岳大力 胡光義 李 偉 范廷恩 胡嘉靖 喬慧麗

(1.中國石油大學(北京) 地球科學學院 北京 102249； 2.油氣資源與探測國家重點實驗室 北京 102249；3.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室 北京 100028； 4.中海油研究總院有限責任公司 北京 100028)

河流相儲層是我國東部已發(fā)現(xiàn)陸相油田中最重要的儲層類型[1]。由于河流的頻繁擺動與遷移，河道相互切疊形成復雜的疊加樣式[2-5]，不同的疊加樣式連通差異較大，會導致實際開發(fā)中出現(xiàn)注采矛盾、剩余油挖潛困難等問題[6-7]。因此，精細刻畫復合曲流帶分布特征，識別單一曲流帶及點壩邊界具有非常重要的實際意義。鑒于此，國內(nèi)外廣大學者對河流相地下儲層構型表征進行了深入研究[8-15]，在密井網(wǎng)條件下形成了基于測井識別標志的點壩解剖及三維構型建模方法體系。而在海上大井距特殊條件下，已有學者通過挖掘地震信息，綜合利用地震屬性、地震反演、地震正演等多種開發(fā)地震技術，結合測井信息，在“井震結合”的思路下進行井間儲層構型分析[16-18]。常規(guī)的“井震結合”的方法可分為多井約束的地震反演[16,19-21]、測井解釋標定的地震屬性優(yōu)選[16-18,22-24]與測井曲線控制的井間正演[4-5]等。小波分頻提高資料品質的方法早在2000年已提出，近年來于建國[19]、曾洪流[20]等提出了一種新的、適合井網(wǎng)較密區(qū)域的井震聯(lián)合反演方法，即“分頻反演”[19，21]，該方法已廣泛應用到儲層預測領域并取得良好效果[21，25-27]，但應用分頻反演進行儲層內(nèi)部構型分析的研究則鮮有報道。目前已有部分國內(nèi)外學者嘗試將地震分頻技術引入到地震屬性優(yōu)選中[20，23-24]，但地震屬性結果往往多解性強、可信度低，因此，本文優(yōu)選出多個不同中心頻率的分頻地震數(shù)據(jù)體進行融合，以提高地震屬性結果的可靠性。在地震正演方面，已有學者嘗試借助地震正演技術將儲層構型相轉化為地震構型相，進而以此為依據(jù)來分析地下儲層的空間疊置關系[4-5],但是如何借助實際井資料對井間砂體的疊合關系進行準確刻畫，仍然需要進一步探索。除此之外，目前大井距條件下基于“井震結合”的河流相地下儲層構型精細表征方法仍處于探索階段，尚未形成系統(tǒng)的曲流帶內(nèi)部構型表征方法。因此，本文以秦皇島32-6油田為研究對象，將振幅隨頻率變化(AVF)關系和地震分頻技術引入到地震屬性優(yōu)選中，應用新的分頻地震屬性優(yōu)選方法精確刻畫復合曲流帶分布，并結合單一曲流帶及點壩構型模式和研究區(qū)分頻反演及正演成果識別單一曲流帶和內(nèi)部點壩，提出了“井震結合”的曲流河多級次構型表征方法。

1 油藏地質概況

秦皇島32-6油田地處渤海中部海域，位于石臼坨凸起中西部(圖1)，被南堡、秦南、渤中三大富烴凹陷所環(huán)繞，其構造面積約110 km2，含油面積約39.7 km2。研究區(qū)位于秦皇島32-6油田東北部，井距分布不均，一般在250～600 m，井距整體較大；三維地震資料覆蓋全區(qū)，中心頻率約55 Hz，頻帶寬度15～98 Hz，資料品質較好;新近系明化鎮(zhèn)組下段為主要含油層系，進一步細分為0～Ⅴ等6個砂組，油層埋深1 000～1 400 m，取心井粒度資料求取的河流彎曲度為1.89，為典型的高彎度曲流河沉積。研究區(qū)曲流帶規(guī)模小、橫向變化快，實際生產(chǎn)中表現(xiàn)為井間砂體認識不清，注采矛盾突出，含水率上升快，目前綜合含水率已大于85%。

圖1 研究區(qū)區(qū)域構造位置(據(jù)文獻[24]修改)Fig .1 Tectonic location of the study area (adapted from reference[24])

2 曲流帶構型邊界地震響應標志

正演模擬是確定曲流帶構型邊界標志的重要手段，可為地下地質研究提供先驗性認識。在對井、震資料預處理的條件下，提取研究區(qū)砂巖和泥巖的波阻抗參數(shù)、巖性參數(shù)和泥巖及地震子波(研究區(qū)目的層的統(tǒng)計子波，中心頻率約55 Hz)，構建不同曲流帶邊界的正演概念模型，結合實際剖面的正演模擬結果，分析不同砂體疊加方式的地震波形響應特征，為研究區(qū)分層次構型分析提供支撐。正演模型砂巖速度為2 368 m/s，砂巖密度為2.07 g/cm3；泥巖速度為2 537 m/s，泥巖密度為2.21 g/cm3。

2.1 縱向構型邊界識別特征

縱向分期是井間構型預測的前提和基礎，精細的構型解剖首先需要準確劃分垂向構型單元期次，即劃分至單一期次河流沉積單元(一般為油層對比單元的小層或單層)。以往單層等時地層對比的依據(jù)主要包括標志層、沉積旋回和巖性組合，但是河流相儲層砂體切疊關系復雜，下切或疊加現(xiàn)象時有發(fā)生，單純根據(jù)多井剖面對比很難確定砂體的疊加方式，“相控正演指導” 正是在這樣的背景下提出的井震結合的構型垂向分期技術，應用該技術可識別縱向構型邊界。如研究區(qū)A18—B15剖面所示(圖2a、b)，由于井距較大，根據(jù)鄰井判斷B14井NmII-4小層砂體間疊合關系難度較大。分析發(fā)現(xiàn)，B14井該小層發(fā)育2個砂體，上覆砂體厚度為12 m，下伏砂體厚度為6 m，泥質夾層厚度為2 m，可推測B14井該小層存在2種河道樣式：兩期河道砂體疊合和一期河道砂體下切。分別建立河道下切和河道疊置2種正演模型，隨后應用研究區(qū)目的層地震資料中提取的子波激發(fā)正演模型進行模擬，并將獲得的正演響應與實際地震響應進行對比，發(fā)現(xiàn)河道疊置模型的波形特征為縱向上分布兩期疊置河道砂體、且下伏河道砂體在B14井右側部位尖滅，與實際地震波形基本吻合(圖2b、d、e)，而河道下切模型則波形差異較大(圖2a、c、e)，故明確B14井NmII-4小層發(fā)育兩期疊置河道砂體。由此可見，應用相控正演技術提高了目標油田的構型縱向邊界的識別精度。

圖2 砂體垂向疊置的地震正演波形響應模型Fig .2 Waveform response model of forward seismic modeling in vertical stacked sandbodies

2.2 橫向構型邊界的波形響應標志

由于曲流河的遷移、改道、截彎取直等作用比較頻繁，復合曲流帶砂體往往是多條單一曲流帶側向拼合而成，從成因上講發(fā)育河道-溢岸-河道、河道-河道側向切疊、河道-廢棄河道-河道等砂體疊合方式。本文設計了不同疊合方式的正演概念模型(表1)，選取的子波、密度、速度等正演參數(shù)與實際剖面所選參數(shù)相同，并結合概念模型與研究區(qū)實際地震剖面的正演模擬結果，探討了曲流帶邊界各種疊合方式地震波形響應特征。

河道-溢岸-河道組合通常是同期河道或后期形成的河道切疊了另一條河道伴生的溢岸沉積而成(表1)；正演模擬結果顯示，在河間溢岸沉積位置振幅減弱明顯，波峰表現(xiàn)為略向上凸起特征，為砂體厚度減薄所致(表1)。河道-河道側向切疊類型是河流相儲層比較常見的砂體疊加樣式，是后期形成的河道砂體切疊了前期形成的河道砂體，造成兩期河道砂體部分疊加的現(xiàn)象，通常兩期河道有一定的高程差異(表1)；正演模擬結果顯示，在兩期河道側向疊合部位會呈現(xiàn)明顯的波谷錯位特征，同時振幅亦有一定程度減弱(表1)。河道-廢棄河道-河道組合通常發(fā)育于復雜曲流帶中，為河道側向加積切疊先前形成河道凸岸一側所致(表1)；正演模擬結果顯示，廢棄河道部位砂體較薄，振幅減弱，波峰呈略向下彎曲特征(表1)。由此可見，3種砂體疊合方式均表現(xiàn)為在疊合部位振幅減弱的特征，這一正演響應規(guī)律為應用波形預測井間砂體分布提供了可靠依據(jù)。

表1 不同曲流帶邊界的波形響應特征

Table 1 Seismic waveform response characteristics of different meandering river belt boundaries

3 多級次曲流河儲層構型表征

層次約束是構型分析的重要方法，曲流河儲層構型往往劃分為復合曲流帶、單一曲流帶、單一點壩、點壩內(nèi)部側積體等4個級次，其中曲流帶(包括復合曲流帶和單一曲流帶)為5級構型單元，單一點壩為4級構型單元，點壩內(nèi)部側積體為3級構型單元[2]。本文首先刻畫復合曲流帶(河道帶)，然后識別單一曲流帶和點壩。由于地震資料難以刻畫到點壩內(nèi)部側積體級次，本文對此不做闡述。3.1 復合曲流帶識別

3.1.1 頻段優(yōu)選與數(shù)據(jù)融合

研究區(qū)NmⅠ-3小層砂體呈典型的厚層連片狀展布，砂體平均厚度約9 m，最大厚度約16 m，砂體厚度遠大于原始地震數(shù)據(jù)的調諧厚度。在利用正演模型分析各個分頻地震數(shù)據(jù)調諧厚度的基礎上(表2)[24]，以“倍頻”重構原則，分別選取20、40 Hz ，25、50 Hz，30、60 Hz的分頻數(shù)據(jù)融合重構得到地震數(shù)據(jù)體A、B、C，均不同程度壓制了相對低頻與相對高頻信號(圖3)。

表2 研究區(qū)實際地震資料各分頻地震數(shù)據(jù)體調諧厚度[24]Table 2 Tuning thickness for each spectral-decomposed seismic volume in the study area[24]

注：調諧厚度誤差±0.5 m。

圖3 研究區(qū)NmⅠ-3小層原始及重構地震數(shù)據(jù)體頻譜Fig .3 Frequency spectrum of original and reconstructed seismic data of NmⅠ-3 in the study area

3.1.2 分頻地震屬性優(yōu)選

以NmⅠ-3小層頂?shù)捉缑娴牡卣饘游唤忉尀榻?，分別提取原始地震數(shù)據(jù)以及A、B、C 3個重構地震數(shù)據(jù)體的16種地震屬性，各地震屬性與測井解釋的砂體厚度之間的相關關系(表3)表明，與原始的地震數(shù)據(jù)體相比，重構的數(shù)據(jù)體相關性得到了極大的改善，效果最好的是地震數(shù)據(jù)體B，其振幅類屬性與砂體厚度的相關性強，均方根振幅(RMS)最佳，相關系數(shù)達0.771(圖4)。

表3 研究區(qū)NmⅠ-3小層地震屬性與砂體厚度相關系數(shù)Table 3 The relationship between seismic attribute and sand thickness of interval NmⅠ-3 in the study area

圖4 研究區(qū)NmⅠ-3小層均方根振幅屬性與砂體厚度的關系Fig .4 Relationship between RMS attribute and sand thickness of NmⅠ-3 in the study area

3.1.3 基于分頻地震屬性的復合曲流帶預測

對比原始地震數(shù)據(jù)體和分頻重構地震數(shù)據(jù)體B中提取的均方根振幅屬性可知，整體上二者的屬性高值區(qū)均能反映砂體的分布趨勢(圖5),但是原始地震數(shù)據(jù)體部分井砂體厚度與振幅屬性值響應矛盾。例如，B16井砂體厚度較小(6.4 m)而屬性值很高，B22井砂體厚度較大(16.1m)而屬性值較低(圖5a箭頭處)；但分頻地震屬性有效解決了井點處的這些矛盾(圖5b)。再比如，C5、C6、C29井區(qū)附近原始地震屬性呈現(xiàn)小范圍內(nèi)低屬性連片分布，而這3口井的砂體厚度均較大(圖5a)；相比而言，分頻重構的地震屬性高值區(qū)連續(xù)性更好，更客觀地刻畫了砂體的分布，且邊界更加清楚(圖5b)。

圖5 研究區(qū)NmⅠ-3小層原始數(shù)據(jù)體與重構數(shù)據(jù)體B均方根振幅分布Fig .5 Attribute RMS distribution of original and reconstructed seismic data B of NmⅠ-3 in the study area

整體上，研究區(qū)復合曲流帶(實質上是微相的復合體)砂體厚度較大，正韻律明顯，自然電位幅度差較大，均方根振幅屬性值高；溢岸包括天然堤、決口扇、河漫灘砂等微相類型，砂體厚度較薄，自然電位幅度差較小，均方根振幅屬性較低；泛濫平原為泥質沉積，自然電位近基線，均方根振幅屬性最低。根據(jù)分頻地震屬性，結合井點的沉積相(構型單元)解釋結果，在沉積模式指導下預測了研究區(qū)復合曲流帶的分布，NmⅠ-3小層河道砂體呈連片分布，發(fā)育少量的天然堤和泛濫平原(圖6)。

3.2 單一曲流帶識別

為了進一步深入解剖復合曲流帶砂體的內(nèi)部構型特征,本文提出了分頻屬性、分頻反演、地震正演相結合的單一曲流帶和點壩識別方法。

3.2.1 分頻屬性初步識別單一曲流帶邊界

單一曲流帶邊界的識別標志包括河間溢岸沉積、廢棄河道沉積、河道高程差異等，這3種成因邊界均表現(xiàn)為振幅減弱的特征(表1)，再加上研究區(qū)古水流方向為北西-南東向，故可在分頻地震屬性上初步將振幅低的區(qū)域連接成線，初步得到單一曲流帶部分邊界。

圖6 研究區(qū)NmⅠ-3小層復合曲流帶級次構型分布Fig .6 Architecture distribution of compound meandering river belt of NmⅠ-3 in the study area

3.2.2 分頻反演約束、規(guī)?？刂频膯我磺鲙ёR別

1) 分頻反演的可靠性分析。

AVF關系顯示在同一時間厚度下(或同一儲層)不同主頻的子波表現(xiàn)出不同的振幅特征。分頻反演是通過人工智能(BP神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機、深度學習等)的學習方法，在地震屬性(不同頻率分頻地震數(shù)據(jù)體的地震道與道積分)與測井屬性之間建立非線性映射關系，進而將該映射關系作用到井間，從而得到等效于測井屬性的三維數(shù)據(jù)體。該方法主要有2個方面的優(yōu)點：①能夠充分利用不同頻段的地震信息，將AVF關系作為獨立信息引入反演，分別建立不同主頻的地震波與目標曲線的映射關系，有效地降低地震反演的多解性，大大提高了反演精度；②該反演方法無需地震子波、地震層位解釋、斷層解釋等解釋工作，無需基于測井插值得到的初始模型，只需要輸入地震數(shù)據(jù)與測井數(shù)據(jù)，即該方法受解釋人員的限制較少，且井間無初始模型的干擾，能更真實地保留井間構型界面的信息。

反演過程包括反演曲線選取與標準化(本文選取反映砂體的自然伽馬(GR)曲線)、中心頻率優(yōu)選、反演算法穩(wěn)定性檢測等。反演結果為等效的GR數(shù)據(jù)體，其可靠性分析表明不同砂體厚度范圍相對誤差平均值差別較大，當砂體厚度小于3.5 m時反演基本無法識別；當砂體厚度在3.5～5.0 m時平均相對誤差為18%；當砂體厚度大于5.0 m時相對誤差小于7%，整體還是非常可信。

2) 單一曲流帶規(guī)?？刂啤?/p>

應用Leeder關于河道滿岸深度與滿岸寬度的經(jīng)驗關系[10]以及Lorenz關于滿岸寬度和單一曲流帶寬度的經(jīng)驗關系[11]可以得到單一曲流帶寬度范圍，具體計算步驟包括：由單一向上變細的旋回厚度經(jīng)過壓實校正(目的層埋深1 000～1 400 m，壓實系數(shù)為1.1)得到滿岸深度,由滿岸深度推測滿岸寬度[11]，由滿岸寬度推測單一曲流帶寬度[10]。計算結果(圖7)表明，NmⅠ-3小層③、④兩個單一曲流帶砂體厚度最大，最厚達20 m，曲流帶寬度較大，最寬達2 000 m；①、②、⑤三個單一曲流帶砂體厚度相對較小，一般分布在6～12 m，整體上單一曲流帶寬度小于1 000 m。

圖7 研究區(qū)NmⅠ-3小層單一曲流帶級次構型分布Fig .7 Architecture distribution of single meandering river belt in interval NmⅠ-3 in the study area

在單一曲流帶規(guī)模的控制下，橫切河道流向得到一系列反演剖面，在分頻反演剖面上逐一識別單一曲流帶(單河道砂體)邊界(圖7b)，并進行合理組合，從而得到單一曲流帶識別結果。這種基于井震結合的單一曲流帶識別充分挖掘了分頻地震屬性與分頻反演的河道邊界信息，比以往只用多井資料識別單一曲流帶邊界可靠得多[5]。

3.3 點壩識別

點壩又稱為邊灘，是曲流河中最重要的沉積微相(構型單元)類型，點壩定量構型模式的建立是地下點壩預測的關鍵。

3.3.1 點壩定量構型模式的建立

點壩跨度為河彎之間的最大長度(圖8a)，是衡量點壩規(guī)模及識別點壩的重要參數(shù)。以往得到的計算點壩跨度的經(jīng)驗公式中，文獻[9]僅基于一條曲流河，而文獻[28]提出的公式?jīng)]有考慮很小、很大規(guī)模的曲流河。本文通過全球衛(wèi)星照片(Google Earth)，選取我國6條不同規(guī)模的典型高彎度曲流河(彎曲度大于1.7)為研究對象(圖8)，共測量曲流河河段125個，其中長江21個河段，參數(shù)測量結果見表4?；貧w分析表明，上述典型高彎度曲流河段河道滿岸寬度與點壩跨度之間具有良好的正相關關系(圖9)，相關系數(shù)達0.968 3，比以往的文獻有較大改進[9,28]，由此建立了單一點壩定量構型模式。應用該經(jīng)驗公式可以根據(jù)沉積條件下活動河道滿岸寬度估算出單一點壩規(guī)模，這對地下單一點壩識別的規(guī)?？刂朴兄匾饬x。3.3.2 正演-反演-屬性相結合的點壩識別

點壩為曲流河的富砂帶，砂體厚度較大，在均方根振幅屬性圖上表現(xiàn)為高值(圖10a)，在分頻反演剖面上亦表現(xiàn)出厚層砂體的響應特征，即反演屬性值較高(圖10b)；廢棄河道代表點壩的結束，故在平面圖上點壩總是緊鄰廢棄河道分布(圖10a)。廢棄河道多為細粒沉積充填，表現(xiàn)為砂體“厚-薄-厚”(表1)、彎月狀較低振幅屬性值(圖10a)、下凹狀反演屬性低值(圖10b、c)、正演剖面振幅減弱(圖10c，表1)等分布特征。 在曲流河點壩現(xiàn)代沉積模式指導下，認為研究區(qū)域○16處發(fā)育一個點壩，點壩邊部發(fā)育一條彎月狀廢棄河道(圖10a)，反演剖面和正演剖面中D16井附近呈明顯的廢棄河道響應特征(圖10b、c)。點壩○16的平均砂體厚度為11 m，壓實校正后得到滿岸深度為12.1 m，依據(jù)Leeder(1973)建立的經(jīng)驗公式[10]，推算出沉積條件下活動河道滿岸寬度約為315 m，繼而根據(jù)本文建立的經(jīng)驗公式，估算出點壩○16的跨度約為1 180 m，這為點壩的識別起到了規(guī)?？刂频淖饔谩Ｗ詈?，根據(jù)反演剖面和正演剖面識別的廢棄河道發(fā)育位置，考慮地震屬性及砂體厚度的分布特征，并在定量規(guī)模的約束下刻畫出廢棄河道的分布，進而完成點壩的識別。示蹤劑見效情況進一步證實了本文點壩識別的合理性，即D16井注入示蹤劑，C24井、C9井與D16井同在一個點壩之中，見效速度分別是64.13與34.82 m/d，見效速度明顯高于另一點壩○17中的D15井、D18井和D19井，這與點壩與廢棄河道識別的結果吻合，從動態(tài)角度為點壩構型解剖提供了佐證(圖10a)。

圖8 典型高彎度曲流河段不同規(guī)模點壩分布Fig .8 Point bars of different scale distribution in typical high sinuosity meandering river表4 長江高彎度曲流段滿岸寬度(W)與點壩跨度(Wd) 測量數(shù)據(jù)Table 4 Measurement data of bankful channel width and point bars span in high sinuosity meandering segment of Yangtze river

W/mWd/mW/mWd/mW/mWd/m8803100100035807503102850315099034001210475292032501050375685033809803310104039198032909103300116039858503050930329810523856910330095332581150415811704256

圖9 典型高彎度曲流河段河道滿岸寬度與點壩跨度的 定量關系Fig .9 Quantitative relationship between bankful channel width and point bar span in typical high sinuosity meandering sections

采用同樣的思路，對全區(qū)的廢棄河道及點壩進行識別，共識別出保存完整的點壩19個(圖11)，其中曲流帶③、④的寬度較大，點壩規(guī)模亦較大，曲流帶②較窄，點壩規(guī)模較小，完全符合點壩的定量構型模式，必將對油田的進一步高效開發(fā)與剩余油挖潛起到有效的指導作用。

圖10 研究區(qū)點壩與廢棄河道的地震響應特征Fig .10 Seismic response characteristics of point bar and abandoned channel in the study area

圖11 研究區(qū)NmⅠ-3小層點壩級次構型分布Fig .11 Architecture distribution of point bars in NmⅠ-3 in the study area

4 結論

1) 對于秦皇島32-6油田曲流河儲層河道-溢岸-河道、河道-河道側向切疊、河道-廢棄河道-河道等3種河道邊界砂體疊合方式，地震波形響應特征均為在疊合部位振幅減弱，這一正演響應規(guī)律為應用波形預測井間砂體分布提供了可靠依據(jù)。

2) 提出了先優(yōu)選地震頻段并將分頻數(shù)據(jù)體融合，再優(yōu)選分頻地震屬性的儲層預測方法，提高了復合曲流帶預測精度；該方法明顯提高了地震屬性與砂體厚度的相關性，均方根振幅屬性與砂體厚度關系最佳。

3) 探索了“井震結合”“規(guī)?？刂啤薄皠討B(tài)驗證”的單一曲流帶及點壩識別方法，充分挖掘了屬性、反演、正演模擬等地震信息，以單一曲流帶和點壩定量構型模式為指導，以示蹤劑見效規(guī)律為約束，在大井距條件下刻畫了單一曲流帶及內(nèi)部點壩分布，在研究區(qū)識別出了5個單一曲流帶與19個保存完整的點壩，必將對秦皇島32-6油田進一步高效開發(fā)與剩余油挖潛起到有效的指導作用。

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