基于部分疊加角道集屬性的含油薄層砂體預(yù)測

沈向存,蘭明杰,秦貞超,黃 超

(中國石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆烏魯木齊830011)

由于儲層或非儲層的巖性、物性參數(shù)(孔隙度、滲透率等)及流體、壓力等因素的影響,造成了地震波在傳播過程中速度下降和高頻成分衰減的差異性[1]。研究表明,地震波速度和高頻衰減的幅度與儲層油氣的充滿度成正比[2-3],并以旅行時(shí)間、反射振幅、頻率及相位變化等形式反映儲層及流體的地震信息,如儲層的“亮點(diǎn)”、“低頻”等特征[4-6],其中地震反射振幅隨炮檢距或入射角變化的特征,具有良好的振幅保真性和多信息性[7]。據(jù)此已形成了眾多的儲層地震信息分析技術(shù),如地震數(shù)據(jù)反演、屬性分析及正演模擬等技術(shù)[8],而疊前AVA技術(shù)是分析CRP道集中儲層地震信息較有效的手段,能夠較好地用于巖性識別和含油氣性檢測。

含油薄層砂巖的地震信息除了受儲層物性影響外,還受儲層砂體厚度、砂泥巖組合關(guān)系等因素影響,使其更為復(fù)雜。眾多學(xué)者開展了相關(guān)研究,認(rèn)為薄互層的地震反射與基于角度的子波干涉有關(guān),對于給定的頻率,因垂向波長隨入射角變化,其干涉效應(yīng)也隨入射角度變化[9],儲層的信息被包含在了反射子波的振幅和形態(tài)之中[10],且薄層的AVA/AVO效應(yīng)與簡單界面情況有著明顯的不同[11-12],并稱之為薄層砂巖的視AVA效應(yīng)[9]。

本文通過塔里木盆地塔中北坡S1井區(qū)目標(biāo)儲層基于部分疊加角道集的薄層砂巖視AVA效應(yīng)研究,初步建立了含油氣薄層砂巖的敏感地震屬性識別模式,預(yù)測了研究區(qū)含油薄層砂體的有利分布區(qū)。

1 薄層砂體AVA敏感性分析

已鉆井揭示S1井區(qū)志留系坷坪塔格組下段砂泥巖薄互層發(fā)育,埋深在5500m左右,有效單砂體儲層厚度為3.5～27.5m(表1),小于該深度33m的地震縱向極限分辨率,且非均質(zhì)性強(qiáng)。受調(diào)諧作用影響,在地震剖面上目標(biāo)砂體位于一較穩(wěn)定的波峰反射中(圖1),如何較為準(zhǔn)確地預(yù)測表1中S1井區(qū)類似S9,S903井鉆遇的含油薄層砂巖分布是該目的層勘探的關(guān)鍵。

表1 S1井區(qū)已鉆井鉆遇目標(biāo)儲層及油氣顯示情況

已鉆井儲層段按鉆遇油氣情況可分為油層、油水同層、油氣顯示層和干層(表1)；按單砂體厚度及縱向分布特征可分為薄層砂巖和砂泥巖薄互層(圖2)。表1列出的7口井油氣顯示情況及砂泥巖薄互層組合比較典型,可作為S1井區(qū)目標(biāo)儲層砂體屬性半定量化分析的樣本點(diǎn)。

根據(jù)CRP道集振幅具有保真性和多信息性的特點(diǎn),以已鉆井儲層段的縱、橫波速度,密度及計(jì)算的泊松比曲線為依據(jù),在井震精細(xì)標(biāo)定時(shí)深關(guān)系的約束下,利用Zeoppritz方程的Shuey近似式[13],選取主頻為24Hz的Ricker子波及0～40°的入射角(θ),開展目的層含油薄層砂巖AVA效應(yīng)敏感性的正演模擬研究。

1.1 薄層理論AVA效應(yīng)研究

忽略薄層調(diào)諧效應(yīng)隨入射角的變化及角道集抽取等因素的影響,直接根據(jù)公式計(jì)算每個入射角的理論地震道,并分析儲層反射振幅隨入射角變化的規(guī)律,結(jié)果見圖3a。從圖3a上可看出,樣本井點(diǎn)處的薄層砂巖及砂泥巖薄互層反射振幅變化規(guī)律依然遵循調(diào)諧原理[14-15],其振幅變化受儲層參數(shù)、調(diào)諧作用等因素控制。

1) 縱向上以相對較厚單砂體為主的薄層砂體,整體表現(xiàn)為較弱振幅反射；含油、有油氣顯示或干層薄層的反射振幅均隨著入射角變大而減小,且含油薄層反射振幅減小較慢；受儲層下伏水層影響的含油薄層反射(如S903井),當(dāng)θ>14°時(shí),振幅隨著入射角的增大而增大?？梢妰雍穸燃昂黧w等因素對薄層砂巖振幅反射特征影響明顯。

圖1 研究區(qū)過S9-S904-S901井地震測線剖面

圖2 研究區(qū)已鉆井目標(biāo)砂體厚度及縱向分布特征對比

2) 薄互層中砂巖厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于砂體縱向極限分辨率時(shí),調(diào)諧作用較弱,表現(xiàn)為相對較弱振幅(如S1井)；隨著薄互層累計(jì)砂巖厚度增加,調(diào)諧作用較強(qiáng),表現(xiàn)為較強(qiáng)振幅反射。相比薄層,砂泥巖薄互層反射振幅整體上隨著入射角的增大而逐漸減小,調(diào)諧作用明顯大于儲層厚度及含流體等因素對儲層反射特征的影響。

1.2 薄層視AVA效應(yīng)研究

首先,在已鉆井時(shí)深關(guān)系約束下建立速度模型,通過正演模擬得到疊前時(shí)間偏移道集[16]；其次,采用內(nèi)插法[17]將CRP道集轉(zhuǎn)換成AVA分析所用的角道集數(shù)據(jù)。主要考慮兩點(diǎn)：一是在合成疊前時(shí)間偏移道集時(shí),薄互層調(diào)諧作用信息包含在了不同偏移距的地震反射波中,真實(shí)地反映了調(diào)諧作用隨著偏移距的變化情況[9]；二是整個模擬過程與實(shí)際資料處理相似,有助于實(shí)際薄層砂巖視AVA效應(yīng)分析。從圖3b給出的模擬結(jié)果可以看出：

1) 調(diào)諧作用使得薄互層的視AVA變化規(guī)律發(fā)生改變。薄互層視AVA效應(yīng)在θ=14°時(shí)存在臨界現(xiàn)象,表現(xiàn)為目的層地震反射波振幅變化突然增大或減小；θ>14°時(shí),薄互層反射振幅隨著入射角增大快速衰減。與圖3a對比,薄互層的調(diào)諧效應(yīng)隨入射角變化,導(dǎo)致了當(dāng)θ>14°時(shí)薄互層反射振幅無規(guī)律地抖動,入射角的不同導(dǎo)致了調(diào)諧作用強(qiáng)弱的差異性。和理論模擬結(jié)果相同,對于薄互層反射,調(diào)諧作用明顯大于儲層厚度及含流體等因素對儲層反射特征的影響。

2) 當(dāng)θ=14°時(shí)薄層反射振幅也存在臨界現(xiàn)象,調(diào)諧影響較弱,地震反射振幅在很大程度上綜合反映了砂體厚度及含流體情況。當(dāng)14°<θ<20°時(shí)含油薄層的反射振幅異常增大,并當(dāng)20°<θ<27°時(shí)振幅緩慢地減小；有底水的含油層薄層反射在14°<θ<25°時(shí)振幅異常增大,并當(dāng)25°<θ<36°時(shí)快速衰減。已鉆井揭示情況結(jié)合正演模擬結(jié)果進(jìn)一步證實(shí),儲層厚度及含流體等因素對含油薄層砂巖振幅反射特征影響明顯。

對含不同性質(zhì)流體的薄層、薄互層砂巖儲層反射AVA正演模擬結(jié)果的分析表明,含油薄層砂體與含水薄層砂體及薄互層砂體反射振幅隨著入射角的變化規(guī)律存在較為明顯的差異(圖3b)。由此可知AVA效應(yīng)對含油薄層砂巖是敏感的,利用其隨入射角變化規(guī)律的差異性可進(jìn)行含油薄層砂體的預(yù)測。當(dāng)然,由于地震波在地下傳播過程中受多種因素影響,如果地震資料的信噪比和分辨率較低會使情況變得更為復(fù)雜。

圖3 研究區(qū)已鉆井砂巖段理論AVA效應(yīng)(a)和視AVA效應(yīng)(b)正演模擬結(jié)果

2 地震資料預(yù)處理

通過對疊前CRP道集資料分析,薄層和薄互層的視AVA效應(yīng)除了受地震采集因素影響外,地震數(shù)據(jù)處理所選用的方法、參數(shù)也是重要的影響因素。從圖4a原始資料的疊前時(shí)間偏移道集可以看出,目的層地震響應(yīng)信噪比較低,反射波同相軸扭曲不齊。若在此基礎(chǔ)上生成角道集,薄層和薄互層的視AVA效應(yīng)特征不清晰,必然影響最終預(yù)測結(jié)果。

針對實(shí)際CRP道集的質(zhì)量狀況,在保幅、保AVO特征的前提下,對原始道集數(shù)據(jù)進(jìn)行了提高信噪比、改善儲層成像精度的預(yù)處理,使儲層反射振幅隨炮檢距的變化趨勢更有規(guī)律性。在角道集數(shù)據(jù)抽取的基礎(chǔ)上,通過部分角道集疊加得到多個部分疊加角道集數(shù)據(jù)體,提高了薄層或薄互層視AVA效應(yīng)的規(guī)律性。

1) 殘余時(shí)差校正。消除剩余時(shí)差引起的AVO假象,提高成像精度,突出AVO效應(yīng)。圖4b是經(jīng)過殘余時(shí)差校正后的目的層疊前時(shí)間偏移道集,可以看出反射波成像效果有了一定改善。

2) 噪聲壓制。從圖4b也可以看出資料的信噪比仍然比較低,再對其進(jìn)行時(shí)間-偏移距域(t-x域)隨機(jī)噪聲壓制處理,結(jié)果如圖4c所示,可見信噪比有了明顯改善。由S9井井旁原始地震資料的一個疊加道(圖5中紅色地震道)與預(yù)處理后資料的同一疊加道(圖5中藍(lán)色地震道)對比亦可看出,兩者波形相似且后者分辨率有所改善。

圖4 S9井旁原始地震資料(a)、殘余時(shí)差校正后(b)和去噪處理后(c)的CRP道集

圖5 S9井井旁原始疊加道與預(yù)處理后疊加道及部分角道集疊加道對比

3) 部分角道集疊加。研究認(rèn)為對疊前角道集采用部分角度疊加的辦法能夠改善道集資料的信噪比,同時(shí)也保留了流體信息[18]。對疊前角道集進(jìn)行部分疊加時(shí),角度區(qū)間的劃分是影響AVA分析的重要因素。根據(jù)研究區(qū)實(shí)際地震資料采集觀測系統(tǒng)及目的層深度分析,CRP道集最大覆蓋次數(shù)為72次,有效偏移距范圍為150～5600m,最大入射角達(dá)36°。結(jié)合正演模擬認(rèn)識,在保持道集中近、遠(yuǎn)AVA信息的同時(shí),每一部分疊加都應(yīng)有足夠的信號以識別主要反射。最終確定角度區(qū)間為0～7°,7°～14°,14°～20°,20°～27°和27°～35°(圖6),每個部分疊加道集有15次左右的覆蓋次數(shù),各部分疊加地震道見圖5中(黑色地震道)所示。由圖5還可以看到,14°～20°的部分角道集疊加道與前、后道對比存在一個強(qiáng)振幅異常,與圖3b中S9井含油薄層砂巖視AVA效應(yīng)的正演結(jié)果基本吻合。

圖7是S9井井旁原始CRP道集提取的目的層AVA效應(yīng)(藍(lán)色線)與部分疊加角道集提取的視AVA效應(yīng)(紅色線)對比,可見經(jīng)部分角道集疊加后視AVA效應(yīng)的規(guī)律性明顯增強(qiáng)。

圖6 部分角道集疊加方案

圖7 S9井井旁地震道目的層AVA效應(yīng)與視AVA效應(yīng)對比

3 有利含油薄層砂體預(yù)測

地震屬性是一種描述和量化地震資料的特性參數(shù),是地震數(shù)據(jù)中所包含全部信息的子集[19],上述薄層及薄互層視AVA效應(yīng)敏感性分析及部分疊加角道集數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果也進(jìn)一步證實(shí)地震信息中所包含的地層或儲層物性信息是可以檢測的。Brown將地震屬性分為時(shí)間、振幅、頻率和衰減四大類[20],研究認(rèn)為振幅是最穩(wěn)健和有價(jià)值的,頻率屬性更有利于揭示地層的細(xì)節(jié),兩者結(jié)合有利于地震特征的測量[6]。

為了預(yù)測研究區(qū)內(nèi)類似S9井和S903井的有利砂體分布,在正演模擬認(rèn)識的基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)際地震資料儲層段剖面的反射特征,開展了目的層基于部分疊加角道集的峰值振幅、峰值頻率隨入射角變化規(guī)律分析[21]。分別提取已鉆井點(diǎn)處5個部分疊加角道集數(shù)據(jù)體中目的層波峰反射的最大波峰振幅(A)和最大波峰主頻(f)屬性,并在已鉆井約束下進(jìn)行兩個屬性隨入射角變化規(guī)律的統(tǒng)計(jì)分析(圖8)。

圖8 已鉆井點(diǎn)處部分疊加角道集提取的最大波峰振幅屬性(a)和最大波峰主頻屬性(b)隨入射角變化

1) 最大波峰振幅。含油薄層與薄互層地震反射振幅隨入射角的變化,受薄層厚度和所含流體的影響,存在明顯的視AVA異常(圖8a)。類似S9,S903井含油薄層砂體,在14°～20°角道集疊加數(shù)據(jù)體上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅反射,且隨著含油氣性的增加振幅變強(qiáng)；而薄互層在0～7°或7°～14°角道集疊加數(shù)據(jù)體上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅反射,往后振幅依次變小。

2) 最大波峰主頻。隨著薄層單砂體厚度的增加,最大波峰主頻(f)會先增加后減小(圖8b),含油薄層砂巖(S9井)最大波峰主頻整體較高,在0～7°,7°～14°,14°～20°部分疊加角道集上依次增強(qiáng),在20°～27°,27°～35°部分疊加角道集上依次減弱；受下伏水層影響的含油薄層砂巖(S903井)最大波峰主頻在20°～27°,27°～35°部分疊加角道集上先減小后增大。見油氣顯示的3個井點(diǎn)處薄層和薄互層隨著單砂體層數(shù)及在縱向上展布的不同,最大波峰主頻隨入射角變化的規(guī)律性不強(qiáng)。

綜上所述,基于圖8的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果,引入多參數(shù)約束降低儲層預(yù)測多解性的思路,建立起研究區(qū)類似S9井含油薄層砂巖儲層的地震識別模式,如表2所示。

以已鉆井為樣本點(diǎn),分別利用表2中所列含油薄層砂巖的3種單一判別因子判別對應(yīng)的有利薄層砂體分布,并在此基礎(chǔ)上采用取交集的方式融合3種單一判別因子進(jìn)行綜合判別,排除各種干擾因素,最終預(yù)測出目的層含油薄層砂巖有利分布區(qū)主要在研究區(qū)西北部的S9井區(qū)(圖9)。通過已鉆井標(biāo)定,與各井點(diǎn)處已鉆遇儲層情況吻合程度良好。

表2 研究區(qū)含油薄層砂巖地震識別模式

圖9 研究區(qū)目的層含油薄層砂巖有利分布區(qū)預(yù)測結(jié)果

4 結(jié)論與認(rèn)識

基于井資料開展薄層砂巖反射波隨入射角變化規(guī)律的正演模擬和敏感地震屬性分析,有效地提取出地震資料中薄層砂體含流體信息是含油薄層砂巖預(yù)測的關(guān)鍵。由于調(diào)諧作用的影響,導(dǎo)致直接提取的地震屬性多解性強(qiáng)。通過提高信噪比的地震資料預(yù)處理,以實(shí)鉆井資料為約束,在調(diào)諧背景下基于部分疊加角道集數(shù)據(jù)的目的層最大波峰振幅和最大波峰主頻屬性的AVA規(guī)律分析,有效地預(yù)測出了研究區(qū)含油薄層砂體有利分布區(qū)。同時(shí)取得了以下認(rèn)識：

1) 調(diào)諧作用是隨著入射角變化的,它可以改變薄層砂巖儲層的視AVA效應(yīng)。因此,S1井區(qū)志留系坷坪塔格組下段目的層地震反射的視AVA效應(yīng)能夠反映薄層砂體的含流體信息。

2) 在對原始CRP道集資料進(jìn)行殘余時(shí)差校正、去噪等預(yù)處理的基礎(chǔ)上,部分角道集疊加能夠增強(qiáng)薄層視AVA效應(yīng)的規(guī)律性。

3) 通過實(shí)際資料分析,基于部分疊加角道集資料提取的最大波峰振幅和最大波峰主頻屬性是預(yù)測研究區(qū)目的層含油薄層砂體的敏感屬性。

4) 多個含油薄層砂巖判別因子的分別約束和綜合判別,可以有效降低儲層預(yù)測的多解性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 葛瑞·馬沃可,塔潘·木克基,杰克·德沃金.巖石物理手冊—孔隙介質(zhì)中地震分析工具[M].合肥：中國科技大學(xué)出版社,2008:45-180

Gary M,Tapan M,Jack D.The rock physics handbook:tools for seismic analysis in porous media[M].Hefei:Press of University of Science and Technology of China,2008:45-180

[2] 張德林.油氣藏地震信息研究[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001:1-20

Zhang D L.Seismic information research of oil and gas reservoir[M].Beijing:Petroleum Industry Press,2001:1-20

[3] 李鳳君,龐雄奇,辛廣柱,等.地層物性變化對地震屬性的影響[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào),2005,29(4):7-9

Li F J,Pang X Q,Xin G Z,et al.Effects of formations physical property changes on seismic attributes[J].Journal of Daqing Petroleum Institute,2005,29(4):7-9

[4] 朱紅濤,胡小強(qiáng),陳新軍.亮點(diǎn)油氣檢測技術(shù)應(yīng)用初探[J].海洋石油,2002(3):27-32

Zhu H T,Hu X Q,Chen X J.Preliminary study on the application of bright spots oil and gas testing technique[J].Offshore Oil,2002(2):27-32

[5] Chen X H,He Z H,Zhu S X,et al.Seismic low-frequency-based calculation of reservoir fluid mobility and its applications[J].Applied Geophysics,2012,9(3):326-332

[6] 侯伯剛,楊池銀,武站國,等.地震屬性及其在儲層預(yù)測中的影響因素[J].石油地球物理勘探,2004,39(5):553-558

Hou B G,Yang C Y,Wu Z G,et al.Seismic attributes and their affected factors in reservoir prediction[J].Oil Geophysical Prospecting,2004,39(5):553-558

[7] 李錄明,羅省賢.多波多分量地震勘探原理及數(shù)據(jù)處理方法[M].成都：成都科技大學(xué)出版社,1997:25

Li L M,Luo S X.Multiwave and multicomponent seismic exploration theory and data processing[M].Chengdu:Chengdu University of Science and Technology Press,1997:25

[8] 熊翥.地層、巖性油氣藏地震勘探方法與技術(shù)[J].石油地球物理勘探,2012,47(1):1-18

Xiong Z.Seismic exploration for strati-lithologic reservoirs[J].Oil Geophysical Prospecting,2012,47(1):1-18

[9] Wapenaar K,van Wijngaarden A,van Geloven W,et al.Apparent AVA effects of fine layering[J].Geophysics,1999,64(6):1939-1948

[10] Gochioco L M.Tuning effect and interference reflections from thin beds and coal seams[J].Geophysics,1991,56(8):1288-1295

[11] 郭智奇,劉財(cái),馮晅,等.薄儲層的反射特性及其AVO屬性分析[J].石油物探,2009,48(5):253-459

Guo Z Q,Liu C,Feng X,et al.Reflection characteristics of thin reservoirs and its AVO attributes analysis[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2009,48(5):253-459

[12] 趙偉,陳小宏,李景葉.薄互層調(diào)諧效應(yīng)對AVO的影響[J].石油物探,2006,45(6):570-574

Zhao W,Chen X H,Li J Y.Analysis of impact of thin interbed tuning effect on AVO[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2006,45(6):570-574

[13] Shuey R T.A simplification of the Zoeppritz equations[J].Geophysics,1985,50(4):609-614

[14] 王曉華,王云專,黃真萍.薄層多波AV0效應(yīng)研究[J].石油地球物理勘探,1997,32(5):661-668

Wang X H,Wang Y Z,Huang Z P.Multiwave AVO effect relating to thin layers[J].Oil Geophysical Prospecting,1997,32(5):661-668

[15] 徐仲達(dá),鄔慶良.AVO技術(shù)在尋找薄氣層中的應(yīng)用[J].石油物探,1993,32(3):1-13

Xu Z D,Wu Q L.Application of AVO technology to thin gas reservoir exploration[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,1993,32(3):1-13

[16] 曹孟起,劉占族.疊前時(shí)間偏移處理技術(shù)及應(yīng)用[J].石油地球物理勘探,2006,41(3):286-289

Cao M Q,Liu Z Z.Prestack time migration precessing technique and application[J].Oil Geophysical

Prospecting,2006,41(3):286-289

[17] 石殿祥.AVO分析中求角道集新方法[J].石油地球物理勘探,1994,29(增刊1):10-19

Shi D X.The new method for angular trace in AVO analysis[J].Oil Geophysical Prospecting,1994,29(S1):10-19

[18] 張學(xué)芳,張金亮,王金鐸.AVO屬性分析技術(shù)在墾東北部勘探中的應(yīng)用[J].石油地球物理勘探,2009,44 (5):582-586

Zhang X F,Zhang J L,Wang J D.Application of AVO attribute analysis technique in exploration of Northeast area of Kenli in Shengli Oilfield of Sinopec[J].Oil Geophysical Prospecting,2009,44(5):582-586

[19] 王開燕,徐清彥,張桂芳,等.地震屬性分析技術(shù)綜述[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2013,28(2):815-823

Wang K Y,Xu Q Y,Zhang G F,et al.Summary of seismic attribute analysis[J].Progress in Geophysics,2013,28(2):0815-0823

[20] 袁野,劉洋.地震屬性優(yōu)化與預(yù)測新進(jìn)展[J].勘探地球物理進(jìn)展,2010,33(4):229-239

Yuan Y,Liu Y.New progress in seismic attribute optimizing and predicting[J].Progress in Exploration Geophysics,2010,33(4):229-239

[21] 王云專,郭雪豹,邢小林,等.薄層峰值頻率特征分析[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2013,28(5):2515-2523

Wang Y Z,Guo X B,Xing X L,et al.Analysis of peak frequency characteristics of thin bed[J].Progress in Geophysics,2013,28(5):2515-2523