謝 青,張鵬飛,楊 浩,孫恒博

(1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院,陜西西安710065;2.西部低滲-特低滲油藏開(kāi)發(fā)與治理教育部工程研究中心,陜西西安710065;3.長(zhǎng)慶油田第十一采油廠,甘肅慶陽(yáng)745000;4.青海油田公司采氣一廠,青海格爾木816000;5.青海油田采油一廠開(kāi)發(fā)地質(zhì)研究所,青海茫崖817500)

當(dāng)前,我國(guó)陸上油田大多已步入開(kāi)發(fā)中后期特高含水期,剩余油呈整體分散、局部富集特征,剩余油“識(shí)別難、挖潛難”已成為特高含水期精準(zhǔn)挖潛的主要難題,對(duì)儲(chǔ)層描述的要求必然是精細(xì)化、定量化。在開(kāi)發(fā)后期密井網(wǎng)資料條件下,解釋的河道砂體連續(xù)性發(fā)生改變、多期河道疊置、河道邊界變復(fù)雜且河道規(guī)模變化較大,尤其是薄層砂體分布更加零散和復(fù)雜,井間沉積微相組合往往因解釋人員不同而不同,砂體平面微相組合和井間砂體認(rèn)識(shí)存在不確定性。國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用地震資料橫向網(wǎng)格小、地質(zhì)信息豐富的優(yōu)勢(shì),通過(guò)井震結(jié)合提高井間砂體預(yù)測(cè)精度。然而,由于我國(guó)陸相油田砂泥薄互儲(chǔ)層較發(fā)育,常規(guī)疊后地震資料的縱波阻抗因砂泥巖疊置導(dǎo)致儲(chǔ)層預(yù)測(cè)多解性強(qiáng),與特高含水期儲(chǔ)層精準(zhǔn)識(shí)別的需求存在較大差距。

地震儲(chǔ)層反演技術(shù)從疊后向疊前發(fā)展是油藏地球物理的發(fā)展趨勢(shì),疊前反演儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)能夠反映振幅隨炮檢距變化的特性(AVO效應(yīng)),該方法能反演出縱波阻抗、縱橫波速度比及泊松比等多個(gè)彈性變量,用來(lái)提高儲(chǔ)層巖性與含油氣性的描述精度。目前疊前反演方法已經(jīng)成為眾多學(xué)者研究及應(yīng)用的熱點(diǎn),不少開(kāi)發(fā)地震研究人員對(duì)疊前地震處理、疊前反演方法進(jìn)行了大量研究,然而大多集中在勘探階段及稀井網(wǎng)區(qū),對(duì)于油田開(kāi)發(fā)后期,如何將已有的地質(zhì)研究成果和認(rèn)識(shí)與三維地震信息相結(jié)合,減少密井網(wǎng)條件下陸相多層砂巖油田儲(chǔ)層預(yù)測(cè)多解性,尚無(wú)成熟的地震解釋思路和技術(shù)可供借鑒,同時(shí),在指導(dǎo)特高含水期油田剩余油挖潛中缺少典型應(yīng)用實(shí)例[1-5]。

本文以大慶長(zhǎng)垣老區(qū)為例,開(kāi)展疊前反演技術(shù)應(yīng)用研究。針對(duì)河流-三角洲相薄互儲(chǔ)層發(fā)育特征,利用巖石物理分析、地震角道集疊加等關(guān)鍵方法技術(shù),開(kāi)展特高含水、密井網(wǎng)條件下的儲(chǔ)層描述研究,為井位部署挖潛剩余油提供依據(jù)。

1 方法簡(jiǎn)介

如圖1所示,疊前反演技術(shù)是在AVO反演的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,基于疊前CRP地震道集(或部分角度疊加數(shù)據(jù))和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),使用以Zoeppritz方程為核心的算法,以井點(diǎn)縱、橫波曲線為引導(dǎo),井間部分角度疊加地震信息為約束,聯(lián)合求解得到與儲(chǔ)層巖性、物性等相關(guān)的縱、橫波等多種彈性參數(shù),并利用這些參數(shù)預(yù)測(cè)儲(chǔ)層砂體的分布[6-9]。與疊后單一縱波反演相比,該方法能夠綜合地震疊前信息與井的縱向分辨能力,實(shí)現(xiàn)縱波與橫波雙參數(shù)預(yù)測(cè),降低了儲(chǔ)層反演結(jié)果的多解性;不足之處是疊前資料處理工作量大、精度要求高,并要求建立符合目標(biāo)區(qū)儲(chǔ)層特征的巖石物理解釋圖版,特別是高含水期油田儲(chǔ)層受注水開(kāi)發(fā)的影響,增加了高精度圖版建立的難度。

圖1 疊前反演方法流程

Zoeppritz方程矩陣形式為:

(1)

2 儲(chǔ)層巖石物理解釋圖版

NESX研究區(qū)位于大慶長(zhǎng)垣北部薩爾圖油田,經(jīng)歷了60年、5套井網(wǎng)的開(kāi)發(fā),目前處于高含水期,含水率在95%以上。本次主要研究目的層位為SPG油層組,屬于河流-三角洲相沉積體系,薄互層砂體發(fā)育,橫向相變快,河道砂體厚度多為2～12m。研究區(qū)于2007年采集的高密度地震資料的頻寬6～80Hz,主頻45Hz。分析發(fā)現(xiàn)研究區(qū)儲(chǔ)層存在縱波阻抗疊置現(xiàn)象,由于常規(guī)疊后地震資料只具備單一的縱波信息,導(dǎo)致基于疊后地震資料反演的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果具有多解性,無(wú)法精確識(shí)別儲(chǔ)層砂體的空間分布,因此,希望通過(guò)開(kāi)展疊前反演方法的應(yīng)用研究提高老油田儲(chǔ)層描述精度。

儲(chǔ)層巖石物理分析是開(kāi)展疊前反演的基礎(chǔ),需要建立研究區(qū)儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層的彈性參數(shù)界限。一般基于已有的包含縱、橫波的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立特征巖石物理圖版,但是研究區(qū)含有橫波信息的井占總數(shù)不到1%,因此需要通過(guò)巖石物理模擬的手段,模擬生成多井橫波測(cè)井曲線,同時(shí)也為后續(xù)的縱橫波聯(lián)合反演提供橫波基礎(chǔ)信息。

本文使用Xu-White模型、4口基礎(chǔ)井進(jìn)行模擬計(jì)算,即典型的混合模型。Xu-White模型中充分考慮了巖石基質(zhì)類(lèi)型、孔隙度大小、泥質(zhì)含量和流體性質(zhì)的影響,粘土礦物縱橫波速度比理論值為2.8、石英礦物縱橫波速度比理論值為1.5。在模型內(nèi)部,以基于差分等效介質(zhì)(DEM)理論的Kuster-Toksoz方程求取巖石骨架彈性模量,并且利用Gassmann方程求取含流體的巖石剪切模量和體變模量,最終求取縱波速度和橫波速度[10-11]。

圖2為模擬與實(shí)測(cè)縱波速度、橫波速度曲線,可見(jiàn),模擬值與實(shí)測(cè)值結(jié)果基本一致,誤差在10%以內(nèi)。這反映出兩點(diǎn),一是選用的Xu-White模型適合特高含水老油田儲(chǔ)層巖石物理模擬;二是得到了可靠的橫波數(shù)據(jù),為后續(xù)的疊前反演儲(chǔ)層預(yù)測(cè)打下了可靠基礎(chǔ)。

圖2 模擬與實(shí)測(cè)縱波速度、橫波速度曲線

圖3為砂巖和泥巖的縱波阻抗與vP/vS(縱波速度與橫波速度之比)的交會(huì)圖,可見(jiàn),縱、橫波聯(lián)合可明顯區(qū)分泥巖和砂巖分布區(qū)間,砂巖位于圖版左下方,具有低縱波阻抗、低vP/vS值特征;而泥巖分布在圖版右上方,具有高縱波阻抗、高vP/vS值特征。針對(duì)不同類(lèi)型儲(chǔ)層建立儲(chǔ)層巖石物理量版,劃分砂巖與泥巖不同的縱、橫波分布區(qū)間,為后續(xù)疊前反演儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供定量解釋門(mén)檻值。

圖3 砂巖和泥巖的縱波阻抗與vP/vS交會(huì)分析

3 疊前反演儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

3.1 疊前地震預(yù)處理

疊前地震數(shù)據(jù)為一系列不同入射角的道集,而彈性阻抗為入射角的函數(shù),疊前反演將道集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為彈性參數(shù)。與疊后地震數(shù)據(jù)相比,疊前道集數(shù)據(jù)雖然具有豐富的信息,但是信噪比較低,解決思路是將地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分角度疊加,這樣既提高了信噪比,又能反映地震反射振幅隨入射角的變化。研究區(qū)構(gòu)造主體部位疊前道集角度范圍為0～45°,因此采用了0～15°、15°～30°、30°～45°分角度疊加地震數(shù)據(jù)進(jìn)行疊前反演儲(chǔ)層預(yù)測(cè)[12-13],結(jié)果如圖4a所示。

研究區(qū)經(jīng)歷了60年、5套井網(wǎng)的開(kāi)發(fā)(1986年至今),井網(wǎng)鉆井時(shí)間與地震采集(2008年)時(shí)間相差較大。因此,為保證井震在時(shí)間上的匹配性,選擇與地震采集時(shí)間接近的井進(jìn)行井震標(biāo)定和子波提取。通過(guò)井震精細(xì)標(biāo)定,保證合成地震記錄和實(shí)際地震數(shù)據(jù)之間具有最大的相關(guān)性。在此基礎(chǔ)上提取井旁道地震子波。圖4b為提取的0～15°近道疊加子波、15°～30°中道疊加子波、30°～45°遠(yuǎn)道疊加子波,子波長(zhǎng)度為100ms,主頻為45Hz,相位為0,可以看出不同角度道集疊加數(shù)據(jù)的子波振幅、相位一致性較好,為全區(qū)疊前反演提供了穩(wěn)定的子波。

圖4 分角度疊加數(shù)據(jù)(a)及提取的子波(b)

3.2 疊前反演結(jié)果及分析

以縱、橫波測(cè)井曲線為出發(fā)點(diǎn),以井間基于不同角度疊加地震數(shù)據(jù)為約束控制,采用蒙特卡洛算法反演縱波阻抗體和vP/vS數(shù)據(jù)體,并依據(jù)縱波阻抗和vP/vS數(shù)據(jù)體以及砂泥巖的解釋圖版,通過(guò)縱波阻抗與vP/vS的交會(huì)分析以識(shí)別儲(chǔ)層砂體[14]。

圖5為疊前反演預(yù)測(cè)的縱波阻抗、vP/vS、砂體分布及地震剖面,可見(jiàn)在單一的縱波阻抗剖面上預(yù)測(cè)出的砂體(縱波阻抗低值代表砂巖)在一些層位上與測(cè)井解釋出的砂體不符,而在同一位置處,vP/vS剖面有效補(bǔ)充了預(yù)測(cè)信息,并與實(shí)際井震剖面一致,二者聯(lián)合能夠提高最終的砂體識(shí)別精度。

圖5 疊前反演預(yù)測(cè)的各類(lèi)剖面a 縱波阻抗; b vP/vS; c 砂巖;d 地震剖面

圖6展示了基于后驗(yàn)井檢驗(yàn)的疊后反演和疊前反演砂巖預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比剖面,可見(jiàn)疊前反演預(yù)測(cè)砂體結(jié)果與后驗(yàn)井處解釋的砂巖符合更好,尤其是薄層砂體。通過(guò)全區(qū)均勻分布的10口后驗(yàn)井的檢驗(yàn),厚度在2m以上的砂體預(yù)測(cè)精度達(dá)到80%以上(厚度誤差在30%以內(nèi),符合要求),可見(jiàn)本文采用的疊前反演適合于研究區(qū)的儲(chǔ)層精細(xì)刻畫(huà),對(duì)類(lèi)似的縱波阻抗疊置的沉積區(qū)域,具有較強(qiáng)的適用性。

圖6 疊后反演(a)與疊前反演(b)剖面對(duì)比

4 指導(dǎo)剩余油挖潛應(yīng)用

基于疊前反演的砂體預(yù)測(cè)結(jié)果,結(jié)合研究區(qū)沉積規(guī)律認(rèn)識(shí),可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層河道砂體的精細(xì)描述,從而提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度。對(duì)比原有的河道砂分布結(jié)果,分析前后砂體的變化,逐井逐層分析注采關(guān)系,尋找剩余潛力、指導(dǎo)剩余油挖潛。在NESX研究區(qū)共確定潛力部分120處,平均每平方千米確定潛力部位10處,對(duì)34口井實(shí)施了壓裂和補(bǔ)孔措施。

圖7為Kp58井區(qū)利用疊前反演沉積微相描述結(jié)果指導(dǎo)剩余油挖潛的實(shí)例。原有沉積認(rèn)識(shí)(圖7a沉積相圖)認(rèn)為,Kp58開(kāi)采井周邊從3個(gè)方向注水驅(qū)油,注采關(guān)系比較完善;但是疊前反演河道砂預(yù)測(cè)的沉積相圖(圖7b)顯示,河道形態(tài)及砂體聯(lián)通關(guān)系發(fā)生了明顯的變化,原來(lái)認(rèn)為3個(gè)方向的注水驅(qū)油轉(zhuǎn)變?yōu)橹挥袉我环较蜃⑺行?注采關(guān)系不完善,導(dǎo)致剩余油富集在河道邊部而無(wú)法有效開(kāi)發(fā)。為了進(jìn)一步完善注采關(guān)系,挖潛剩余油,將Kw30井由閑置井改為注水井,采取壓裂的手段,改善Kw30井與Kp58井之間的連通關(guān)系,提高其它方向的水驅(qū)效果。這樣在開(kāi)采井與水井之間實(shí)施新的壓裂措施之后,開(kāi)采井單井增油3.5t/d,含水下降10%,展示了本文方法在特高含水油田儲(chǔ)層描述中較好的應(yīng)用效果。

圖7 基于疊前反演儲(chǔ)層描述及指導(dǎo)剩余油挖潛a 原有沉積相; b 本文方法預(yù)測(cè)的沉積相

5 結(jié)論

1) 選用的Xu-White模型適合特高含水老油田儲(chǔ)層巖石物理模擬,得到的橫波數(shù)據(jù)較可靠。砂巖具有低縱波阻抗、低vP/vS值特征;泥巖具有高縱波阻抗、高vP/vS值特征,以此建立研究區(qū)儲(chǔ)層縱、橫波彈性參數(shù)解釋圖版,為特高含水油田儲(chǔ)層的疊前反演的定量解釋提供了依據(jù)。

2) 與單一的縱波阻抗反演預(yù)測(cè)結(jié)果相比,疊前反演方法能夠輸出橫波和縱波兩種地震參數(shù),據(jù)此預(yù)測(cè)的結(jié)果與后驗(yàn)井符合情況更好,尤其是薄層砂體?；诏B前反演結(jié)果實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層沉積微相的精細(xì)描述,分析確定尋找剩余潛力區(qū)、指導(dǎo)壓裂措施,單井增產(chǎn)油3.5t/d,含水下降10%,展示了本文方法在特高含水油田儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中較好的應(yīng)用前景。

3) 與疊后單一縱波反演相比,疊前反演優(yōu)勢(shì)是能夠綜合地震AVO疊前信息,實(shí)現(xiàn)縱波與橫波雙參數(shù)預(yù)測(cè),儲(chǔ)層反演結(jié)果多解性得到降低。不足之處在于疊前資料處理工作量大、精度要求高,并且要建立符合目標(biāo)區(qū)儲(chǔ)層特征的巖石物理解釋圖版,特別是高含水期油田儲(chǔ)層受注水開(kāi)發(fā)的影響,增加了建立高精度圖版的難度。