楊 宏

中國(guó)石油化工股份有限公司江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢

中揚(yáng)子地區(qū)，長(zhǎng)興組，生屑灘儲(chǔ)層，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，波形指示反演技術(shù)

1. 引言

礁灘沉積體儲(chǔ)集性能優(yōu)越，分布規(guī)模一般較為巨大，是海相碳酸鹽巖油氣勘探的重要領(lǐng)域。在中國(guó)的三大克拉通盆地從古生代到早中生代發(fā)育多個(gè)時(shí)期的礁灘相儲(chǔ)層，近些年來的勘探也取得了重要成果，尤其是四川盆地相繼發(fā)現(xiàn)了普光、元壩、龍崗等二、三疊系礁灘大氣田以及安岳震旦系、寒武系等礁灘大氣田[1]，成為四川盆地近年儲(chǔ)、產(chǎn)量快速增長(zhǎng)的重要原因，也顯示了揚(yáng)子海相盆地礁灘領(lǐng)域巨大的勘探潛力[2]。

中揚(yáng)子地區(qū)自印支期以來受多期、多方向構(gòu)造的疊加與復(fù)合，呈現(xiàn)出“兩山一盆”的構(gòu)造特點(diǎn)[3]，南部的江南——雪峰造山帶和北部的秦嶺——大別造山帶向中揚(yáng)子腹地對(duì)沖、疊加和復(fù)合；區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組主要分布在鄂西渝東區(qū)、中揚(yáng)子南緣慈利–崇陽及鄂中秭歸–宜都一帶，由淺灰色、灰色中、厚層至塊狀灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、含燧石灰?guī)r、泥灰?guī)r夾次生白云巖組成，以發(fā)育生物礁灰?guī)r、礁白云巖為特征，與下伏吳家坪組含燧石條帶、燧石團(tuán)塊灰?guī)r整合接觸，與上覆飛仙關(guān)組整合接觸[4] [5]。

中揚(yáng)子地區(qū)長(zhǎng)興組主要發(fā)育兩類儲(chǔ)層：生物礁儲(chǔ)層和生屑灘儲(chǔ)層。生物礁儲(chǔ)層以建南北生物礁和利川見天壩為代表，儲(chǔ)集巖類主要為白云巖、礁灰?guī)r、含生屑灰?guī)r；生屑灘儲(chǔ)層則發(fā)育于建南南高點(diǎn)長(zhǎng)興組，屬于開闊臺(tái)地生屑灘沉積，主要儲(chǔ)集巖類為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、生屑灰?guī)r和含生屑灰?guī)r，其中物性最好的是白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r，在物性上表現(xiàn)出特低孔、特低滲特征，具有規(guī)模小、儲(chǔ)層薄、物性差、非均質(zhì)性強(qiáng)、橫向連續(xù)性差的特點(diǎn)[6]。

長(zhǎng)興組生物礁儲(chǔ)層沉積相帶確定、地震響應(yīng)特征明顯且阻抗差異大，通過經(jīng)典的相控儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)就能夠進(jìn)行較精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)。而長(zhǎng)興組生屑灘儲(chǔ)層由于其厚度薄、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，在地震剖面上為響應(yīng)特征不明顯、阻抗差異小，難以單純通過地震屬性預(yù)測(cè)，一直以來，對(duì)于類似的薄層儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)都是油氣勘探領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。針對(duì)長(zhǎng)興組生屑灘儲(chǔ)層這樣的薄層儲(chǔ)層，需要使用到與以往不同的的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)，波形指示反演(SMI)就是近年來發(fā)展起來的針對(duì)薄層儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的有效方法。

2. 地震波形指示反演(SMI)技術(shù)

2.1. 研究現(xiàn)狀

地震波形指示模擬反演(SMI)是基于傳統(tǒng)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演發(fā)展起來的一種高精度反演方法，其應(yīng)用主要是針對(duì)薄儲(chǔ)層，且在篩選樣本時(shí)對(duì)井位分布的均勻性沒有嚴(yán)格要求，因而適用范圍廣泛，近些年來已經(jīng)有盛述超、高君等諸多油氣工作者對(duì)該方法的原理和優(yōu)勢(shì)做了詳細(xì)闡述[7] [8]。傳統(tǒng)方法的樣本篩選考慮的是空間變異程度，高頻成分來自隨機(jī)模擬，橫向分辨率低，而地震波形指示模擬反演方法則是利用地震波形的橫向變化來反應(yīng)儲(chǔ)層空間的相變特征，優(yōu)選相似性高、空間距離近的井作為統(tǒng)計(jì)樣本，通過井震結(jié)合的方法分析儲(chǔ)層垂向巖性組合高頻結(jié)構(gòu)特征和井間儲(chǔ)層分布特征，能夠更好反映沉積相對(duì)儲(chǔ)層分布的控制作用，同時(shí)有較高的反演縱、橫向精度。

當(dāng)前地震波形指示模擬反演(SMI)技術(shù)在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。通過該技術(shù)，顧雯等對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地薄層砂巖氣藏進(jìn)行了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，精細(xì)刻畫了砂體分布范圍[9]；杜偉維等使用該方法明確了塔河油田卡拉沙依組砂體的疊置關(guān)系與橫向展布[10]；韓長(zhǎng)城等應(yīng)用該技術(shù)預(yù)測(cè)了東營(yíng)凹陷沙四上亞段的有利灘壩相帶[11]。前人的實(shí)踐說明地震波形指示模擬反演技術(shù)對(duì)于勘探到開發(fā)階段的薄儲(chǔ)層定量預(yù)測(cè)是有較高的實(shí)際運(yùn)用價(jià)值的。

2.2. 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

地震波形指示模擬反演技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程包括以下三個(gè)步驟：① 通過波形相似性優(yōu)選樣本；② 對(duì)樣本井曲線進(jìn)行濾波處理；③ 空間估值。

1) 通過波形相似性優(yōu)選樣本

以已知井地震波形特征的相似性和空間距離兩個(gè)變量為標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)選低頻結(jié)構(gòu)相似的井作為空間估值樣本(圖1)，建立初始模型，并統(tǒng)計(jì)其縱波阻抗作為先驗(yàn)信息。優(yōu)選出的井樣本的高頻成分由于沉積微相的差異可能有所不同，但是低頻信息是有共性的，分布密集的地震波形可以精確表征空間結(jié)構(gòu)的低頻變化，同時(shí)約束高頻取值范圍，提高反演精度。

Figure 1. The waveform indicates a schematic view of the preferred sample圖1. 波形指示優(yōu)選樣本

2) 對(duì)樣本井曲線進(jìn)行濾波處理

將初始模型與地震頻帶阻抗進(jìn)行匹配濾波，計(jì)算得到似然函數(shù)。由于地震波形在高頻信息上的差異性會(huì)對(duì)曲線相似性的判斷造成影響，所以我們需要對(duì)樣本進(jìn)行分解和濾波處理，逐步降低頻率濾除差異較大的高頻成分，提升波形相似性，保留確定性頻帶成分。在波形相似的前提下，儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)的確定性可以通過低頻信息和高頻信息的重合度來進(jìn)行判斷，越是與低頻信息靠近確定性越強(qiáng)，越是與高頻信息靠近，隨機(jī)性越強(qiáng)。且共性頻帶范圍是大幅度超出超出地震有效頻帶的，因此地震有效頻帶之外也有較大確定性(圖2)。

3) 空間估值

在貝葉斯框架下，聯(lián)合似然函數(shù)分布和先驗(yàn)分布得到后驗(yàn)概率分布函數(shù)，使用迭代模型擾動(dòng)量的方法逼近樣本數(shù)據(jù)，使后驗(yàn)概率分布函數(shù)最大時(shí)的解作為有效的隨機(jī)實(shí)現(xiàn)，取多次有效實(shí)現(xiàn)的均值作為期望值輸出。

式中：Z(X0)為未知點(diǎn)的值，Z(Xi)為波形優(yōu)選的樣本點(diǎn)的值，λi為第i個(gè)樣本點(diǎn)對(duì)未知點(diǎn)的權(quán)重，n為優(yōu)選樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

地震波形指示模擬反演(SMI)方法能夠有效運(yùn)于在油氣藏開發(fā)階段對(duì)薄儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)和刻畫中，獲取確定的高頻信息并拓寬地震的頻帶，提高反演分辨率。其具有以下特點(diǎn)：① 橫向上與地震趨勢(shì)相符合，垂向上與井的信息相符合，分辨率高；② 對(duì)井的分布要求較低，不受井點(diǎn)分布影響，在井無較多井信息可用的開發(fā)階段能發(fā)揮很大作用；③ 剖面吻合性好，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)井間砂體。作為一種專門面向開發(fā)地震的反演方法，它能夠有效提高反演結(jié)果的確定性，為地質(zhì)人員進(jìn)行薄層反演提供了新的思路和方法。

3. 儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征

建南地區(qū)長(zhǎng)興組儲(chǔ)判別主要依據(jù)電阻率曲線，從圖3可以看出儲(chǔ)層具有低電阻、低GR、中高聲波的特點(diǎn)。由于該區(qū)測(cè)井資料年代跨度長(zhǎng)，需要對(duì)不同年代的資料進(jìn)行歸一化處理，同時(shí)為了保證井間一致性還需要對(duì)歸一化后的曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理(如圖4、圖5)。從圖從可以看出經(jīng)過歸一化以后曲線的形態(tài)不改變，只是范圍有所改變，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化后曲線的形態(tài)有所改變，但是對(duì)儲(chǔ)層的敏感性沒有改變，儲(chǔ)層在標(biāo)準(zhǔn)化后的曲線上也是表現(xiàn)為低電阻特征。有了以上測(cè)井響應(yīng)特征后，本次反演的主要思路如下：首先利用對(duì)儲(chǔ)層敏感的參數(shù)反演出低電阻率發(fā)育區(qū)，在低電阻率發(fā)育區(qū)優(yōu)選出低GR的區(qū)域排除泥質(zhì)的干擾，最后再選擇低阻抗區(qū)即為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。

Figure 4. Normalized histogram of resistivity curves圖4. 電阻率曲線標(biāo)準(zhǔn)化直方圖

Figure 5. Normalized comparison plot of resistivity curve圖5. 電阻率曲線標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)比圖

4. 儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征

長(zhǎng)興組生屑灘由于厚度薄、巖性組合復(fù)雜、在地震剖面上僅僅有一套反射同相軸為各種巖性組合的綜合響應(yīng)(如圖6)，單純利用地震屬性難以預(yù)測(cè)。如圖7建45井合成記錄，長(zhǎng)興組儲(chǔ)層主要位于相位(1)與相位(3)之間，相位(1)為飛一底部泥巖與下覆地層高阻灰?guī)r形成的一套強(qiáng)反射界面。相位(2)是多種巖性組合產(chǎn)生的綜合響應(yīng)。相位(3)為長(zhǎng)興組的底部高阻抗的灰?guī)r與吳家坪組的上部低波阻抗的硅質(zhì)頁巖形成一個(gè)強(qiáng)的反射界面。因此，針對(duì)不同類型的儲(chǔ)層，采取不一樣的預(yù)測(cè)方法，其中生屑灘儲(chǔ)層主要利用波形指示反演技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

Figure 6. Seismic profile characteristics of the Changxing formation圖6. 長(zhǎng)興組地震剖面特征

Figure 7. Synthetic records of the Jian 45 well圖7. 建45井合成記錄

5. 儲(chǔ)層巖石物理分析

在對(duì)測(cè)井曲線處理基礎(chǔ)上利用阻抗–電阻率對(duì)數(shù)交會(huì)開展敏感參數(shù)分析，長(zhǎng)興組氣層電阻率值對(duì)數(shù)低于3，即電阻率小于1000，阻抗值14,000～18,000；通過交會(huì)圖分析(圖8)可以看出該區(qū)阻抗對(duì)儲(chǔ)層區(qū)分度弱、電阻區(qū)分能力強(qiáng)。因此，選取電阻率曲線作為敏感參數(shù)曲線進(jìn)行反演。同時(shí)利用阻抗曲線進(jìn)行輔助分析。

Figure 8. Intersection of resistance and impedance of chip-generating beach reservoirs of the Changxing formation in Jiannan area圖8. 建南地區(qū)長(zhǎng)興組生屑灘儲(chǔ)層電阻–阻抗交會(huì)圖

6. 識(shí)別成果

圖9為測(cè)井約束反演與SMI波形指示反演對(duì)比，可以看出波形指示反演縱向上分辨率明顯提高，原始的波阻抗反演不能很好的區(qū)分儲(chǔ)層，通過波形指示反演，選擇對(duì)儲(chǔ)層敏感的參數(shù)電阻率進(jìn)行反演，圖10電阻率對(duì)數(shù)剖面，紅黃色區(qū)為電阻率小于1000的區(qū)域即對(duì)應(yīng)的低電阻發(fā)育區(qū)，剖面上每個(gè)井左邊為電阻率曲線，右邊為阻抗曲線，可以看出建38–建35–建43下部一套儲(chǔ)層的橫向連通關(guān)系非常清楚，這樣有助于小層的平面追蹤，反演結(jié)果與參與井吻合且分辨率大幅提高。

從圖11波阻抗連井剖面可以看出建35–建45對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層段也表現(xiàn)為低阻抗特點(diǎn)，這樣低阻抗、低電阻的區(qū)域即為儲(chǔ)層發(fā)育有利區(qū)。利用這樣的特點(diǎn)對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行平面范圍進(jìn)行追蹤。圖12和圖13分別為電阻率和波阻抗反演的平面圖，其中虛線范圍表現(xiàn)為低阻抗、低電阻的特點(diǎn)為儲(chǔ)層發(fā)育有利區(qū)。圖14為過該有利區(qū)的一個(gè)剖面，可以清楚的看出其表現(xiàn)為低電阻特點(diǎn)。

Figure 9. Seismic waveform indication inversion and wave impedance inversion comparison chart圖9. 地震波形指示反演與波阻抗反演對(duì)比圖

Figure 10. Contrasting diagram of logarithmic resistivity inversion indicated by seismic waveforms of the Changxing formation in southern Jiannan area圖10. 建南南長(zhǎng)興組地震波形指示反演電阻率對(duì)數(shù)連井對(duì)比圖

Figure 11. Contrasting diagram of seismic waveform indicating inversion wave impedance of the Changxing formation in southern Jiannan area圖11. 建南南長(zhǎng)興地震波形指示反演波阻抗連井對(duì)比圖

Figure 12. Floor plan of resistivity inversion of the Changxing formation in southern Jiannan area圖12. 建南南長(zhǎng)興電阻率反演平面圖

Figure 13. Floor plan of wave impedance inversion of the Changxing formation in southern Jiannan area圖13. 建南南長(zhǎng)興組波阻抗反演平面圖

Figure 14. Favorable target resistivity inversion profile of the Changxing formation in southern Jiannan area圖14. 建南南長(zhǎng)興組生屑灘有利目標(biāo)電阻率反演剖面

7. 厚度預(yù)測(cè)

利用波形指示反演可以直接反演出小層的頂?shù)捉缑?，所以利用人工識(shí)別的辦法追蹤小層的頂、底界面，再利用已知井計(jì)算小層的平均速度來求區(qū)儲(chǔ)層的厚度，同時(shí)結(jié)合鉆井資料來校正厚度圖(圖15)。

Figure 15. Reservoir thickness prediction map of the Changxing formation in southern Jiannan area圖15. 建南南長(zhǎng)興儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)圖

通過以上方法對(duì)建南三維區(qū)長(zhǎng)興組生物灘進(jìn)行了識(shí)別，(圖16)探明儲(chǔ)量范圍之外共識(shí)別生屑灘圈閉群2個(gè)，總面積147.48 km2。其中南部生屑灘7個(gè)，圈閉面積21.24 km2，預(yù)計(jì)圈閉資源量27.3 × 108m3；北部生屑灘4個(gè)，圈閉面積126.24 km2，預(yù)計(jì)圈閉資源量124 × 108m3，其中最大的北1號(hào)已鉆探。南部未鉆探目標(biāo)主要為南5號(hào)圈閉，面積7.39 km2。

Figure 16. Biological reef and chipid beach trap map of the Changxing formation in the three-dimensional area of Jiannan area圖16. 建南三維區(qū)長(zhǎng)興組生物礁、灘圈閉圖

8. 結(jié)論

1) 依據(jù)歸一化和標(biāo)準(zhǔn)化處理后的電阻率曲線，可以判斷長(zhǎng)興組生屑灘儲(chǔ)層具有具有低電阻、低GR、中高聲波的特點(diǎn)。

2) 長(zhǎng)興組生屑灘由于厚度薄、巖性組合復(fù)雜、在地震剖面上僅僅有一套反射同相軸為各種巖性組合的綜合響應(yīng)，單純利用地震屬性難以預(yù)測(cè)。

3) 利用阻抗–電阻率對(duì)數(shù)交會(huì)開展敏感參數(shù)分析，可以判斷該區(qū)阻抗對(duì)生屑灘儲(chǔ)層區(qū)分度弱、電阻區(qū)分能力強(qiáng)，可以電阻率曲線作為敏感參數(shù)曲線進(jìn)行反演。

4) 與測(cè)井約束反演相比，波形指示反演縱向上分辨率明顯提高。低阻抗、低電阻的區(qū)域即為長(zhǎng)興組生屑灘儲(chǔ)層發(fā)育有利區(qū)。

5) 利用反演結(jié)果，結(jié)合人工識(shí)別的辦法和鉆井資料，識(shí)別出建南三維區(qū)探明儲(chǔ)量范圍之外生屑灘圈閉群2個(gè)，總面積147.48 km2。其中南部生屑灘7個(gè)，圈閉面積21.24 km2，預(yù)計(jì)圈閉資源量27.3 × 108m3；北部生屑灘4個(gè)，圈閉面積126.24 km2，預(yù)計(jì)圈閉資源量124 × 108m3，其中最大的北1號(hào)已鉆探。南部未鉆探目標(biāo)主要為南5號(hào)圈閉，面積7.39 km2。