岳躍龍 李洪革 李玉海 謝玉權 王文濤 李冰玲

(中國石油東方地球物理公司研究院大港分院)

0 引 言

大港探區(qū)灘海碎屑巖勘探自20世紀90年代中后期開展基于三維地震的構造、儲集層、油藏綜合研究，2000年開展規(guī)模預探和評價工作，在歧口主凹南側發(fā)現(xiàn)了億噸級埕北低斷階大型含油氣區(qū)，其特點是構造背景下的巖性油氣藏，主要勘探目的層為沙二段。由于地表處于灘海區(qū)一直沒有開發(fā)動用，同時沙二段為扇三角洲沉積，單砂體薄、橫向變化快的問題也是困擾進一步開發(fā)的主要因素。近年來，在該地區(qū)開展地震儲集層預測技術攻關及應用，鉆井成功率獲得顯著提升。儲集層預測技術發(fā)展大致歷經(jīng)兩個階段：第一階段針對砂體薄、波阻抗巖性疊合等地質問題，主要組織了敏感曲線重構、地質統(tǒng)計學反演等關鍵技術攻關；第二階段隨著勘探開發(fā)深入進展，儲集層的橫向發(fā)育規(guī)模及含油氣性預測成為新的預測難點，為此在高分辨率地震處理資料基礎上，攻關五級層序約束下的相控儲集層預測技術，利用沉積相和地震相聯(lián)合創(chuàng)建相控權重因子，重建反演低頻模型，重點解決儲集層預測橫向分辨率的問題。實際鉆探效果證實了儲集層預測方法的有效性，使預測精度獲得較大提升。

1 沉積環(huán)境及層序格架建立

埕北低斷階為受張東斷層、歧東斷層兩條近東西向斷層控制的多階斷裂緩坡，該區(qū)古近系沙河街組地層發(fā)育齊全，自下而上依次發(fā)育沙三段、沙二段、沙一段3個三級層序[1-2]。埕北地區(qū)古近紀早中期為斷陷湖盆沉積期，由湖盆中心(歧口主凹)至邊部(埕北斷坡區(qū))，古近系沙河街組各段地層均表現(xiàn)為向上減薄至缺失的超覆式層序特征[3-5]。沙二段沉積時期，該區(qū)受埕寧隆起物源控制，為辮狀河三角洲前緣沉積，主要發(fā)育水下分流河道、分流河道間、河口砂壩、席狀砂等沉積微相[6-7]。沙二段辮狀河三角洲前緣砂體單砂層較厚，砂體連片，儲集層物性好，是本區(qū)主力含油目的層系。

根據(jù)鉆井識別巖相突變或巖性突變面、地震波組特征的變化，識別出沙二段4個四級層序邊界(圖1)，分別為沙二段底界不整合面(SB1)、初始湖泛面(SB2)、最大湖泛面(SB3)和沙二段頂界不整合面(SB4)。研究區(qū)沙二段內(nèi)部的初始湖泛面為一套厚度穩(wěn)定的灰色泥巖段，分布廣泛；測井曲線表現(xiàn)為平直泥巖基線特征，初始湖泛面之下地震反射表現(xiàn)為中等振幅連續(xù)性較好的反射特征。沙二段內(nèi)部的最大湖泛面為一套厚度較大的深灰色、灰色泥巖段，分布范圍大；測井曲線表現(xiàn)為平直特征，處于泥巖基線內(nèi)，最大湖泛面之上地震反射表現(xiàn)為中-強振幅連續(xù)性極好的反射特征，最大湖泛面之下同相軸為連續(xù)較差的中-弱振幅反射特征。

總體上，研究區(qū)沙二段具有4個四級層序界面，可將沙二段劃分為3個四級層序，自下而上依次為SQ1層序(相當于沙二下砂層組)、SQ2層序(相當于沙二中砂層組)、SQ3層序(相當于沙二上砂層組)。在四級層序界面識別基礎上，根據(jù)湖平面升降變化引起的巖性、電性組合以及旋回性特征，在四級層序內(nèi)識別出沙二段內(nèi)部5個五級層序界面，將沙二段細分為8個油層組， SQ1層序細分為2個油層組，SQ2層序細分為3個油層組，SQ3層序細分為3個油層組(圖2)。

圖1 CHH 33井沙二段合成地震記錄及層序地層格架

圖2 層序界面地震響應特征

2 五級層序約束相控儲集層預測

2.1 研究思路

針對研究目標砂巖薄、橫向變化快、油水關系復雜等地質問題，考慮地震資料頻寬較窄等條件限制，制定以測井資料補充頻帶不足問題，以沉積相、地震相、測井相控制巖相橫向變化，以疊前道集計算彈性參數(shù)識別流體特征，建立五級層序約束相控儲集層預測一體化研究流程[8]。重點步驟包括巖石物理分析、擬聲波曲線重構、初始波阻抗重建、地質統(tǒng)計學反演及疊前彈性參數(shù)反演等，其中初始波阻抗重建屬于在大港探區(qū)首次應用，強調(diào)地質地震一體化，通過地質沉積、地震相帶、測井曲線、地震解釋等不同資料和領域有效結合，重新建立合理的更加符合地下地質規(guī)律的初始波阻抗模型。

2.2 地震巖石物理分析

地震巖石物理是儲集層預測先導實驗工作，主要分析已知巖性、物性、含油氣性的情況下地球物理響應特征，優(yōu)選儲集層敏感特征曲線，分析地震資料解決地質問題的可行性及限制條件，研究怎樣選擇儲集層預測方法及創(chuàng)建合理的預測流程[9]。

在測井資料中選取自然伽馬、自然電位、補償中子等曲線分別與聲波時差按巖性類別制作統(tǒng)計交會圖(圖3a)，發(fā)現(xiàn)砂泥巖聲波時差的混疊較多，對巖性敏感性低，而自然伽馬對巖性最為敏感，高伽馬對應泥巖，低伽馬對應砂巖，砂泥巖之間重疊段很少，據(jù)此選擇自然伽馬作為巖性敏感曲線。由于反演算法是建立在地震反射系數(shù)及聲波阻抗轉換關系基礎上的，與基于放射性測井的自然伽馬曲線之間沒有直接關系，需要將自然伽馬與聲波時差進行擬聲波計算，重構后的聲波時差與自然伽馬交會圖(圖3b)顯示其與原始聲波時差整體趨勢一致，同時也繼承了自然伽馬巖性識別優(yōu)勢[10]，比原始聲波時差在巖性上重疊段減少很多，能夠較好地提高巖性預測分辨率。

圖3 聲波時差曲線重構前、后與自然伽馬交會圖

2.3 反演初始模型重構

地震資料的低頻信號對地震反演預測巖性非常重要，但是在地震采集處理過程中低頻信號損失較多，致使儲集層預測存在不確定性問題。在地震反演之前為補償?shù)卣鸬皖l信號缺失的影響，需要建立初始波阻抗模型，商業(yè)反演軟件一般利用測井資料在地震解釋層位控制下橫向插值建立初始波阻抗模型。但在建立初始波阻抗模型的過程中，由于只考慮測井和地震解釋層位，建立的初始模型只能控制井周圍區(qū)域，沒有鉆井的區(qū)域只能依賴插值算法計算波阻抗，很難反映基礎地質沉積規(guī)律，從而造成地震反演不確定性問題。大量基礎研究表明，沉積相及地震相在空間和平面上能夠較為真實地反映地層巖性宏觀特征，可以將其作為約束條件引入初始建模過程，進一步提高初始模型的巖性識別能力[11]。如何將沉積相和地震相整合到初始波阻抗模型中，如何建立相控約束下初始波阻抗模型，需要重構反演初始模型，具體步驟如下。

2.3.1 層序格架指導下的地震解釋

在沙二段層序格架指導下進行井震標定，地震層位解釋對應三級層序的沙二段頂、底2個界面、四級層序的上中下三個亞段4個界面，根據(jù)五級層序格架解釋精度提高到砂層組級別，共解釋了9個砂層組。在區(qū)域沉積背景認識下，聯(lián)合測井相、地震屬性優(yōu)選、地層厚度及單井統(tǒng)計的砂地比等基礎圖件，編制砂層組級別沉積微相平面圖。

2.3.2 相控權重因子

統(tǒng)計不同沉積微相范圍內(nèi)波阻抗值域，在相帶與波阻抗之間建立映射關系，對不同相帶波阻抗賦予標準化權重，建立值域介于0～1之間的相控權重因子，四級層序對應層段級別，五級層序對應砂層組級別，隨著層序級別的增加，相控權重因子獲得更高儲集層巖性識別精度。在測井曲線插值算法中，加入相控權重因子全局控制初始模型中參與插值的測井權重系數(shù)(圖4)，相對于非相控約束下的初始波阻抗模型，層序約束建立的模型可更加突出空間地質背景概念，距離井位較遠處也能較好地反映整體沉積環(huán)境變化趨勢。

地質解釋尺度越小，模型反映的細節(jié)越多，四級層序約束下模型能夠反映地質層段地質框架，在五級層序約束下建立的模型可以解釋砂層組甚至刻畫單砂體，有效地提高薄砂體識別能力(圖5)。

2.3.3 反演波阻抗初始模型

在整個工區(qū)中應用相控權重因子約束測井曲線(包括聲波時差、密度、波阻抗等)計算空間插值權重系數(shù)，建立波阻抗空間實體模型(圖6)。由于本次研究是建立在五級層序架構上的，在整體地質沉積上更加真實地還原地下地層結構，尤其針對薄儲集層預測精度獲得較大提升，甚至可以實現(xiàn)預測厚度小于10m的單砂體(圖6)。

圖4 埕海低斷階Es2中2相控權重系數(shù)剖面

圖5 多級層序約束下相控權重因子剖面

2.3.4 重構反演初始模型平面效果分析

無相控權重因子約束的初始波阻抗模型平面屬性，在有測井位約束的位置處有明顯畫圈現(xiàn)象，在無測井約束位置波阻抗響應不明顯，表征整體地質沉積的規(guī)律性不強。相控權重因子約束下的初始波阻抗模型平面屬性由于加入沉積相和地震相權重影響，能夠表征整體的地質沉積規(guī)律，同時解決由于井位分布不均勻造成的局部不確定問題，巖性邊界較為清晰，為后面儲集層精細預測奠定堅實的基礎(圖7)。

2.4 相控地質統(tǒng)計學反演

地質統(tǒng)計學反演是以概率論為理論基礎的，提供一個或多個在某種概率條件下的，既滿足數(shù)據(jù)的地質統(tǒng)計學特征又滿足地質、測井和地震信息的三維儲集層參數(shù)概率模型。地質統(tǒng)計學反演方法可以實現(xiàn)對剖面縱向分辨率較大幅度提高，其算法是測井曲線在地震資料約束下利用克里金插值和外推，但是該算法存在許多局限性，無法控制局部過度隨機問題，儲集層橫向預測多解性強。采取相控權重因子約束建立地質實體模型，則可獲得更真實的空間地質框架，較好地解決反演過程中橫向過度隨機問題。為盡量避免局部過于隨機性問題，應用馬爾科夫鏈-蒙特卡羅算法[12]，計算結果為多個重構波阻抗概率體，提取平面屬性與基礎分析平面結果進行對比，分析反演體差異的原因，整體評價反演結果的可靠性，反演結果顯示與已知井吻合度較高，砂體橫向展布與沉積層序分析一致，縱向能夠有效識別厚度小于10 m的砂體(圖8)。

圖6 相控初始波阻抗模型剖面

圖7 埕海低斷階Es2中2初始波阻抗模型平面屬性

圖8 相控地質統(tǒng)計學反演剖面效果圖

2.5 相控疊前油氣檢測

疊前地震反演作為一種以彈性波理論為基礎，并能得到多種巖性彈性參數(shù)的新技術，其理論是基于AVO技術發(fā)展而來，特別適用于油氣藏的尋找[13]。本次研究在前期建立的相控權重因子約束下儲集層巖性預測基礎上，基于疊前地震道集資料，優(yōu)選油氣敏感彈性參數(shù)，應用疊前同時反演技術計算油氣敏感彈性參數(shù)體，進而刻畫空間流體分布特征。

通過對埕北低斷階不同油藏類型的測井進行橫波估算，求取彈性參數(shù)，按照砂巖含流體類別(含水砂巖、高含水油砂巖、含油砂巖)對不同彈性參數(shù)制作交會圖，優(yōu)選流體敏感彈性參數(shù)。分析表明，縱橫波速度比對流體敏感性最好，在中高縱波阻抗范圍內(nèi)，縱橫波速度比隨著含油性增加而減小，即縱橫波速度比大于1.94時為高含水油砂巖，小于1.9時為含油砂巖(圖9)。因此，可將縱橫波速度比作為油氣敏感參數(shù)預測含油砂巖分布。

由于疊前地震反演對疊前地震道集質量要求較高，應先對偏移后的疊前道集進行優(yōu)化預處理，在振幅相應保持的前提下有效提高地震資料分辨率，計算部分偏移距疊加數(shù)據(jù)體，為每一個部分偏移距疊加數(shù)據(jù)體估算地震子波，利用部分偏移距疊加數(shù)據(jù)體和測井縱橫波速度及密度進行彈性標定，建立相控初始彈性參數(shù)模型。然后對縱、橫波阻抗及密度進行疊前彈性反演，進而推出巖石的縱橫波速度比、泊松比、拉梅系數(shù)、剪切模量等有用的巖石彈性參數(shù)，結合敏感彈性參數(shù)分析結果預測流體分布特征。

圖9 疊前油氣敏感參數(shù)交會圖

3 應用實例

相控儲集層預測技術在黃驊坳陷埕北低斷階取得了較好的應用效果。依據(jù)五級層序格架，聯(lián)合相控疊后和疊前地震反演體，定量描述沙二段各含油砂體，形成砂體厚度預測圖與含油氣預測圖(圖10、圖11)，用于CHH 33井等16口井的含油氣砂巖的預測，經(jīng)試油或生產(chǎn)驗證，符合率達到87%。對沙二段儲集層特征進行深入分析發(fā)現(xiàn)，沙二段上部以泥巖為主，沙二段中部的油層組砂體非常發(fā)育，是研究區(qū)主力儲集層段，沙二段下部砂體主要集中在底部，橫向較為連片。綜合構造形態(tài)、單砂層追蹤成果、單井測井解釋成果以及試油成果，優(yōu)選有利單砂體進行綜合評價，累計有利圈閉，重新落實儲量，有力支撐了區(qū)內(nèi)高產(chǎn)井的部署，助力完成埕北低斷階區(qū)整體新增探明儲量的升級，創(chuàng)大港油田近十年單區(qū)塊效益探明儲量規(guī)模之最。

圖10 埕北低斷階Es2中1油層組砂巖等厚圖

圖11 埕北低斷階Es2中1油層組含油氣預測圖

4 結 論

針對埕北低斷階地區(qū)處理解釋一體化技術攻關，首次在大港探區(qū)灘海碎屑巖勘探中應用五級層序約束下相控儲集層預測技術，增加地質沉積及地震平面屬性橫向約束權重，預測結果證實了地質地震一體化對提高儲集層預測精度的重要作用。通過本次研究得到以下認識：

(1)儲集層預測是包括地質、地震、鉆井、測井及錄井等一系列專業(yè)研究的集成，在測井約束方面已經(jīng)做了大量工作，鑒于地質研究對儲集層預測的參與相對較少，本次研究強化基礎地質認識的引導作用，集成沉積相、地震相及測井相等聯(lián)合作為儲集層預測空間控制因素創(chuàng)建相控權重因子，充分利用地質宏觀框架重構反演初始模型，有效提高地震反演的空間地質相帶識別能力，使傳統(tǒng)地震反演技術在相控條件約束下發(fā)揮更大作用。

(2)儲集層預測對輸入數(shù)據(jù)的質量要求很高，地震資料和井資料的品質直接影響儲集層預測精度，這就要求前期做好地震資料處理及巖石物理分析工作，地震資料處理過程中要更加注重在保持相對振幅的前提下合理提高地震資料分辨率。巖石物理分析通過儲集層參數(shù)與地震響應建立對應關系，分析地震資料預測儲集層的可行性，建立適合地震預測的巖石物理計算標準，是提高儲集層預測精度的基礎。