復(fù)雜河流相儲(chǔ)層內(nèi)夾層識(shí)別方法及其應(yīng)用

陳文雄 胡治華 李 超 田 濤 張鵬志

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300452)

陳文雄，胡治華，李超，等.復(fù)雜河流相儲(chǔ)層內(nèi)夾層識(shí)別方法及其應(yīng)用［J］.中國(guó)海上油氣，2015，27(5)：37-42.

為了使地質(zhì)模型更加直觀化，通常采用多種地球物理研究手段(如濾波、地震反演、地震相位轉(zhuǎn)換等)對(duì)地震波形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到能合理反映構(gòu)造或巖性的新數(shù)據(jù)體，但該新數(shù)據(jù)體往往會(huì)丟失原始地震數(shù)據(jù)的很多有效信息，應(yīng)用于復(fù)雜儲(chǔ)層研究往往會(huì)遇到很多困難。理論和實(shí)踐都證明，作為波的動(dòng)力學(xué)特征，反射波的形態(tài)結(jié)構(gòu)含有大量的地下地質(zhì)信息，除了振幅、頻率等數(shù)值信息外，還含有許多結(jié)構(gòu)性質(zhì)的信息，如波形中峰與峰、峰與谷的相對(duì)規(guī)模和相對(duì)位置關(guān)系等，這些數(shù)值和結(jié)構(gòu)信息不同程度地反映了地下地質(zhì)現(xiàn)象，預(yù)示了某些潛在的地球物理規(guī)律［1］。

20多年來，關(guān)于地震波形特征的研究不斷出現(xiàn)。1989年，鄧林［1］提出通過地震波形結(jié)構(gòu)的樹描述來對(duì)比反射波組，實(shí)現(xiàn)地震層位的自動(dòng)追蹤；1999年，劉文嶺等［2］提出通過地震波形的偏度和尖度實(shí)現(xiàn)地震波形特征的定量描述；2005年，師永民 等［3］利用地震道波形特征識(shí)別和預(yù)測(cè)裂縫；2012年，江青春等［4］利用地震波形分類技術(shù)預(yù)測(cè)沉積微相和砂體展布。然而，真正投入油田生產(chǎn)應(yīng)用并取得顯著效果的地震波形特征方法并不多見。

實(shí)際生產(chǎn)中復(fù)雜河流相儲(chǔ)層研究的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在儲(chǔ)層內(nèi)夾層的識(shí)別，因此本文立足于油田生產(chǎn)對(duì)地震波形特征進(jìn)行分類，總結(jié)出了一套行之有效的復(fù)雜河流相儲(chǔ)層內(nèi)夾層識(shí)別方法，并在油田生產(chǎn)階段得到了較好應(yīng)用。

1 復(fù)雜河流相儲(chǔ)層內(nèi)夾層識(shí)別方法

地震波形按其對(duì)稱形態(tài)可以分為對(duì)稱、正偏態(tài)和負(fù)偏態(tài)等3種［2］，地震波具體形態(tài)的變化和波峰、波谷振幅的變化稱為地震波形特征。儲(chǔ)層內(nèi)部隔夾層的發(fā)育情況與地震波形特征具有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種對(duì)應(yīng)關(guān)系是定性的。隔夾層分為隔層和夾層2類，其中隔層一般具有穩(wěn)定地震反射，通過地震資料識(shí)別起來相對(duì)容易。復(fù)雜河流相儲(chǔ)層厚度變化較大，一般為5～40 m，地震資料頻率特別低或者特別高都無法有效識(shí)別內(nèi)部夾層，只有地震資料頻率落在合適區(qū)段才能實(shí)現(xiàn)夾層識(shí)別，并且這個(gè)合適區(qū)段的頻率隨著主力儲(chǔ)層厚度的不同而變化［5-8］。

1.1 頻率對(duì)地震波形特征的影響

給定非儲(chǔ)層(泥巖)縱波速度為2 500 m/s、密度為2.2 g/cm3，儲(chǔ)層(砂巖)縱波速度為2 250 m/s、密度為2.0 g/cm3，構(gòu)建2個(gè)典型模型：模型一是將10 m砂巖植入大套泥巖中；模型二是將10 m砂巖植入大套泥巖中，同時(shí)將3 m泥巖夾層植入該砂巖。分頻正演結(jié)果(圖1)顯示：地震子波主頻低于45 Hz時(shí)，地震波形無法識(shí)別3 m泥巖夾層。地震子波主頻位于45～70 Hz時(shí)，地震波形可以識(shí)別3 m泥巖夾層，并且地震子波主頻位于45～55 Hz時(shí)，含有3 m泥巖夾層時(shí)地震波形為復(fù)波特征，不含3 m泥巖夾層時(shí)則為對(duì)稱單一波形特征；當(dāng)?shù)卣鹱硬ㄖ黝l位于55～70 Hz時(shí)，該夾層能形成明顯反射軸；當(dāng)?shù)卣鹱硬ㄖ黝l高于70 Hz時(shí)，地震子波的低頻成分不足，子波旁瓣較大，導(dǎo)致地震波相互疊加而形成干涉，從而在儲(chǔ)層內(nèi)部形成地震反射軸，但這類反射并非地下介質(zhì)真實(shí)反射，干擾了夾層的識(shí)別。

圖1 地震反射波頻率與地震波形識(shí)別能力關(guān)系Fig.1 Relationship between seism ic wave frequency and seism ic waveform identification ability

由此可知，儲(chǔ)層厚度、夾層厚度均一定時(shí)，地震反射波頻率變化直接影響地震波形特征變化，存在低頻段、適中頻段、高頻段等3個(gè)頻段范圍。其中，低頻段，儲(chǔ)層內(nèi)部無論含夾層與否，內(nèi)部都不形成地震反射，該頻段范圍無法識(shí)別夾層；適中頻段，可以通過地震波形特征識(shí)別夾層，地震波形表現(xiàn)為波形偏移、振幅變化、地震復(fù)波或明顯地震反射軸等；高頻段，出現(xiàn)明顯地震干涉現(xiàn)象，掩蓋夾層的有效反射，使得夾層難以識(shí)別。

1.2 3種類型夾層識(shí)別方法

綜合渤海新近系河流相油田的地質(zhì)特征和地震資料的具體情況，按地震資料頻段范圍將夾層分3種類型，并給出了相應(yīng)的地震波形特征識(shí)別方法(表1)。第1類，地震資料頻率(一般參考地震資料主頻)略低于夾層識(shí)別的最佳頻段，地震波形表現(xiàn)為波形偏移、地震復(fù)波、振幅變化。第2類，地震資料頻率位于夾層識(shí)別最佳頻段，此時(shí)夾層發(fā)育區(qū)形成較清晰地震反射軸，較易識(shí)別。第3類，地震資料頻率略高于夾層識(shí)別最佳頻段，地震干涉現(xiàn)象干擾夾層的有效地震反射，此時(shí)可通過鄰井對(duì)比來判別夾層是否存在。通常，地震反射軸振幅強(qiáng)于鄰井時(shí)，認(rèn)為存在夾層所產(chǎn)生的有效地震反射貢獻(xiàn)量，夾層發(fā)育幾率大，否則不發(fā)育夾層。

表1 3種類型夾層識(shí)別方法Table 1 Identification method of three kinds of interlayers

2 在Q油田的應(yīng)用

2.1 難點(diǎn)分析

Q油田地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，目的層為典型曲流河沉積，河道擺動(dòng)頻繁，疊置模式多樣，末期河道和廢棄河道較為發(fā)育，復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境加大了利用地震資料識(shí)別地下介質(zhì)的難度。由于目的儲(chǔ)層總體厚度并不薄，一般都是多期河道疊置形成的復(fù)合體，提高地震資料分辨率僅能對(duì)特定厚度夾層進(jìn)行識(shí)別，但對(duì)厚度變化快的夾層識(shí)別起來仍舊困難。同時(shí)，地震資料缺低頻時(shí)，主頻過高使得厚層整體識(shí)別效果欠佳，常規(guī)地震手段很難有效識(shí)別這類厚儲(chǔ)層內(nèi)部的夾層［9］，厚層內(nèi)部夾層發(fā)育程度和發(fā)育規(guī)律難以確定。Q油田連井剖面顯示，厚層大多為復(fù)合結(jié)構(gòu)，夾層發(fā)育程度高而且厚度和數(shù)量變化快，儲(chǔ)層厚度最厚達(dá)35m，內(nèi)部夾層厚度從10m到2m快速變化(圖2)。

圖2 Q油田儲(chǔ)層橫向變化連井剖面Fig.2 Connected wells'profile of reservoir's lateral variations in Q oilfield

2.2 適用性分析

從井點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合實(shí)鉆資料揭示的地質(zhì)模式和儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)，模擬儲(chǔ)層內(nèi)部夾層發(fā)育模式。Q油田現(xiàn)有地震資料主頻約為55 Hz，所以地震正演使用主頻55 Hz地震子波做褶積。結(jié)果表明，夾層發(fā)育處，正演地震波形和實(shí)際地震波形都出現(xiàn)不同程度的波形偏移、振幅變化、地震復(fù)波(圖3)，因此該資料的地震波形特征能夠在一定程度上指示夾層的發(fā)育情況。

如圖4所示，第1類地震波形特征在Q油田廣泛存在。A4井油層頂部發(fā)育泥巖夾層，頂面地震反射振幅比周圍明顯弱；A8井不發(fā)育夾層，地震反射振幅與周邊相當(dāng)(圖4a)。B14井頂部發(fā)育夾層，表現(xiàn)為地震復(fù)波；A18井不發(fā)育夾層，地震反射振幅與周邊相當(dāng)(圖4b)。D20井兩油層間發(fā)育夾層，地震波谷出現(xiàn)偏移；D17井不發(fā)育夾層，波形基本對(duì)稱(圖4c)。

另外，第2類、第3類地震波形特征在Q油田也普遍存在。例如，B12井處厚儲(chǔ)層中間發(fā)育薄夾層，形成明顯地震反射軸；B8井處夾層不發(fā)育，表現(xiàn)為強(qiáng)波峰拖弱波谷特征(圖5)。F6井處夾層發(fā)育，夾層的有效地震反射對(duì)理想地震反射有一定貢獻(xiàn)量，從而加劇地震干涉效應(yīng)，形成較弱地震反射軸；13井處夾層不發(fā)育，表現(xiàn)為單純地震干涉(圖6)。

圖3 實(shí)際地質(zhì)模型地震正演模擬Fig.3 Forward modeling of seism ic for actual geologicalm odel

圖4 Q油田第1類夾層實(shí)際地震波形特征Fig.4 Seism ic waveform's characteristics for interlayer of first class in Q oilfield

圖5 Q油田第2類夾層實(shí)際地震波形特征Fig.5 Seism ic waveform's characteristics for interlayer of second class in Q oilfield

圖6 Q油田第3類夾層實(shí)際地震波形特征Fig.6 Seism ic waveform's characteristics for interlayer of third class in Q oilfield

對(duì)Q油田已鉆300多口井的精細(xì)對(duì)比研究表明，3種類型地震波形特征和夾層發(fā)育程度吻合較好。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，地震波形偏移和振幅突變處一般為夾層發(fā)育的起始點(diǎn)，穩(wěn)定地震復(fù)波對(duì)應(yīng)夾層穩(wěn)定發(fā)育區(qū)。

2.3 應(yīng)用效果

上述地震波形特征識(shí)別夾層方法有效指導(dǎo)了Q油田后續(xù)約100口井的順利實(shí)施。其中，G40H井和G9H井較為典型，地震波形出現(xiàn)明顯偏移、復(fù)波現(xiàn)象，鉆前認(rèn)為發(fā)育夾層(圖7)，因此隨鉆中果斷調(diào)整了井眼軌跡，保障了2口井的順利實(shí)施，盡可能多地爭(zhēng)取了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率。

利用3種類型夾層地震波形特征在地震波形剖面上對(duì)Q油田X砂體夾層分布進(jìn)行了定性解釋與預(yù)測(cè)(地震波形特征的變化點(diǎn)僅能代表夾層發(fā)育的起始點(diǎn)，無法精確描述)，定性預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際井夾層分布情況吻合良好(圖8)。

圖7 Q油田新井實(shí)鉆情況與地震波形吻合效果Fig.7 Effect of anastom osis between actual drilling condition of new wells and seism ic waveform in Q oilfield

圖8 Q油田X砂體夾層定性預(yù)測(cè)結(jié)果(a)與實(shí)際分布情況(b)的對(duì)比Fig.8 Interlayer qualitative forecast(a)and actual distribution law(b)of X sandbody in Q oilfield

3 結(jié)束語

將夾層按地震反射波頻率段分為3種類型，分別總結(jié)了利用地震波形特征識(shí)別夾層的方法，即第1類夾層通過地震波形偏移、地震復(fù)波、地震振幅變化識(shí)別，第2類夾層通過明顯地震反射軸識(shí)別，第3類夾層通過分析夾層的有效地震反射貢獻(xiàn)量識(shí)別；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，地震波形偏移和振幅突變處一般為夾層發(fā)育的起始點(diǎn)，穩(wěn)定地震復(fù)波對(duì)應(yīng)夾層穩(wěn)定發(fā)育區(qū)。利用地震波形特征識(shí)別復(fù)雜河流相儲(chǔ)層內(nèi)夾層的方法有效指導(dǎo)了Q油田后續(xù)井的鉆探及X砂體夾層分布的預(yù)測(cè)，均取得了較好的效果。

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