張琬璐.

(中國石油化工股份有限公司華東分公司石油勘探開發(fā)研究院，江蘇南京 210011)

近年來，反演技術(shù)日益成熟，波阻抗反演方法在過去的儲層預測工作中取得了顯著的成效。常用的波阻抗反演方法包括稀疏脈沖反演和地質(zhì)統(tǒng)計學反演[1-2]。其中，稀疏脈沖反演可以不依賴測井資料，直接利用地震資料計算反射系數(shù)，但其受地震頻帶寬度的限制，分辨率低；地質(zhì)統(tǒng)計學反演[3]將隨機模擬理論與地震反演方法相結(jié)合，反演效果較好，但對砂體的橫向變化不敏感，有較高的隨機性。隨著油氣田勘探開發(fā)程度的加深、勘探難度的日益增大，勘探的重心逐漸由構(gòu)造油氣藏轉(zhuǎn)向了巖性油氣藏，主要的研究目標轉(zhuǎn)向了薄層，這對儲層預測的精度提出了更高的要求，常規(guī)的波阻抗反演方法已經(jīng)難以滿足當前儲層預測的需求，如何提高薄層反演精度成為一大難題。與常規(guī)波阻抗反演方法相比，波形指示反演能在一定程度上提高橫向、垂向分辨率以及反演結(jié)果的確定性，是一種能夠滿足薄層儲層預測的高分辨率反演方法[4-5]。

1 方法原理與工作流程

常規(guī)波阻抗反演的頻譜主要由低頻成分(0～10 Hz)、中頻成分(10～80 Hz)和高頻成分構(gòu)成。低頻成分橫向上變化平緩，分布穩(wěn)定，可由井插值模型獲得；中頻成分則基本在地震資料的頻帶范圍內(nèi)，可直接由地震資料計算相對波阻抗獲得；而如何獲得可靠的并且趨于真實的高頻成分是反演的一大難點。

波形指示反演的核心思想是利用地震波形的橫向變化表征儲層的空間變異程度。該方法將地震波形看作一組薄層的地震響應的疊加，即表征了儲層的結(jié)構(gòu)組成特征。盡管在地震上難以將薄層分辨，但波形的變化可以反映儲層組成結(jié)構(gòu)的變化?；谶@一核心思想，通過優(yōu)選井樣本確定共性結(jié)構(gòu)頻段作為確定性成分，建立初始模型，在貝葉斯框架下對初始模型的高頻成分進行模擬，使模擬結(jié)果符合地震中頻阻抗和井曲線結(jié)構(gòu)特征。在高頻部分，采用地震波形指示(相控)的插值方法，根據(jù)地震波形相似性將樣本井分類，對同類樣本井進行多尺度分析，在地震頻帶外提取確定性結(jié)構(gòu)成分作為波形相控模擬結(jié)果，使高頻部分從完全隨機到逐步確定。

地震波形指示反演在高頻成分反演的核心算法是“馬爾科夫鏈蒙特卡洛隨機模擬(SMC-MC)算法”。它是一個最優(yōu)化的過程，對所有井以空間分布距離和地震波形相似度作為評價要素按關(guān)聯(lián)度進行評估并排序，井的關(guān)聯(lián)度越高，反演得到的地震波形與原始地震波形的相似度越高，因此可以將關(guān)聯(lián)度高的井作為初始模型進行反演。

在SMC-MC算法中涉及兩個重要的反演參數(shù)：有效樣本數(shù)n和最佳截止頻率。

“有效樣本數(shù)”是用來估算待預測點反演結(jié)果的有效樣本的個數(shù)。有效樣本數(shù)越大，算法篩選相似地震波形的標準越低，所描述的儲層空間結(jié)構(gòu)變化越小，反演結(jié)果的空間連續(xù)性越強；有效樣本數(shù)越小，算法篩選相似地震波形的標準越高，所描述的儲層空間結(jié)構(gòu)變化越大，反演結(jié)果的空間非均質(zhì)性越強。

設(shè)定“最佳截止頻率”同樣是波形指示反演中的重要一環(huán)，需在選定有效樣本數(shù)后進行。受同沉積結(jié)構(gòu)樣本的控制，高頻成分的反演在高頻越高時隨機性越強。隨著最佳截止頻率的增加，反演結(jié)果的分辨率逐漸增大，但剖面的隨機性也逐漸增強。

利用波形指示反演技術(shù)進行儲層預測的技術(shù)流程如圖1所示。

該反演方法采用全局優(yōu)化算法，反演結(jié)果從完全隨機到逐步確定，使得確定性大大增強；且采用的是非空域統(tǒng)計方法，對井位分布沒有嚴格要求，是目前唯一解決井位不均勻問題的反演方法，特別適合滾動勘探開發(fā)，尤其適用于巖性參數(shù)存在明顯差異的薄儲集層的預測。

圖1 波形指示反演技術(shù)流程Fig.1 Technical flow of seismic motion inversion

2 實際數(shù)據(jù)應用

2.1 工區(qū)基本概況

目標工區(qū)陳家舍地區(qū)位于溱潼凹陷西斜坡，發(fā)育多套儲集層系，在目標工區(qū)及周邊發(fā)現(xiàn)有北漢莊、邊城、茅山、帥垛油田，成藏條件較好。其中，主力目的儲層阜三段為三角洲前緣亞相沉積，在縱向上具明顯的三分性，可細分為上、下砂組及中部泥巖段，砂巖總厚度為150～250 m，自東向西逐漸減薄；單層砂體厚度一般為1～5 m，最大厚度不超過10 m。常規(guī)波阻抗反演的分辨率難以滿足識別砂巖儲層的要求，因此采用分辨率更高的波形指示反演對砂層進行預測。

2.2 地震資料品質(zhì)分析

在做波形指示反演之前，首先對地震資料的品質(zhì)進行評估。以阜三段儲層為主體目標開時窗進行頻譜分析(圖2)，結(jié)果顯示主頻在25～30 Hz、頻帶在5～80 Hz范圍內(nèi)，基本可以滿足構(gòu)造解釋要求。但整個目標工區(qū)范圍的地震資料品質(zhì)好壞參差不齊，在局部區(qū)域分辨率相對較低?？傮w來說，目的儲層阜三段頂?shù)讓游坏耐噍S較為連續(xù)清晰，但無法分辨各小層的分布情況，需要借助波形指示反演技術(shù)對薄砂層進行精細刻畫。

圖2 地震資料頻譜分析Fig.2 Spectrum analysis of seismic data

2.3 測井曲線處理及敏感屬性分析

受不同井的井眼、泥漿性能差異以及不同測井儀器之間可能存在的儀器誤差等因素的影響，不同井的相同測井曲線在目的層的測井響應存在很大的差異，這會對井震標定和反演結(jié)果造成不確定的影響。因此，在保證資料真實性的前提下，對多井資料進行標準化校正，是做波形指示反演前必不可少的重要質(zhì)控環(huán)節(jié)。

巖石物理分析也是反演前必不可少的基礎(chǔ)工作之一[6-7]，通過分析不同測井曲線與地層巖性、含流體特征的關(guān)系，優(yōu)選出對巖性、含流體性敏感的巖石物理參數(shù)，可作為識別目標油藏的儲層、預測含油氣性的反演依據(jù)。

以目標儲層頂?shù)诪榧s束，分別統(tǒng)計了聲波時差(AC)、密度(DEN)、聲波阻抗(PIMP)、自然電位曲線(SP)與砂泥巖相的分布直方圖(圖3)，其中聲波阻抗由密度曲線和聲波時差曲線計算獲得，藍色代表砂巖，墨綠色代表泥巖。統(tǒng)計直方圖顯示，聲波時差、密度、聲波阻抗曲線的主體值域大多重疊在同一片數(shù)值范圍內(nèi)，均不能有效區(qū)分砂泥巖，只有自然電位曲線對砂巖有相對較高的敏感性，因此可以采用SP波形指示模擬對砂巖進行預測。

圖3 敏感曲線分析Fig.3 Analysis of sensitive curves

2.4 波形指示反演

首先根據(jù)地震解釋層位建立初始框架模型，結(jié)合測井資料插值得到低頻模型作為參與波形指示反演的初始模型。然后通過對已知井的相關(guān)指數(shù)進行統(tǒng)計分析，選擇最佳擬合樣本數(shù)，作為地震波形空間變化對儲層的影響程度的表征；選定高頻截止頻率，基于結(jié)構(gòu)樣本進行隨機反演，最終獲得基于SP曲線的波形指示模擬反演結(jié)果。

對參與反演井做擬合最佳樣本分析(圖4)，可以確定拐點處的樣本數(shù)為5。本工區(qū)的儲層變化較小，非均質(zhì)性較弱，因此可以適當增加樣本數(shù)。在只改變有效樣本數(shù)，其他參數(shù)不變的條件下，對比分析有效樣本數(shù)對反演結(jié)果的影響，最終確定適合的有效樣本值為7。

圖4 擬合最佳樣本質(zhì)控圖Fig.4 Quality control chart of the best fitting samples

由于波形指示反演結(jié)果的高頻部分是基于結(jié)構(gòu)樣本進行隨機反演的，因此需要選定高頻截止頻率。隨著最佳截止頻率的增加，反演結(jié)果的分辨率逐漸增大，但剖面的隨機性也逐漸增強。如圖5所示，當頻率大于220 Hz后，相關(guān)指數(shù)趨于水平，說明大于220 Hz的頻率成分隨機性強。通過多次測試，找到適合本研究區(qū)的最佳截止頻率為220 Hz。

圖5 最佳截止頻率分析Fig.5 Analysis of optimum cutoff frequency

通過對以上反演參數(shù)的不斷調(diào)試，最終獲得了基于SP曲線的波形指示模擬結(jié)果。為了驗證反演結(jié)果的可靠性，與未參與反演的已鉆井SP曲線作對比(圖6)，可以發(fā)現(xiàn)反演預測得到的砂層與SP曲線吻合較好，且測井解釋油層基本位于砂巖即將尖滅的位置，一定程度上驗證了反演結(jié)果的可信程度。將基于SP曲線波形指示模擬的結(jié)果與常規(guī)波阻抗反演的同一過井軌跡剖面(圖7)作對比，可以發(fā)現(xiàn)基于SP曲線波形指示模擬的結(jié)果在橫向、垂向分辨率上都有明顯提升，且預測的砂層連續(xù)性較好，邊界清晰，巖性變化也比較自然、合理。

圖6 已鉆井驗證反演效果Fig.6 The inversion effect verified by drilling wells

圖7 常規(guī)波阻抗反演效果Fig.7 The effect of conventional impedance inversion

為進一步從剖面分析波形指示反演的效果，選取了不同后驗井的砂泥巖解釋結(jié)果與反演結(jié)果識別的巖性進行對比。如圖8所示，井軌跡曲線上紅色柱子為砂巖，藍色柱子為泥巖，對比發(fā)現(xiàn)解釋結(jié)果與反演結(jié)果在小層上具有較好的一致性，一定程度上驗證了反演結(jié)果的可靠性。

在平面上，從反演體中沿目的層位提取得到均方根振幅屬性(圖9)，圖中紅黃色區(qū)域代表砂體較發(fā)育，藍色區(qū)域代表砂體欠發(fā)育，紅色向黃色變化過渡帶為砂體巖性變化帶，砂體分布連續(xù)，變化自然，邊界清晰。將已鉆井在目標層段的砂體發(fā)育情況與反演預測結(jié)果進行統(tǒng)計和對比，符合度較高，達到85.7%，且在平面展布特征上也較為符合西斜坡砂體展布規(guī)律。綜上所述，可以認為波形指示反演技術(shù)在該工區(qū)的應用達到了良好效果。

圖8 連井剖面反演效果Fig.8 The inversion effect of well-tie cross-section

圖9 砂體預測平面圖Fig.9 The ichnography of sandbody prediction

3 結(jié)論

通過對波形指示反演技術(shù)方法的研究，我們認識到波形指示反演是一種充分發(fā)揮井震協(xié)同作用的高頻模擬方法，可以充分發(fā)揮井震結(jié)合的優(yōu)勢，更好地體現(xiàn)了相控思想，使得反演結(jié)果更符合沉積規(guī)律，并且能解決非均勻分布井位的反演問題，適用范圍廣，是尋找薄層儲層、指導生產(chǎn)的有力工具。通過進一步將該方法應用在溱潼凹陷陳家舍地區(qū)，我們得到以下幾點認識：

(1)對陳家舍地區(qū)的測井曲線分析顯示，SP曲線對砂泥巖相較為敏感，可以作為識別砂泥巖相的敏感屬性。

(2)對陳家舍地區(qū)地震資料分別應用常規(guī)波阻抗反演方法和基于SP曲線的波形指示反演方法，結(jié)果顯示波形指示反演方法具有更高的橫向、垂向分辨率，且預測的砂層連續(xù)性較好，邊界清晰，巖性變化也比較自然、合理，能夠解決薄儲層難以預測的難題。

(3)波形指示反演預測的砂體分布連續(xù)，變化自然，邊界清晰，且已鉆井在目標層段的砂體發(fā)育情況與反演預測結(jié)果的符合度較高，達到85.7%，證明該方法在陳家舍工區(qū)取得了良好的應用效果，對該工區(qū)的巖性勘探具有指導意義。