侯 斌，陳 波，薄永德，仇永峰，李儲(chǔ)華

(中國(guó)石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225009)

基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的薄互砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)
——以高郵凹陷劉五舍次凹為例

侯 斌，陳 波，薄永德，仇永峰，李儲(chǔ)華

(中國(guó)石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225009)

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演充分融合地質(zhì)信息、地震、測(cè)井等先驗(yàn)信息，通過(guò)馬爾科夫鏈蒙特卡洛算法，產(chǎn)生一系列高分辨率的地質(zhì)參數(shù)，是薄砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的核心技術(shù)。該技術(shù)在應(yīng)用中包括反演前數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)特征參數(shù)分析和反演綜合評(píng)價(jià)三個(gè)步驟。在高郵凹陷劉五舍次凹，利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演進(jìn)行薄砂體預(yù)測(cè)，反演結(jié)果與鉆井資料高度吻合，符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)，證實(shí)了地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演能有效提高薄砂巖儲(chǔ)層的刻畫精度。

高郵凹陷 儲(chǔ)層預(yù)測(cè) 薄互層 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué) 變差函數(shù) 反演

劉五舍次凹位于高郵凹陷東部，戴南組沉積時(shí)期呈南陡北緩的構(gòu)造格局，其中北部緩坡帶(花莊-富民地區(qū))以三角洲沉積為主，南部陡坡帶(徐家莊-周莊)發(fā)育扇三角洲沉積體系[1]。戴一段(E2d1)為主要的勘探層系，儲(chǔ)層以扇三角洲水下分流河道砂體和三角洲前緣分支河道砂體為主。但該區(qū)砂體橫向變化快，縱向砂泥巖薄互層組合，單層厚度小，一般在2～6 m之間，遠(yuǎn)小于地震資料分辨率，并且砂、泥巖縱波阻抗差異小，導(dǎo)致儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度較大，直接影響勘探開發(fā)效果。

地震反演是目前最重要的定量?jī)?chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)，經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展，已從常規(guī)的確定性反演發(fā)展到地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)隨機(jī)反演等多種方法。常規(guī)確定性反演預(yù)測(cè)薄儲(chǔ)層受諸多因素影響，一方面受地震分辨率的限制，無(wú)法準(zhǔn)確描述薄層；另一方面，當(dāng)儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層之間存在波阻抗疊置現(xiàn)象，也無(wú)法有效預(yù)測(cè)儲(chǔ)層。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演較傳統(tǒng)確定性反演方法優(yōu)勢(shì)明顯，它不依賴于初始模型，同時(shí)能充分考慮地下地質(zhì)條件的隨機(jī)特性，在保證井間趨勢(shì)符合地震數(shù)據(jù)及地質(zhì)信息的統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律的情況下，不僅可以解決低于地震分辨率的薄層預(yù)測(cè)問(wèn)題，而且可以解決單地震屬性疊置的巖性多解性問(wèn)題[2-3]。因此，確定將地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法作為本區(qū)主要的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)手段，精細(xì)描述戴一段河道砂體空間展布規(guī)律，為該區(qū)增儲(chǔ)上產(chǎn)和井位部署提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演原理

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演是傳統(tǒng)確定性地震反演與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)建模相結(jié)合的產(chǎn)物，是地震反演的延伸和拓展[3]。它通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)將地震、地質(zhì)和測(cè)井等多元信息完美結(jié)合，有效地提高了地震反演的分辨率，為油田精細(xì)勘探開發(fā)提供了一種新的思路。實(shí)現(xiàn)過(guò)程主要分為兩部分，首先對(duì)井資料和地質(zhì)信息分析，獲得概率密度分布和變差函數(shù)，其中概率密度分布函數(shù)描述特定巖性對(duì)應(yīng)的巖石物理參數(shù)分布的可能性，變差函數(shù)描述橫向和縱向地質(zhì)特征的結(jié)構(gòu)和特征尺度；其次，根據(jù)概率分布函數(shù)、變差函數(shù)模擬在地震約束下，利用馬爾科夫鏈蒙特卡洛算法(MCMC)，獲得統(tǒng)計(jì)意義上的高分辨率的巖石彈性參數(shù)體。MCMC方法優(yōu)勢(shì)在于，它依托貝葉斯框架，利用先驗(yàn)信息，模擬獲取后驗(yàn)概率分布，使得最終反演結(jié)果不再是單一解，而是通過(guò)概率分布的形式表示，提高了解的精度。在巖性模擬的過(guò)程中并不是完全“隨機(jī)”，通過(guò)合成地震記錄來(lái)控制單個(gè)巖性實(shí)現(xiàn)是否符合實(shí)際的地震數(shù)據(jù)，整個(gè)工作流程在三維數(shù)據(jù)體內(nèi)進(jìn)行迭代，其中MCMC算法保證了每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的擾動(dòng)是隨機(jī)的，而模型和地震數(shù)據(jù)的匹配是全局優(yōu)化的。最終使得結(jié)果具有極高的縱、橫向分辨率，橫向趨勢(shì)又和地震數(shù)據(jù)完全相同。

2 應(yīng)用實(shí)踐

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演關(guān)鍵步驟主要包括三部分：反演前準(zhǔn)備工作、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)特征參數(shù)分析和反演綜合評(píng)價(jià)。

2.1 反演前數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

反演前準(zhǔn)備工作主要包括測(cè)井資料質(zhì)控、巖性曲線計(jì)算、精細(xì)地質(zhì)模型建立及確定性反演。①測(cè)井資料質(zhì)控：對(duì)研究區(qū)內(nèi)測(cè)井曲線做環(huán)境校正及標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除異常值、隨機(jī)噪聲、環(huán)境影響和系統(tǒng)誤差，為反演提供單井可靠、多井間穩(wěn)定的測(cè)井曲線；②巖性曲線計(jì)算：交會(huì)圖分析彈性參數(shù)與儲(chǔ)層參數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布規(guī)律，并通過(guò)彈性參數(shù)與儲(chǔ)層參數(shù)的截止值定義不同的巖性；③精細(xì)地質(zhì)模型建立：合理準(zhǔn)確的初始模型，可以提高反演結(jié)果精度。建模過(guò)程中需充分利用層位與斷層數(shù)據(jù)，保證地層框架模型的準(zhǔn)確性和合理性；④確定性反演：采用稀疏脈沖波阻抗反演方法初步反演，了解波阻抗的大致分布特征，對(duì)巖性體平面展布、垂向比例總體把握，輔助求取水平變差函數(shù)及質(zhì)控地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演。

2.2 統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)分析

確定統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)是地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演的前提和關(guān)鍵，主要包括概率密度函數(shù)和空間變差函數(shù)分析。概率密度函數(shù)描述的是巖石的特征參數(shù)在空間的概率分布特征[5-7]，控制反演屬性值域分布。圖1為研究區(qū)E2d1的砂泥波阻抗直方圖及概率密度函數(shù)，從擬合的概率密度分布函數(shù)可以看出：目的層的砂、泥巖波阻抗值基本呈正態(tài)分布，砂、泥巖波阻抗值域分別為7 500～11 000 g/cm3·m/s、7 000～10 500 g/cm3·m/s。

圖1 E2d1砂、泥巖波阻抗概率密度分布

變差函數(shù)表征橫向和縱向地質(zhì)特征的結(jié)構(gòu)和特征尺度，即不同巖相及其屬性在空間展布形態(tài)和變化尺度的大小，是地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)中描述區(qū)域化變量空間結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性的關(guān)鍵，主要工作是確定變差函數(shù)類型和縱、橫向變程。最常用的理論模型有指數(shù)型和高斯型兩種。指數(shù)型變差函數(shù)反映兩點(diǎn)之間相關(guān)性快速降低，通常用來(lái)模擬突變性質(zhì)強(qiáng)的數(shù)據(jù)，如快速變遷的河道等，而高斯型變差函數(shù)反映兩點(diǎn)之間相關(guān)性降低速度較慢的地質(zhì)體，通常用來(lái)模擬連續(xù)性質(zhì)的數(shù)據(jù)，如穩(wěn)定、連續(xù)分布的三角洲。實(shí)際過(guò)程中按一定比例分配權(quán)重綜合利用，進(jìn)行空間數(shù)據(jù)分析，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)和理論變差函數(shù)的最佳擬合。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演中的垂向變程從井?dāng)?shù)據(jù)中求取，橫向變程則主要依據(jù)已知地質(zhì)沉積規(guī)律，結(jié)合確定性反演結(jié)果，綜合確定。通過(guò)測(cè)試分析，得到區(qū)內(nèi)變差函數(shù)(圖2)，本區(qū)33%指數(shù)型+67%高斯型擬合較好，Z方向變程6 ms，橫向變程X、Y方向均為800 m。

圖2 E2d1砂層組變差函數(shù)(左為垂向、右為橫向)

2.3 反演效果分析

基于馬爾科夫鏈-蒙特卡羅算法地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演，一共模擬20次實(shí)現(xiàn)，得到20個(gè)等概率的三維波阻抗及巖相數(shù)據(jù)體。從圖3的剖面，對(duì)比可以看出，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)波阻抗反演剖面細(xì)節(jié)更加豐富，垂向分辨率明顯高于稀疏脈沖波阻抗反演剖面，而且同時(shí)總體變化趨勢(shì)與稀疏脈沖波組抗基本一致。

確定性反演 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演

圖3 過(guò)HS1井波阻抗剖面

圖4 過(guò)HX24和HS1井地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演砂泥巖巖性剖面

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的每一個(gè)單實(shí)現(xiàn)都是對(duì)地震資料蘊(yùn)含信息的詮釋，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析將多個(gè)單實(shí)現(xiàn)體現(xiàn)的概率性向確定性轉(zhuǎn)換，得到極大似然巖性體(圖4)和砂巖概率數(shù)據(jù)體(圖5)。砂巖概率較極大似然巖性體剖面更加平滑自然，清晰展示了不同厚度砂巖儲(chǔ)層的空間分布，紅色和黃色代表高概率砂體，反映砂巖儲(chǔ)層，綠色和藍(lán)色反映泥巖；E2d11發(fā)育兩套砂巖，上薄下厚；E2d12+3總體呈明顯的“泥包砂”結(jié)構(gòu)，中上部以砂泥薄互層間互分布為主，底部發(fā)育一套厚砂。砂體厚度變化與延展方向與地質(zhì)認(rèn)識(shí)及平面預(yù)測(cè)匹配較好(圖6)，劉五舍北部地區(qū)薄儲(chǔ)層砂體主要分布于北部緩坡上，呈北東向條帶狀分布，與地質(zhì)認(rèn)識(shí)的E2d1在斜坡部位發(fā)育三角洲前緣砂體沉積吻合。

圖5 過(guò)HX24和HS1井地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演砂巖概率剖面

為了進(jìn)一步驗(yàn)證地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和合理性，結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識(shí)從盲井檢驗(yàn)、剖面及平面等多方面進(jìn)行校驗(yàn)分析。將區(qū)內(nèi)未參與反演約束的鉆井鉆遇砂體厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，與預(yù)測(cè)厚度對(duì)比(圖7)，兩者符合率高達(dá)88%以上?？傮w看來(lái)，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演對(duì)薄砂層有很好反映，成功解決了地震分辨低的問(wèn)題，同時(shí)與井吻合率高，準(zhǔn)確刻畫了該區(qū)目的層砂巖儲(chǔ)層的空間展布形態(tài)，能夠滿足高精度儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)劉五舍次凹E2d1儲(chǔ)層薄、橫向變化快的特點(diǎn)，通過(guò)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了薄砂巖儲(chǔ)層厚度及分布，預(yù)測(cè)砂體分布特征符合當(dāng)前該區(qū)沉積特征的認(rèn)識(shí)，證實(shí)該方法可有效解決厚度小于地震分辨率的薄砂巖儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)難題。

[1] 梁兵.高郵凹陷斷層-巖性油氣藏勘探技術(shù)與實(shí)踐[J].中國(guó)石油勘探，2013，18(4):36-49.

[2] 亞魯斯，錢伯斯.隨機(jī)建模和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)：原理、方法和實(shí)例研究[M].穆龍新，陳亮，譯.北京:石油工業(yè)出版社，2000：110-154.

[3] 李慶忠.走向精確勘探的道路[M].北京:石油工業(yè)出版社，1993：110-154.

[4] 邊樹濤，狄?guī)妥?，董艷蕾.地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演在東濮凹陷白廟氣田沙三段儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用技術(shù)[J].石油地球物理勘探，2010，45(3):398-405.

[5] 李方明，計(jì)智鋒，趙國(guó)良.地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演之隨機(jī)地震反演方法-以蘇丹M盆地P油田為例[J].石油勘探與開發(fā)，2007，34(4):451-455.

[6] 張義，尹艷樹，秦志勇.地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演在薄砂體儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].斷塊油氣田，2015，22(05):565-569.

[7] 王香文，劉紅，滕彬彬，等.地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演技術(shù)在薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].石油與天然氣地質(zhì)，2012，33(5):730-736.

(編輯 韓 楓)

Prediction of sandstone reservoir with thin interbeds based on geostatistics inversion：Liuwushe sub-depression in Gaoyou Sag is taken as an example

Hou Bin,Chen Bo,Bo Yongde,Qiu Yongfeng,Li Chuhua

(ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofJiangsuOilfieldCompany,SINOPEC，Yangzhou225009,China)

Geostatistics inversion is the core technology to thin sandstone reservoir prediction.The method can fully integrate the prior information of geological information,seism and logging,and produce a series of high resolution geological parameters by Markov Chain Monte Carlo algorithm.This technique principally includes three parts：data preparation,geostatistics parameters analysis and inversion comprehensive evaluation.In Liuwushe sub-depression of Gaoyou Sag,the technique is carried out to predict the thin sandbody.The inversion results are highly consistent with drilling data and geological understanding.Therefore,the geostatistics inversion can effectively improve the description accuracy of thin sandstone reservoir.

Gaoyou Sag；reservoir prediction；thin interbeds；geostatistics；variation function;inversion

2016-08-01；改回日期：2016-08-12。

侯斌(1984—)，工程師，從事地震綜合解釋及油氣預(yù)測(cè)研究工作。電話：15952785260，E-mail:houbin.jsyt@sinopec.com。

中國(guó)石化江蘇油田分公司(JS14005、JS16004)。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2016.04.003

TE132

A