渤南洼陷沙三段濁積巖儲層預(yù)測技術(shù)

王慶華

（中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營 257015）

渤南洼陷沙三段濁積巖探明石油地質(zhì)儲量為1.4×108t，“十一五”期間沙三段濁積巖累積上報探明石油地質(zhì)儲量為2694.38×104t，表明渤南洼陷沙三段濁積巖勘探潛力巨大，該類型油藏仍是“十二五”儲量上報的重要類型。渤南油田是近源、零散、以沙三段濁積巖儲層為主力儲集體的構(gòu)造-巖性油藏。研究區(qū)沙三段濁積巖主要集中在中、上亞段。由于濁積巖沉積規(guī)律復(fù)雜，所以勘探難度較大。“十一五”期間渤南洼陷水道型濁積巖勘探取得突破性進展，部署了義173和義944等井為代表的一批探井，并對多口老井進行試油，均獲得成功，累積上報預(yù)測儲量為7130.57×104t，控制儲量為3879.2×104t，探明儲量為2606.69×104t，從洼陷邊緣到中心都有油氣藏分布[1-3]。渤南深洼帶完鉆的義361井測試獲工業(yè)油流，說明水道型濁積巖單個砂體能夠獨立成藏，具有各自獨立的油水關(guān)系。在勘探開發(fā)中后期，濁積巖儲層的橫向預(yù)測日益重要，是勘探成敗的關(guān)鍵因素。筆者在分析渤南洼陷濁積巖地球物理響應(yīng)特征的基礎(chǔ)上，對其地球物理預(yù)測技術(shù)進行研究，以期為該類油藏的勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1 地球物理響應(yīng)特征

巖性和電性特征 渤南洼陷濁積巖主要為粉砂巖、細砂巖和含礫砂巖。砂巖儲層具有低自然電位、低自然伽馬、低電阻率的特征。聲波速度與巖性對應(yīng)關(guān)系較差，泥巖層段聲波速度起伏變化劇烈，聲波曲線已經(jīng)不能很好地反映砂泥巖特征；聲波速度存在差異，部分砂巖速度偏低。自然伽馬曲線卻與砂泥巖存在較好的對應(yīng)關(guān)系。

地震響應(yīng)特征 濁積巖儲層具有單層厚度小、單砂體面積小、橫向變化大、垂向上疊置的特點，地震反射特征表現(xiàn)為中、弱反射。渤南洼陷勘探程度較高，砂體相對比較發(fā)育，儲層薄，并且單井砂組劃分明確，但有邊底水，有時出現(xiàn)下油上水的情況，油水關(guān)系復(fù)雜，需要確定各砂層組和主力砂體的展布范圍及邊界。由于地震資料的分辨率較低，無法滿足儲層描述的要求。在砂體預(yù)測和描述中存在4個難點：①儲層厚度薄，地震反射信號弱；②砂層組層系多，地震同相軸連續(xù)性差，人工解釋難度大、效率低；③單層厚度薄，超出常規(guī)地震資料和傳統(tǒng)稀疏脈沖反演處理的識別精度；④砂體空間上相互疊置，地震解釋和拾取的工作量大。

2 地球物理預(yù)測技術(shù)

針對渤南洼陷濁積巖儲層的特點，從地震、鉆井、測井資料入手，總結(jié)地震反射特征，開發(fā)了基于獨立分量分析的盲源分離技術(shù)、小層自動精細解釋技術(shù)、隨機反演技術(shù)及小砂體自動拾取技術(shù)，建立了濁積巖儲層識別與描述的技術(shù)系列，完善了濁積巖體的地球物理解釋技術(shù)。

2.1 基于獨立分量分析的盲源分離技術(shù)

濁積巖砂體在地震反射上信號弱，與圍巖反射、背景噪聲混疊在一起難以識別，需要借助現(xiàn)代盲源信號處理手段將儲層目標中的弱信號提取出來。根據(jù)盲源信號理論[4-5]與地震勘探原理，將盲源分離理論與地球物理模型結(jié)合，可知地震記錄是由不同源產(chǎn)生的圍巖信號與弱信號組成的。其中圍巖信號具有一定的空間分布，即盡管其在各地震道上的時間、幅度不同，但具有相同的波形，可用統(tǒng)一的函數(shù)來表示；而弱信號分布范圍較小，空間變化明顯。按照盲源信號分析的原理，將不同的地質(zhì)目標看成不同的信號源，那么地震道的一個同相軸可能是由多個波包混疊而成。尤其是當圍巖與儲層目標反射存在頻率、相位與能量上的差異時，可以對儲層目標弱信號進行提取與分析。

渤南洼陷沙三段發(fā)育多期水道型濁積扇，這些砂體在地震剖面上表現(xiàn)為中、弱振幅反射特征，連續(xù)性較差，部分地區(qū)呈空白反射（圖1a），研究區(qū)地震數(shù)據(jù)主頻為24 Hz，頻寬為10～60 Hz，在進行儲層預(yù)測時，由于受地震資料和反射條件的限制，預(yù)測結(jié)果不可靠。應(yīng)用盲源分離技術(shù)后，原始地震剖面上能量較弱的反射經(jīng)過弱信號增強處理后，地震信號變強，處理前呈空白反射的地方，在處理后的剖面上地震波形變得更連續(xù)，分辨率提高，主頻提高到32 Hz，頻寬變?yōu)?0～80 Hz，處理的結(jié)果保持了原有的地層結(jié)構(gòu)，地層的反射特征更明顯（圖1b）。

圖1 渤南洼陷沙三段濁積巖儲層盲源分離處理效果分析

2.2 小層自動精細解釋技術(shù)

常規(guī)的砂層組解釋方法有3種：①人工解釋。由于砂層組多，地震軸連續(xù)性差，人工追蹤解釋難度大、效率低。②地層切片。由于各井砂層組厚度占地層厚度的比例變化大，存在較大誤差。③內(nèi)插。根據(jù)井標定的分層進行內(nèi)插，由于缺乏標志層的控制，造成井少地區(qū)、斷層附近和研究區(qū)邊部的誤差大。為解決這些問題，提出了利用標志層控制的支持向量機非線性趨勢面擬合方法來追蹤砂層組層位。支持向量機的基礎(chǔ)是Vapnik的統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論[6-9]。當學(xué)習(xí)樣本很多時，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與支持向量機2種方法都能得到很好的回歸效果，隨著樣本數(shù)的減少，支持向量機的推廣能力比神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)好，在小樣本的情況下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸的泛化能力很差，而支持向量機依然表現(xiàn)出很好的泛化能力。

首先對渤南洼陷各個單井小層進行分層統(tǒng)計，完成精細的合成記錄標定，并對每口井與控制層T4反射層相減得到殘差，對殘差進行非線性擬合，得到殘差層位，再與T4反射層相加，最終得到各個小層的層位。完成了渤南洼陷沙三段中亞段1，2+3，4，5，6+7和8共6個小層層位的自動精細解釋。

2.3 隨機反演技術(shù)

隨機反演技術(shù)結(jié)合了地震反射資料、地質(zhì)模型以及地質(zhì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)等多種信息，從隨機建模產(chǎn)生的一系列儲層模型中優(yōu)選出與地震數(shù)據(jù)最佳匹配的儲層模型，通過波阻抗特征將儲層特性和地震記錄相聯(lián)系來直接評估油藏特征[10]。隨機反演技術(shù)的特點是確定地質(zhì)體的空間結(jié)構(gòu)和井震結(jié)合。地質(zhì)體的空間結(jié)構(gòu)有變差函數(shù)和地質(zhì)體的方向性2個核心參數(shù)。變差函數(shù)一般用變差函數(shù)曲線來表示，通過井數(shù)據(jù)自動確定變差函數(shù)曲線，變差函數(shù)是最能反映區(qū)域內(nèi)變量的空間結(jié)構(gòu)函數(shù)，不同的變差函數(shù)得出不同地質(zhì)體的規(guī)模，對于渤南洼陷發(fā)育的濁積巖儲集體類型，采用的是高斯模型的變差函數(shù)，再結(jié)合地質(zhì)認識和地球物理屬性分析，確定地質(zhì)體方向為135°，可以滿足研究區(qū)砂體預(yù)測的要求。井震結(jié)合將隨機模擬與地震反演相結(jié)合進行迭代，利用地質(zhì)統(tǒng)計信息（變差圖）作為反演的約束條件，同時，反演的結(jié)果又用來約束隨機模擬，該流程真正模擬了儲層的均一性，產(chǎn)生了等概率模型范圍，擬合出柱狀圖和變差圖，產(chǎn)生一個最佳模擬地震數(shù)據(jù)的儲層模型，以此達到高分辨率反演的目的。

渤南洼陷沙三段濁積砂體層層疊置，并且砂泥巖互層，砂體小，由于地震資料的分辨率較低，無法滿足儲層描述的要求，而該區(qū)鉆井資料豐富，隨機反演是建立在井插值的基礎(chǔ)上進行，在鉆井資料豐富的地區(qū)，模擬結(jié)果可以直接對目的層進行巖性識別，并精細描述儲層。

圖2 過義37-28—義942井連井反演剖面

選取研究區(qū)部分井參與反演，從反演結(jié)果來看（圖2），儲層橫向上特征明顯，各套儲層在反演剖面上都有所表現(xiàn)，厚薄關(guān)系反映比較清晰。參與反演的各井在縱向上發(fā)育的多套砂體，例如義115井的2套砂體、義119井的4套砂體、義942井的4套砂體在反演剖面上均有反映；橫向上砂體的邊界清楚，分布范圍基本可以描述；其中研究區(qū)內(nèi)約90%參與反演的井的砂體對應(yīng)關(guān)系較好，未參與反演的井例如義944-1井，鉆遇的2套砂體在反演剖面上均有所表現(xiàn)，吻合率達到80%，深層儲層識別精度達到5～8 m左右，并且能客觀反映儲層縱、橫向的展布規(guī)律，砂體尖滅點清晰。對比儲層反演平面屬性與厚度分布（圖3）可見，砂體展布符合沉積規(guī)律，在義944井砂體發(fā)育，在義161井砂體不發(fā)育，砂體厚薄變化與實鉆井情況吻合。

圖3 渤南洼陷沙三段上亞段1砂組反演效果分析

2.4 小砂體自動拾取技術(shù)

傳統(tǒng)的砂體提取方法是依靠人工解釋或是一些軟件的自動追蹤，通常需要地質(zhì)人員逐個解釋砂體，并通過解釋結(jié)果編制頂?shù)讟?gòu)造圖和砂體厚度圖，常規(guī)解釋1個砂體和最終成圖需要1 d，工作效率低，同時由于存在砂體粘連和不能快速成圖等問題而難以推廣，對此開發(fā)了小砂體自動拾取技術(shù)。該技術(shù)是將數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)邊緣檢測方法引入到砂體自動追蹤中。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的4種基本運算（腐蝕、膨脹、開、閉）結(jié)果表明，對原圖像進行腐蝕后，窄通道被消除，圖像形狀變?。粚υ瓐D像進行膨脹后，圖像中的空洞被填充，圖像變胖且平滑；對圖像進行開運算可以在保持圖像基本形態(tài)不變的情況下消除窄通道；對圖像進行閉運算可以在保持圖像基本形態(tài)不變的情況下填充空洞。如果將原始圖像看成2個相互粘連的砂體，為了解決砂體的粘連問題，須消除砂體之間存在的細小通道，開運算可以滿足這種要求。因此，將開運算引入到自動追蹤算法中，對算法進行優(yōu)化。

通過小砂體自動拾取技術(shù)自動批量解釋渤南洼陷沙三段濁積砂體70多個，根據(jù)實際地質(zhì)認識對自動解釋的砂體進行了修正，從70多個砂體中選取目標地質(zhì)體，針對目標地質(zhì)體的單個砂體解釋成圖，從解釋到最終自動成圖（圖4）用時10多分鐘，大大減少了砂體追蹤解釋的工作量，提高了工作效率。

圖4 渤南洼陷沙三段中亞段1砂組單砂體自動成圖結(jié)果

3 結(jié)束語

針對渤南洼陷沙三段濁積巖縱向上多期砂體疊置，單期砂體厚度薄、面積小，在地震上形成中、弱反射軸，分辨率無法滿足儲層描述需要的問題，開發(fā)了基于獨立分量分析的盲源分離、標準層控制的支持向量機非線性趨勢面擬合的小層自動精細解釋、隨機反演及小砂體自動拾取等4種技術(shù)，建立了濁積巖體識別與描述的技術(shù)系列，完善了濁積巖的地球物理預(yù)測技術(shù)。開發(fā)的4種技術(shù)應(yīng)用在渤南洼陷沙三段濁積巖的預(yù)測中，盲源分離處理后的數(shù)據(jù)主頻提高到32 Hz，頻帶變寬，提高了該區(qū)的地震分辨率；利用小層自動解釋技術(shù)實現(xiàn)了沙三段6個砂層組的精細解釋；利用自然伽馬隨機反演技術(shù)進行儲層預(yù)測，將常規(guī)地震資料對砂體識別的精度提高到5～8 m，能很好地識別濁積砂體；小砂體自動拾取技術(shù)在該區(qū)自動追蹤濁積砂體70多個，實現(xiàn)了單個砂體的解釋和快速自動成圖，取得了較好的效果，證明該技術(shù)是對濁積巖勘探行之有效的技術(shù)。

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