徐 博，劉永雷，曾 鴻，楊 洋，鄭曉麗，張建偉

(1.西安石油大學(xué)，西安 710065；2.中國石油集團(tuán) 東方地球物理勘探有限責(zé)任公司，涿州 072751)

0 引言

近幾年隨著勘探的深入發(fā)展，巖性圈閉逐漸成為重要的接替領(lǐng)域。特別是在塔里木盆地塔北西部地區(qū)，勘探層系多，油藏類型豐富多樣，是實(shí)現(xiàn)巖性圈閉勘探的最現(xiàn)實(shí)區(qū)，目前已發(fā)現(xiàn)的玉東1油氣藏進(jìn)一步證實(shí)了巖性圈閉勘探的廣闊潛力。但是巖性圈閉成藏條件非常苛刻，勘探難度極大，特別是類似于塔里木盆地塔北西部地區(qū)這類具有埋藏深(>5 000 m)，儲層厚度薄(通常在0 m～5 m之間)，物性橫向變化大等特點(diǎn)的巖性圈閉。勘探能否成功、成功后能否高效開發(fā)，很大程度上受制于儲層預(yù)測的精度，這就對儲層預(yù)測方法提出了更高的要求。受大沙漠和戈壁等惡劣地表?xiàng)l件及地下復(fù)雜構(gòu)造限制，塔里木盆地多數(shù)地區(qū)的地震資料具有信噪比、主頻(20 Hz左右)雙低的特點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到實(shí)現(xiàn)超薄儲層精準(zhǔn)預(yù)測的條件。在這種資料條件下，常規(guī)的儲層預(yù)測方法以及反演方法也很難取得令人滿意的效果。

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演由Bortoli[1]提出，Haas等[2]開展了應(yīng)用，Dubrule等[3]和Rothman[4]加以發(fā)展。它基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)信息來表述解空間的先驗(yàn)概率密度函數(shù)，通過隨機(jī)模擬和優(yōu)化模擬結(jié)果的有機(jī)互動，充分發(fā)揮了隨機(jī)建模和地震反演的優(yōu)勢，使反演結(jié)果能夠有效突破地震資料頻寬限制，大大提高反演結(jié)果的垂向和橫向分辨率。但是盡管算法不斷改進(jìn)，用于估計(jì)地質(zhì)模型空間展布特征的先驗(yàn)信息是否完備，仍直接決定了地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演結(jié)果的好壞，故該方法在實(shí)際生產(chǎn)中一般主要應(yīng)用于已鉆井?dāng)?shù)較多、先驗(yàn)信息較豐富的油田綜合調(diào)整階段[5]。

這里主要論述了在塔里木盆地塔北西部地區(qū)玉東區(qū)塊相對稀井區(qū)，通過精細(xì)井震標(biāo)定，綜合薄片分析、巖芯分析、區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識、目的層沉積特征等因素，利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演對古近系薄砂層進(jìn)行了準(zhǔn)確地預(yù)測，并建立了相對完善的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演流程?？v向分辨率相比于系數(shù)脈沖反演提高了5倍以上，預(yù)測厚度實(shí)鉆吻合率達(dá)到92.1%。根據(jù)預(yù)測結(jié)果部署的4口評價井均獲得高產(chǎn)油氣流，成功實(shí)現(xiàn)了油藏的滾動擴(kuò)邊，新增油藏面積，新增儲量。該方法的成功實(shí)施對該區(qū)油氣田評價勘探和部署具有十分重要的指導(dǎo)意義，同時也給領(lǐng)區(qū)的勘探提供了很好的參考。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于中國西部塔里木盆地塔北隆起西段。工區(qū)油氣主要來源于北面的庫車坳陷，庫車坳陷侏羅系、三疊系陸相油氣資源豐富，已經(jīng)形成克拉2、迪那等特大氣田，研究區(qū)位于庫車的前緣隆起斜坡區(qū)，油氣運(yùn)聚條件非常好；中新生界是該區(qū)重要的油氣勘探層系，喜山期強(qiáng)烈的造山運(yùn)動，使塔北隆起新生界地層北部整體下沉，南部抬升，中新生界構(gòu)造整體表現(xiàn)一個北低南高的斜坡，在斜坡區(qū)構(gòu)造圈閉不發(fā)育。90年代初在工區(qū)北部、西南部分別發(fā)現(xiàn)了白堊系、古近系構(gòu)造油氣藏，后來開始在本區(qū)古近系尋找?guī)r性圈閉，但一直未有大的發(fā)現(xiàn)。2010年部署了一塊主要針對碎屑巖薄砂層設(shè)計(jì)的寬方位高精度三維地震，推動了玉東地區(qū)油氣勘探開發(fā)的步伐，隨著現(xiàn)今勘探技術(shù)的迅速發(fā)展，一個面積超過200 km2，儲層僅0 m～5 m厚的大型超薄巖性油氣藏被逐步展現(xiàn)。油氣藏儲層為一套發(fā)育于扇三角洲前緣的砂體，其向南、向東、向西逐漸相變尖滅為一套泥巖沉積，同時與上覆、下伏地層的濱淺湖泥灘和膏云坪沉積的泥巖、膏云巖形成一套良好的儲蓋組合。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖

2 研究難點(diǎn)

本區(qū)研究的第一難點(diǎn)是儲層超薄，從圖2可以看出目的層古近系底砂巖段縱向上可劃分為四個砂層組，其中3砂組是主要勘探目的層厚度在11 m～14 m之間，可分為上下兩部分，上部為褐色、褐灰色、灰色細(xì)砂巖，為玉東1氣藏的產(chǎn)層，區(qū)域分布面積大，連通性最好，在玉東地區(qū)砂巖向南、向東、向西逐漸相變?yōu)槟鄮r；下部為褐色泥巖，可作為玉東1巖性圈閉的底板。

3砂組的單砂體厚度僅有1 m～4 m。從圖3可以看出，古近系底界對應(yīng)一個強(qiáng)波谷反射，橫向分布穩(wěn)定，可進(jìn)行連續(xù)的對比追蹤。儲層位于古近系底界面上部的一個較弱的波谷上，橫向分布不穩(wěn)定，局部地區(qū)可見尖滅現(xiàn)象，縱向跨度僅有1 ms～4 ms，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于地震的縱向分辨能力[6]。因此，很難使用地震資料對儲層橫向展布特征進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測[7]。

其次，儲層物性橫向變化很快。玉東地區(qū)古近系底砂巖為扇三角洲前緣沉積體(圖4)，其物源來自于北西方向的溫宿凸起，湖盆中心位于南東方向，向南延伸相變?yōu)闉I淺湖膏泥巖沉積，向東相變?yōu)闉I淺湖泥巖沉積。在玉東地區(qū)，3砂組沉積微相相對穩(wěn)定，W1-W17-W13井一帶處于扇三角洲前緣水下分流主河道區(qū)，砂體相對較厚，呈塊狀發(fā)育；W3井、W2井位于扇三角洲前緣遠(yuǎn)端，主體發(fā)育席狀砂微相沉積，砂體厚度相對較薄，平面上呈片狀；從圖3可以看到，出油井儲層砂巖為油浸褐灰色細(xì)砂巖，從圖2也可以看出，W3與W7兩井相距只有4 km，砂體卻從塊狀砂迅速變?yōu)橹笭钌啊Ｓ纱丝梢?，儲層發(fā)育受沉積環(huán)境影響嚴(yán)重，橫向分布不均勻，物性變化快。

3 方法原理

由Bortoli[1]、Haas等[2]在90年代引入的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演，是一種將隨機(jī)模擬理論與地震反演相結(jié)合的反演方法。該方法早期主要采用Deutsch等[9]提出的序貫高斯算法進(jìn)行模擬該算法雖然削弱了克里金算法光滑效應(yīng)的影響，提高了模擬結(jié)果的縱向分辨率，但卻犧牲了地震資料的橫向分辨率。為解決該問題TorresVerdin等[10]提出了基于馬爾科夫鏈蒙特卡洛(MCMC)算法的地 質(zhì) 統(tǒng) 計(jì) 學(xué) 反 演 方 法，該 方 法 在 貝 葉 斯 理 論 框 架下[6]，有效融合測井、巖性和地震等多尺度信息，以確定與測井曲線信息相一致的模型，同時通過反演數(shù)據(jù)找到與地震數(shù)據(jù)一致的模型子集，從而獲得與單一算法中輸入數(shù)據(jù)相匹配的模型。其構(gòu)建的模型以各種類型的輸入數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，包括疊前地震振幅信息，測井?dāng)?shù)據(jù)，巖石物理響應(yīng)及反映儲層分布、形態(tài)、厚度和橫向延伸情況的地質(zhì)信息。通過運(yùn)用序貫指示模擬、序貫高斯模擬等方法將測井?dāng)?shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)完美地結(jié)合起來，構(gòu)建一系列高分辨率的油藏模型，從而使得構(gòu)建的油藏地質(zhì)模型的分辨率更高，對于細(xì)節(jié)的描述遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過地震帶寬的限制。

圖2 玉東區(qū)塊古近系連井對比圖

圖3 玉東區(qū)塊連井標(biāo)定圖

圖4 玉東區(qū)塊沉積相平面圖

圖5 玉東地區(qū)古近系3砂層組砂泥巖概率密度分布圖

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演具有如下技術(shù)優(yōu)勢：①小井距井間的精密尺度內(nèi)插，橫向趨勢由地震控制；②能夠進(jìn)行誤差估算，進(jìn)而評估風(fēng)險；③提高地震反演結(jié)果的縱向分辨率[11]；④能夠生成巖性類型數(shù)據(jù)體(如砂巖和泥巖)；⑤根據(jù)波阻抗進(jìn)行基于巖性的孔隙度估算；⑥將高分辨率的井?dāng)?shù)據(jù)和低分辨率的地震數(shù)據(jù)聯(lián)合應(yīng)用；⑦可生成能夠直接輸入到油藏?cái)?shù)值模擬軟件地質(zhì)模型。

圖6 玉東地區(qū)古近系3砂層組巖性模擬對比剖面

4 應(yīng)用效果分析

根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，在反演之前應(yīng)該先建立起測井?dāng)?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系。從圖2可以看到，3砂層組主要表現(xiàn)為上部細(xì)砂巖下部泥巖的特征，從圖5可知，砂巖和泥巖在阻抗曲線上基本上可以分開，小于阻抗值1.1×107kg/cm3*m/s的為泥巖，大于該值為砂巖。

圖7 玉東地區(qū)古近系3砂層組剖面

此外，空間變差函數(shù)是地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的關(guān)鍵控制因素之一，其描述的是橫向和縱向地質(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。常用的變差函數(shù)類型有高斯型、指數(shù)型、球型等。一般而言縱向變程越小，模擬出的巖性厚度越小，如圖6(a)所示剖面使用的縱向變程為1.7 m，圖6(b)所示剖面使用的縱向變程為15 m。對于縱向變程，由于測井?dāng)?shù)據(jù)具有采樣間距小、精度高的特點(diǎn)，因此常常被用來進(jìn)行縱向變程的統(tǒng)計(jì)分析。通過對本區(qū)的測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定的變差函數(shù)類型為指數(shù)型，縱向變程為1.7 m，砂泥比為3∶7。對于橫向變程的確定，考慮到井點(diǎn)間距較大，分布不均勻，因此通過對確定性反演的結(jié)果進(jìn)行分析再結(jié)合區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識進(jìn)行綜合設(shè)定。橫向變程值越大，模擬出的巖性橫向分布越連續(xù)，如圖6(a)所示剖面使用的橫向變程為6 000 m×4 000 m，圖6(c)所示剖面使用的橫向變程為3 000 m×3 000 m。通過對13組數(shù)據(jù)進(jìn)行測試和對比，我們最終確定的橫向變程為6 000 m×4 000 m。其所對應(yīng)的巖性模擬結(jié)果為圖6(a)所示剖面，與本區(qū)的地質(zhì)特征及測井解釋結(jié)果最為匹配。

圖8 玉東地區(qū)古近系3砂層組地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演平面圖

圖9 玉東地區(qū)古近系3砂層組稀疏脈沖反演平面圖

對比圖7(a)和圖7(b)，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演大大提高了反演的縱向分辨率。在地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演剖面上3砂層組表現(xiàn)為多套超薄砂體的疊置，而在稀疏脈沖反演剖面上，整個3砂層組表現(xiàn)為一條強(qiáng)振幅帶，很難區(qū)分單個砂體。

從圖9可以看出，砂體呈大面積塊狀發(fā)育的特征，物源由北向南。從圖8可知，仍然表現(xiàn)為北部物源的特征，但砂體分布呈條帶狀，反映出水下分流河道的特征。這一結(jié)果與巖芯巖屑所展示的沉積特征一致。其中W1、W10、W12井位于分流河道中部，在測井曲線上表現(xiàn)為塊狀砂巖，錄井顯示為細(xì)砂巖，W2和W3井位于分流河道邊部，測井曲線表現(xiàn)為指狀砂，錄井顯示為泥質(zhì)粉砂、粉砂巖。WELLF在稀疏脈沖反演平面圖上位于扇體根部，在地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演剖面上屬于分流間灣，鉆探結(jié)果失利。由此可見，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演分辨率更高，反演結(jié)果對砂體展布特征刻畫更為精細(xì)，以此部署的探井W10、W12井都獲得成功。

5 結(jié)論

通過對塔里木盆地玉東地區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)反演研究薄砂層分布特征，基本落實(shí)了隱蔽油氣藏的砂體分布范圍，后期實(shí)施的井位與預(yù)測結(jié)果相近，證實(shí)研究成果比較可靠，也取得以下幾點(diǎn)認(rèn)識：

1)高精度三維地震采集處理技術(shù)，對振幅和地震信息保真是超深層薄砂層準(zhǔn)確預(yù)測的基礎(chǔ)。

2)明確研究區(qū)的區(qū)域地質(zhì)特征，及目的層的沉積相和微相特征，從而建立一個準(zhǔn)確的地層格架和沉積模式，是做好儲層反演和分析反演結(jié)果要掌握的基本素材。

3)精細(xì)的測井資料分析，明確儲層的巖電響應(yīng)特征，從而優(yōu)選對儲層敏感的曲線是做好儲層反演的關(guān)鍵。

4)反復(fù)實(shí)驗(yàn)各種參數(shù)，以期得到最好的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演結(jié)果。結(jié)合其他參數(shù)進(jìn)行協(xié)同模擬，同時結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識對反演結(jié)果進(jìn)行分析，再返回去對地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，這項(xiàng)工作是儲層反演成果能夠用于勘探開發(fā)生產(chǎn)，并取得良好效果的基本保證。