疊前同時(shí)反演在碳酸鹽巖儲(chǔ)層流體識(shí)別中的應(yīng)用
——以塔河油田6區(qū)和7區(qū)為例

劉俊州，孫贊東，劉正濤，孫永洋，董寧，夏紅敏

（1．中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083；2．中國(guó)石油大學(xué)（北京）地質(zhì)地球物理綜合研究中心，北京102249）

技術(shù)方法

疊前同時(shí)反演在碳酸鹽巖儲(chǔ)層流體識(shí)別中的應(yīng)用
——以塔河油田6區(qū)和7區(qū)為例

劉俊州1，孫贊東2，劉正濤2，孫永洋2，董寧1，夏紅敏1

（1．中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083；2．中國(guó)石油大學(xué)（北京）地質(zhì)地球物理綜合研究中心，北京102249）

塔河油田6區(qū)和7區(qū)奧陶系次生碳酸鹽巖溶蝕孔洞儲(chǔ)層極其發(fā)育。無(wú)論溶蝕孔洞儲(chǔ)層內(nèi)部包含流體與否，縱波阻抗都表現(xiàn)為低阻抗特征，所以疊后反演得到的單一縱波阻抗并不能有效識(shí)別流體。疊前同時(shí)反演能夠獲得除縱波信息外的橫波信息，縱橫波信息聯(lián)合更有利于對(duì)流體進(jìn)行區(qū)分。將疊前同時(shí)反演應(yīng)用到塔河油田6區(qū)和7區(qū)，得到縱波阻抗、橫波阻抗及縱橫波速度比（vp/vs）等彈性參數(shù)，經(jīng)過(guò)巖石物理分析，最終選取縱波阻抗和vp/vs交會(huì)可劃分出含油儲(chǔ)層和含水儲(chǔ)層，從而得到該區(qū)流體分布特征。預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際鉆井信息吻合度達(dá)到72.7%，反演可靠性較強(qiáng)。

碳酸鹽巖；溶蝕孔洞；流體識(shí)別；疊前同時(shí)反演；縱橫波速度比

0　引言

疊后反演經(jīng)歷了近30年的發(fā)展，已成為一門比較成熟的技術(shù)。然而疊后反演是在疊加資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，疊加隱藏了振幅隨偏移距變化（AVO）的重要信息，并可能會(huì)導(dǎo)致振幅解釋的許多假象。為了獲取潛在的AVO效應(yīng)，Connolly［1］提出了彈性阻抗概念。隨后，Whitcombe等［2］對(duì)彈性阻抗進(jìn)行了擴(kuò)展，并應(yīng)用于流體與巖性預(yù)測(cè)。近年來(lái)，隨著能夠獲取彈性參數(shù)的疊前同時(shí)反演商業(yè)軟件在石油勘探領(lǐng)域的迅速推廣和使用，疊前同時(shí)反演在油氣預(yù)測(cè)中的作用日益重要。在國(guó)內(nèi)，疊前同時(shí)反演被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)層和流體預(yù)測(cè)，并取得了較好的效果［3-5］。

疊后反演只能得到縱波阻抗信息，而疊前同時(shí)反演利用不同偏移距道集的地震資料，能得到縱、橫波阻抗，密度，縱橫波速度比（vp/vs）等多種彈性參數(shù)，降低了單純利用縱波阻抗信息進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的多解性［6］，并提供了更多、更敏感的儲(chǔ)層物性和流體性質(zhì)的有效信息，從而提高了反演結(jié)果的可靠性。

塔河油田奧陶系非均質(zhì)性次生碳酸鹽巖溶洞是主要儲(chǔ)集空間，而裂縫提供的儲(chǔ)集空間有限，主要起滲濾作用?？p洞中的充填物約占全部縫洞空間的30%［7］，充填部位孔隙度極低，滲透性能極差，一般不具備流體特征。前人［8-10］主要針對(duì)非均質(zhì)性儲(chǔ)層進(jìn)行研究，但隨著勘探開(kāi)發(fā)的深入，傳統(tǒng)的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)已不能滿足要求，進(jìn)一步對(duì)儲(chǔ)層流體進(jìn)行識(shí)別就顯得尤為重要。疊后反演得到的單一波阻抗剖面能識(shí)別地震剖面上較為明顯的“串珠狀”反射［11］，但不能對(duì)溶洞內(nèi)流體充填情況進(jìn)行判別。筆者從巖石物理研究出發(fā)，在疊前道集修飾性處理的基礎(chǔ)上，利用疊前同時(shí)反演對(duì)塔河油田6區(qū)和7區(qū)奧陶系碳酸鹽巖溶洞儲(chǔ)層流體進(jìn)行預(yù)測(cè)，所得結(jié)果與鉆井?dāng)?shù)據(jù)吻合度達(dá)72.7%。

1　研究區(qū)概況

塔河油田位于塔里木盆地北部沙雅隆起中段南翼阿克庫(kù)勒凸起中南端，西鄰哈拉哈塘凹陷，東鄰草湖凹陷，南接滿加爾坳陷和順托果勒隆起，北接雅克拉斷凸起，總面積約750 km2［12］［圖1（a）］。早奧陶世末的加里東中期運(yùn)動(dòng)使塔河地區(qū)形成一個(gè)向北抬升、向南傾沒(méi)的阿克庫(kù)勒鼻凸。海西早期地層整體大幅度抬升，剝蝕嚴(yán)重，可溶灰?guī)r大面積出露，巖溶作用強(qiáng)烈，大型洞穴特別發(fā)育，多套洞穴儲(chǔ)層疊置連片分布。洞穴發(fā)育縱向上分布在海西早期不整合面以下約250 m（約80 ms）的范圍內(nèi)。通過(guò)對(duì)塔河油田奧陶系600余口井鉆遇溶洞情況統(tǒng)計(jì)表明，未充填大中型洞穴頻率為44.9%，充填洞穴頻率為29.6%［13］。

圖1　塔河油田6區(qū)和7區(qū)位置（a）及奧陶系頂時(shí)間構(gòu)造圖（b）Fig.1　Position of district 6-7 in Tahe Oilfiled（a）and time structure map of Ordovician top boundary（b）

6區(qū)和7區(qū)位于塔河油田西北部，表層奧陶系上統(tǒng)全部被剝蝕，處于凸起高部位的一間房組全部被剝蝕，鷹山組上段部分地層被剝蝕；中下統(tǒng)巖溶古水系特別豐富，有利于形成有效的巖溶儲(chǔ)層［14］［圖1（b）］。6區(qū)和7區(qū)儲(chǔ)集類型以溶洞為主，裂縫主要起改善和溝通溶洞的作用。大多數(shù)鉆井都能靠酸化、壓裂獲得工業(yè)油氣流，主要原因在于酸化、壓裂等措施能夠擴(kuò)張或延伸原天然裂縫而使其有效溝通儲(chǔ)層，使本來(lái)未鉆遇溶洞儲(chǔ)層的井能有效溝通溶洞儲(chǔ)集體，從而獲得較大產(chǎn)能。

2　疊前同時(shí)反演

疊前同時(shí)反演的基本原理是在多個(gè)分角度疊加數(shù)據(jù)體基礎(chǔ)上，利用Zoeppritz方程或其近似方程進(jìn)行同時(shí)反演，生成縱波阻抗、橫波阻抗和密度數(shù)據(jù)體，并由此求取vp/vs等反映地下介質(zhì)巖性、物性和含油氣性的彈性參數(shù)［15-16］，從而對(duì)巖性和流體類型進(jìn)行識(shí)別。

塔河油田6區(qū)和7區(qū)巖性為相對(duì)單一的純灰?guī)r，溶蝕作用形成的次生碳酸鹽巖溶蝕孔洞與圍巖存在明顯阻抗差，在地震剖面上呈現(xiàn)“串珠狀”反射，能用縱波阻抗識(shí)別。然而單一縱波阻抗并不能判別溶洞的流體充填情況，只有通過(guò)縱波阻抗、橫波阻抗以及其他各種彈性參數(shù)之間的聯(lián)合，才能有效地識(shí)別和區(qū)分流體。當(dāng)溶蝕孔洞儲(chǔ)層內(nèi)部被泥質(zhì)充填時(shí)，橫波阻抗表現(xiàn)為低值特征，vp/vs變化不明顯；當(dāng)儲(chǔ)層內(nèi)部包含流體時(shí)，橫波阻抗變化不明顯，vp/vs表現(xiàn)為低值特征。這即是運(yùn)用疊前同時(shí)反演獲得彈性參數(shù)并進(jìn)行流體識(shí)別的客觀依據(jù)。獲得彈性參數(shù)的步驟為：首先，通過(guò)對(duì)CRP道集作修飾性處理，在保證信噪比和反演穩(wěn)定性的前提下，獲得3-13，13-23以及23-33共3個(gè)分角度疊加數(shù)據(jù)體；然后，分別求取這3個(gè)分角度疊加數(shù)據(jù)體的地震子波，并在測(cè)井資料約束下反演，從而得到縱波阻抗、橫波阻抗、密度、vp/vs等彈性參數(shù)。

2.1道集修飾性處理

研究區(qū)地表?xiàng)l件復(fù)雜，碳酸鹽巖儲(chǔ)層埋深多達(dá)5 000 m以上，非均質(zhì)性強(qiáng)，地震資料品質(zhì)低，各類干擾嚴(yán)重，常規(guī)處理后的CRP道集信噪比低，主要存在多次波、線性噪音以及低頻干擾等問(wèn)題。在實(shí)際情況下，疊前CRP道集的品質(zhì)對(duì)疊前同時(shí)反演的影響遠(yuǎn)大于反演算法及其流程等因素的影響［17］。

為了獲得適合疊前同時(shí)反演的高品質(zhì)CRP道集，筆者針對(duì)研究區(qū)存在的主要問(wèn)題，對(duì)道集進(jìn)行了一系列的修飾性處理，主要包括去隨機(jī)噪音，去多次波等處理。修飾性處理后的CRP道集同相軸更清晰，信噪比明顯提高（圖2）。

圖2　修飾性處理前后CRP道集對(duì)比Fig.2　Comparison of CRP gathers before and after data conditioning processing

2.2橫波速度預(yù)測(cè)

橫波速度是疊前同時(shí)反演必不可少的參數(shù)，但塔河油田6區(qū)和7區(qū)所有井都不含橫波資料。因此在巖石物理分析的基礎(chǔ)上，利用相關(guān)井曲線進(jìn)行橫波預(yù)測(cè)顯得十分重要。

針對(duì)研究區(qū)孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，縫洞組合形式多樣等特點(diǎn)，筆者最終選擇適合多種孔隙形態(tài)的DEM-Gassmann巖石物理模型［18-19］進(jìn)行橫波預(yù)測(cè)。

2.3反演關(guān)鍵環(huán)節(jié)

2.3.1井震標(biāo)定與子波提取

井震標(biāo)定與子波提取作為疊前同時(shí)反演的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要作用是提取反演子波和獲取時(shí)深關(guān)系。反演子波直接影響褶積的效果，進(jìn)而影響反演結(jié)果的準(zhǔn)確性。一般情況下，在保證子波能量能夠遞減到0的前提下，子波的長(zhǎng)度越短越好，研究區(qū)選取100 ms作為子波長(zhǎng)度。在選擇分析時(shí)窗時(shí)，為減小子波評(píng)估中的變化，分析時(shí)窗應(yīng)盡可能長(zhǎng)，但為了保持信號(hào)的穩(wěn)定性，分析時(shí)窗又應(yīng)盡可能短。所以一般情況下，選擇300～500 ms的分析時(shí)窗，且要盡可能地把目的層包含在內(nèi)。塔河油田6區(qū)和7區(qū)奧陶系測(cè)井曲線長(zhǎng)度較短，需要加入奧陶系以上的測(cè)井曲線參與提取子波。井震標(biāo)定過(guò)程中，以中角度疊加道集為標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)時(shí)深標(biāo)定和子波提取的反復(fù)疊代，提取每1口井的近、中、遠(yuǎn)道子波，分別選取多口井中能量集中，旁瓣較小，相位穩(wěn)定的近、中、遠(yuǎn)道子波進(jìn)行平均，最終得到適合反演的3個(gè)分角度道集的子波。

2.3.2低頻模型的建立

低頻信息的構(gòu)建是波阻抗反演中極為重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，低頻信息構(gòu)建的準(zhǔn)確與否，直接影響波阻抗反演結(jié)果的準(zhǔn)確性［20］。疊前同時(shí)反演的低頻分量主要來(lái)自于初始模型（低頻模型）。傳統(tǒng)的低頻模型是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化后的測(cè)井曲線進(jìn)行內(nèi)插而得到，但是巖溶作用導(dǎo)致研究區(qū)范圍內(nèi)碳酸鹽巖非均質(zhì)性強(qiáng)，鉆井放空漏失嚴(yán)重，部分井段測(cè)井曲線嚴(yán)重失真。如果使用常規(guī)井插值建模，很難得到真實(shí)反映地層情況的初始模型。另外，研究區(qū)鉆遇奧陶系的層段多小于250 m，目標(biāo)層段時(shí)窗小，巖性相對(duì)單一。王曉梅等［21］針對(duì)類似的碳酸鹽巖儲(chǔ)層，提出了采用無(wú)井約束的單一值建模方法。綜合考慮后，筆者最終選擇采用單一值約束作為疊前同時(shí)反演的低頻模型。

3　反演結(jié)果分析

筆者依據(jù)塔河油田6區(qū)和7區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況，進(jìn)行了巖石物理分析，最終優(yōu)選了縱波阻抗和vp/vs交會(huì)來(lái)區(qū)分流體。依據(jù)分析結(jié)果，使用反演得到的數(shù)據(jù)體提取偽井曲線進(jìn)行交會(huì)（圖3），并在識(shí)別流體的過(guò)程中，參考了研究區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況以及實(shí)際生產(chǎn)情況。

泥質(zhì)充填井段無(wú)法用單一縱波阻抗區(qū)分，但橫波阻抗對(duì)巖性敏感，泥質(zhì)充填井段多表現(xiàn)為低的縱、橫波阻抗，而vp/vs變化不明顯。TK734井5 637～5 642 m（距離奧陶系頂62～156 m）測(cè)井解釋結(jié)果為泥質(zhì)充填，生產(chǎn)層段5 626～5 720 m為未建產(chǎn)（干層）。反演結(jié)果為低的縱波阻抗，vp/vs變化不大，不具備流體特征，反演結(jié)果與實(shí)際情況吻合（圖4）。

圖5（a）和圖5（b）是2口高產(chǎn)井的反演結(jié)果與流體識(shí)別對(duì)比圖，粉紅色為預(yù)測(cè)的油分布區(qū)域，藍(lán)色為預(yù)測(cè)的水分布區(qū)域。TK716井初期產(chǎn)油127.9 t/d，產(chǎn)水21.5 t/d，累計(jì)產(chǎn)油18.3萬(wàn)t，產(chǎn)水0.6萬(wàn)t（數(shù)據(jù)截止2011年6月），流體預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況吻合。TK745井5 572～5 678 m（距離奧陶系頂51～106 m）生產(chǎn)層段，初期產(chǎn)油158.3 t/d，產(chǎn)水0，累計(jì)產(chǎn)油9.72萬(wàn)t，產(chǎn)水0.57萬(wàn)t（數(shù)據(jù)截止2011年6月），流體預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況吻合。

圖3　疊前同時(shí)反演縱波阻抗和縱橫波速度比交會(huì)圖Fig.3　Cross-plots of P-wave impedance and vp/vsfrompre-stack simultaneous inversion

圖4　過(guò)TK734井反演剖面與井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比分析Fig.4　Comparison of inversion profile with well log data across TK734 well

圖5　反演剖面與流體識(shí)別對(duì)比Fig.5　Comparison of inversion profile with fluid identification result

TK736井5 670～5 740 m（距離奧陶系頂133～203 m）生產(chǎn)層段，生產(chǎn)情況為未建產(chǎn)（水層）。反演結(jié)果顯示為低的縱波阻抗和相對(duì)高的vp/vs，流體預(yù)測(cè)結(jié)果為水層［圖5（c）～5（d）］，與生產(chǎn)情況一致。

依據(jù)圖3的交會(huì)分析，通過(guò)計(jì)算得到研究區(qū)范圍內(nèi)流體分布圖（圖6）。從圖6可以看出，相對(duì)構(gòu)造高部位是油氣的主要聚集區(qū)，在巖溶高區(qū)域油水呈帶狀或片狀分布，多數(shù)鉆井位置處于相對(duì)構(gòu)造高部位而沒(méi)有直接鉆遇溶洞；在構(gòu)造斜坡部位油水呈點(diǎn)狀分布，鉆井大多以直接鉆遇溶洞為目的；在古水系發(fā)育的區(qū)域幾乎沒(méi)有油氣分布。

圖6　奧陶系頂向下0～80 ms預(yù)測(cè)流體分布（底圖為奧陶系頂時(shí)間構(gòu)造圖）Fig.6　Predicted fluid distribution of 0～80 ms below Ordovician top boundary

塔河油田6區(qū)和7區(qū)70%以上油井完井后自然產(chǎn)能低或無(wú)自然產(chǎn)能，需要進(jìn)行儲(chǔ)層改造［22］。對(duì)于儲(chǔ)集體距離井眼較遠(yuǎn)的油井，酸化、壓裂后可獲得較好的增產(chǎn)效果，但對(duì)儲(chǔ)集體距離井筒大于160 m的井，酸化、壓裂效果不明顯［23］。在對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的過(guò)程中，當(dāng)溶洞距離井筒小于160 m，并且生產(chǎn)層段裂縫發(fā)育時(shí)，酸化、壓裂時(shí)視為溶洞與井筒連通。預(yù)測(cè)結(jié)果與研究區(qū)內(nèi)88口井實(shí)際試油及生產(chǎn)情況對(duì)比，吻合58口，較吻合12口，不吻合18口，吻合度達(dá)到72.7%，預(yù)測(cè)結(jié)果可靠性較強(qiáng)。

4　結(jié)論

（1）疊后反演只能得到單一縱波阻抗，無(wú)法有效區(qū)分儲(chǔ)層流體。疊前同時(shí)反演能夠獲得除縱波信息外的橫波信息，并由此計(jì)算得到多個(gè)彈性參數(shù)。通過(guò)巖石物理分析，優(yōu)選敏感彈性參數(shù)交會(huì)能夠更有效地進(jìn)行流體識(shí)別。

（2）塔河油田6區(qū)和7區(qū)巖溶作用主要與古地貌、水動(dòng)力條件有關(guān)，流體主要分布于巖溶相對(duì)較高部位，而在古水系發(fā)育的巖溶低洼部位，不是油氣分布的有利區(qū)域。

（3）塔河油田6區(qū)和7區(qū)儲(chǔ)集空間以碳酸鹽巖溶洞為主，裂縫主要起到溝通溶洞的作用，所以裂縫發(fā)育特征是井位部署的一個(gè)重要參考依據(jù)。在流體識(shí)別的基礎(chǔ)上進(jìn)一步弄清裂縫發(fā)育情況有利于提高儲(chǔ)層流體預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

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（本文編輯：郭言青）

Application of pre-stack simultaneous inversion to fluid identification of carbonate reservoir:A case study from district 6-7 in Tahe Oilfield

LIU Junzhou1，SUN Zandong2，LIU Zhengtao2，SUN Yongyang2，DONG Ning1，XIA Hongmin1
（1.Research Institute of Exploration and Development，Sinopec，Beijing 100083，China；2.Laboratory for Integration of Geology and Geophysics，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

Ordoviciancarbonatedissolvedcavereservoirsarewidelydevelopedinthedistrict 6-7of Tahe Oilfield.The P-waveimpedanceislowwhether or not there are fluids within cave reservoir，so P-impedance acquired frompost-stack inversion is not enough to identify the filled materials effectively.Pre-stack simultaneous inversion can be used to obtain S-wave information except P-wave information outside，and the combination of P-wave and S-wave information is in favor of distinguishing fluid.Pre-stack simultaneous inversion is applied in the district 6-7 of Tahe Oilfield.Multiple elastic parameters are acquired，including P-wave impedance，S-wave impedance and vp/vs.Based on rock physic analysis，cross-plots of P-wave impedance and vp/vs were used to distinguish oil-bearing reservoir and predict the fluid distribution.The fit rate between prediction results and actual drilling data is 72.7%，which indicates the pre-stack simultaneousinversionispractical andreliable.

carbonaterock；dissolvedcave；fluididentification；pre-stacksimultaneousinversion；P-Swavevelocityratio

P631.4

A

1673-8926（2015）01-0102-06

2014-09-23；

2014-10-26

國(guó)家“十二五”重大科技專項(xiàng)“不同古地貌單元縫洞儲(chǔ)集體定量描述研究”（編號(hào)：2011ZX05014-002-001）資助

劉俊州（1975-），男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事儲(chǔ)層預(yù)測(cè)等方面的研究工作。地址：（100083）北京市海淀區(qū)學(xué)院路31號(hào)。電話：（010）82312740。E-mail：liujz.syky@sinopec.com。