地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演在四川盆地L地區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

韓 翀,臧殿光,李建華

(1.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院,成都 610059;2.中國(guó)石油東方地球物理公司,涿州 072751)

0 前言

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法在現(xiàn)今的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中應(yīng)用廣泛,它由Haas[1]于1994年提出,Dubrule[2]和Rothman[3]加以發(fā)展。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演技術(shù)是將隨機(jī)模擬的思想引到地震反演中,以地震數(shù)據(jù)做約束,用隨機(jī)模擬算法得出其它屬性數(shù)據(jù)體,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)(如圖1所示)。該方法兼顧了地震數(shù)據(jù)的橫向分辨率與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的縱向分辨率,以地層確定性反演導(dǎo)出的聲阻抗作為輸入,并建立阻抗與儲(chǔ)層參數(shù)間的線性關(guān)系,進(jìn)而模擬出高分辨率的儲(chǔ)層敏感參數(shù)的數(shù)據(jù)體。通過地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)隨機(jī)模擬建立的儲(chǔ)層模型,更為精確而且能夠考慮儲(chǔ)層空間的不確定性,以及儲(chǔ)層參數(shù)在空間上的變異性。它較之常規(guī)反演方法優(yōu)勢(shì)明顯,目前已在國(guó)內(nèi)、外許多復(fù)雜油氣藏開發(fā)中應(yīng)用,并起到了積極的作用。

圖1 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演示意圖Fig.1 Schematic diragram of geostatistical inversion

1 原理及流程

在地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演中,我們常用的隨機(jī)模擬技術(shù)主要包括以下幾種預(yù)測(cè)技術(shù):

(1)序貫高斯模擬。

(2)序貫高斯協(xié)模擬。

(3)序貫高斯配置協(xié)模擬。

(4)序貫高斯指示模擬[4]。

每種模擬方法都有自己的特點(diǎn)及實(shí)用性。在具體應(yīng)用時(shí),要根據(jù)不同變量特征,來選擇合適的模擬方法以取得最優(yōu)的模擬效果。隨機(jī)模擬將產(chǎn)生多個(gè)符合已知條件的等概率體,在進(jìn)行優(yōu)選時(shí),最直觀有效的方法是,充分了解研究區(qū)的地質(zhì)背景,通過對(duì)模擬數(shù)據(jù)體的剖面、平面對(duì)比,優(yōu)選符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)的多個(gè)概率體,對(duì)其取平均、或加權(quán)平均作為最終的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演結(jié)果。

應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法,進(jìn)行有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。從總體上有以下幾個(gè)部份(見圖2)。

1.1 地震資料分析

用于反演的地震資料,要求是保幅保頻的高保真資料,這樣才能確保所得到得波阻抗準(zhǔn)確反映地下底層的信息。此外,地震資料還應(yīng)盡量是高信噪比、高分辨率、偏移成像準(zhǔn)確,這些都將直接影響到反演的分辨率和正確性?？傊?地震資料的品質(zhì)對(duì)反演的最終結(jié)果有著重要的影響[6]。

1.2 測(cè)井資料分析

在反演前,必須對(duì)工區(qū)內(nèi)參加反演的測(cè)井曲線進(jìn)行環(huán)境校正和深度校正,在考慮到巖石類型、研究區(qū)域的壓實(shí)模式、井眼不規(guī)則情況,以及曲線類型等各因素的前提下,對(duì)全區(qū)測(cè)井曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。其目的是通過這些處理,有效地排除非地質(zhì)因素的影響,識(shí)別和消除測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)中的系統(tǒng)誤差,以保證計(jì)算儲(chǔ)層參數(shù)的可靠性和準(zhǔn)確性[7]。

1.3 稀疏脈沖約束反演

約束稀疏脈沖反演是地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的基礎(chǔ),是在基于脈沖反褶積基礎(chǔ)上的遞推反演方法。該方法假定地下的強(qiáng)反射系數(shù)界面稀疏分布,根據(jù)稀疏的原則從地震道中抽取反射系數(shù),與子波褶積生成合成地震道,并利用合成地震道與原始地震道的殘差,修改反射系數(shù),得到新的反射系數(shù)序列,再作合成記錄。如此迭代,直至得到一個(gè)能最佳逼近地震道的反射系數(shù)序列。當(dāng)?shù)玫椒瓷湎禂?shù)后,就可以求得相對(duì)波阻抗[8]。稀疏脈沖約束反演增加了地質(zhì)模型和井約束控制波阻抗的趨勢(shì)和范圍,由于地震數(shù)據(jù)是帶限的,因此得到的數(shù)據(jù)缺少低頻信息,必須通過建立地質(zhì)模型進(jìn)行低頻補(bǔ)償,才能獲得一個(gè)全頻帶的絕對(duì)波阻抗。由于該反演是一種基于地震道的反演方法,因此反演結(jié)果更能反映地震數(shù)據(jù)本身的空間變化,更多地保留了地震數(shù)據(jù)的原始特征,但是其垂向分辨率有限[9]。

圖2 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演流程圖Fig.2 Flow chart of geostatistical inversion

1.4 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演從實(shí)現(xiàn)步驟上可分為變差函數(shù)分析及隨機(jī)模擬二個(gè)環(huán)節(jié)。

變差函數(shù)是地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法中最常用的衡量?jī)?chǔ)層空間關(guān)系的手段,是地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)中描述區(qū)域化變量空間結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性的基本工具。它綜合了各種不同來源的數(shù)據(jù),研究待模擬曲線變差函數(shù)的計(jì)算及理論擬合,分析結(jié)果直接關(guān)系到建立儲(chǔ)層模型的可靠性。

變差函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式[10]為:

式中 h為滯后距;Z為觀測(cè)值;r為變差函數(shù)值;N(h)表示距離為h的個(gè)數(shù)。

圖3中,α為r(h)達(dá)到平穩(wěn)值時(shí)的滯后距值,稱為變程,它表示空間上的最大相關(guān)距離;C0為跳遷值即塊金常數(shù),它代表區(qū)域化變量隨機(jī)性變化;C為拱高,代表區(qū)域化變量結(jié)構(gòu)性變化的部分;C0+C為基臺(tái)值,反映區(qū)域化變量在數(shù)值大小上的最大變化幅度。當(dāng)基臺(tái)值一定時(shí),C0越大,C越小,這說明區(qū)域化變量的空間分布隨機(jī)性越強(qiáng),結(jié)構(gòu)性越差;反之C0越小,C越大,這說明區(qū)域化變量的空間分布結(jié)構(gòu)性越強(qiáng),隨機(jī)性越弱。變程α代表了區(qū)域化變量存在空間相關(guān)性的平均尺度,α越小,反映區(qū)域化變量空間分布的相關(guān)性尺度越小,變化速度越快,隨機(jī)性越強(qiáng),相關(guān)性越弱;反之亦然。

常用的分析方法是在地質(zhì)模型定義的模擬單元內(nèi),分別對(duì)各套地層使用的測(cè)井阻抗數(shù)據(jù)或巖性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和轉(zhuǎn)換,使數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布特征,并確定在空間上某一特定出現(xiàn)不同值的可能性。然后進(jìn)行最優(yōu)的變異函數(shù)擬合,得到變程、基臺(tái)值和塊金常數(shù)等表征地質(zhì)量在空間上的影響范圍,分布連續(xù)性以及各向異性等特征的重要參數(shù)。

1.5 綜合預(yù)測(cè)

在目的區(qū)塊的地質(zhì)背景下,在對(duì)沉積相認(rèn)知的基礎(chǔ)上,對(duì)反演所得的各種表征儲(chǔ)層巖性、物性、含油氣性的數(shù)據(jù)體進(jìn)行分析,借助點(diǎn)、線、面、體結(jié)合的方式進(jìn)行綜合分析,并進(jìn)行有利區(qū)疊合預(yù)測(cè),最終為開發(fā)井的部署提供依據(jù)。

2 應(yīng)用實(shí)例

L地區(qū)位于四川省岳池縣、武勝縣境內(nèi),屬四川盆地川中古隆平緩構(gòu)造區(qū)。北鄰白廟場(chǎng)構(gòu)造,南鄰街子壩和仁和寨構(gòu)造,西與磨溪構(gòu)造相連,東與文昌寨構(gòu)造鞍部相接,高點(diǎn)呈串珠狀排列,總體輪廓為一近北東東向展布的平緩寬大的背斜構(gòu)造(見下頁(yè)圖4)。工區(qū)內(nèi)主要目的層為須二段、須四段,是濱湖淺灘與扇三角洲沉積,以中粒長(zhǎng)石石英砂巖沉積為主。砂巖儲(chǔ)層發(fā)育且埋藏相對(duì)較淺,但有效儲(chǔ)層分布復(fù)雜,這反映出低孔、低滲、孔滲相關(guān)性差,高含水飽和度極強(qiáng)的非均質(zhì)性特點(diǎn)。

分析四川L地區(qū)的地震資料品質(zhì),沒有發(fā)現(xiàn)截頻和切軸現(xiàn)象,較好地保存了地震頻率和振幅信息,適應(yīng)反演的需要。我們將地震數(shù)據(jù)采樣率從4 ms采樣內(nèi)插到1 ms采樣,加密地震數(shù)據(jù)采樣率雖然沒有給地震數(shù)據(jù)增加任何新的信息,卻使測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)能夠較好地保留薄層信息,給地震反演提供了一個(gè)高分辨率的約束條件。

圖3 變差函數(shù)參數(shù)示意圖Fig.3 Schematic diagram of variation function parameters

接下來,對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行校正及標(biāo)準(zhǔn)化處理,使其能在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下真實(shí)的反映儲(chǔ)層特征。然后,提取井旁地震道的子波,將其與聲波測(cè)井資料進(jìn)行褶積,使合成記錄與地震剖面獲得良好的一致性,其最終目的是使地震、地質(zhì)、測(cè)井資料能夠最好地匹配。最后,使用約束稀疏法反演出阻抗體(如圖5所示)。

在對(duì)四川L地區(qū)須家河組儲(chǔ)層的變差函數(shù)分析之后,作者在本文采用了序貫高斯配置協(xié)模擬算法[11],進(jìn)行儲(chǔ)層參數(shù)隨機(jī)模擬(見下頁(yè)圖6)。這種方法主要用于連續(xù)變化的隨機(jī)模型,它要求被模擬的數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布。由于大多數(shù)的采樣數(shù)據(jù)是非對(duì)稱的高斯分布,所以在實(shí)際處理之前需先將數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)變換,模擬完成后再做反變換。

通過對(duì)須四段和須二段儲(chǔ)層巖性和物性的綜合分析發(fā)現(xiàn),須四段砂體比須二段粒度粗,成熟度高,膠結(jié)更為疏松,其孔隙度、滲透率,以及儲(chǔ)層厚度均好于須二段。根據(jù)巖心取樣可得,須四段儲(chǔ)層孔隙度為5%～11.5%,平均孔隙度為8.4%,須二段儲(chǔ)層孔隙度分布區(qū)間為0.6%～9.4%,平均孔隙度為6.3%,二個(gè)儲(chǔ)層段孔隙度差異較大。為了保證預(yù)測(cè)的精度,我們對(duì)須四段和須二段分別應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法進(jìn)行孔隙度預(yù)測(cè)。

圖4 四川盆地L地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.4 Geological structural map of Larea in Sichuan basin

圖5 約束稀疏脈沖波阻抗反演圖Fig.5 Results of constrained sparse spike inversion of wave impedance

圖6 四川盆地L地區(qū)須家河組孔隙度變差函數(shù)擬合圖Fig.6 Fitting diagram of variation function of Xujiahe for mation ofL area in Sichuan basin

圖7 須二段孔隙度預(yù)測(cè)剖面Fig.7 Prediction section of porosity of T3x2 formation

以須二段孔隙度預(yù)測(cè)結(jié)果為例(見圖7),反演結(jié)果顯示L-A井在須二段儲(chǔ)層發(fā)育較好。在實(shí)際開發(fā)中,該井獲得的工業(yè)氣流,日產(chǎn)氣五萬(wàn)方;L-B井在須二段發(fā)育上、下二套砂體儲(chǔ)層,實(shí)際開發(fā)中該井在加沙后,在須二上、下亞段均產(chǎn)生工業(yè)無阻氣流,日產(chǎn)氣九萬(wàn)方。這說明預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際吻合較好,利用該預(yù)測(cè)結(jié)果作為有利儲(chǔ)層的確定依據(jù)是可行的。

作者通過直方圖和交匯圖對(duì)比研究認(rèn)為,伽瑪曲線對(duì)于巖性比較敏感,能有效地區(qū)分砂泥巖,而用孔隙度能夠很好地反映有效儲(chǔ)層。圖8(見下頁(yè))就是用伽瑪值小于90和孔隙度大于5%作為綜合約束條件,刻畫的有利儲(chǔ)層分布。

3 結(jié)論

通過地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演在四川盆地L地區(qū)氣藏開發(fā)實(shí)踐的應(yīng)用,可以得到以下結(jié)論。

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演利用地質(zhì)、測(cè)井和地震等方面的資料,進(jìn)行綜合儲(chǔ)層預(yù)測(cè),能夠比較充分地考慮儲(chǔ)層參數(shù)在空間上的變化。它將地震橫向分辨率和測(cè)井縱向分辨率有機(jī)結(jié)合,產(chǎn)生高分辨率的模擬結(jié)果,適合砂泥巖薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。在地震資料品質(zhì)好、測(cè)井資料豐富的條件下,基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的薄層預(yù)測(cè)具有較高的可信度,可以指導(dǎo)井位部署和滾動(dòng)擴(kuò)邊。

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圖8 須二上下亞段孔隙度平面圖Fig.8 Porositymap of T3x2_1 and T3x2_2

圖9 有利儲(chǔ)層分布剖面和立體展布Fig.9 Sectional and volume distribution of beneficial reservoir

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