馬佳國,周 卿,王 波,賈海良

(中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津300459)

1 問題分析

渤海海域近十來年的油氣勘探發(fā)現(xiàn),新近系明化鎮(zhèn)組油氣儲(chǔ)量巨大,因此需要對(duì)明化鎮(zhèn)儲(chǔ)層深入研究以支持勘探開發(fā)[1-2]。前人研究表明,渤海海域明化鎮(zhèn)組沉積分為較明顯的兩部分,即低彎度單曲流河沉積表現(xiàn)為“泥包砂”特征,砂巖百分含量為10%～20%,砂巖厚度為3～10m,地震剖面上特征清晰,常規(guī)屬性能刻畫儲(chǔ)層展布特征。高彎度多曲流河片狀砂沉積表現(xiàn)為“砂包泥”特征,砂巖百分含量35%～60%,砂巖厚度為15～60m。這種“富砂型”地層地震反射弱,常用的90°相移技術(shù)、儲(chǔ)層反演技術(shù)較難刻畫儲(chǔ)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)[3]。研究區(qū)位于渤海西部海域沙壘田凸起東段,相繼發(fā)現(xiàn)大中型油氣田5個(gè),儲(chǔ)量集中在明化鎮(zhèn)組,主要油藏類型為構(gòu)造-巖性油氣藏。鉆井證實(shí)明上段主要發(fā)育高彎度復(fù)合曲流河沉積和極淺水三角洲沉積,明下段主要發(fā)育低彎度單曲流河沉積。前人對(duì)“泥包砂”儲(chǔ)層總結(jié)了成熟的研究方法,但對(duì)“富砂型”儲(chǔ)層的精細(xì)刻畫尚欠缺成熟的方法[4]。

渤海海域A油田明上段B砂體共有1口探井,10口評(píng)價(jià)井,鉆井揭示砂體構(gòu)造幅度較低,為25～40m。過路井鉆遇砂體厚度為10～50m,屬于“富砂型”儲(chǔ)層。在該砂體評(píng)價(jià)過程中,對(duì)沉積微相的認(rèn)識(shí)存在分歧,另外多口評(píng)價(jià)井間距不大,油水界面最大高差達(dá)到20m,這些問題制約了該砂體的評(píng)價(jià)與開發(fā)。

本次研究的重點(diǎn)是對(duì)砂體內(nèi)部小尺度河道及巖性邊界精細(xì)刻畫,以支持砂體沉積微相的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)及砂體期次解剖。對(duì)地震資料進(jìn)行濾波、負(fù)90°相移后,精細(xì)追蹤砂體,利用小尺度邊緣檢測(cè)技術(shù)刻畫砂體內(nèi)部河道、點(diǎn)壩邊緣。通過地震融合屬性、過井地震剖面與實(shí)鉆井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比,證實(shí)了刻畫的小尺度信息符合地下地質(zhì)情況。在此基礎(chǔ)上,利用融合屬性及地震剖面相指導(dǎo)沉積微相再認(rèn)識(shí)和砂體沉積期次的再認(rèn)識(shí)。經(jīng)過認(rèn)真研究和仔細(xì)推敲,提出新的沉積模式,合理解釋了砂體內(nèi)部多套油水系統(tǒng),砂體內(nèi)部期次得到合理劃分,為下一步部署評(píng)價(jià)井指明了方向。

2 地震資料預(yù)處理

研究區(qū)地震資料采集采用高分辨率拖纜采集方式,采集面元大小為18.75m×12.50m,有效覆蓋次數(shù)為60次,成果數(shù)據(jù)體有效頻寬為5～105Hz。資料處理時(shí),利用小尺度速度建模方法得到精確的速度模型。偏移成像過程中,采用反Q濾波技術(shù)達(dá)到提高信噪比和保持分辨率[5]的目的。本次研究前,對(duì)數(shù)據(jù)體進(jìn)行傾角導(dǎo)向?yàn)V波[6-8]及負(fù)90°相移轉(zhuǎn)換,保證砂巖頂面追蹤的準(zhǔn)確性和增強(qiáng)小微斷層及巖性變化信息,為小尺度末期河道及巖性變化帶的刻畫提供基礎(chǔ)資料[9]。

2.1 傾角導(dǎo)向?yàn)V波

地震資料隨機(jī)噪聲對(duì)小尺度不相關(guān)信息的刻畫,特別是對(duì)末期河道和巖性體邊界的刻畫非常不利,因此對(duì)地震資料進(jìn)行濾波處理,提高其信噪比非常必要。常用的中值濾波是在等時(shí)采樣點(diǎn)上求取相鄰道集的相關(guān)性,屬于網(wǎng)格導(dǎo)向?yàn)V波方法。該方法可以取得去噪效果,但對(duì)構(gòu)造變化較大區(qū)域的小微斷層及廢棄河道等微弱不相干信息的刻畫極為不利[10]。傾角導(dǎo)向?yàn)V波方法是通過3D傅里葉變換技術(shù)計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)在三維空間中的傾角體,并在傾角體的約束下進(jìn)行濾波,在區(qū)分有效信號(hào)和隨機(jī)噪聲的同時(shí)改善了同相軸的橫向連續(xù)性,增強(qiáng)了垂向不相關(guān)性(圖1)。

圖1 傾角濾波前(a)、后(b)的地震剖面

2.2 負(fù)90°相移技術(shù)

零相位地震數(shù)據(jù)體具有子波對(duì)稱、中心瓣與反射界面一致、分辨率高等特點(diǎn),常用作構(gòu)造解釋。由于砂體頂?shù)着c零相位地震體的反射同相軸沒有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系,因此零相位體不適合于砂體精細(xì)研究,特別是油田精細(xì)開發(fā)階段的砂體構(gòu)型的研究。而負(fù)90°相位轉(zhuǎn)換技術(shù)通過相位轉(zhuǎn)換使地震反射的主要同相軸與地質(zhì)上的薄層砂中心對(duì)應(yīng),從而使地震相位也具有了巖性地層意義[3],即地震解釋追蹤的反射同相軸就是追蹤的砂體(圖2),大大提高了砂體界面解釋的精度,為進(jìn)一步提取等時(shí)切片,刻畫小尺度地質(zhì)信息創(chuàng)造有利條件。

圖2 零相位地震剖面(a)與負(fù)90°相移后地震剖面(b)

3 高精度小尺度河道刻畫

常用的單一邊緣檢測(cè)屬性能刻畫斷裂系統(tǒng)的平面展布,或較大尺度的巖性變化,但不能清楚刻畫小尺度的巖性變化。常用的振幅類或頻率類屬性能刻畫砂巖邊界,由于受時(shí)窗限制,也很難清楚刻畫砂巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)。為了相對(duì)準(zhǔn)確地刻畫砂體的沉積過程,進(jìn)而有可能精細(xì)描述砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu),本次采用優(yōu)選的小尺度邊緣檢測(cè)屬性與砂體屬性疊合的方法,在平面上直觀展示砂巖沉積與河道遷移的關(guān)系,從而促進(jìn)砂體精細(xì)研究[11-13]。

3.1 小尺度邊緣檢測(cè)

3.1.1 振幅對(duì)比邊緣檢測(cè)技術(shù)

邊緣檢測(cè)是檢測(cè)數(shù)據(jù)間不連續(xù)性的一種屬性技術(shù),該技術(shù)常用來刻畫斷裂系統(tǒng),在地震解釋中應(yīng)用廣泛。常用算法包括最小距離法、螞蟻體、方差體等,這些算法對(duì)斷層刻畫都比較清楚,但對(duì)小尺度末期河道或側(cè)積夾層、特殊巖性體等地質(zhì)現(xiàn)象不能清楚刻畫。為了達(dá)到利用地震資料直接刻畫末期河道或廢棄河道的目的,本次研究中,在對(duì)多種邊緣檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比分析后,認(rèn)為振幅對(duì)比方法效果較好。首先對(duì)數(shù)據(jù)體進(jìn)行傾角校正,將地層傾角因素對(duì)刻畫小尺度巖性邊界的影響剔除,使巖性邊界更清楚,更容易識(shí)別特殊巖性體,再利用振幅對(duì)比邊緣檢測(cè)方法對(duì)數(shù)據(jù)體的x,y,z3個(gè)方向進(jìn)行卷積以放大異常信息,然后平滑相關(guān)信息,使巖性變化帶、廢棄河道等微弱異常信息得到增強(qiáng),從而能在切片上直接識(shí)別出來[14]。計(jì)算公式如下:

(1)

(2)

(3)

式中:C為三維邊緣檢測(cè)結(jié)果;Gx,Gy,Gz表示x,y,z3個(gè)方向卷積后的數(shù)據(jù)體;m,n,p為調(diào)節(jié)參數(shù),根據(jù)實(shí)際儲(chǔ)層發(fā)育的沉積要素的方向進(jìn)行調(diào)節(jié),其值域范圍均為(0,1);A代表原始地震窗口。

3.1.2 正演模擬數(shù)據(jù)測(cè)試

為證實(shí)振幅對(duì)比邊緣檢測(cè)技術(shù)對(duì)于巖性邊界和小尺度河道刻畫的優(yōu)越性,設(shè)計(jì)如圖3a所示的正演模型,模型包含3個(gè)河道。河道1為小尺度河道,滿岸寬30m,充填2.5m泥質(zhì)粉砂巖。河道2為一般性河道,滿岸寬130m,充填5.0m砂巖,且下切早期沉積砂巖,未切穿。河道3為中等河道,滿岸寬度320m,充填10.0m砂巖,且切穿早期沉積砂巖。模型參數(shù)見表1。圖3b為河道模型的正演結(jié)果。

由圖3b可見,正演剖面上河道1與下伏砂巖地層無法分開,僅反射能量增強(qiáng),同相軸略有增胖,從同相軸上不能獨(dú)立識(shí)別出河道。河道2可以與下伏砂巖地層分開,具有較強(qiáng)反射,且在剖面上表現(xiàn)為未切穿,從同相軸上能獨(dú)立識(shí)別出河道。河道3也能與下伏砂巖地層分開,且河道特征明顯,能明顯識(shí)別下伏砂巖切穿特征。河道2和河道3在剖面上具有明顯特征,可利用振幅屬性或常規(guī)邊緣檢測(cè)方法進(jìn)行刻畫。河道1在剖面上無明顯特征,很難利用常規(guī)振幅屬性或充填泥質(zhì)粉砂巖,屬于水動(dòng)力較弱條件下的沉邊緣檢測(cè)屬性進(jìn)行刻畫。從設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)看,河道1內(nèi)積物對(duì)應(yīng)小尺度末期河道、點(diǎn)壩邊部側(cè)積泥巖夾層、廢棄河道等地質(zhì)現(xiàn)象,與正常河道砂或片狀砂相比,其表現(xiàn)為尺度小,物性差,因此常規(guī)的刻畫砂體的振幅屬性或刻畫斷裂系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)屬性都無法刻畫。本次研究中利用振幅對(duì)比屬性對(duì)數(shù)據(jù)體3個(gè)維度求取變化梯度,并進(jìn)一步采用卷積算法放大這種微弱的差異,以突顯巖性變化帶。

圖3 河道正演模型(a)及其正演結(jié)果(b)

3.1.3 實(shí)鉆證實(shí)小尺度河道刻畫效果

圖4展示了常規(guī)邊緣檢測(cè)方法與本文邊緣檢測(cè)方法效果。由圖4a可看出,雁列斷層能清楚刻畫,但河道邊界較為模糊;而圖4b中,雁列斷層及組合關(guān)系清晰,河道邊界及巖性邊界顯示效果明顯優(yōu)于圖4a。

圖4 常規(guī)邊緣檢測(cè)方法(a)與本文邊緣檢測(cè)方法(b)效果

圖5展示了利用本文方法對(duì)小尺度河道及巖性邊界刻畫的實(shí)例。圖5a是高彎曲度河道S末期快速沉積的水線,直接測(cè)量河道寬度約為30m。圖5b是圖5a中紅色任意線對(duì)應(yīng)的地震剖面,剖面上標(biāo)注的黑色圓圈為河道在地震上的響應(yīng)特征,河道沉積砂與早期沉積砂體疊置,無法獨(dú)立識(shí)別,與圖3中河道1展示的正演特征一致。圖5c是研究區(qū)鉆遇該河道的兩口井E和F井位置。圖5d為E井和F連井剖面,圖中紅色箭頭指示該河道的自然伽馬曲線特征。從曲線上看,河道充填物為泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖,其自然伽馬曲線值界于純泥和純砂巖值之間,厚度約2.5m,其寬度與厚度關(guān)系符合前人對(duì)高彎度曲流河的認(rèn)識(shí)[15-17]。圖5e 是水平開發(fā)井在儲(chǔ)層頂鉆遇點(diǎn)壩砂體邊部天然堤或側(cè)積泥巖層,箭頭指示位置伽馬值明顯增大,且與屬性圖中點(diǎn)壩邊部泥巖位置吻合。圖5f是過路井鉆遇點(diǎn)砂壩邊部廢棄河道,其井上僅1.2m泥質(zhì)粉砂巖,鉆井揭示井點(diǎn)巖性特征與平面屬性特征吻合。圖5g 是河道L的切片特征,直接測(cè)量寬度約150m。圖5h是圖5g中紅色任意線正過該河道的地震剖面特征,從剖面上看該河道反射呈“豆珠狀”,剖面上用黑色圓圈標(biāo)注,河道下切早期沉積砂體,在剖面上能獨(dú)立識(shí)別。圖5i是鉆遇該河道的A和B兩口井。圖5j 是A井和B井的連井剖面,從箭頭指示位置伽馬曲線特征可以看出,該河道未切穿早期沉積砂體,且在河道底部滯留泥質(zhì)沉積,與圖3中河道2正演模型一致,其地震剖面特征與正演結(jié)果一致。

表1 正演各河道參數(shù)

圖5 利用本文方法刻畫小尺度河道及巖性邊界的實(shí)例a 利用本文方法刻畫的小尺度河道S(對(duì)應(yīng)正演模型里的河道1); b 圖5a中河道S對(duì)應(yīng)的地震剖面; c 鉆遇末期河道的融合屬性特征; d 井鉆遇河道S的曲線特征; e 井鉆遇點(diǎn)壩邊緣的融合屬性特征; f 井鉆遇廢棄河道的融合屬性特征; g 本文方法刻畫的較大尺度河道L,對(duì)應(yīng)正演模型里的河道2; h 圖5g中河道L對(duì)應(yīng)的地震剖面特征; i 井鉆遇較寬河道的融合屬性特征; j A井和B井鉆遇河道L的連井剖面

3.2 刻畫砂體屬性的優(yōu)選

刻畫砂體的屬性眾多,一般分為振幅類、頻率類和層序統(tǒng)計(jì)類三大類。振幅類屬性能突出振幅異常變化信息,主要用于刻畫砂體邊界及內(nèi)部特征。這類屬性依據(jù)算法不同分為3類,即和值類屬性、平方根類屬性、振幅變化率類屬性。頻率類屬性反映縱向頻率的變化,用于刻畫巖性的變化及儲(chǔ)層厚度變化,對(duì)于河流相砂體的疊置關(guān)系及巖性邊界反應(yīng)敏感。層序統(tǒng)計(jì)類屬性是一種多信息綜合的屬性,可用于層序界面、聚類識(shí)別巖相等[18]。在本次研究中,優(yōu)選多種屬性進(jìn)行對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)(圖6a和圖6b),波谷和值屬性(圖6b)對(duì)砂體邊界刻畫清晰,砂體內(nèi)部廢棄河道部位明顯,點(diǎn)壩砂體內(nèi)部非均值性有所反映,平面整體干凈,無雜亂信息。

圖6 利用2種屬性進(jìn)行砂體刻畫結(jié)果a 最小值屬性; b 波谷和值屬性

3.3 河道和砂體屬性疊合效果

將刻畫巖性邊界的振幅對(duì)比屬性與刻畫砂體邊界的波谷和值屬性融合,形成直觀可視化刻畫河道和砂體關(guān)系的三維切片[19-20],有利于研究河道遷移過程及砂體發(fā)育過程(圖7)。融合切片中紅黃色代表砂體發(fā)育區(qū),灰色代表泥巖發(fā)育區(qū),黑色條帶為河道邊界或巖性邊界。從融合切片中能清晰識(shí)別河道形態(tài)、寬度,鉆井證實(shí)寬河道內(nèi)水動(dòng)力較強(qiáng),發(fā)育的純砂巖物性好,伽馬值低;窄河道內(nèi)水動(dòng)力較弱,沉積泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖,伽馬值介于純砂巖與純泥巖之間。利用1ms間隔的地層切片觀察河道的發(fā)育演化及砂體的沉積過程,從而實(shí)現(xiàn)河道動(dòng)態(tài)研究、砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精細(xì)刻畫及沉積相的重新認(rèn)識(shí)。

圖7 利用融合屬性進(jìn)行河道和砂體關(guān)系刻畫的切片

4 砂體精細(xì)研究

4.1 砂體成因分析

砂體精細(xì)描述包括砂體邊界刻畫、砂體構(gòu)型解剖,甚至包括重建砂體的沉積過程及河道發(fā)育演化過程。顯然常規(guī)地震屬性無法滿足如此精細(xì)刻畫的要求。利用本文介紹的高精度小尺度河道刻畫技術(shù),采用多屬性融合體地層切片的方式動(dòng)態(tài)研究砂體發(fā)育全過程,才能真正解剖砂體。

渤海西部海域明化鎮(zhèn)組砂巖沉積厚度為10～60m,前人研究認(rèn)為主要沉積類型為曲流河沉積和極淺水三角洲沉積。從垂向上看,明下段主要發(fā)育單曲流河,少量發(fā)育復(fù)合曲流河。明上段主要發(fā)育復(fù)合曲流河,極淺水三角洲。研究區(qū)目標(biāo)砂體位于明下段晚期與明上段早期的過渡時(shí)期,通過高精度融合地層切片清楚刻畫河道發(fā)育演化與砂體沉積過程,圖8是融合屬性的連續(xù)地層切片,展示砂體發(fā)育和河道遷移的動(dòng)態(tài)過程。層序地層學(xué)理論認(rèn)為,低位體系域時(shí)期,湖岸線向盆地方向遷移,砂體主要以三角洲進(jìn)積為主,以河控作用為主,呈現(xiàn)出朵葉狀或鳥足狀形態(tài)。砂體大的沉積環(huán)境和砂體沉積形態(tài)與經(jīng)典理論一致,據(jù)此認(rèn)為砂體為水退進(jìn)積型湖泊相極淺水三角洲沉積。

圖8 砂體沉積過程連續(xù)切片a 早期沼澤相沉積; b 中上期鳥足狀沉積; c 中下期三角洲沉積; d 晚期河道沉積

4.2 砂體沉積模式新認(rèn)識(shí)

早期鉆遇明上段B砂體的評(píng)價(jià)井少,油水界面均不統(tǒng)一,且常規(guī)地震屬性無明確沉積形態(tài)指示,因此早期認(rèn)為該砂體是高彎度曲流河點(diǎn)壩砂體連片切疊沉積,以孤立點(diǎn)壩砂體模式指導(dǎo)連井對(duì)比,砂體小層對(duì)比時(shí),將油水界面不統(tǒng)一的井劃分為不同的孤立點(diǎn)壩砂體(圖9a),以此解釋多套油水界面問題。隨著評(píng)價(jià)井的增多,這種沉積模式暴露出不少矛盾。在本次研究中,通過對(duì)高精度河砂融合切片屬性的動(dòng)態(tài)研究,提出該砂體為水退進(jìn)積型湖泊相極淺水三角洲沉積,砂體的精細(xì)小層對(duì)比以三角洲進(jìn)積疊置原理對(duì)比(圖9b)。依據(jù)井上顯示砂體頂面高度及在平面切片的位置關(guān)系,將整個(gè)砂體分成早、中、晚三期朵體沉積砂體,理清砂體的疊置關(guān)系,統(tǒng)一了砂體油水界面,為多期朵體砂體的精細(xì)拆分提供依據(jù)。

4.3 砂體解剖

早期對(duì)明上段B砂體的沉積模式認(rèn)定為曲流河連片切疊沉積,不連通的單一點(diǎn)壩是油水界面不統(tǒng)一的原因,因此以計(jì)算線來區(qū)分不同的油水界面(圖10a),簡(jiǎn)單的處理給調(diào)整井部署帶來很大困難。本次研究后,將砂體解剖成早、中、晚三期朵體沉積砂體,實(shí)現(xiàn)單一朵體油水界面的統(tǒng)一,給井位設(shè)計(jì)帶來可靠依據(jù)。圖10b、圖10c、圖10d分別為早、中、晚期朵體含油面積。

圖10 研究前、后砂體含油面積a 研究前砂體; b 早期朵體沉積砂體; c 中期朵體沉積砂體; d 晚期朵體沉積砂體

5 結(jié)論

1) 小尺度河道在地震剖面上無明顯響應(yīng)特征,與正演結(jié)論一致,利用常規(guī)地震屬性無法識(shí)別。而振幅對(duì)比屬性能清楚刻畫出小尺度河道、廢棄河道及點(diǎn)壩邊部巖性變化帶,與實(shí)鉆結(jié)果吻合,這為實(shí)現(xiàn)砂體內(nèi)部期次精細(xì)解剖提供有力依據(jù)。

2) 河道和砂體融合屬性可以實(shí)現(xiàn)河道和砂體同期展示,以地層切片方式展示河道與砂體沉積演化關(guān)系,實(shí)現(xiàn)對(duì)河道遷移和砂體沉積過程的動(dòng)態(tài)研究,對(duì)精細(xì)研究砂體的沉積過程、解剖砂體結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)砂體四級(jí)層序研究具有重要指導(dǎo)意義。

總之,本文的研究方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)厚砂體精細(xì)解剖及沉積微相的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí),該方法對(duì)同類型砂體的研究具有借鑒意義。