三維地震解釋技術(shù)及其在儲層描述中的應(yīng)用——以松遼盆地杏樹崗油田X56 區(qū)塊為例

王彥輝，姜 巖，張秀麗，李 操，樸昌永，宋麗君，高 鵬

(1.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院黑龍江大慶163712; 2.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠，黑龍江大慶163257; 3.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠地質(zhì)大隊，黑龍江大慶163257)

杏樹崗油田為大慶長垣的主力油田之一，油田面臨的主要問題是主力砂體的空間展布、連通性復(fù)雜及井資料難以識別井間小斷層和微幅度構(gòu)造，給油田的整體開發(fā)造成很大的困擾。為解決上述問題，以杏樹崗油田X56 區(qū)塊為主要研究區(qū)，通過對三維地震資料的精細構(gòu)造解釋、儲層預(yù)測、多井約束地震反演等技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合地質(zhì)和測井資料，探索出適用于大慶長垣油田的基于三維地震資料的精細儲層描述技術(shù)方法。在此基礎(chǔ)上，利用以上研究的成熟技術(shù)對杏樹崗油田的構(gòu)造特征和儲層砂體分布規(guī)律進行了精細描述。

1 井-震聯(lián)合精細構(gòu)造解釋

在油田開發(fā)過程中，小斷層及微幅度構(gòu)造往往是剩余油富集區(qū)的主要場所，對開發(fā)方案調(diào)整、完善注采關(guān)系、提高水驅(qū)開發(fā)效果具有重要影響，因此成為油田開發(fā)階段構(gòu)造研究的重點。充分利用并挖掘井-震聯(lián)合勘探的潛力，能有效提高油田開發(fā)階段小尺度地質(zhì)體的構(gòu)造描述精度，并為儲層描述提供更準確的構(gòu)造模型［1-3］。

以往大慶油田的構(gòu)造圖基本上是以油田開發(fā)初期二維地震資料為基礎(chǔ)，結(jié)合后期單井解釋斷層編制而成，但中、小斷層的延伸長度、走向、搭接關(guān)系還存在一定偏差，不利于斷層附近潛力區(qū)的開發(fā)調(diào)整挖潛。目前，隨著三維地震在大慶長垣油田的應(yīng)用，通過井-震結(jié)合三維地震資料的精細構(gòu)造解釋，準確識別了微幅度構(gòu)造和井間小斷層，提高了斷層及構(gòu)造的解釋精度。

1.1 小斷層識別技術(shù)

對于斷距10 m 左右的較大斷層，可利用方差數(shù)據(jù)體、時間切片、三維可視化技術(shù)以及鄰道時差圖、鄰道振幅差值圖、沿層振幅圖、傾角圖、層方位角圖等輔助手段對目的層斷層進行全方位細致的斷層解釋;對于斷距5 m 左右小斷層，在地震剖面上及常規(guī)技術(shù)手段難以識別。為此開發(fā)了容量維分形技術(shù)識別小斷層的新方法，使主要目的層處斷距5 m 左右小斷層均可以識別。

1.1.1 容量維的計算方法

分形理論中，描述分形特征的主要參數(shù)是分形維。地震波形往往具有分形特征［4-5］。容量維是分形維中的一種。地震波的傳播及反射特性與地質(zhì)構(gòu)造(如小斷層)有關(guān)，因此，可以提取地震反射波的分形參數(shù)用于小斷層的預(yù)測［6-7］。如果地下存在小斷層，那么地震波振幅將發(fā)生變化，其容量維D0將增大，因此，容量維較大的地震道將可能是有小斷層的標(biāo)志。

在實際應(yīng)用中，對于給定的地震道的時間序列，采用R/S 分析(Rescale range analysis)算法計算容量維較為方便。容量維的計算過程如下:

式中:pi是地震道記錄的時間序列;τ 是步長;Pτ是τ步長下的均值;Χ(i，τ)是累計離差;R(τ)是極差;S(τ)是標(biāo)準差。

Mandelbrot 證明，R(τ)是步長τ 的隨機函數(shù)且具有標(biāo)度性質(zhì)［8］:

一般情況下，真實標(biāo)準差S=1。因此，

上式即Hurst 經(jīng)驗規(guī)律在分形意義下的推廣［8］。從時間序列計算出R(τ)/S(τ)的值，根據(jù)式(6)，在雙對數(shù)坐標(biāo)系中對點{lgτ，lg［R(τ)/S(τ)］}作線性回歸，回歸出的直線斜率即為H。

D0即為所求的容量維。

1.1.2 應(yīng)用實例

利用容量維技術(shù)在X56 區(qū)塊葡一組油層進行了小斷層識別的研究，首先從理論模型來分析容量維技術(shù)識別小斷層的可行性。

圖1 斷距為5 m 的理論地質(zhì)模型計算的容量維曲線Fig.1 Capacity-dimensional curve of faults with a throw of 5 m computed by using the theoretical geological model

針對葡一組油層的儲層實際特點，設(shè)計了斷距為5 m 的理論地質(zhì)模型，并由理論地質(zhì)模型合成了地震剖面(圖1a，b)，從地震剖面上看，小斷層位置上的地震剖面同相軸波組特征連續(xù)，在地震剖面上很難反映5 m 小斷層存在的位置(道號=14);但從由斷距為5 m 的理論地震剖面計算的容量維曲線上看(圖1c)，在斷層的位置(道號=14)的容量維的維數(shù)突然變大，以此可作為小斷層識別的標(biāo)志。

圖2 是在X56 區(qū)塊利用實際的地震剖面計算容量維的維數(shù)結(jié)果。同樣，在常規(guī)地震剖面上很難識別目的層上的小斷層的存在，而在容量維曲線上維數(shù)突然增大的位置對應(yīng)地震剖面存在的小斷層的位置。

利用該項技術(shù)結(jié)合地震同相軸波組特征，共解釋8 條小斷層。落實7 條小斷層，去掉一條巖性變化引起的小斷層，小斷層識別的符合率達到85%以上。

1.2 井-震聯(lián)合確定斷層組合特征

井-震聯(lián)合斷層解釋后，斷層組合結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化(圖3)，與僅用井孔資料相比，利用地震資料解釋后，大斷層搭接關(guān)系發(fā)生一些變化，增加7 條小斷層，細節(jié)更加突出，斷層組合結(jié)構(gòu)更加合理。井-震結(jié)合斷層解釋技術(shù)的應(yīng)用可以較好地解決斷層組合的問題。

1.3 井-震聯(lián)合精細刻畫井間微幅度構(gòu)造形態(tài)

常規(guī)采用平均速度進行時深轉(zhuǎn)換編制的構(gòu)造圖不利于突出構(gòu)造細節(jié)變化，本次利用變速成圖技術(shù)可突出局部微幅度構(gòu)造，提高了構(gòu)造圖成圖的精度。經(jīng)19口開發(fā)后驗井的檢驗，構(gòu)造圖的對井深度平均相對誤差為0.2%，能夠滿足油田開發(fā)的需求。

井震聯(lián)合精細構(gòu)造解釋后發(fā)現(xiàn)了12 個微幅度構(gòu)造，總面積為3.228 km2。微幅度圈閉內(nèi)都有高產(chǎn)井存在，這也為尋找剩余油分布提供了依據(jù)。

圖2 X56 區(qū)塊容量維技術(shù)識別小斷層Fig.2 Identification of small faults in X56 block by using the capacity-dimensional technology

如以前對杏7-丁2-斜132 井的高產(chǎn)原因不是很清楚，通過三維地震精細解釋后發(fā)現(xiàn)，該井處于局部構(gòu)造高點，閉合幅度23 m，形成了一個小的局部構(gòu)造，封閉性較好，成為開發(fā)中后期剩余油的富集區(qū)(圖4)。該井射開PⅠ2和PⅠ3等層，砂巖厚度19.8 m，有效厚度17.6 m，初期日產(chǎn)油38 t，1998年9 月中旬抽改電后日產(chǎn)油由45 t 增加到89 t，截止2005年12 月，累計采油129 934 t。

2 密井網(wǎng)開發(fā)區(qū)儲層預(yù)測技術(shù)

儲層描述的主要目標(biāo)之一就是對地下儲層精細刻畫，準確描述儲層三維的空間位置及其形態(tài)。近幾年，地震反演技術(shù)已成為地震儲層描述中的一項主要技術(shù)，它主要是用地震反射資料，反推地下的波阻抗或速度的分布。該技術(shù)能夠直觀地反映地下儲集砂體縱、橫向連續(xù)變化規(guī)律，是進行儲層描述、指導(dǎo)油田開發(fā)的有效手段，并有許多成功的實例［9-12］。

圖3 X56 區(qū)塊葡一組頂面斷層變化對比Fig.3 Comparison chart of fault changes on the top of the 1st member of Putaohua Formation in X56 block

圖4 X56 區(qū)塊過杏7-丁2-斜132 井的微幅度地震剖面Fig.4 Micro-structure seismic profile crossing Well X7-D2-X132 in X56 block

2.1 地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)隨機反演

結(jié)合杏樹崗油田X56 區(qū)塊的資料情況，對該區(qū)井約束地震反演方法進行了儲層預(yù)測可行性分析，并在此基礎(chǔ)上，針對儲層預(yù)測的多種反演方法進行對比試驗分析，優(yōu)選地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)隨機反演方法。

隨機地震反演是以測井、地震、地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，將隨機模擬的理論與地震反演相結(jié)合的反演方法，它能有效地提高地震資料的垂向分辨率，避免過分依賴初始模型，充分考慮地下地質(zhì)的隨機特性，使反演結(jié)果更加符合實際地質(zhì)情況［13-14］。

隨機反演能很好地將測井垂向上的高分辨率與地震在橫向上的連續(xù)性結(jié)合起來，反演結(jié)果與井可以達到最佳吻合，而且反演結(jié)果還突破了地震頻帶寬度的限制，可以獲得高分辨率的地層波阻抗資料以及其他巖性參數(shù)，使地震對儲層的預(yù)測精度大大提高［15］。隨機反演方法適合于密井網(wǎng)區(qū)油田開發(fā)階段，能適應(yīng)精細儲層預(yù)測及開發(fā)階段油氣研究。

2.2 隨機反演結(jié)果分析

根據(jù)井-震結(jié)合地震隨機反演結(jié)果，在X56 區(qū)塊進行了井-震結(jié)合沉積微相對比和儲層砂體預(yù)測。

圖5 為隨機反演與過井剖面沉積微相對比圖，隨機反演的砂體(圖5b)與過井剖面沉積微相的砂體(圖5a)分布有較好的對比關(guān)系，對儲層預(yù)測和砂體連井對比有較好的指導(dǎo)作用，可以進行井間砂體的預(yù)測。而且相對于波阻抗反演來說，隨機反演的分辨率提高了很多。

用50 口未參加反演的井去驗證隨機反演對井間砂體的預(yù)測精度，砂體預(yù)測平面分布與單井砂體有較好的吻合(圖6)。從X56 區(qū)塊后驗井的小層砂體鉆井統(tǒng)計厚度與隨機反演預(yù)測厚度對比可以看出，絕對誤差超過2.0 m 的井較少，預(yù)測誤差較大的基本都是砂巖厚度小于2 m 的井。PⅠ1，PⅠ2，PⅠ3，PⅠ3-3層的井點厚度與預(yù)測厚度的線性相關(guān)度較高，其相關(guān)系數(shù)分別為0.718，0.877，0.874，0.767，砂體預(yù)測總符合率分別為76.7%，81.1%，86.5%，83.8%。厚度大于4 m 的砂巖預(yù)測符合率為92.9%，厚度2～4 m 的砂巖預(yù)測符合率為76.9%。

2.3 利用地震隨機反演結(jié)果提高對河道砂體的認識

圖5 X56 區(qū)塊地震隨機反演與過井剖面沉積微相對比Fig.5 Comparison of sedimentary microfacies betwen seismic stochastic inversion profile and cross-well profile in X56 block

圖6 X56 區(qū)塊葡一組油層砂巖厚度預(yù)測Fig.6 Isopach of sandstone in the 1st member of Putaohua Formation in X56 block

圖7 X56 區(qū)塊井-震結(jié)合沉積微相修正Fig.7 Sedimentary microfacies revision through well-seismic integration in X56 block

以往儲層沉積微相主要依靠測井資料來預(yù)測河道砂體分布，然而因砂體內(nèi)部薄夾層規(guī)模較小、砂體薄厚極不穩(wěn)定等因素影響，井間可對比性差，需要通過地震準確預(yù)測井間砂體分布［16］。綜合鉆井地質(zhì)信息，利用地震反演資料能夠清晰地勾繪出砂體的展布形態(tài)和特征，最終完成井-震聯(lián)合沉積微相修正［17］。

本區(qū)在PⅠ層發(fā)育的沉積環(huán)境主要是河控三角洲相，儲集砂體空間變化比較的頻繁，所以單井難以有效控制沉積砂體的變化，無法準確預(yù)測河道及其沉積微相的空間配置關(guān)系。為提高對河道砂體類型的認識程度，本次采用隨機地震反演進行了井間河道砂體的預(yù)測，集中對河道砂體的沉積演化進行了修正，具體體現(xiàn)在河道的擺動、河道邊界、新增河道、河道組合的接觸關(guān)系等4 方面(圖7)。

3 結(jié)論

1)通過三維地震資料的精細構(gòu)造解釋，可識別目的層頂面幅度5 m 以上的微幅度構(gòu)造和斷距5 m 左右井間小斷層，提高了現(xiàn)有井網(wǎng)條件下構(gòu)造圖的解釋精度，為精細開發(fā)調(diào)整方案的編制奠定了地質(zhì)基礎(chǔ)。

2)微幅度構(gòu)造為局部油氣的聚集提供了良好的場所。研究區(qū)內(nèi)的開發(fā)井資料已證實油氣聚集與微幅度構(gòu)造密切相關(guān)。

3)利用地震反演技術(shù)提高了井網(wǎng)控制不住的井間砂體的預(yù)測精度，2 m 以上砂體預(yù)測符合率達到75%以上，落實了儲層砂體平面和空間分布形態(tài)。

4)地震隨機反演技術(shù)與精細地質(zhì)研究相結(jié)合，修正了平面沉積微相圖。通過研究形成一套適用于老油田井-震結(jié)合精細儲層描述方法，具有實際應(yīng)用價值。

［1］甘利燈，戴曉峰，張昕，等. 高含水油田地震油藏描述關(guān)鍵技術(shù)［J］.石油勘探與開發(fā)，2012，39(3):365-376.Gan Lideng，Dai Xiaofeng，Zhang Xin，et al.Key technologies for the seismic reservoir characterization of high water-cut oilfields［J］.Petroleum Exploration and Development，2012，39(3):365-376.

［2］鄧維森，林承焰.葡萄花和敖包塔油田葡Ⅰ組油層低級序斷層的地震識別［J］.石油物探，2010，49(1):79-84.Deng Weisen，Lin Chengyan.Seismic identification of low-level faults in PuⅠreservoir of Putaohua and Aobaota oilfields［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2010，49(1):79-84.

［3］張昕，甘利燈，劉文嶺，等.密井網(wǎng)條件下井震聯(lián)合低級序斷層識別方法［J］.石油地球物理勘探，2012，47(3):462-468.Zhang Xin，Gan Lideng，Liu Wenling，et al. Joint well-seismic interpretation of low-grade faults in dense well pattern block［J］.Oil Geophysical Prospecting，2012，47(3):462-468.

［4］何光明，高如曾.分形理論在裂縫預(yù)測中的嘗試［J］. 石油物探，1993，32(2):1-13.He Guangming，Gao Ruzeng.Attempt to predict the fracture with fractal theory［J］. Geophysical Prospecting for Petroleum，1993，32(2):1-13.

［5］樂友喜，王才經(jīng).計算地震道關(guān)聯(lián)維的G-P 方法研究［J］.石油地球物理勘探，1996，31(1):14-20.Le Youxi，Wang Caijing. Research on G-P method for computing the associative dimension of seismic traces［J］.Oil Geophysical Prospecting，1996，31(1):14-20.

［6］朱劍兵，紀友亮，李儲華. 利用分形維數(shù)定量表征斷裂發(fā)育程度［J］.石油學(xué)報，2005，26(5):53-56.Zhu Jianbing，Ji Youliang，Li Chuhua.Quantitative characterization of development degree of fractures in fault system by fractal dimension［J］.Acta Petrolei Sinica，2005，26(5):53-56.

［7］崔若飛，徐東. 利用分形技術(shù)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)檢測小斷層［J］.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，1999，28(3):258-261.Cui Ruofei，Xu Dong.Detection of minor faults using both fractal and artificial neural network techniques［J］. Journal of China University of Mining ＆ Technology，1999，28(3):258-261.

［8］Mandelbrot B B. Fractal Geometry of Nature［M］. New York:W H Freeman and company，1982.

［9］李傳江，葛玉輝，李林山. 大慶榆樹林油田地震資料反演技術(shù)應(yīng)用評價［J］.世界地質(zhì)，2008，27(3):291-297.Li Chuanjiang，Ge Yuhui，Li Linshan.Evaluation of seismic inversion technique in Yushulin oilfield of Daqing［J］.Global Geology，2008，27(3):291-297.

［10］趙斌，劉維永，黃江波，等.地震綜合解釋技術(shù)在渤海A 油田開發(fā)中的應(yīng)用［J］.石油地質(zhì)與工程，2010，24(5):80-83.Zhao bin，Liu Weiyong，Huang Jiangbo，et al.The application of geophysical technology in Bohai A oilfield development［J］. Petroleum Geology and Engineering，2010，24(5):80-83.

［11］安鴻偉，李正文，李仁甫，等.稀疏脈沖波阻抗反演在YX 油田開發(fā)中的應(yīng)用［J］.石油物探，2002，41(1):56-60.An Hongwei，Li Zhengwen，Li Renpu，et al.Application of sparse impulse impedance inversion in YX oil field［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2002，41(1):56-60.

［12］王香文，劉紅，滕彬彬，等.地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演技術(shù)在薄儲層預(yù)測中的應(yīng)用［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2012，33(5):730-735.Wang Xiangwen，Liu Hong，Teng Binbin，et al.Application of geostatistical inversion to thin reservoir prediction［J］.Oil ＆ Gas Geology，2012，33(5):730-735.

［13］易平，林桂康. 隨機地震反演技術(shù)及在文昌13-1 油田的應(yīng)用［J］.石油地球物理勘探，2005，40(1):87-91.Yi Ping，Lin Guikang.Seismic stochastic inversion and its application in Wenchang 13-1 oilfield［J］.Oil Geophysical Prospecting，2005，40(1):87-91.

［14］慎國強，孟憲軍，王玉梅，等. 隨機地震反演方法及其在埕北35井區(qū)的應(yīng)用［J］.石油地球物理勘探，2004，39(1):75-81.Shen Guoqiang，Meng Xianjun，Wang Yumei，et al. Random seismic inversion and its application in Chengbei No.35 well zone［J］. Oil Geophysical Prospecting，2004，39(1):75-81.

［15］王健，謝華鋒，董洪奎，等.隨機地震反演在巖性油氣藏儲層預(yù)測中的應(yīng)用［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2011，11(12):2640-2643.Wang Jian，Xie Huafeng，Dong Hongkui，et al.An application of seismic stochastic invention to lithologlic reservoir prediction［J］.Science Technology and Engineering，2011，11(12):2640-2643.

［16］李占東，趙偉，李陽，等.開發(fā)地震反演可行性研究及應(yīng)用——以大慶長垣北部油田為例［J］. 石油與天然氣地質(zhì)，2011，32(5):797-806.Li Zhandong，Zhao Wei，Li Yang，et al.Feasibility study and application of development seismic inversion—a case study from northern Changyuan oilfield of Daqing［J］.Oil ＆ Gas Geology，2011，32(5):797-806.

［17］江青春，王海，李丹，等.地震波形分類技術(shù)應(yīng)用條件及其在葡北地區(qū)沉積微相研究中的應(yīng)用［J］. 石油與天然氣地質(zhì)，2012，33(1):135-140.Jiang Qingchun，Wang Hai，Li Dan.Application conditions of seismic waveform classification technique and its use in the study of sedimentary microfacies of Pubei area［J］.Oil ＆ Gas Geology，2012，33(1):135-140.