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        小河道薄砂層井震聯(lián)合識(shí)別技術(shù)及應(yīng)用
        ——以大慶長(zhǎng)垣西部AGL地區(qū)為例

        2022-02-18 07:00:54楊春生宋寶權(quán)王高文張秀麗
        石油地球物理勘探 2022年1期
        關(guān)鍵詞:小層砂體油層

        楊春生 姜 巖 宋寶權(quán) 王高文 張秀麗

        (①東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,黑龍江大慶 163318; ②中國(guó)石油大慶油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,黑龍江大慶 163712)

        0 引言

        近年來(lái),地震沉積學(xué)作為層序地層學(xué)、地震地層學(xué)之后的又一新興交叉學(xué)科,它的核心思想和研究思路逐漸被接受和認(rèn)可。地震屬性分析是地震沉積學(xué)中廣泛采用的一種較成熟的方法[1-5],應(yīng)用效果比較顯著。隨著地震勘探技術(shù)的不斷發(fā)展,學(xué)者們研究了陸相沉積體系的儲(chǔ)層[6-9],尤其在近岸扇、深水重力流等方面取得了豐富的成果,而針對(duì)淺水湖盆三角洲前緣亞相方面的研究卻較少。受砂泥薄互層結(jié)構(gòu)、水下河道窄、儲(chǔ)層薄的不利影響,利用地震資料精細(xì)預(yù)測(cè)砂體分布及厚度的效果較差,無(wú)法滿(mǎn)足油氣藏開(kāi)發(fā)階段的井位部署要求。大慶長(zhǎng)垣西部AGL地區(qū)薩零油層組位于上白堊統(tǒng)嫩江組一段上部,為河控三角洲沉積,三角洲前緣亞相小型水下分流河道砂體為有利儲(chǔ)層。本文以地震沉積學(xué)理論為指導(dǎo)[10-12],結(jié)合沉積特征,采用井震聯(lián)合的研究思路,運(yùn)用模型正演、地震波組特征分析、地震屬性?xún)?yōu)選和地層等時(shí)切片等方法,按照點(diǎn)→面→體逐級(jí)預(yù)測(cè)、逐步提高窄小河道砂體預(yù)測(cè)精度的技術(shù)路線(xiàn),精細(xì)預(yù)測(cè)三角洲前緣窄小河道砂體的展布特征; 最后基于波形模式識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)井控制區(qū)的窄小河道砂體厚度的定量預(yù)測(cè),在實(shí)際資料應(yīng)用中取得了較好的效果。

        1 研究區(qū)概況

        AGL地區(qū)TA2區(qū)塊位于松遼盆地泰康隆起帶與龍虎泡—大安階地交會(huì)處 (圖1)。目的層薩零油層組發(fā)育三角洲前緣沉積厚度大約35m,為砂泥巖薄互層。水下分流河道窄(河道砂體寬度一般小于300m)、砂體厚度小、相變快。薩零油層組從上至下劃分為S01~S05共計(jì)5個(gè)小層,其中S02小層、S05小層分別對(duì)應(yīng)上、下兩套河道砂體(圖2a)。S05小層河道砂體厚度相對(duì)較大,單井平均鉆遇砂巖厚度為6.6m,為主力產(chǎn)油層。1971年針對(duì)S05小層投產(chǎn)開(kāi)發(fā),截至1988年共投產(chǎn)18口井。之后該區(qū)塊一直沒(méi)有發(fā)現(xiàn)新儲(chǔ)層。

        圖1 大慶長(zhǎng)垣西部AGL地區(qū)TA2區(qū)塊位置

        在已鉆井中,僅T37-22井鉆遇S02小層砂體,含油砂巖厚度為4.6m(圖2a),揭示了S02小層河道砂體同樣具有較大的油氣勘探潛力。因此,有必要開(kāi)展小河道薄砂層井震聯(lián)合識(shí)別技術(shù)研究,針對(duì)S02小層部署開(kāi)發(fā)井位,實(shí)現(xiàn)新層位的投入開(kāi)發(fā)。

        圖2 T37-22井柱狀圖(a)及河道砂體地震反射特征(b)

        2 小河道井震聯(lián)合識(shí)別

        2.1 地震正演模擬

        在精細(xì)地層格架控制下,通過(guò)逼近地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的正演模擬,建立河道砂體的地震反射模式,是提高薩零油層組河道砂體儲(chǔ)層地震識(shí)別精度的關(guān)鍵。

        T37-22井(圖2a)兩套砂體之間隔層為粉砂質(zhì)泥巖,厚度約10m; S02小層、S05小層河道砂體厚度分別為5.6、8.4m。從圖2b可以看出,S05小層河道砂體對(duì)應(yīng)強(qiáng)波峰反射,而S02小層河道砂體振幅明顯變?nèi)酰ㄐ翁卣鞑磺宄?,二者反射特征明顯不一致。這主要是由于小層砂體與薩零油層組頂面之間的距離不同,導(dǎo)致受薩零油層組頂面(波阻抗界面)產(chǎn)生的地震反射干涉的影響程度不同。

        根據(jù)研究區(qū)內(nèi)薩零油層組小層河道砂體發(fā)育特點(diǎn),建立不同位置砂體的正演模型,分析對(duì)應(yīng)的地震波形特征,可為無(wú)井區(qū)河道砂體識(shí)別及井位部署提供依據(jù)。

        本文建立的速度模型如圖3a所示,綠色部分為薩零油層組上覆和下伏泥巖,速度、密度分別為2790m/s、2.21g/cm3; 黃色部分為薩零油層組(泥巖含粉砂),速度、密度分別為3200m/s、2.11g/cm3; 紅色地質(zhì)體代表河道砂體,寬度為140m,厚度約5m,與T37-22井S02小層厚度相同,速度、密度分別為3257m/s、2.37g/cm3; 設(shè)立6個(gè)窄小河道砂體,在縱向上以5m等距離分布。圖3b是應(yīng)用35Hz(TA2區(qū)塊地震資料主頻)零相位Ricker子波時(shí)該模型正演模擬剖面。由圖可以看出,薩零油層組頂面呈波峰反射; 河道1砂體距離薩零油層組頂面最近(1m),因而薩零油層組頂部波阻抗差增大,導(dǎo)致薩零油層組頂部波峰能量增強(qiáng); 河道2、河道3砂體距離薩零組頂面分別為6、11m,隨著與薩零油層組頂面距離的增加,薩零油層組頂面和河道頂面兩個(gè)波峰發(fā)生干涉,導(dǎo)致薩零油層組頂部地震反射相位發(fā)生變化; 河道4、河道5、河道6與薩零油層組頂面距離分別為16、21、26m,隨著距離增至15m以上,薩零油層組頂面對(duì)小層砂體反射波形影響較小,如河道6砂體逐漸成為孤立的波峰反射特征。

        圖3 窄小河道砂體地質(zhì)模型(a)及其正演模擬結(jié)果(b)

        2.2 地震波形特征分析

        通過(guò)地震反射波形變化可以確定河道砂體在縱向上的發(fā)育位置,建立不同期次砂體地震響應(yīng)模式,并可以根據(jù)模式預(yù)測(cè)河道平面寬度。

        薩零油層組頂面(圖4中藍(lán)線(xiàn))為波峰反射,是研究區(qū)的一個(gè)地震反射標(biāo)志層,其下發(fā)育S05小層窄小河道砂體(圖4a,鉆井已證實(shí)),距離薩零油層組頂面間隔為一個(gè)波谷,是薩零油層組早期發(fā)育的河道砂體。

        依據(jù)已知的S05小層窄小河道砂體的地震波形特征和正演模擬分析結(jié)果,在平行于主測(cè)線(xiàn)方向?qū)ふ遗c正演模擬結(jié)果一致但尚無(wú)井鉆遇的窄小河道砂體地震反射特征,進(jìn)一步識(shí)別出另外兩種模式:一是薩零油層組頂面波峰能量變強(qiáng)且明顯下拉,即薩零油層組頂面相位發(fā)生變化(圖4b),對(duì)應(yīng)河道3砂體(圖3),發(fā)育期次為中期; 二是薩零油層組頂面波峰能量變強(qiáng)(圖4c),對(duì)應(yīng)河道1砂體(圖3),發(fā)育期次為晚期。

        圖4 薩零油層組窄小河道砂體地震反射模式(a)孤立“透鏡狀”; (b)相位變化; (c)同相軸能量增強(qiáng)

        另外,如圖4a所示,S05小層窄小河道砂體橫向上范圍為18個(gè)地震道。按地震面元為20m×20m估算,可以預(yù)測(cè)河道寬度約360m。

        2.3 地震屬性分析

        地震屬性分析是儲(chǔ)層研究中廣泛采用的一種方法[13-21]。地震屬性與儲(chǔ)層參數(shù)之間的關(guān)系復(fù)雜,不同地區(qū)、不同儲(chǔ)層特征的敏感地震屬性不同。即使在同一區(qū)塊的不同層位,不同的砂、泥巖接觸關(guān)系對(duì)應(yīng)的敏感地震屬性也有差異。針對(duì)薩零油層組砂泥巖薄互層特征,本文應(yīng)用多元線(xiàn)性回歸的地震屬性分析方法。首先,分析多種地震屬性與井點(diǎn)砂巖厚度之間的相關(guān)性,優(yōu)選相關(guān)性較高的地震屬性。相關(guān)系數(shù)為

        (1)

        式中:x為井點(diǎn)處地震屬性;y為井點(diǎn)處砂巖厚度;N為已鉆井?dāng)?shù)。

        本文優(yōu)選相關(guān)系數(shù)大于0.6的地震屬性,如振幅差異、總絕對(duì)值振幅、最大波峰振幅、均方根振幅,它們的井震相關(guān)系數(shù)分別為0.65、0.67、0.63、0.68。從圖5可以看出,不同地震屬性中,無(wú)井區(qū)1和無(wú)井區(qū)2都可見(jiàn)明顯的條帶狀,呈河道展布特征。但依靠單一屬性仍不能精準(zhǔn)預(yù)測(cè)薩零油層組河道砂體的邊界和發(fā)育規(guī)模,也無(wú)法判斷無(wú)井控制區(qū)的窄小河道砂體的層位歸屬。還需要根據(jù)地震數(shù)據(jù)分析不同期次河道砂體垂向沉積演化規(guī)律。

        圖5 薩零油層組不同地震屬性平面圖(a)振幅差異; (b)總絕對(duì)值振幅; (c)最大波峰振幅; (d)均方根振幅

        2.4 地震等時(shí)切片分析

        基于地震沉積學(xué)的切片方法主要有三種:時(shí)間切片、地層切片和沿層切片。本文采用地層切片方法,對(duì)優(yōu)選出的敏感屬性體提取地層切片。薩零油層組底部泥巖分布穩(wěn)定,可作為研究區(qū)內(nèi)的另一個(gè)地震反射標(biāo)志層。薩零油層組時(shí)間厚度約20ms,以薩零油層組頂部波峰與薩零油層組底部泥巖反射這兩個(gè)標(biāo)志層為等時(shí)界面,按照1ms間隔內(nèi)插20個(gè)小層(圖6),內(nèi)插出的地層切片可與地質(zhì)上的小層相對(duì)應(yīng)。

        從圖6可以看出,從薩零油層組頂面之下15ms開(kāi)始,河道a、河道b發(fā)育; 10~7ms時(shí),河道a、河道b逐漸消亡,河道c、河道d和河道e發(fā)育; 3ms時(shí),河道c、河道d、河道e和河道f展布特征清晰。據(jù)此推知,河道a、河道b對(duì)應(yīng)薩零油層組下部河道; 河道c、河道d、河道e和河道f為薩零油層組上部河道。

        圖6 基于等時(shí)地層切片分析薩零油層組河道發(fā)育期次薩零油層組頂面之下:(a)15ms; (b)11ms; (c)7ms; (d)3ms。圖中黑色線(xiàn)條為斷層

        3 小河道薄砂層定量預(yù)測(cè)

        按照點(diǎn)→面→體的研究思路,即由已知井標(biāo)定窄小河道砂體的地震反射特征,應(yīng)用地震屬性在平面上確定河道的邊界和規(guī)模。根據(jù)三維地震數(shù)據(jù)體分析水下窄小河道的發(fā)育期次和沉積演化規(guī)律,在宏觀(guān)上可定性分析窄小河道砂體空間展布特征和形成期次。而砂體厚度的定量預(yù)測(cè)是該類(lèi)儲(chǔ)層提高開(kāi)發(fā)效果、優(yōu)化井位部署的關(guān)鍵。

        3.1 方法原理

        灰色系統(tǒng)既含有已知信息,又含有未知信息或不確定信息[22-24],可用來(lái)預(yù)測(cè)井間儲(chǔ)層分布?;疑到y(tǒng)理論中,關(guān)聯(lián)度分析是將無(wú)限空間用有限數(shù)列取代,將連續(xù)概念用離散數(shù)列取代,根據(jù)曲線(xiàn)差異判斷關(guān)聯(lián)程度。正演模擬結(jié)果表明,當(dāng)儲(chǔ)層發(fā)育部位發(fā)生變化時(shí),地震波形特征也隨之變化。因此,可以利用關(guān)聯(lián)度分析建立井點(diǎn)地震波形與儲(chǔ)層參數(shù)之間的關(guān)系[25],實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。圖7為鉆遇河道井的井旁地震道,每道波形作為一個(gè)模式對(duì)應(yīng)相應(yīng)的井點(diǎn)目的層砂巖厚度。圖8為未鉆遇河道井的井旁地震道,每道波形作為一個(gè)模式對(duì)應(yīng)相應(yīng)的井點(diǎn)目的層泥巖厚度。

        圖7 河道井旁地震道波形模式

        圖8 非河道井旁地震道波形模式

        設(shè)井旁地震道的特征參數(shù)序列Y為參考序列(母序列),Y={Yi(k)|i=1,2,…,m;k=1,2,…,n},其中,i為已知井旁地震道模式數(shù),k為地震樣點(diǎn)數(shù); 其他任一地震道的特征參數(shù)序列X為比較序列(子序列),X={X(k)|k=1,2,…,n}。

        (2)

        特征參數(shù)序列Y與X在k點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)為式中ρ為分辨系數(shù),范圍為0~1,一般取值為0.5。第i個(gè)模式曲線(xiàn)與預(yù)測(cè)曲線(xiàn)的關(guān)聯(lián)程度為

        (3)

        式中n為時(shí)窗內(nèi)地震樣點(diǎn)總數(shù)。

        當(dāng)井?dāng)?shù)較少,已知樣點(diǎn)數(shù)不足時(shí),無(wú)法僅根據(jù)已知井點(diǎn)建立地震反射模式。需要開(kāi)展地震正演模擬分析,建立相應(yīng)的儲(chǔ)層響應(yīng)模式,然后應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析預(yù)測(cè)儲(chǔ)層發(fā)育情況。由于地震波形受噪聲、調(diào)諧效應(yīng)等因素影響,導(dǎo)致局部預(yù)測(cè)結(jié)果仍存在不確定性。為了更好地表征地震數(shù)據(jù)的平穩(wěn)特性,去除干擾信息,采用未確知信息濾波方法[25]對(duì)地震數(shù)據(jù)信噪比低的區(qū)域的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行濾波處理,可以較好地消除地震干擾信息的影響,合理預(yù)測(cè)河道砂體的展布特征。

        3.2 實(shí)現(xiàn)步驟

        首先提取典型井旁地震道的地震響應(yīng)模式并將其作為母序列模板,而將其他井間地震道作為未知模式并將其作為子序列; 然后將井間子序列預(yù)測(cè)曲線(xiàn)與已知井母序列波形模式曲線(xiàn)做關(guān)聯(lián)度分析,再根據(jù)關(guān)聯(lián)程度預(yù)測(cè)井間河道砂體的厚度。具體流程如下。

        (1)地震地質(zhì)層位精細(xì)標(biāo)定。根據(jù)河道砂體發(fā)育的厚度、深度和地震分辨能力,通過(guò)多井標(biāo)定確定目的層頂、底對(duì)應(yīng)的地震反射時(shí)窗,如研究區(qū)目的層地震反射時(shí)窗為12ms,地震縱向采樣間隔為1ms,對(duì)應(yīng)式(3)地震樣點(diǎn)總數(shù)n=12。

        (2)根據(jù)典型井測(cè)井相模式,分析目的層時(shí)窗內(nèi)鉆遇河道和非河道的已知井井旁道的地震響應(yīng)特征; 建立兩者模式曲線(xiàn),將鉆遇河道和非河道井的井旁地震道響應(yīng)模式作為母序列,井間待預(yù)測(cè)點(diǎn)提取地震波形模式預(yù)測(cè)曲線(xiàn)作為子序列。

        (3)建立母序列井旁地震道波形模式曲線(xiàn)與子序列井間未知點(diǎn)預(yù)測(cè)曲線(xiàn)的關(guān)聯(lián)函數(shù),用式(2)計(jì)算井間各點(diǎn)關(guān)聯(lián)系數(shù),用式(3)計(jì)算關(guān)聯(lián)程度。

        (4)在井間待預(yù)測(cè)點(diǎn)與已知井有效空間距離內(nèi),尋找預(yù)測(cè)點(diǎn)地震道特征與多個(gè)已知井旁地震道特征關(guān)聯(lián)程度最大者,并根據(jù)該井砂巖厚度、距離進(jìn)行加權(quán)計(jì)算,從而求取待預(yù)測(cè)點(diǎn)的砂巖厚度。

        (5)對(duì)砂巖厚度預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行濾波處理。

        4 應(yīng)用效果

        按照點(diǎn)→面→體的研究思路逐步定性分析薩零油層組窄小河道砂體,根據(jù)已知井鉆遇河道砂體的井旁道地震響應(yīng)特征,建立已知井河道砂體厚度與地震響應(yīng)特征的對(duì)應(yīng)關(guān)系,以井點(diǎn)地震響應(yīng)特征和井間未知點(diǎn)的地震響應(yīng)特征為橋梁,利用井點(diǎn)與井間未知點(diǎn)地震反射特征橫向關(guān)聯(lián)性預(yù)測(cè)河道砂體平面分布特征,基于波形模式定量預(yù)測(cè)河道砂體厚度。在研究區(qū)共預(yù)測(cè)砂巖厚度大于2m、無(wú)井鉆遇的窄小河道砂體長(zhǎng)度共12.4km(圖9)。

        在砂體厚度預(yù)測(cè)結(jié)果大于2m的有利部位部署井位9口(圖9,表1)。從表1可以看出,新鉆井河道預(yù)測(cè)符合率為100%; 完鉆后單井平均鉆遇砂巖厚度3.84m,預(yù)測(cè)平均相對(duì)誤差為9.6%。截至2019年底,9口井投產(chǎn)1年,單井單層最高日產(chǎn)油4.1t,平均日產(chǎn)油1.6t,整體效果較好。

        表1 新鉆井S02小層砂體厚度預(yù)測(cè)與實(shí)鉆結(jié)果對(duì)比

        圖9 基于波形模式的儲(chǔ)層厚度定量預(yù)測(cè)結(jié)果

        從連井剖面(圖10)可以看出,新鉆井T30-S22、T32-S22井鉆遇S02小層晚期河道砂體,砂體厚度分別為1.5、1.9m; 以T30-S22井為代表(圖11a),砂體為同相軸能量增強(qiáng)的波峰反射(類(lèi)似于圖4b模式)。T38-S23、T39-S24、T4-S25、T41-S26井鉆遇河道砂體厚度較大,分別為4.9、2.9、6.7、3.8m; 以T38-S23井為代表,同相軸相位發(fā)生變化(圖11b,類(lèi)似于圖4c模式)。新鉆井驗(yàn)證了本文方法的實(shí)用性和有效性,可為老油田加密、擴(kuò)邊和挖潛提供參考。

        圖10 新鉆井河道砂體對(duì)比

        圖11 新鉆井T30-S22和T38-S23窄小河道砂體地震反射特征(a)同相軸能量增強(qiáng); (b)同相軸相位發(fā)生變化

        5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

        針對(duì)三角洲前緣窄小河道薄砂層,本文采用井震聯(lián)合識(shí)別技術(shù),獲得以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):

        (1)基于地震正演模擬,建立薩零油層組不同期次河道砂體三種地震響應(yīng)模式,有助于利用地震波形特征識(shí)別窄小河道砂體;

        (2)基于標(biāo)準(zhǔn)層控制的地震等時(shí)切片分析技術(shù)和多元線(xiàn)性回歸方法能更合理地解剖水下窄小河道砂體的形成期次、展布特征和演化規(guī)律;

        (3)關(guān)聯(lián)度分析方法定量預(yù)測(cè)窄小河道砂體厚度,可以發(fā)揮井點(diǎn)的控制優(yōu)勢(shì),又可以發(fā)揮地震空間分辨率的優(yōu)勢(shì),可為后續(xù)老油田井位加密和擴(kuò)邊挖潛提供參考。

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