王文濤，盧剛臣，李冰玲，劉 建，張利平

(1.中國石油東方地球物理公司研究院大港分院，天津 300280；2.中國石油大港油田分公司對外合作項(xiàng)目部，天津 300280)

1 研究區(qū)概況

大港埕海區(qū)塊構(gòu)造上位于埕北斷坡，是埕寧隆起向歧口凹陷傾伏形成的階狀斷裂斜坡。埕北斷坡帶主干斷裂宏觀上呈北東和近東西向展布，受次級斷層的切割，被分為多個局部斷鼻、斷塊圈閉，這些斷鼻、斷塊構(gòu)造有利于油氣的聚集成藏。含油儲層以古近系沙河街組沙二段為主，受南部埕寧隆起物源控制發(fā)育辮狀河三角洲前緣砂體，繼承性的古地貌是物源的主要通道，儲層分布具有臺地控砂和溝槽控砂的特點(diǎn)。縱向上，沙二段儲蓋組合較好，上部為泥質(zhì)蓋層，沙二段中、下部砂體疊置連片發(fā)育。長期活動的張東、張北、趙北等油源斷層為油氣向構(gòu)造區(qū)聚集提供了運(yùn)移通道，成藏條件優(yōu)越[1-3]。

多年的勘探與研究表明，油氣開發(fā)存在的主要問題為：①沙河街組沙二段油藏埋深約3 500 m；②砂體橫向上雖然連片發(fā)育，但砂、泥巖互層嚴(yán)重，含油單砂層薄，一般小于10 m，地震資料主頻為25 Hz，所能分辨的砂體厚度最小為40 m；③砂巖泥質(zhì)含量高，常規(guī)波阻抗難以區(qū)分砂、泥巖巖性。為解決以上問題，在巖石物理分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)選巖性敏感曲線，通過對比分析傳統(tǒng)地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演與地震波形指示反演結(jié)果，在優(yōu)選儲層預(yù)測方法的同時，刻畫有利儲層分布范圍，為區(qū)塊高效開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

2 巖性敏感曲線重構(gòu)

埕海區(qū)塊沙二段整套地層厚為100～600 m，上部以灰色泥巖為主，中下部發(fā)育淺灰色細(xì)砂巖、粉砂巖與泥質(zhì)粉砂巖，與灰色泥巖呈互層沉積(圖1)，層段內(nèi)砂泥百分比達(dá)25%～45%，孔滲物性較好，為中低孔、中低滲型儲層。其上覆地層沙一段為碳酸鹽巖臺地和辮狀河三角洲沉積，發(fā)育碳酸鹽巖和砂巖兩類儲集體。碳酸鹽巖主要分布于沙一段底部，為泥晶灰?guī)r和泥晶白云巖，向上變?yōu)橛晚搸r、灰色泥巖。

圖1 CH38井原始測井曲線

統(tǒng)計分析研究區(qū)內(nèi)所有井目的層段的測井曲線，結(jié)果表明，雖然砂巖的波阻抗值略高于泥巖的波阻抗值，但砂、泥巖的波阻抗值存在較大的疊置區(qū)，難以作為區(qū)分巖性的指示參數(shù)。自然伽馬是識別砂、泥巖較為敏感的參數(shù)，伽馬值小于82時，可判定為粉砂巖或細(xì)砂巖，伽馬值大于82時，可判定為泥巖或砂質(zhì)泥巖。

由此可知，砂、泥巖無法采用簡單的聲波阻抗反演來識別，需要將自然伽馬作為巖性敏感特征曲線參與到擬波阻抗的構(gòu)建過程中，從而提高儲層預(yù)測結(jié)果的精度?；诖?，采用頻率域合并的方法對巖性敏感曲線進(jìn)行重構(gòu)，從原始波阻抗中得到的低頻曲線，與自然伽馬得到的高頻曲線進(jìn)行頻率域合并，重構(gòu)后的波阻抗曲線在一定程度上提高了區(qū)分砂巖和泥巖的能力(圖2)，為有效預(yù)測薄砂層創(chuàng)造了條件。

圖2 波阻抗(上)、重構(gòu)波阻抗(下)與伽馬交匯

3 波形指示反演與地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演

3.1 基本原理

地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演在上世紀(jì)90年代初期由Bortoli、Dubrule等提出并發(fā)展，算法雖然能突破地震資料頻寬限制，提高反演的縱向分辨率，但存在橫向分辨率差的缺陷。Torres-Verdin 等(1999)提出了基于馬爾科夫鏈蒙特卡洛算法的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演方法并沿用至今，其核心是通過隨機(jī)模擬與反演計算，建立一個或多個既滿足數(shù)據(jù)的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)特征，又滿足地質(zhì)、測井和地震信息的三維儲層參數(shù)概率模型。數(shù)據(jù)的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)特征由數(shù)據(jù)的概率分布圖和變異函數(shù)描述[4-6]，其反演結(jié)果的好壞與地質(zhì)模型的先驗(yàn)信息豐富程度關(guān)系較大，因此，該方法通常應(yīng)用在已鉆井較多、地質(zhì)資料豐富的油田。

地震波形指示反演(SMI)是楊濤、畢建軍等(2017)在傳統(tǒng)地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高精度地震反演方法，是利用地震波形相似性優(yōu)選相關(guān)井樣本，參照樣本空間分布距離和曲線分布特征建立初始模型，代替地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)中的變差函數(shù)分析及空間變異結(jié)構(gòu)，對高頻成分進(jìn)行無偏最優(yōu)估計。該方法適用于橫向變化快的薄互層儲層的高精度預(yù)測，反演結(jié)果在空間上體現(xiàn)了地震相的約束，平面上更符合沉積規(guī)律[7-11]。

3.2 理論模型試算

3.2.1 模型建立

為了對比驗(yàn)證波形指示反演與地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演技術(shù)預(yù)測薄儲層的可靠性和適用性，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)特征與儲層參數(shù)，建立砂、泥薄互層的三維模型(橫、縱均為180道，道間距25 m)，并采用主頻為25 Hz雷克子波進(jìn)行褶積計算得到其相應(yīng)的地震資料[12-13]。該模型上覆地層速度為3 600 m/s，下覆地層為4 000 m/s，下覆地層中包含5套5 m厚的單砂層，單砂層速度為4 400 m/s，圖3是各單砂層平面分布形態(tài)。

圖3 五套單砂層平面分布形態(tài)

3.2.2 反演數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

利用正演地震數(shù)據(jù)以最大振幅完成層位的追蹤解釋，從反演中建立初始模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中，再隨機(jī)選取相對均勻分布的16口虛擬井(圖4)，并從深度域模型中提取井對應(yīng)的速度曲線作為后續(xù)約束反演的井位。

從層位追蹤結(jié)果看(圖4)，受下伏砂體影響，模型中水平的地層界面在地震剖面上不再是水平狀態(tài)，而是產(chǎn)生了微小構(gòu)造。

圖4 砂層組頂面構(gòu)造圖及虛擬井位置

3.2.3 模型反演結(jié)果

依據(jù)波形指示反演及地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演的操作流程，分別建立兩個反演工區(qū)進(jìn)行相應(yīng)地震數(shù)據(jù)、解釋層位、井位坐標(biāo)及曲線的加載。在建立井震關(guān)系的基礎(chǔ)上，形成構(gòu)造框架模型與初始模型，并以速度曲線作為巖性敏感參數(shù)進(jìn)行兩種反演方法的計算。

模型試算結(jié)果表明：①受構(gòu)造形態(tài)(框架模型)的影響，砂體縱向存在一定位移，對比抽取模型剖面與兩種反演的剖面(圖5)，在縱向上均具有較高的砂體識別能力，能較好地反映薄砂層在縱向上的變化，其中波形指示反演單砂層的橫向連續(xù)性較好。②對比模型與提取的各單砂層平面預(yù)測成果(圖6)，地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演的結(jié)果基本能反映單砂層的輪廓，但受算法影響的空間隨機(jī)性較強(qiáng)，而波形指示反演的結(jié)果能很好地預(yù)測5 m單砂層的空間形態(tài)。

圖5 模型剖面與波形指示反演剖面、地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演剖面對比

圖6 單砂層模型(左)、波形指示反演(中)、地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演(右)對比

3.3 應(yīng)用實(shí)例

為了驗(yàn)證地震波形指示反演技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果，研究中采用相同的地震資料及井?dāng)?shù)據(jù)針對埕海區(qū)塊沙二段開展了波形指示反演與地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演。兩種反演結(jié)果在井點(diǎn)與測井伽馬曲線吻合很好，井間均與地震反射特征的橫向變化特征基本一致。與地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演相比，波形指示反演結(jié)果中目的層疊置單砂體的邊界清晰，含油儲層砂巖的分辨能力強(qiáng)(圖7)，易于單砂層的追蹤解釋。

圖7 波形指示(上)與地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)(下)反演對比

CH33井處于斷鼻構(gòu)造的主體區(qū)，沙二段中部1、2號儲層為研究區(qū)的兩個主要油層，分別處于地震反射的波谷和一套中弱反射的上部，測井資料顯示①號砂層厚度為10.2 m，②號砂層厚度為23.3 m。波形指示反演結(jié)果顯示①號砂層在盲井CH301井與CH33井厚度相當(dāng)，地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演結(jié)果顯示①號砂層在盲井CH301井較CH33井厚，實(shí)鉆結(jié)果表明①號砂層橫向穩(wěn)定，砂體厚度沒有變化。波形指示反演結(jié)果顯示②號砂層在盲井CH301井分隔成兩套砂體，地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演結(jié)果顯示②號砂層在盲井CH301井變薄，實(shí)鉆結(jié)果表明②號厚砂層橫向發(fā)生變化，成為兩個砂層。這表明波形指示反演結(jié)果與實(shí)鉆情況吻合性較好，比地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演預(yù)測更準(zhǔn)確。

平面上，利用地層切片方法，按識別砂巖的門限值進(jìn)行各油組砂體的厚度預(yù)測，圖8a、圖8b是沙二中①號砂體兩種反演方法計算得到的砂體厚度預(yù)測結(jié)果。通過統(tǒng)計研究單井鉆遇砂層厚度與反演結(jié)果對比，地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演預(yù)測砂體厚度與井的符合率為85.3%，而波形指示反演預(yù)測的砂體厚度與井的符合率達(dá)到90%以上，預(yù)測結(jié)果反映了該區(qū)辮狀河沉積的地質(zhì)特征。該預(yù)測成果為埕海區(qū)塊探明儲量的落實(shí)及井位部署提供了技術(shù)支持。

圖8 沙二中①號砂體厚度預(yù)測

4 結(jié)束語

(1)采用地震資料為約束的隨機(jī)模擬方法與地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演相比，預(yù)測結(jié)果具有縱橫向精度高、反演結(jié)果隨機(jī)性小的特點(diǎn)，是復(fù)雜構(gòu)造區(qū)薄儲層預(yù)測的一種有效手段。

(2)針對埕海區(qū)塊開展的儲層預(yù)測，從理論模型與實(shí)例應(yīng)用兩個方面驗(yàn)證了波形指示反演算法的可靠性，準(zhǔn)確預(yù)測了河道砂體的空間分布。