尹兵祥， 邱長(zhǎng)星， 劉洪濤

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,青島 266580；2.大慶油田有限公司 第七采油廠,大慶 163517)

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松遼盆地葡南油田西緣薄砂體儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)

尹兵祥1， 邱長(zhǎng)星1， 劉洪濤2

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,青島 266580；2.大慶油田有限公司 第七采油廠,大慶 163517)

葡南油田開(kāi)發(fā)層屬姚一段葡萄花油層，儲(chǔ)層為三角洲前緣亞相的水下分流河道砂體、席狀砂沉積和湖相濱湖砂沉積，砂體儲(chǔ)層窄小，橫向變化快，連續(xù)性差，地震預(yù)測(cè)是必不可少的方法。通過(guò)建立精細(xì)地質(zhì)模型，進(jìn)行多井約束波阻抗反演，采用多屬性儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)，結(jié)合測(cè)井解釋結(jié)果，對(duì)葡南油田西部邊緣葡331-1區(qū)塊的儲(chǔ)層橫向分布進(jìn)行了預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果符合砂體分布特征，井點(diǎn)符合率高，對(duì)于認(rèn)識(shí)該區(qū)油氣分布規(guī)律和開(kāi)發(fā)井位部署提供了直接的技術(shù)支持，對(duì)相鄰地區(qū)的勘探開(kāi)發(fā)具有參考意義。

葡南油田； 葡萄花油層； 薄砂體儲(chǔ)層； 地震預(yù)測(cè)

0 引言

由于地震資料在橫向上具有較強(qiáng)的連續(xù)性，且地震資料中包含著豐富的儲(chǔ)層物性信息，相比之下，鉆井、測(cè)井資料則因?yàn)闄M向稀疏而在井間對(duì)比和預(yù)測(cè)中不具有優(yōu)勢(shì)，因此地震技術(shù)在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中發(fā)揮著重要的作用[1-6]。作為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的核心技術(shù)之一的井約束波阻抗地震反演基于構(gòu)造地質(zhì)模型，以井點(diǎn)阻抗為約束條件，從地震波數(shù)據(jù)求取地層波速或波阻抗數(shù)據(jù)，進(jìn)而根據(jù)層間或是層內(nèi)波速和/或波阻抗差異進(jìn)行不同巖性的區(qū)分[5-10]。將反演阻抗和波速甚至其他類型的數(shù)據(jù)體類比于地震屬性，將其與原始地震數(shù)據(jù)的屬性類型共同進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，可以進(jìn)一步提高儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)的效果，更準(zhǔn)確地描述儲(chǔ)層分布狀態(tài)和油藏儲(chǔ)量規(guī)模[10-12]。

1 研究區(qū)概況

葡南油田在構(gòu)造上位于松遼盆地大慶長(zhǎng)垣南部的葡萄花構(gòu)造北部，主要開(kāi)發(fā)目的層為下白堊統(tǒng)姚家組一段葡一組油層組，該層組為一套典型的砂泥巖薄互層，厚度約45 m～55 m，自上而下分為11個(gè)小層，儲(chǔ)層為三角洲前緣亞相的水下分流河道砂體、席狀砂沉積和湖相濱湖砂沉積，單層最大厚度在1 m～2 m之間。圖1為葡154-28井的單井綜合圖，葡I油層組厚度為55.4 m，其中砂巖厚度為11.7 m，共7層，單層最大2.8 m。砂體橫向變化快，規(guī)律性差，整個(gè)層組則表現(xiàn)為疊合連片的狀態(tài)[13]。葡331-1區(qū)塊位于葡南油田西緣，已于2011年提交控制儲(chǔ)量，面積為7.3 km2，控制儲(chǔ)量58×104t，表現(xiàn)出一定的資源潛力。構(gòu)造位置相對(duì)較低的葡148-16井PI1、PI3、PI4號(hào)層為水層，PI5-PI10號(hào)層為高含水低產(chǎn)工業(yè)油層，呈現(xiàn)明顯的上水下油情況，表明該區(qū)油水關(guān)系較為復(fù)雜。同時(shí)該區(qū)儲(chǔ)層橫向變化快，連續(xù)性差，單純依靠井間對(duì)比難以滿足儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的需要，必須借助于地震數(shù)據(jù)開(kāi)展儲(chǔ)層預(yù)測(cè)工作[14-16]。

圖2 葡331-1區(qū)塊東西向典型地震剖面

圖1 葡158-28單井綜合圖

圖2為研究區(qū)內(nèi)一條東西向地震剖面及目的層構(gòu)造解釋，顯示構(gòu)造趨勢(shì)為東高西低，發(fā)育有若干正斷層，最大落差超過(guò)一個(gè)地震子波周期，不同斷層的組合將目的層切割成地壘、地塹、斷階等斷塊，局部也具有微幅度構(gòu)造的顯示，為油氣聚集提供了不同的場(chǎng)所和條件。圖3為研究區(qū)葡I油層組頂面構(gòu)造圖，顯示總體構(gòu)造形態(tài)為東南高、西北低，被若干條斷層切割。最顯著的構(gòu)造高點(diǎn)在研究區(qū)東南角，界面海拔深度小于900 m；在東部南北向大斷層以西的斷層上升盤有兩個(gè)斷塊高點(diǎn)，具有形成油氣藏的構(gòu)造條件，是現(xiàn)有井網(wǎng)外擴(kuò)的有利位置。

2 井約束波阻抗反演

2.1 波阻抗反演的基本原理

井約束地震反演采用地震資料構(gòu)造解釋成果建立地質(zhì)模型，通過(guò)合成地震記錄實(shí)現(xiàn)層位的準(zhǔn)確標(biāo)定，根據(jù)相鄰地震道之間的相關(guān)性質(zhì)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法自適應(yīng)地外推地震子波[3]，井旁道以測(cè)井資料為約束條件，實(shí)現(xiàn)阻抗等數(shù)據(jù)的計(jì)算，并在直接反演的中頻相對(duì)阻抗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)所包含的低頻和高頻信息，拓展阻抗數(shù)據(jù)體的頻寬，以便提高分辨率并得出巖層絕對(duì)波阻抗。由于砂體儲(chǔ)層一般比圍/泥巖阻抗值大，因此有利于巖性識(shí)別，地震反演已經(jīng)成為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的重要技術(shù)[8-9]。圖4為測(cè)井約束地震反演的具體流程。

圖3 葡331-1區(qū)塊葡I油層組頂面構(gòu)造圖

圖4 測(cè)井約束地震反演方法流程

波阻抗反演的原理為：給定多層地質(zhì)模型中各層的波速、密度、厚度等參數(shù)分別為：

v(i)，ρ(i)，d(i)，i=1,2,3,…,N

各層中地震波垂直傳播的時(shí)間為τ(i)=2d(i)/v(i)，目的層界面的反射時(shí)間為其上各層內(nèi)時(shí)間的累加即

(1)

由此可以將地震記錄描述為

i=1,2,3,…,M

(2)

其中：s(i)為實(shí)際地震信號(hào)；r為地層界面的反射系數(shù)；w為地震子波；M為樣點(diǎn)總個(gè)數(shù)；i為地震記錄內(nèi)的樣點(diǎn)序號(hào)。式(2)的矩陣表示形式為式(3)。

S=W·R

(3)

式中：S=(s(1)s(2)…s(m))T；

R=(r(1)r(2)…r(n))T；

W為M×N階子波矩陣：

(4)

地層反射系數(shù)與其對(duì)數(shù)波阻抗的關(guān)系用矩陣表示為式(5)。

R=D·L

(5)

其中：R=[r(1)r(2) …r(N)]T；

L=[l(1)l(2) …l(N)]T；

D為N行，N+1列的系數(shù)矩陣；l(i)為地層模型中各層波阻抗的對(duì)數(shù)值，將式(5)帶入式(3)得式(6)。

S=WDL

(6)

設(shè)實(shí)際測(cè)量的地震記錄為：T=[t(1)t(2)…t(M)]T，模型道S與實(shí)際地震道T之間的差為E=T-S，而誤差能量可以表示為式(7)。

J=ETE=(T-WDL)T(T-WDL)

(7)

這樣目標(biāo)函數(shù)J使待求波阻抗與實(shí)際地震觀測(cè)資料發(fā)生直接聯(lián)系，使J達(dá)到最小的物理含義是：尋求一個(gè)最佳的地質(zhì)模型，使由此模型計(jì)算的合成地震數(shù)據(jù)與實(shí)際觀測(cè)資料的誤差能量最小。

式(7)的最小平方解為式(8)。

L=(DTWTWD)-1DTWTT

(8)

由于式(8)無(wú)法引入約束條件，所以實(shí)際地震記錄中的噪音會(huì)嚴(yán)重地影響反演結(jié)果，可以考慮用共軛梯度法求解來(lái)避免此問(wèn)題[5]，該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是①算法精確、穩(wěn)定；②不需做矩陣反演計(jì)算，避免了大矩陣處理中的病態(tài)問(wèn)題；③具有比較強(qiáng)的抗干擾能力；④求解過(guò)程中能容易地執(zhí)行約束條件。因此井約束波阻抗反演通常采用該方法，通過(guò)多次迭代和修改參數(shù)、逐次逼近地層模型來(lái)求取地層的波阻抗[6-7]。

2.2 地震子波估算

地震子波估算是反演的關(guān)鍵步驟之一，合理的子波是高精度反演的前提[9]。獲取子波的方式一般有標(biāo)準(zhǔn)理論子波、統(tǒng)計(jì)估算子波和地震提取子波等三種。從地震資料中提取的子波與地震數(shù)據(jù)匹配良好，可以很好地實(shí)現(xiàn)合成記錄與井旁道的相關(guān)性。本次反演在各井提取到的子波都非常接近于主頻為50 Hz的Ricker子波，因此直接采用了50 Hz的Ricker子波。

2.3 地層框架模型的建立

建立地層框架模型就是定義各地層界面及斷層面之間的相互關(guān)系，構(gòu)建地層空間格架，為將測(cè)井曲線數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)插外推形成三維數(shù)據(jù)體提供約束和控制，使其橫向內(nèi)插外推沿層進(jìn)行，而不是以等深為原則，這樣得到的測(cè)井曲線類型的數(shù)據(jù)體才更合理。同時(shí)該框架模型也對(duì)地震數(shù)據(jù)的反演計(jì)算具有模型控制作用。本次解釋的目的層頂、層底反射的時(shí)間厚度約為30 ms～40 ms，只有兩個(gè)界面，為保證目的層反演的效果，將頂界面、底界面分別向上和向下推移10 ms，分別形成另外的兩個(gè)層用作模型的頂、底界面。

2.4 高低頻分量補(bǔ)充

相對(duì)于地震反演計(jì)算直接得到的阻抗數(shù)據(jù)，井點(diǎn)的測(cè)井曲線計(jì)算的阻抗數(shù)據(jù)具有顯著的分辨率優(yōu)勢(shì)，而且其垂向的緩慢變化趨勢(shì)也是相對(duì)清楚的，從各井的鉆井阻抗內(nèi)插外推得到的測(cè)井阻抗數(shù)據(jù)體，也同樣具有很寬的頻帶范圍和很高的垂向分辨率[11]。

地震反演阻抗數(shù)據(jù)的高低頻分量補(bǔ)充就是將其與測(cè)井阻抗數(shù)據(jù)體按道進(jìn)行合并，將地震數(shù)據(jù)缺失的低頻和高頻成分從測(cè)井阻抗數(shù)據(jù)體中提取合并到地震反演阻抗數(shù)據(jù)體中來(lái)[5,9]。根據(jù)原始地震資料及直接反演阻抗的頻譜范圍，確定低頻補(bǔ)償?shù)拈撝禐?0 Hz，高頻補(bǔ)償?shù)念l段確定為90 Hz ～220 Hz，高、低頻率補(bǔ)償后就得到能反映地層波阻抗的數(shù)據(jù)體。

2.5 三維地震反演效果分析

反演效果主要從以下幾個(gè)方面分析：①阻抗數(shù)據(jù)的縱橫向分布變化是否符合地質(zhì)規(guī)律；②井旁道與鉆井?dāng)?shù)據(jù)之間的吻合程度；③阻抗數(shù)據(jù)比原始地震數(shù)據(jù)的分辨率要有明顯的提高[9]。由于反演過(guò)程中的多個(gè)環(huán)節(jié)都加強(qiáng)了質(zhì)量控制，保證了反演阻抗數(shù)據(jù)具有較高的分辨率，能夠較好地反映目的層巖性變化特征。從圖5可以看出，目的層相對(duì)于上、下地層是一套高阻抗的地層，這與實(shí)際地質(zhì)情況是符合的。

3 砂巖儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)

3.1 多屬性儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)

儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)以地震資料為主，綜合地質(zhì)、測(cè)井、試井等多種資料分析研究油氣儲(chǔ)層的空間分布、巖性物性、流體性質(zhì)等油氣藏特征[10]。為此需要分析待預(yù)測(cè)的地質(zhì)目標(biāo)數(shù)據(jù)與各種地震屬性之間的相關(guān)關(guān)系，不僅從原始地震數(shù)據(jù)提取屬性，而且從反演成果數(shù)據(jù)提取屬性，幾種典型屬性如圖6所示，由于地震資料是多種地質(zhì)因素的綜合效應(yīng)，單個(gè)屬性難以有效反應(yīng)儲(chǔ)層分布。

圖7為多屬性儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)的技術(shù)思路，首先是將井點(diǎn)的儲(chǔ)層厚度數(shù)據(jù)與多種地震(包括反演阻抗)屬性進(jìn)行相關(guān)分析，確定建立預(yù)測(cè)模型所需的屬性類型，選取的原則首先是相關(guān)系數(shù)的大小，其次是選取的屬性應(yīng)該相互之間不相關(guān)，屬性的數(shù)量不宜太多，此次預(yù)測(cè)選擇了3種不同的屬性，根據(jù)所選擇的屬性類型，采用最小二乘法確定預(yù)測(cè)模型各屬性的系數(shù)，得到本次儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的模型關(guān)系為：儲(chǔ)層厚度=1.82+0.316×10-6×阻抗+0.418×10-4×均方根振幅-0.264×能量半衰時(shí)，這樣就可以根據(jù)該模型做預(yù)測(cè)了，但是初次預(yù)測(cè)結(jié)果在井點(diǎn)的預(yù)測(cè)值與真實(shí)值難免存在誤差，將各井點(diǎn)的偏差分別求出，進(jìn)行網(wǎng)格化對(duì)應(yīng)到各個(gè)地震道點(diǎn)，然后將該偏差從初步預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)相減，得到最后的預(yù)測(cè)結(jié)果。除上述根據(jù)屬性回歸模型的預(yù)測(cè)方法外，還可以采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和協(xié)克里金的方法進(jìn)行預(yù)測(cè)。由于地震數(shù)據(jù)的最小有效單元為一個(gè)同相軸，厚度更小的薄層預(yù)測(cè)可信度降低，因此這里最多只能做到層組的預(yù)測(cè)。

3.2 儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)結(jié)果

采用前述儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)技術(shù)，我們對(duì)葡331-1區(qū)塊的砂巖厚度進(jìn)行了預(yù)測(cè)。圖8為整個(gè)葡I油層組的儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)，按照0.3 m誤差為限，井點(diǎn)符合率大于80 %。從中可以看出，研究區(qū)葡I油層組儲(chǔ)層厚度在0 m～9 m之間，分布比較零散，符合該區(qū)單個(gè)砂體儲(chǔ)層面積小、厚度薄的特征，在多層砂體疊合的情況下，仍然難有明顯的分布規(guī)律性，而是呈現(xiàn)出眾多小的厚度中心。盡管砂體厚度不大，但是由于該區(qū)域油氣地質(zhì)條件好，油源充分，在構(gòu)造條件的配合下，砂體成藏幾率非常大，加上埋藏深度只有1 000 m 左右，即使比較小的含油砂體也是具有開(kāi)發(fā)價(jià)值的。

圖5 反演阻抗數(shù)據(jù)體的剖面顯示

圖6 典型屬性示例

圖7 多屬性儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)示意圖

表1 葡331-1區(qū)塊潛力區(qū)有利目標(biāo)評(píng)價(jià)

3.3 有利目標(biāo)優(yōu)選

綜合構(gòu)造、儲(chǔ)層、油氣顯示等因素，在葡南油田西緣區(qū)塊開(kāi)發(fā)井網(wǎng)以外的潛力區(qū)，篩選了3個(gè)局部的有利目標(biāo)區(qū)(如圖8中點(diǎn)線區(qū)域所示)，評(píng)價(jià)的相關(guān)參數(shù)及評(píng)價(jià)結(jié)果列于表1，同時(shí)給出了葡I油層及分層組預(yù)測(cè)的儲(chǔ)層厚度數(shù)據(jù)。

圖8 葡331-1區(qū)塊儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)

4 結(jié)論

針對(duì)砂巖儲(chǔ)層與泥巖在地震反射波屬性及波阻抗等方面的差異，通過(guò)三維地震資料和鉆井、測(cè)井資料在模型框架下的有機(jī)結(jié)合，利用井約束波阻抗反演和多屬性分析技術(shù)預(yù)測(cè)了目的層的薄互層砂巖的橫向分布，深化了對(duì)油藏特征和規(guī)律的認(rèn)識(shí)，有助于增儲(chǔ)潛力區(qū)塊優(yōu)選和油藏地質(zhì)評(píng)價(jià)。地震反演效果與軟件的方法技術(shù)和資料的品質(zhì)好壞有著極為重要的關(guān)系，也受井位數(shù)量及分布情況等因素的影響。實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)特征及具體資料情況，選擇合適的反演方法及流程和參數(shù)，在單一阻抗數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)效果不佳的情況下，可以考慮綜合波速、密度等多種數(shù)據(jù)類型進(jìn)行綜合預(yù)測(cè)。

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Seismic prediction of thin sand body reservoir in west margin of Punan oilfield in Songliao basin

YIN Bing-xiang1,QIU Chang-xing1,LIU Hong-tao2

(1.School of geosciences, China University of Petroleum, Qingdao 266580,China;2.Daqing Oil Field Co., Ltd. No.7 Oil Extraction Factory, Daqing,163517,China)

In Punan oilfield, the development layer is Putaohua reservoir of the first member of Yaojia formation, the reservoir include sub-channel branch sand, sheet sand, and offshore sand, which are formed in Delta front sub-face.The reservoir drastic variation laterally results in poor continuity. So that, seismic technique is indispensable in reservoir prediction. In the reservoir prediction of Pu331-1 Block which located at the west margin of Punan oilfield, multiple technique or data are integrated together such as the establishment of fine geological model, well constrained impedance inversion, multiple seismic attribute analysis and logging interpretation result. The predicted reservoir distribution meets the state in this area and fit the data at well site. The study provides data for distribution of oil and gas directly, which is used to locating exploitation well. The technique is also helpful to exploration and exploitation of petroleum in adjacent area.

Punan oilfield; Putaohua oil formation; thin sand reservoir; seismic prediction

2014-08-29 改回日期：2015-03-18

國(guó)家重大科學(xué)工程建設(shè)項(xiàng)目計(jì)劃(2011ZX05009-002-3)

尹兵祥(1970-)，男，博士，副教授，從事儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)和綜合地球物理教學(xué)與研究工作,E-mail：Yinbx@upc.edu.cn。

1001-1749(2015)04-0494-08

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.04.13