劉家材，張沖，韓緒軍

(1.成都北方石油勘探開發(fā)技術有限公司，四川 成都 610051； 2.長江大學 地球物理與石油資源學院，湖北 武漢 430100)

0 引言

B油田位于哈薩克斯坦南圖爾蓋盆地阿雷斯庫姆凹陷的中南部，整體上為一個帶氣頂?shù)鸟妨承睒嬙臁獛r性油氣藏，主要目的層為下白堊統(tǒng)上達烏爾組M02段，埋深范圍為900～1 000 m。M02段屬于辮狀河相沉積，儲層以細砂巖和含礫砂巖為主，主要表現(xiàn)為中高孔、中低滲特征。由于辮狀河相砂體在縱橫向上變化較快，導致地質(zhì)研究和地震儲層預測難度較大，儲層展布規(guī)律認識不清楚，嚴重制約了油田的滾動勘探開發(fā)進程：

1) 由于辮狀河相砂體在縱向上相互疊置、橫向上復合連片，砂巖儲層測井曲線特征相似度較高，導致地層對比難度大，難以區(qū)分不同水道的砂體。

2) 地震合成記錄標定難度大。河道復合體頂面和底面均缺乏明顯的區(qū)域標志層，而且河道復合體內(nèi)部地震反射特征比較復雜，導致單井標定不確定性大，橫向上鄰井標定不一致。

3) 由于不同砂體組合模式形成的地震復合波比較復雜，而且上下地層之間存在地震反射干擾，導致地震屬性分析多解性很強。

4) 單一的地震反演預測方法難以達到理想的地質(zhì)效果。由于辮狀河相砂體在縱橫向上快速變化，導致很難建立符合儲層沉積規(guī)律的初始地質(zhì)模型，而且由于復雜地震復合波的干擾和地震資料分辨率的限制，單一的地震反演方法難以準確預測復雜地震反射區(qū)的砂體展布特征，也難以對薄砂體進行有效刻畫。

目前，在地質(zhì)研究方面，國內(nèi)外學者對辮狀河沉積進行了深入研究，通過大量的油田實例、野外露頭地質(zhì)剖面分析和現(xiàn)代沉積考察，提出了多種辮狀河沉積模式[1-3]，而且在辮狀河儲集層領域取得了一系列豐碩的成果，辮狀河儲集層構型表征的思路和方法日益成熟[4-9]。在地震儲層預測方面，很多學者利用正演模擬、地層切片、相干屬性、地震波形分析、頻譜分解等地震屬性分析技術和三維可視化技術對河流相砂體進行了半定量分析，研究河道砂體地震響應特征，描述河道砂體的外部形態(tài)，劃分河流沉積相帶，取得了不錯的效果[10-19]；然而，對辮狀河相砂體進行定量預測的實例相對較少[20]。從以往科研成果和油田實踐經(jīng)驗來看，基于地質(zhì)、地震、測井、鉆井和油藏生產(chǎn)動態(tài)等資料開展綜合研究，優(yōu)選各種儲層預測技術開展綜合地震儲層預測，是提高預測精度和解決復雜儲層預測問題的有效途徑。

本次研究針對B油田面臨的具體問題，優(yōu)選了多項適用的儲層預測技術，建立了合理的綜合地震儲層預測技術序列?；谵p狀河相儲層沉積特征，先后采用了精細地震合成記錄標定、地震正演模擬、地震屬性分析、常規(guī)地震反演以及地質(zhì)統(tǒng)計學反演等地震儲層預測技術，確定了合理的地震層位解釋方案，弄清了不同砂層組合模式的地震響應特征，消除了常規(guī)地震屬性分析存在的多解性，落實了目的層砂體展布特征，并對薄砂體進行了精細刻畫，為油田的滾動擴邊和剩余油挖潛奠定了堅實的基礎。

1 辮狀河相砂巖儲層綜合地震預測

1.1 儲層沉積特征

首先結合巖心資料，通過巖性特征、相標志和沉積模式等方面的研究明確了M02段辮狀河相垂向沉積序列和沉積微相類型及特征。

M02段平均地層厚度約40 m，可劃分為M021和M022兩個砂組，以細砂巖、含礫砂巖、粉砂巖和泥巖為主，砂體厚度范圍為1.0～19.0 m，主要為中高孔中低滲儲層，孔隙以溶蝕孔為主，原生孔次之。層內(nèi)發(fā)育大量紫紅色泥巖，是典型氧化環(huán)境下的產(chǎn)物，反映了常暴露于水上的沉積環(huán)境；砂巖成分成熟度較低，以巖屑砂巖為主，其次為長石巖屑砂巖；結構成熟度中等，以次棱角狀為主，分選中等，局部出現(xiàn)含礫砂巖；沉積構造比較發(fā)育，常見的沉積構造有平行層理、斜層理、交錯層理等。

上達烏爾組M02段為辮狀河相沉積，發(fā)育河道和河漫灘兩個亞相，其中河道亞相砂體最為發(fā)育，又可進一步劃分為心灘和河道充填兩個微相。垂向沉積序列表現(xiàn)為自下而上由粗變細的正韻律結構，最底部為河床滯留沉積，以灰色或灰綠色含泥礫粗砂巖為主，與下伏層呈侵蝕沖刷接觸；向上逐漸過渡為心灘和河漫灘微相，心灘以灰色細砂巖和粉細砂巖為主，測井曲線特征表現(xiàn)為箱型和鐘型，而河漫灘以粉細砂巖和紫紅色泥巖為主，測井曲線特征表現(xiàn)為指狀、鋸齒狀或平直狀。

1.2 精細合成記錄標定

精細合成記錄標定是精細構造解釋和地震儲層預測中最基礎的關鍵技術之一，是聯(lián)結地質(zhì)認識與地震資料的橋梁，標定結果的好壞直接影響到地震相關工作的質(zhì)量和效果。在沉積環(huán)境比較穩(wěn)定、地層厚度變化不大的地區(qū)，可選擇與目的層鄰近的區(qū)域標準層作為參考層，而對于沉積環(huán)境不穩(wěn)定、以河流相沉積為主的地層，由于河道不斷下切、合并、分叉以及交錯疊置等縱橫向上的變化，容易導致鄰井標定在橫向上不一致，必須在準確標定區(qū)域標準層的同時，再選出合理的參考標志層，即在鄰近目的層處，選擇在全區(qū)具有連續(xù)反射同相軸的地層(相同沉積環(huán)境)作為參考標志層，再對該參考標志層之上或之下的目的層進行巖性和沉積環(huán)境的標定及解釋[21]。

選取沉積環(huán)境比較穩(wěn)定的下達烏爾組M-II底礫巖為區(qū)域標準層，以地震反射同相軸比較連續(xù)的上達烏爾組M01頂界面為參考標志層，對全區(qū)60多口井開展了精細合成記錄標定，弄清了目的層段的地震反射特征：M02頂界面對應地震反射波峰，在油田范圍內(nèi)比較穩(wěn)定，M022頂界面和M02底界面分別對應地震反射波谷和由谷到峰的零相位(圖1)。

圖1 B-FA井合成記錄標定剖面Fig.1 Synthetic calibration profile of well B-FA

通過精細地震合成記錄標定，確定了合理的層位追蹤和斷層解釋方案，建立了等時地震地層格架，為井震聯(lián)合地層對比和后續(xù)地震儲層預測工作打下了堅實的基礎。

1.3 地震屬性分析

1.3.1 正演模擬

為了弄清辮狀河相單砂體及不同砂體組合模式對應的地震響應特征，開展了地震正演模擬研究。基于精細合成記錄標定結果，參照油田北部和東部區(qū)域的連井地震剖面建立了等比例正演模型，正演模擬結果與原始地震數(shù)據(jù)非常吻合：

1) 與地震調(diào)諧厚度(15.0 m)大致相當?shù)膯紊绑w表現(xiàn)為短軸、亮點強反射特征，頂界對應波峰，底界對應波谷，而薄單砂體對地震反射波形也有一定的影響(圖2)。

2) 油田北部的雙砂層模式與油田東部上砂下泥的單砂層模式具有明顯不同的地震反射特征：雙砂層疊置模式下，M02底界面大致對應地震反射波谷，而單砂層模式下M02底界面對應地震反射波峰(圖2)。

地震正演模擬結果表明地震響應特征與砂體組合模式和砂體發(fā)育情況具有較好的對應關系，說明利用地震資料來預測砂體的展布規(guī)律是可行的。

圖2 正演模擬剖面Fig.2 Forward modeling profile

1.3.2 屬性分析

在油田范圍以內(nèi)，三維地震資料信噪比較高、品質(zhì)較好，振幅類屬性能夠有效地反映砂巖儲層的宏觀展布趨勢，單個辮狀河相心灘砂體在地震剖面上表現(xiàn)為短軸亮點強反射特征，在平面上整體呈NW—SE走向。

但是，地震屬性分析存在多解性，在局部區(qū)域地震屬性分析結果與鉆井統(tǒng)計結果吻合度不高：在油田西部部分井點處，M021砂體非常發(fā)育，但對應地震振幅值卻很弱(圖3和圖4)；而在油田東部區(qū)域，鉆井統(tǒng)計M022砂體大面積缺失，但對應的振幅值較強(圖5和圖6)。

圖3 M021均方根振幅屬性Fig.3 RMS amplitude attribute map of M021

圖4 M021鉆井統(tǒng)計砂體厚度Fig.4 Well statistical sand thickness map of M021

圖5 M022均方根振幅屬性Fig.5 RMS amplitude attribute map of M022

圖6 M022鉆井統(tǒng)計砂體厚度Fig.6 Well statistical sand thickness map of M022

1.4 地震反演可行性分析

M02段砂巖儲層表現(xiàn)為高聲波時差、低密度的測井響應特征，對應低聲波阻抗值，同時交會圖分析也表明聲波阻抗對砂泥巖具有較高的區(qū)分度。然而，疊后地震約束反演的分辨率受疊后地震資料分辨率制約[22]，在地震資料有效頻帶之外，高頻信息永遠多解，無約束力[23]。在油田范圍內(nèi)，目的層段原始地震資料的主頻約50 Hz，頻帶約14～100 Hz，地層速度約為3 000 m/s，調(diào)諧厚度約15.0 m，而單砂體厚度范圍1.0～19.0 m，且變化較快，顯然無法利用常規(guī)地震資料分辨調(diào)諧厚度以下的較薄砂體。

測井資料是測井約束反演低頻和高頻信息的可靠來源，但是辮狀河相河道砂體在縱橫向上變化較快，難以利用測井資料建立符合實際地質(zhì)特征的初始地質(zhì)模型，不適合開展基于模型的地震反演。

在實際反演中，當?shù)卣饠?shù)據(jù)分辨率達不到分辨砂泥巖薄互層的能力時，反演結果只是砂層組(不同砂體組合)的平均函數(shù)，而且不同的薄砂泥互層組合可能產(chǎn)生同樣的地震響應[24]，反演結果具有非唯一性。在地震分辨率低、巖性變化大和薄互層大量存在時，必須結合地質(zhì)模式、油藏模式和儲層反射特征等資料進行綜合研究[25]，才能得到滿意的反演結果。

因此，為了解決地震屬性分析存在的多解性問題，同時對薄砂體進行有效預測，擬定了如下綜合地震反演儲層預測技術流程(圖7)：首先，利用約束稀疏脈沖反演方法預測砂體的宏觀展布規(guī)律；然后，結合砂體的宏觀展布規(guī)律，利用地質(zhì)統(tǒng)計學反演方法精細刻畫薄砂體展布特征。

圖7 綜合地震反演儲層預測流程Fig.7 Flow chart of comprehensive seismic inversion reservoir prediction

1.5 約束稀疏脈沖反演

測井資料(特別是聲波測井資料)是約束地震反演處理中非常重要的基礎資料，在使用前應該進行環(huán)境校正和標準化等處理，以消除由于井壁垮塌、井徑不規(guī)則等帶來的測量誤差，并解決由于測井儀器和測井時間等不同造成的刻度不一致問題。本次研究以測井曲線質(zhì)量較高的新井(B-HB)為標準井進行測井曲線標準化，其縱波阻抗直方圖表現(xiàn)為雙峰特征，其中低阻抗峰值對應砂巖，高阻抗峰值對應泥巖，經(jīng)過標準化之后，建立的低頻模型在橫向上能量均衡，能夠很好地反映儲層沉積規(guī)律。然后，經(jīng)過精細合成記錄標定、多井綜合子波提取、建立低頻模型和反演參數(shù)質(zhì)控之后進行反演處理，最終的反演結果忠實于原始地震數(shù)據(jù)，而且與井資料之間具有較好的對應關系(圖8)。

圖8 約束稀疏脈沖反演波阻抗剖面Fig.8 Constrained sparse spike inversion P-wave impedance profile

通過約束稀疏脈沖反演，清晰地刻畫了砂體分布邊界，落實了M02段兩個砂組的砂體宏觀展布規(guī)律，預測結果與鉆井統(tǒng)計結果均吻合較好，有效解決了地震屬性分析存在的多解性問題。預測結果表明：在油田礦權范圍內(nèi)，M021砂體分布呈東西分帶的特點，東部區(qū)域砂體呈NW—SE向展布，西部區(qū)域砂體呈近SN向展布，但在北部和南部部分區(qū)域砂體不太發(fā)育；M022在礦權中部砂體較發(fā)育，在北部和西南部砂體橫向變化較快，而在東部區(qū)域砂體大面積缺失(圖9和圖10)。

圖9 M021預測砂體分布Fig.9 Predicted sand distribution map of M021

1.6 地質(zhì)統(tǒng)計學反演

地質(zhì)統(tǒng)計學反演又稱為不確定性反演，能夠對薄砂巖儲層進行有效預測。該反演方法采用嚴格的馬爾科夫鏈—蒙特卡羅算法，以地震數(shù)據(jù)為硬約束、以井點地質(zhì)統(tǒng)計學參數(shù)為軟約束進行反演，反演結果為波阻抗數(shù)據(jù)體、巖性體和巖性概率體等，既忠實于原始地震數(shù)據(jù)，同時也符合鉆井統(tǒng)計規(guī)律。該技術的關鍵在于測試和優(yōu)化地質(zhì)統(tǒng)計學反演參數(shù)，同時對反演結果進行抽井檢查，其技術流程見圖7。

1.6.1 地質(zhì)統(tǒng)計學參數(shù)測試

地質(zhì)統(tǒng)計學參數(shù)在反演過程中起到軟約束的作用，包括巖性比例，巖相分布，波阻抗概率密度函數(shù)以及巖性和波阻抗在縱橫向上的變差函數(shù)等。其中巖性比例和巖相分布通過測井資料二次精細解釋成果和約束稀疏脈沖反演預測的砂體宏觀展布規(guī)律獲得，并將其引入反演過程中，對平面巖性展布和垂向巖性比例進行控制。垂向和水平變差函數(shù)代表砂體空間分布規(guī)律，垂向變差函數(shù)反映垂向上薄砂體的相關性，而水平變差函數(shù)反映橫向上砂巖儲層的非均質(zhì)性，隨著反演井數(shù)的增加，預測的砂巖儲層空間分布更加趨于客觀真實[26-27]。

1.6.2 地質(zhì)統(tǒng)計模擬

然后利用參數(shù)測試獲得的多個參數(shù)組合分別進行地質(zhì)統(tǒng)計模擬，將模擬結果與約束稀疏脈沖反演結果進行比較，選擇在砂體規(guī)模和巖性比例等方面較為吻合的參數(shù)組合進行地質(zhì)統(tǒng)計學反演。

1.6.3 地質(zhì)統(tǒng)計學反演

抽井檢查是質(zhì)控地質(zhì)統(tǒng)計學反演結果的最基本、最有效的手段。反演處理過程中，抽井檢查效果較好，證明選取的地質(zhì)統(tǒng)計學反演參數(shù)合理，可以較好地預測檢驗井點處的巖性(圖11)；相對于約束稀疏脈沖反演，地質(zhì)統(tǒng)計學反演不僅能反映砂體的宏觀展布規(guī)律，而且對薄層的刻畫更為精細，預測結果與已知井吻合度較高(圖12)。然后，利用優(yōu)選的參數(shù)組合進行地質(zhì)統(tǒng)計學反演處理，生成多實現(xiàn)反演波阻抗體。最后，基于已鉆井交會圖分析確定的砂泥巖波阻抗門檻值，利用多實現(xiàn)波阻抗體對有利砂體的展布特征和厚度進行定量預測。

圖11 地質(zhì)統(tǒng)計學反演抽井檢查巖性剖面Fig.11 Blind well test lithologic profile of geostatistical inversion

圖12 地質(zhì)統(tǒng)計學反演波阻抗鏤空剖面Fig.12 Geostatistical inversion P-wave impedance Hollowed-out profile

1.7 預測結果

通過本次綜合地震儲層預測工作，消除了地震屬性分析存在的多解性，并對薄砂體進行了精細刻畫，落實了B油田M02段兩個砂組的砂體展布特征，而且清晰地刻畫了辮狀河相砂體邊界，定量預測了砂巖儲層厚度(圖13和圖14)。最終預測結果不僅符合辮狀河相砂體宏觀展布規(guī)律，而且預測砂體厚度與實際鉆井統(tǒng)計結果的誤差分析也證明了預測結果的可靠性：在儲層較發(fā)育區(qū)，M021和M022平均相對誤差分別小于20%和30%；而在儲層欠發(fā)育區(qū)，絕對誤差最大為2 m。

圖13 M021預測砂體厚度Fig.13 Predicted sand thickness map of M021

圖14 M022預測砂體厚度Fig.14 Predicted sand thickness map of M022

2 預測結果在油田滾動評價中的應用效果

綜合地震儲層預測技術在B油田的應用效果非常顯著，其應用成果為油田的滾動評價和剩余油挖潛提供了有力依據(jù)，成功部署了多口評價井和加密開發(fā)井，為油田的增儲上產(chǎn)做出了巨大貢獻。

1)評價井。依據(jù)綜合地震儲層預測結果，在油田北部B-FJ井區(qū)部署的B-HA和B-HB兩口評價井在M021和M022均鉆遇了優(yōu)質(zhì)砂巖儲層，但這兩口井的M021均在氣油界面之上，為含氣層，而在M022都獲得了工業(yè)油流，新增含油面積1.0 km2，最終落實了該井區(qū)的石油儲量規(guī)模。M022鉆井砂體厚度分別為13.0 m和8.5 m，地震儲層預測砂體厚度分別為11.5 m和9.5 m，預測相對誤差均小于12%，證明預測精度非常高(圖13和圖14)。

由于油田東部斷塊的構造和儲層特征均不落實，井位部署風險較大，勘探評價工作多年來一直停滯不前。通過本次綜合地震儲層預測工作，落實了該區(qū)的構造和儲層分布特征，預測該區(qū)塊砂體發(fā)育模式與油田東部主體區(qū)相似(M021優(yōu)質(zhì)砂巖儲層較發(fā)育，而M022以泥巖為主，砂體欠發(fā)育)。2019年7月在東斷塊構造高點部署鉆探了B-HI井，在M021獲得工業(yè)油流，鉆遇砂巖儲層厚12.8 m，而鉆前地震儲層預測厚度為10.5 m(圖13)，預測相對誤差小于18%，在無井控制下能達到如此高的預測精度證實了預測結果的可靠性和精確性。目前該井日產(chǎn)穩(wěn)定，含水率低，控制含油面積約0.8 km2，新增可采儲量較為可觀。在油田年產(chǎn)量急劇下滑以及緊張的合同末期評價背景下，該井的鉆探成功意義重大。

2)開發(fā)井。2017年9月在油田東部主體區(qū)部署了B-HJ和B-HC兩口加密井，均在M021鉆遇了14.0 m和 10.0 m厚的砂體，而地震儲層預測砂體厚度分別為11.0 m和8.5 m(圖13)，預測相對誤差分別為21%和15%，說明預測精度較高，為油田東部主體區(qū)的剩余油挖潛發(fā)揮了巨大作用。

3 結論與認識

通過綜合地震儲層預測技術在B油田的成功應用得出了以下幾點認識，為辮狀河相砂體地震儲層預測提供了有效的思路，對類似區(qū)塊具有借鑒和指導意義。

1)通過區(qū)域標準層和參考標志層對地震合成記錄標定進行多級質(zhì)控，可以有效解決辮狀河流相砂體縱橫向上變化快導致的鄰井標定不一致問題。

2)地震正演模擬可以弄清不同地層組合模式對應的地震響應特征，使地震屬性分析更具針對性，從而正確認識地震屬性分析取得的效果以及存在的多解性。

3)地震反演可以消除地震屬性分析存在的多解性，但不同的地震反演方法各有其特點和優(yōu)缺點，應根據(jù)儲層地質(zhì)和地球物理特征制定有效的綜合地震儲層預測思路，優(yōu)選適用的地震反演方法來逐步解決各種地質(zhì)問題。