杜 昕,張晶玉,范廷恩,張顯文,范洪軍

(中海油研究總院有限責任公司,北京102200)

復雜斷塊油田斷層多期次發(fā)育,斷裂系統(tǒng)復雜,這類油田進入開發(fā)階段后,構造落實程度直接影響油田開發(fā)調整效果,是剩余油分布預測和調整井設計實施的關鍵[1-2]。傳統(tǒng)斷層解釋技術多針對油田勘探階段,較難滿足復雜斷塊油田開發(fā)階段的精度要求。對此,國內陸上老油區(qū)的復雜斷塊油田近年來已經采用逐道解釋策略來實現斷裂系統(tǒng)的精細刻畫。然而,海上復雜斷塊油田相比陸上油田具有開發(fā)程度較低、地震資料分辨率較高等特點,同時又常面臨測井資料稀缺、氣云區(qū)影響地震剖面上斷層落實程度等問題,上述逐道解釋方法并不完全適用海上油田。因此亟需一套適用于海上復雜斷塊油田開發(fā)階段斷層解釋的技術。

前人圍繞復雜斷裂精細解釋開展了大量的方法研究與應用實踐,主要包括:①解釋性處理技術[3-12];②基于地震屬性的斷層識別,如相干體技術、曲率體技術、螞蟻體技術[13-18];③基于圖像處理技術的斷層識別,如邊緣檢測技術[19-25];④以應力場分析為指導的斷層解釋[26-27];⑤微弱斷裂信息增強技術;⑥三維可視化與多屬性融合技術[22-24]。本文通過改進并整合現有研究成果,總結形成了海上復雜斷塊油田開發(fā)階段斷層解釋流程并應用于老油田A的斷裂系統(tǒng)精細解釋,推動了該油田剩余油預測與調整挖潛。

1 海上復雜斷塊油田開發(fā)階段斷層解釋策略與技術

海上復雜斷塊油田開發(fā)階段斷層解釋策略為:以區(qū)域典型構造樣式指導斷層解釋作為主要的解釋思路;以剖面、平面互動斷層解釋作為主要的解釋方法;同時通過具體的解釋技術保障該方法的有效實施,包括:采用邊緣保護結構增強濾波技術提升地震資料斷層刻畫能力,采用方差體、螞蟻體等技術優(yōu)化平面導航屬性以指導平面斷層解釋,采用變解釋測網密度快速斷層解釋技術同時考慮典型構造樣式,指導完成剖面上斷層的解釋與組合,采用三維可視化技術完成斷層質控,保障斷面空間閉合。

以上述斷層解釋策略為基礎,進一步形成集成邊緣保護結構增強濾波、方差-螞蟻體融合屬性、變解釋測網密度快速斷層解釋、構造樣式指導、三維可視化斷層質控的海上復雜斷塊油田開發(fā)階段斷層解釋流程(圖1),主要包括:①地震資料解釋性處理,應用具有“保邊去噪”能力的邊緣保護結構增強濾波技術,提升地震資料信噪比,突出斷層信息;②平面導航屬性提取,基于方差體能反映大斷層,螞蟻體能刻畫小斷裂的屬性特征,運用方差-螞蟻體融合屬性,平衡大斷層與小斷裂表征能力;③剖面-平面互動(剖平互動)斷層解釋,沿層屬性指導平面斷層解釋與組合,同時斷層復雜區(qū)域采用變解釋測網密度加密解釋;④構造樣式指導斷層剖面組合,建立油田構造樣式庫,指導落實剖面斷層搭接與切割;⑤成果校驗與輸出,三維可視化斷面質控,提高閉合程度與解釋精度。

圖1 海上復雜斷塊油田開發(fā)階段斷層解釋技術流程

1.1 邊緣保護結構增強濾波

解釋性處理主要針對偏移剖面進行去噪、斷裂增強等,提升用于構造解釋的地震資料品質。對于斷層解釋,常采用中值濾波、結構體濾波等技術,但這類技術在提升地震資料信噪比的同時易模糊斷層成像。針對復雜斷塊油田,使用具有“保邊去噪”能力的邊緣保護結構增強濾波更有利于斷層解釋[6,11,15]。邊緣保護結構增強濾波技術首先利用傾角體、結構張量體等屬性估計地震同相軸延伸趨勢以及斷點位置;之后在遠離斷點位置處利用傾角導向中值濾波[10]沿著反射層位定向平滑,增強地震反射連續(xù)性與信噪比;在靠近斷點位置處不平滑,而是采用擴散濾波[14]技術進一步突出斷面與連續(xù)反射之間的差異,從而使地震剖面整體表現為反射更連續(xù)、斷點更干脆。應用效果[12-16]證明該技術能夠較大程度提升后續(xù)相干、方差等算法對斷層的刻畫、表征能力。圖2a為某原始疊前時間偏移剖面;圖2b和圖2c分別為采用常規(guī)結構濾波與傾角導向結構增強濾波得到的結果。由圖2 可見,原始疊前時間偏移剖面中解釋的兩條斷層,采用常規(guī)結構濾波去噪后斷面明顯模糊,而采用傾角導向結構增強濾波則在有效壓制噪聲的同時較好地保留了斷層信息,斷面清晰落實。

圖2 常規(guī)結構濾波與傾角導向結構增強濾波效果a 原始疊前時間偏移剖面; b 常規(guī)結構濾波結果; c 傾角導向結構增強濾波結果

1.2 方差-螞蟻體屬性融合

斷層解釋平面導航屬性是指以方差體、螞蟻體、斷裂似然體等常用的刻畫地震不連續(xù)性的屬性為基礎,進一步形成能夠較準確反映斷層平面展布的屬性體或融合體。方差體作為最為常用的斷層檢測手段之一,是平面導航屬性的重要基礎。如圖3a和圖3b所示,沿H1層位提取方差體切片,剖面上能夠清晰可辨的斷層F1,F2,F3,F4,F5在方差體切片上亦具有明顯響應,能夠被識別。但方差體在資料品質較差或存在微小斷層時應用受限,如圖3b剖面中,斷層F6與F9之間資料受弱氣云區(qū)影響,反射波同相軸發(fā)生一定程度畸變。在氣云區(qū)內進行模式化解釋時,F6與F9切于地層產狀發(fā)生突變位置,用于刻畫氣云區(qū)邊界,剖面上斷面位置與氣云區(qū)邊界較為吻合;F7,F8斷面兩側產狀變化較為明顯,解釋位置相對合理。然而F6,F7,F8,F9在方差體沿層切片(圖3a)上響應不明顯。

螞蟻體以方差體為基礎,是斷層識別的重要補充。該技術能夠刻畫微小斷裂,如圖3c所示,螞蟻體H1沿層切片刻畫出了方差體難以刻畫的斷層F6,F7,F8,F9,但也產生了許多難以辨識的響應,整體表現為“蚯蚓狀”異常振幅條帶,如圖3c中紅色箭頭指示的2條黑色虛線。

本文綜合考慮方差體與螞蟻體屬性各自優(yōu)勢,對兩者歸一化后分頻段融合處理,形成方差-螞蟻融合屬性(圖3d)。該屬性能夠刻畫方差體上具有弱響應(并非無響應)而螞蟻體上表現為較強響應的斷層,同時,在一定程度上能夠壓制由于波組能量變化導致的響應異常。如圖3c中紅色箭頭指示的2條異常條帶在圖3d中被壓制,減少了斷層解釋的多解性以及判斷每個異常條帶是否存在斷層帶來的較大工作量,提高了解釋效率。

圖3 方差體、螞蟻體以及方差-螞蟻融合屬性a 方差體沿層切片; b 剖面斷層解釋結果; c 螞蟻體沿層切片; d 方差-螞蟻融合屬性沿層切片

1.3 剖平互動與變解釋測網密度快速斷層解釋

利用方差-螞蟻融合屬性開展剖平互動斷層解釋,完成針對單條斷層的解釋與質控。其解釋流程包括:①在方差-螞蟻融合屬性沿層切片上解釋斷層并根據斷層復雜程度確定“平面拐點”數量;②只沿著垂直于斷層走向方向,在斷層平面拐點以及首尾2個端點對應剖面上解釋斷層,形成以斷層平面形態(tài)復雜程度為導向的變解釋測網密度快速斷層解釋。質控流程如下:①提取平面上相鄰拐點之間的地震剖面;②檢查利用斷面網格化生成的斷層面與剖面上斷層形態(tài)是否匹配;③判斷是否需要調整解釋方案。

如圖4所示,在方差-螞蟻屬性沿層切片上解釋出斷層F1,F2,F3,F4,F5,其分別具有大致0,5,1,0,2個平面拐點,對這5條斷層分別在垂直于斷層走向方向的地震剖面上進行解釋,各自用于解釋的剖面數分別為2,7,3,2,4個。由于只沿一個方向解釋斷層,該方法在快速完成斷層解釋的同時能夠有效保證斷層空間閉合,提高了解釋精度;同時由于先完成平面斷層解釋,因此當完成剖面解釋時也同時完成了斷層平面組合,提升了解釋效率。

圖4 變解釋測網密度快速斷層解釋結果

1.4 構造樣式指導剖面斷層組合

解釋過程中剖面上各斷層搭接、切割關系往往存在多解性。本文的解釋思路是通過研究靶區(qū)構造環(huán)境,建立油區(qū)構造樣式,以典型構造樣式作為斷層組合的先驗與指導。將該思路轉化為技術實現,包括以下兩步:①區(qū)域構造應力場分析,分析油田所處盆地類型、歷史構造運動、確定構造類型以及基本構造元素,如正斷層、逆斷層、走滑斷層;②建立典型構造樣式,調研研究區(qū)周邊及具有類似構造特征的油田典型構造樣式,篩選出目標油田可能發(fā)育樣式,指導剖面斷層組合。

1.5 三維可視化斷層質控

三維可視化技術作為描繪和理解模型的手段,能夠利用大量數據,直觀地檢查斷層解釋的合理性與空間閉合程度。通過在三維視角下檢查生成的斷層面是否光滑,判斷斷層是否空間閉合,進而調整、修正剖面斷層解釋結果。

2 實際應用

海上油田A位于渤海海域黃河口生油凹陷,是典型的復雜斷塊油田。油田夾持于郯廬斷裂帶東、西兩支之間,受區(qū)域走滑斷裂的影響,構造具有明顯扭性特征。平面上斷層多表現為弧形分布,呈雁列展布(圖5)。目前A油田已進入調整挖潛階段,構造落實程度直接影響開發(fā)調整效果,是剩余油分布預測和調整井設計實施的關鍵。

圖5 A油田主體區(qū)1.2s方差體時間切片

2.1 平面導航屬性建立

按照開發(fā)階段斷層解釋流程(圖1),首先應用邊緣保護結構增強濾波壓制原始地震剖面(圖6a)中的隨機噪聲,提高地震反射橫向連續(xù)性,突出斷層邊界信息(圖6b)。對比圖6a和圖6b黑框中的反射同相軸可以看出,邊緣保護結構增強濾波處理后的剖面在保證反射連續(xù)性的同時,斷面更加清晰。

圖6 原始地震剖面(a)和邊緣保護結構增強濾波處理后的結果(b)

圖7a和圖7b分別給出了基于原始數據和邊緣保護結構增強濾波處理后的結果提取的方差-螞蟻融合屬性;圖7c給出了利用圖7b平面指導剖面斷層解釋的結果。對比圖7a和圖7b可以看出,圖7b中的結果對斷層的表征能力有所提升,整體表現為分辨率改善與斷裂附近振幅變強。進一步基于圖7b所示的方差-螞蟻融合屬性在圖7c剖面上解釋斷層,經檢查斷層F1至F10在圖7b屬性切片中均有較清晰響應,對應關系較好。基于此,將方差-螞蟻融合屬性作為本文斷層解釋的平面導航屬性。

圖7 基于原始數據提取的方差-螞蟻融合屬性(a)和基于邊緣保護結構增強濾波處理后的結果提取的方差-螞蟻融合屬性(b)及利用圖7b指導剖面斷層解釋結果(c)

2.2 剖平互動斷層解釋

利用導航屬性開展變解釋測網密度快速斷層解釋。以圖8為例,F2在導航屬性平面上表現為“直線型”簡單形態(tài),沿垂直于走向方向,在斷層首、尾端點對應的2條地震剖面上進行解釋;F3表現為“折線型”形態(tài),包含3個平面拐點,對該斷層在首、尾端點以及3個拐點對應的5條地震剖面上進行解釋;F1表現為“曲線型”相對復雜形態(tài),判斷其平面拐點數為5,對該斷層在首、尾端點及5個拐點對應的7條剖面上進行解釋。采用這種方式,在保證解釋斷層空間閉合的同時解釋效率得到了保障。

圖8 剖平互動斷層解釋結果

檢查基于上述解釋方法生成的斷層面在平面拐點間是否合理。如圖9a所示,提取位于相鄰平面拐點之間的任意線剖面AB,斷層F1,F2,F3利用斷面網格化生成的斷面在AB的投影如圖9b所示。該結果與地震剖面所反映的斷面位置較為吻合,說明變測網密度斷層解釋結果空間閉合性較好。

圖9 提取任意線剖面質控拐點間斷面合理性分析a 沿層導航屬性上提取平面拐點間的任意線; b 任意線剖面在斷層面投影

2.3 構造樣式指導斷層組合

構造應力場是控制斷層發(fā)育樣式的重要因素。渤海灣盆地是典型的斷陷盆地,早期地幔上隆形成不同方向的伸展作用,晚期太平洋板塊斜向碰撞與擠壓形成走滑作用,使得一些NNE向深大斷裂,特別是郯廬斷裂帶發(fā)生右旋剪切作用,并對早期的伸展構造體系進行了疊加與改造。

這種早期伸展作用疊加晚期走滑的構造背景,造就了A油田具有6種最基本構造元素:伸展作用形成的4種正斷層(非旋轉平面式、旋轉平面式、鏟式與坡坪式正斷層)和剪切作用形成的2種走滑斷層(正花型、負花型走滑斷層)。以此為基礎,通過調研周邊油田構造特征,確定了A油田具有4種典型斷層組合樣式[28]。如圖10所示,分別為大型鏟式正斷層、斷階型正斷層、X型共軛正斷層、鏟式半花狀斷層,以此作為A油田剖面斷層組合的先驗與指導。

圖10 A油田典型斷層組合樣式[23]a 大型鏟式正斷層; b 斷階型正斷層; c X型共軛正斷層; d 鏟式半花狀斷層

結合構造樣式先驗信息完成A油田主體區(qū)斷層剖面組合。如圖11所示,提取典型剖面AB、CD,其中AB剖面上主要解釋出半花型、斷階型、X型共軛正斷層組合(圖11a),CD剖面上主要解釋出大型鏟式、斷階型、X型共軛正斷層組合(圖11b)。統(tǒng)計油田主體區(qū)斷層組合樣式,半花狀與斷階型組合是地震剖面上出現頻率最高的樣式,這與A油田被劃分為凸起區(qū)、斷階帶、下降盤的構造認識較為吻合。

圖11 構造樣式指導斷層組合a 斷階型+共軛正斷層+半花型斷層組合; b 斷階型+共軛正斷層+大型鏟式正斷層組合

2.4 解釋成果質控

利用三維可視化對主要的斷層解釋結果進行質控。圖12給出了三維可視化質控A油田斷層解釋結果。圖12中綠色數據體代表油田目的層附近的方差-螞蟻融合屬性,展示了主體區(qū)內解釋的20條斷層面,能夠觀察到絕大多數斷面較為光滑,斷層解釋結果空間閉合程度較好。

圖12 三維可視化質控A油田斷層解釋結果

2.5 應用效果

利用該組合完成A油田復雜斷裂系統(tǒng)精細刻畫,重新解釋主體區(qū)84條主要斷層,更新原有斷層解釋方案。如圖13所示,新方案(紅色)修正了5處構造關鍵位置斷層解釋結果,與老方案(黑色)相比,新方案主體區(qū)斷層組合關系發(fā)生較大變化,藍框區(qū)域較為明顯。

圖13 A油田新(紅)老(黑)方案斷層解釋結果

利用地震剖面與動態(tài)資料檢驗藍框內新方案斷層解釋結果的合理性。如圖14所示(圖中紅色代表新方案解釋結果;黑色代表老方案解釋結果;淡藍色代表老方案砂體含油邊界;綠色代表新方案砂體含油邊界),該區(qū)域發(fā)育主力產油單元1號砂體,原方案中砂體含油面積較小,為0.46km2,同時認為C井鉆遇的1號砂體同期砂體與A井、B井屬于不同油水系統(tǒng)。而新解釋方案則認為砂體西南側斷層F1不存在,則1號砂體規(guī)模具備擴大余地。

圖14 藍框區(qū)域斷層解釋方案變化

提取過A、B、C的聯井剖面ab(圖15,圖中投影曲線為伽馬曲線;綠色線代表砂頂;紫色線代表砂底),剖面上原方案解釋的斷層F1斷點不干脆,斷面不清晰,說明存在去掉斷層F1的可能性。進一步分析C井測壓剖面(圖16),1號砂體上、下兩個測壓點壓力充沛(分別為13.2MPa和14.1MPa),1號砂體測壓結果最低(12.7MPa),而A、B井測壓結果顯示1號砂體處的壓力與C井基本一致(分別為12.5MPa和12.4MPa)。這說明C井鉆遇的1號砂體同期砂體與A、B井屬于同一油水系統(tǒng),A、B井對1號砂體的長期開發(fā)導致C井1號砂體深度出現較明顯壓力虧空,因此,去掉斷層F1是可行的。基于此,去掉斷層F1,同時根據新方案對1號砂體東側斷層進一步東移,更新后的1號砂體含油面積達到0.75km2,預測剩余油探明儲量為42×104m3。

圖15 過A、B、C井聯井剖面

圖16 C井測壓剖面

3 結論

斷層解釋是一項系統(tǒng)工程,涉及解釋策略、區(qū)域構造背景研究、解釋性處理、斷裂敏感屬性分析、解釋手段、結果質控、油藏開發(fā)動態(tài)反應等諸多環(huán)節(jié),每個環(huán)節(jié)對最終效果都有顯著影響,并且每個環(huán)節(jié)仍需要進一步研究。復雜斷塊油田斷層解釋要求解釋人員具備更豐富的地震、地質綜合分析能力。

本文提出海上復雜斷塊油田開發(fā)階段斷層解釋流程,利用邊緣保護結構增強濾波進一步提升地震資料品質;利用沿層方差-螞蟻體融合屬性增強斷層刻畫能力;采用變解釋測網密度快速斷層解釋方法保證解釋結果閉合的同時提升解釋效率;建立構造樣式指導剖面斷層組合,增強解釋結果與區(qū)域典型構造樣式的吻合程度;三維可視化作為較客觀的斷層質控手段。

應用該組合實現A油田斷裂系統(tǒng)精細解釋,推動油田滾動開發(fā)。同時,也應指出由于開發(fā)程度、測井數量、資料品質不同的原因,該組合對于陸上、尤其是東部老油區(qū)可能效果有限,針對陸上處于開發(fā)中后期的復雜斷塊油田斷裂精細刻畫,可能還需要精度更高的解釋手段與本組合配合應用。