)合工區(qū)地質(zhì)情況，在地震屬性提取和優(yōu)化分析基礎(chǔ)上，確定了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)層次結(jié)構(gòu)圖(圖2)。考慮到多因素影響，除上面屬性外，又選取了波峰(谷)數(shù)、古地貌數(shù)據(jù)、等t0、能量半衰時(shí)斜率等其他相關(guān)屬性作為輔助數(shù)據(jù)。

層次結(jié)構(gòu)中，地震資料、層位數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層;方案層則由地質(zhì)意義明確、應(yīng)用效果較好、已優(yōu)選的地震屬性組成;準(zhǔn)則層根據(jù)本區(qū)的特點(diǎn)由巖性、薄層、單斜構(gòu)造以及裂縫和斷層組成;而目標(biāo)層為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的最終結(jié)果，即最終預(yù)測(cè)的儲(chǔ)層分布。

圖2 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)層次結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)決策者對(duì)該地區(qū)的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，準(zhǔn)則層中的各準(zhǔn)則所占有的比重是不同的，引用數(shù)字1～9以及相對(duì)應(yīng)的倒數(shù)構(gòu)建判斷矩陣 ，其判斷準(zhǔn)則按一定的標(biāo)度進(jìn)行設(shè)定，如表1所示。

表1 判斷矩陣標(biāo)度及含義

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合各個(gè)層次的權(quán)重求解評(píng)價(jià)值并進(jìn)行層次總排序，根據(jù)評(píng)價(jià)的結(jié)果選出最佳的方案［12-14］:

式中:F為層次分析法得到的結(jié)果，即目標(biāo)層最終的概率分布;xi表示準(zhǔn)則層某一準(zhǔn)則歸一化后的數(shù)值;wi為相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。

2.2 判斷矩陣的建立及權(quán)重的確定

由圖2可以看出，波阻抗反演及均方根振幅屬性可較好地反映巖性，調(diào)諧體分頻及波阻抗反演可很好地表現(xiàn)出薄層的特性，而相干和瞬時(shí)頻率等可以刻畫(huà)斷層與裂縫。由此建立方案層與準(zhǔn)則層之間的判斷矩陣:

式中:B1，B2，B3，B4分別表示準(zhǔn)則層中薄層、巖性、單斜構(gòu)造以及斷層與裂縫與方案層中各屬性之間的判斷矩陣，即連接各方案與準(zhǔn)則之間的關(guān)系矩陣。

從地質(zhì)認(rèn)識(shí)上看，研究區(qū)沙灣組儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中，儲(chǔ)層薄的特點(diǎn)是制約最終評(píng)定的關(guān)鍵因素，相比較而言，裂縫和斷層的影響較小，巖性及流體的影響介于兩者之間。因此建立目標(biāo)層與準(zhǔn)則層之間的判斷矩陣:

層次分析法權(quán)重向量的計(jì)算方法一般有4種，即幾何平均法、算數(shù)平均法、特征向量法和最小二乘法，下面選用較常用的最小二乘法計(jì)算權(quán)重:

3 AHP綜合預(yù)測(cè)與分析

由式(1)～(7)逐一進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果用計(jì)算機(jī)繪圖，可以得到有利儲(chǔ)層分布圖(圖3)。從定性描述來(lái)看:儲(chǔ)層整體上呈現(xiàn)南東厚、北西薄并逐漸向北西尖滅的特征，與已有的地質(zhì)認(rèn)識(shí)相一致;井點(diǎn)處大多儲(chǔ)層發(fā)育，分布規(guī)律與鉆井結(jié)果吻合度較高。為了定量分析儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，讀取井點(diǎn)處AHP預(yù)測(cè)值與儲(chǔ)層實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖3 AHP最終預(yù)測(cè)儲(chǔ)層分布圖

圖4 井點(diǎn)處實(shí)際儲(chǔ)層厚度與AHP儲(chǔ)層預(yù)測(cè)厚度比較

結(jié)果表明，AHP預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況吻合度較高。工區(qū)共16口井，其中14口井?dāng)?shù)據(jù)與AHP預(yù)測(cè)結(jié)果相一致。相對(duì)較差的P609-5井位于盆地邊緣，儲(chǔ)層厚度很薄，僅有1.5 m，由于下伏不整合面導(dǎo)致該井附近反射雜亂，因此，在屬性提取時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差。而P609-4井位于工區(qū)最北側(cè)，埋深不足200 m，地震采集覆蓋次數(shù)很小，導(dǎo)致該井附近同相軸雜亂不連續(xù)，因此，該井?dāng)?shù)據(jù)存在一定誤差。

綜上所述，AHP方法融合多種儲(chǔ)層解釋結(jié)果，根據(jù)不同權(quán)重對(duì)儲(chǔ)層分層次進(jìn)行預(yù)測(cè)，從理論上講，該方法較單一預(yù)測(cè)方法具有較高的可靠性;就實(shí)際應(yīng)用而言，該方法不僅可以定性地預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的分布情況，而且還可以加入厚度約束條件，對(duì)整個(gè)工區(qū)的厚度進(jìn)行預(yù)測(cè)，以解決儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的關(guān)鍵參數(shù)。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)春風(fēng)油田沙灣組儲(chǔ)層預(yù)測(cè)受控于多種因素，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度大。諸如此類(lèi)多因素、多準(zhǔn)則問(wèn)題，可采用層次分析法對(duì)多種屬性進(jìn)行綜合評(píng)定，最終預(yù)測(cè)出較準(zhǔn)確的儲(chǔ)層分布。

(2)研究區(qū)塊儲(chǔ)層埋深為200～400 m，速度為2 400 m/s左右，地震資料主頻為50 Hz左右，而儲(chǔ)層厚度不足10 m，屬薄層范疇。儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中，薄層問(wèn)題應(yīng)作為主控因素。

(3)沙灣組儲(chǔ)層油水關(guān)系復(fù)雜，砂體連續(xù)性差，因此巖性的劃分也是影響儲(chǔ)層分布的因素之一;儲(chǔ)層下伏角度不整合面，且位于盆地邊緣，也是制約儲(chǔ)層發(fā)育的因素。因此，相干與瞬時(shí)頻率屬性是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中不可或缺的因素。

(4)層次分析法中判斷矩陣的建立，是影響最終評(píng)定結(jié)果的技術(shù)關(guān)鍵。判斷矩陣的構(gòu)建，應(yīng)結(jié)合井資料和預(yù)測(cè)結(jié)果，進(jìn)行多次試驗(yàn)。

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編輯劉兆芝

TE122.2

A

1006-6535(2015)05-0023-05

20150507;改回日期:20150730

國(guó)家油氣重大專(zhuān)項(xiàng)“薄互層低滲透油藏儲(chǔ)層描述技術(shù)研究”(2011ZX05051-001);國(guó)家油氣重大專(zhuān)項(xiàng)“精細(xì)油藏描述技術(shù)及剩余油賦存方式研究”(2011ZX05011-001)

張軍華(1965-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，1987年畢業(yè)于華東石油學(xué)院物探專(zhuān)業(yè)，2002年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)地球探測(cè)與信息技術(shù)專(zhuān)業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事地球物理勘探工程理論與實(shí)踐研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.004