油田開發(fā)階段地震波形解釋及應(yīng)用

郝晉進 石蘭亭 張亞軍 洪 亮

（中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院）

地震勘探一直是尋找油氣和探究地下油氣藏真實情況的重要技術(shù)手段，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，取得了令人矚目的成就。地震技術(shù)已遠遠超出了勘探領(lǐng)域，向油氣開發(fā)領(lǐng)域延伸發(fā)展[1-2]。開發(fā)階段地震技術(shù)的研究應(yīng)用大致可分為兩個方向：一是針對開發(fā)階段儲層描述、油藏評價、動態(tài)監(jiān)測與工程技術(shù)等方面的問題，形成專項特色技術(shù)，如時移地震、井筒地震、微地震、多波多分量地震等；二是重視多學(xué)科綜合研究，充分挖掘地震資料的潛力，發(fā)展提出了地震地層學(xué)、地震沉積學(xué)、地震儲層學(xué)等研究手段并將其應(yīng)用于開發(fā)階段。

國內(nèi)油田開發(fā)過程中，上述兩個方向的地震技術(shù)應(yīng)用均取得良好效果，著重解決了小斷裂刻畫、微幅度構(gòu)造解釋、井間砂體刻畫等問題，為重構(gòu)地下認識，指導(dǎo)開發(fā)井位部署、水平井設(shè)計和剩余油分布預(yù)測等提供了重要支持。尤其是90°相位轉(zhuǎn)換、地層切片、分頻屬性和隨機反演等技術(shù)在河道邊界刻畫、砂體精細表征方面取得了較好的應(yīng)用效果[3-4]。地震資料在開發(fā)階段井間油藏描述中的重要作用已被實踐證實、業(yè)界認可[5-7]。國外區(qū)塊受合同期限與經(jīng)濟效益影響，經(jīng)常實施“邊勘探、邊試采、邊滾動、邊開發(fā)”方案，開發(fā)井距較大，分支井多，沒有足夠的研究周期開展開發(fā)地震技術(shù)研究。因此在海外區(qū)塊開發(fā)中，如何將地震技術(shù)有效應(yīng)用于油藏評價與描述，發(fā)揮常規(guī)三維地震數(shù)據(jù)的作用，具有非常重要的意義。

受地震波調(diào)諧效應(yīng)和復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響，面對開發(fā)階段小尺度、高精度地質(zhì)體空間刻畫需求，目前的地震技術(shù)方法和工作流程很大程度上仍是勘探階段的延伸，在開發(fā)階段仍具有一定局限性，還不能完全滿足開發(fā)需求。本文以開發(fā)階段儲層研究目標為導(dǎo)向，針對開發(fā)階段小層解釋與儲層預(yù)測的要求與難點，建立了不同于勘探階段地震解釋的思路，提出了基于地震波形的開發(fā)階段地震研究工作流程，將地震解釋從原有的大尺度波組特征分析細化至波形特征分析，以滿足開發(fā)階段高精度需求。該方法在哈法亞油田緩坡碳酸鹽巖油藏評價中取得了較好的應(yīng)用效果，可推廣應(yīng)用于其他油田的開發(fā)階段。

1 開發(fā)階段地震解釋研究任務(wù)

地震資料信息豐富、空間采樣率高，建立其與地質(zhì)、油藏之間的聯(lián)系是地震解釋的主要任務(wù)，地震解釋成果的精度和可靠性直接影響著油氣勘探開發(fā)成效。

勘探階段，地震資料解釋主要包括構(gòu)造解釋、層序地層解釋、儲層預(yù)測、區(qū)帶優(yōu)選和目標評價等方面[8]。研究目標是建立構(gòu)造、圈閉和儲層總體框架，尋找有利目標，指導(dǎo)勘探井位部署。相對開發(fā)階段研究目標，勘探階段研究尺度大，地震解釋以波組特征分析為主。

開發(fā)階段，地震資料解釋的主要任務(wù)包括油藏非均質(zhì)性研究、剩余油分布預(yù)測、油藏屬性參數(shù)預(yù)測及油藏模型建立等方面。其研究對象為儲集體目標的空間精細刻畫，要求以儲層解釋而非構(gòu)造解釋為主，難點在于井間小尺度地質(zhì)體的高精度預(yù)測與描述，對地質(zhì)體縱橫向分辨率要求更高[9]。目前，開發(fā)階段地震解釋的主要技術(shù)手段是利用精細勘探中提高地震資料分辨率、地層切片、隨機反演等方法，期望解決小尺度地質(zhì)體的高精度預(yù)測問題。其工作流程與思路和勘探階段并無大的差別。在解決復(fù)雜地質(zhì)背景、薄層預(yù)測時，受研究方法與地震調(diào)諧效應(yīng)的影響，解釋成果常常難以滿足開發(fā)階段的要求。

2 地震波形解釋

近年來隨著地震沉積學(xué)的發(fā)展，利用地層切片、分頻處理等技術(shù)可以在平面上檢測出厚度小于1/4波長的地質(zhì)體，地震波形橫向變化所蘊含的信息受到越來越多的重視[10]。圖1為一條實際的過井地震剖面，主頻為30Hz。井旁為測井曲線，井上黃色矩形為測井解釋砂層。A2井上有一層7m厚砂層，在地震剖面上位于波峰下半部分?？梢钥闯觯m然地震波形在縱向上無法識別出厚度小于1/4波長的地質(zhì)體，但地震波的橫向變化十分豐富，指示了薄層地質(zhì)體向左右兩道發(fā)育，橫向巖性/儲層結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。

圖1 連井地震剖面

地震波形指示反演方法的提出使得地震波形與巖性/儲層組合之間的關(guān)系進一步明朗。以縱波阻抗和縱波反射數(shù)據(jù)為例，如果兩口井目標層所處位置的地震波形相似，則表明這兩口井處于大致相同的沉積環(huán)境，雖然縱波阻抗的高頻成分可能來自不同的沉積微相，差異較大，但中低頻具有共性，且共性頻帶范圍大幅度超出了地震有效頻帶[11]。如圖2所示，兩口井目的層段具有相似的地震波形，其頻率成分為5～80Hz，相關(guān)系數(shù)為73.2%。兩口井原始波阻抗曲線相關(guān)系數(shù)僅為22.8%，對其進行逐級濾波，依次保留0～600Hz、0～400Hz、0～300Hz、0～200Hz和 0～100Hz，可以發(fā)現(xiàn)井曲線的相關(guān)系數(shù)逐步提高到95.6%。70%以上相關(guān)系數(shù)的共性結(jié)構(gòu)的頻帶寬度高達5～200Hz，遠高出原始地震數(shù)據(jù)的5～80Hz頻寬[12]。另外，更高頻率成分的取值也被約束在一定范圍內(nèi)。因此，地震波形對地層巖性/儲層結(jié)構(gòu)組合與分布具有重要的指示意義，且包含了高頻變化信息。

圖2 地震波形相似的兩口井波阻抗曲線濾波對比

基于上述分析，在地震沉積學(xué)與地震波形指示反演的基礎(chǔ)上，提出了開發(fā)階段地震波形解釋方法及技術(shù)流程。具體包含3個步驟：（1）建立地震波形與巖性/儲層結(jié)構(gòu)的關(guān)系，確定沉積微相發(fā)育范圍，并統(tǒng)計層面頂界地震相位變化特征；（2）基于巖性組合與地震波形變化關(guān)系分相帶開展變相位開發(fā)小層解釋，建立高精度構(gòu)造模型；（3）直接利用深度域地震數(shù)據(jù)基于地震波形結(jié)構(gòu)開展波形指示反演，實現(xiàn)高精度儲層定量預(yù)測。

2.1 建立地震波形與巖性/儲層結(jié)構(gòu)的關(guān)系

在精細的井震標定基礎(chǔ)上，對研究區(qū)內(nèi)巖性/儲層發(fā)育結(jié)構(gòu)進行分類，分析地震波形特征，建立巖性/儲層結(jié)構(gòu)與波形特征之間的規(guī)律。由于巖性/儲層結(jié)構(gòu)的橫向變化反映了沉積相變化，因此在分析地震波形橫向變化特征的基礎(chǔ)上，可利用該特征約束沉積微相的解釋。統(tǒng)計不同沉積微相發(fā)育時層面頂界地震相位變化特征，為下一步開發(fā)階段的小層精細解釋提供依據(jù)。

2.2 基于波形結(jié)構(gòu)解釋開發(fā)小層

開發(fā)階段小層解釋與勘探階段地層追蹤具有本質(zhì)區(qū)別?？碧诫A段，可以認為地震同相軸代表地質(zhì)界面，以地震波波峰或波谷為標志進行解釋追蹤即可滿足要求；開發(fā)階段，需要對油藏內(nèi)幕小層進行三維刻畫，而小尺度的開發(fā)小層受地震調(diào)諧效應(yīng)及本身巖性組合橫向變化的影響，地震波形態(tài)變化大，相位特征不統(tǒng)一，難以利用統(tǒng)一的相位特征進行橫向解釋追蹤，因此解釋過程中井間追蹤具有很高的不確定性。

受地震沉積學(xué)相對地質(zhì)等時地層切片的啟發(fā)[13]，提出在前述巖性/儲層組合變化與地震波形響應(yīng)關(guān)系建立的基礎(chǔ)上，分析井上開發(fā)小層的波形特征及橫向相位變化規(guī)律，通過地震波形分區(qū)并結(jié)合沉積微相變化，確立不同位置的解釋標準，確保開發(fā)小層井間及井區(qū)外的解釋有據(jù)可依。實際操作后，地震解釋成果精度提高，可滿足開發(fā)階段層位解釋要求，并為后續(xù)儲層反演提供了精細的構(gòu)造模型。

2.3 基于波形結(jié)構(gòu)進行儲層反演

在前述開發(fā)小層精細解釋的基礎(chǔ)上建立構(gòu)造模型，直接利用深度域地震數(shù)據(jù)開展波形指示反演。在反演過程中利用地震波形的橫向變化代替變差函數(shù)來表征儲層的空間變異性，優(yōu)選波形相似性高、空間距離近的井作為有效統(tǒng)計樣本建立初始模型，可更好地體現(xiàn)沉積要素的影響，實現(xiàn)相控隨機反演[14]。

測井?dāng)?shù)據(jù)實際上也是地下巖性/儲層組合的響應(yīng)，因此利用波形指示的地震反演可以不受基于褶積模型的波阻抗反演的限制，直接建立深度域地震數(shù)據(jù)與測井?dāng)?shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，避免了時間域反演過程中時深轉(zhuǎn)換造成的誤差。反演結(jié)果可直接用于開發(fā)模型中，無疑更符合開發(fā)階段儲層預(yù)測的要求。

3 哈法亞油田應(yīng)用實例

3.1 區(qū)域地質(zhì)概況

哈法亞油田位于伊拉克東南部米桑省，美索不達米亞平原東南部，構(gòu)造上位于美索不達米亞前陸盆地前緣帶（圖3），為南西—北東向傾斜的單斜構(gòu)造背景下發(fā)育的局部背斜隆起，背斜長度約為35km，寬度約為10km，圈閉面積近百平方千米[15]。哈法亞油田可采儲量逾40×108bbl，為巨型油田，縱向上發(fā)育多個含油氣層系，其中碳酸鹽巖油藏儲量占總產(chǎn)量80%以上[16]。上白堊統(tǒng)Khasib-Sadi-Hartha層位于主力產(chǎn)層Mishrif組之上，發(fā)育緩坡孔隙型碳酸鹽巖油藏，受儲層物性影響，儲量大，采出程度低，開發(fā)潛力巨大[17]。以Hartha油藏為研究對象，進行了開發(fā)階段地震波形解釋實踐研究。Hartha油藏可分上下A、B兩段。Hartha A段為儲層，包含生屑灘、灘翼、灘間3種沉積微相類型；Hartha B段主要發(fā)育相對低能的灘間泥?；?guī)r和潟湖灰泥微相。A段地層厚度約為7～24m，較薄，橫向變化大，在地震剖面上小于1/4波長；并且碳酸鹽巖儲層非均質(zhì)性強，平面分布復(fù)雜，規(guī)律性差，地震識別與刻畫困難。

圖3 中東哈法亞油田區(qū)域構(gòu)造位置[15]

3.2 利用地震波形刻畫生屑灘

通過精細井震標定結(jié)合地震波形，將研究區(qū)內(nèi)Hartha油藏段的儲層組合結(jié)構(gòu)分為3類（圖4）。

圖4 中東哈法亞油田區(qū)域構(gòu)造位置及地層綜合柱狀圖

（1）Hartha A段發(fā)育生屑灘相儲層，孔隙度曲線數(shù)值較高，測井解釋總孔隙度曲線呈箱形特征。儲層發(fā)育段阻抗較下部致密灰?guī)r段低，在A段與B段之間形成強反射界面。在90°相位轉(zhuǎn)換地震剖面上A段為強波峰反射，B段為強波谷反射，A段頂界位于波峰上緣。

（2）Hartha A段發(fā)育灘翼相石灰?guī)r儲層，孔隙度曲線數(shù)值較高，呈層狀特征。儲層發(fā)育段阻抗較下部致密灰?guī)r段低，在A段與B段之間形成較強反射界面。在90°相位轉(zhuǎn)換地震剖面上A段為較強波峰反射，B段為較強波谷反射，A段頂界位于波峰。

（3）Hartha A段發(fā)育灘間相泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，孔隙度曲線數(shù)值較低，呈薄層尖峰狀特征。儲層不發(fā)育，與下部致密灰?guī)r段阻抗差異小，在A段與B段之間形成弱反射界面。在90°相位轉(zhuǎn)換地震剖面上A段為弱波峰反射，B段為弱波谷反射，A段頂界位于波峰下緣。

基于上述分析，可選取地層切片對Hartha A段有利沉積微相進行刻畫。最終結(jié)果如圖5所示，紅色指示生屑灘發(fā)育，黃色和綠色為灘翼發(fā)育，藍色為灘間沉積。該結(jié)果可用于開發(fā)階段沉積微相解釋和沉積相建模。

圖5 Hartha A段地層切片指示生屑灘發(fā)育

3.3 利用地震波形約束開發(fā)小層解釋

褶積理論正演模擬表明，當(dāng)?shù)貙雍穸葴p小時，其頂、底界面受調(diào)諧效應(yīng)影響在地震數(shù)據(jù)上存在相位變化，且相位變化與地層厚度相關(guān)。統(tǒng)計Hartha A段3種沉積微相中井震標定后A段頂界地震波相位可以發(fā)現(xiàn)（圖6）：生屑灘儲層發(fā)育時，A段頂界地震波相位主要位于60°左右，在90°相位轉(zhuǎn)換地震剖面上表現(xiàn)在波峰上緣；灘翼發(fā)育時，由于儲層組合的復(fù)雜性，其頂界地震波相位變化較復(fù)雜；發(fā)育灘間沉積時，地層厚度較生屑灘薄，其頂界地震波相位主要位于100°～120°之間，在90°相位轉(zhuǎn)換地震剖面上表現(xiàn)在波峰下緣?；谏鲜龇治觯Y(jié)合地震定性預(yù)測的沉積微相發(fā)育平面圖，可對開發(fā)小層進行地震波形約束下的變相位解釋追蹤。圖7為90°相位轉(zhuǎn)換的地震波形剖面與原始地震的密度剖面疊合顯示。剖面為Hartha底界拉平。HFY1井、HFY2井、HFY3井分別發(fā)育生屑灘儲層、灘翼儲層、灘間沉積，3口井的Hartha A段頂界分別位于90°相位轉(zhuǎn)換地震剖面的波峰上緣、波峰、波峰下緣。井間A點位于灘翼發(fā)育帶，應(yīng)參考HFY2井解釋，Hartha A段頂界由HFY1井的波峰上緣逐漸過渡至波峰位置。井間B點位于生屑灘發(fā)育帶，應(yīng)參考HFY1井解釋，Hartha A段頂界由A點的波峰位置逐漸過渡至波峰上緣，至HFY2井逐漸過渡至波峰位置。井間C點位于灘間，應(yīng)參考HFY3井解釋，Hartha A段頂界由HFY2井波峰位置逐漸過渡至波峰下緣，中間有生屑灘發(fā)育時要解釋至波峰上緣。

圖6 Hartha A段地層厚度與頂界地震相位交會圖

基于地震波形的開發(fā)小層解釋成果更為精細，對比同向軸追蹤結(jié)果（圖7黃色虛線），變相位小層解釋（圖7紅色實線）精確度可提高約3ms，符合開發(fā)階段高精度要求。該方法使井間小層相位變化有據(jù)可依，對井間及井區(qū)外小層解釋具有重要意義。

圖7 90°相位轉(zhuǎn)換地震波形與原始地震剖面疊合顯示

3.4 利用地震波形指示儲層反演

開發(fā)階段地震波形的定量解釋通過“地震波形指示反演”方法完成。在開發(fā)小層精細解釋基礎(chǔ)上，建立構(gòu)造模型，實施深度域波形指示模擬，利用地震波形橫向高覆蓋特征結(jié)合測井?dāng)?shù)據(jù)縱向高分辨能力，對薄儲層進行預(yù)測。在精細地層格架約束下，完成對儲集體的空間高精度刻畫。

巖石物理分析結(jié)果顯示，研究區(qū)Hartha A段生屑灘和灘翼的石灰?guī)r儲層物性較好，孔隙度較高，大于15%，優(yōu)質(zhì)的生屑灘石灰?guī)r儲層孔隙度大于20%（圖8）。利用孔隙度曲線進行深度域地震波形指示反演，按照上述閾值設(shè)置色標，暖色為高孔隙度儲層，冷色為低孔隙度灘間沉積。HFY1—HFY 2—HFY 3井連井孔隙度反演剖面（圖9）顯示，Hartha A段整體儲層發(fā)育，橫向上儲層發(fā)育與90°相位轉(zhuǎn)換地震剖面上強波峰反射一致，符合前述研究認識。反演結(jié)果橫向上受地震波形控制，變化十分豐富，可以觀察到多個灘體發(fā)育。井間B點地震波形與HFY1井相似，但振幅強度較弱，結(jié)合測井高頻數(shù)據(jù)的反演結(jié)果，顯示該處為兩期生屑灘疊合發(fā)育位置，說明反演結(jié)果充分融合了測井縱向高分辨率信息與地震波橫向高分辨率信息。反演預(yù)測的儲層參數(shù)數(shù)據(jù)體為深度域成果，可以直接與井對比，并用于開發(fā)屬性模型約束。

圖8 孔隙度曲線直方圖

圖9 深度域孔隙度反演剖面

4 結(jié)束語

本文基于地震沉積學(xué)與地震波形指示反演，提出了開發(fā)階段基于地震波形的地震解釋思路，在開發(fā)小層解釋、沉積微相定性預(yù)測和儲層定量預(yù)測過程中均充分考慮了地震波形的橫向特征。其中，利用地震波形對巖性/儲層結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，深度挖掘其高頻信息，建立了分區(qū)帶解釋標準，很好地解決了開發(fā)階段井間小層解釋相位變化快、解釋標準不統(tǒng)一的問題，使得開發(fā)小層井間及井區(qū)外的解釋有據(jù)可依。儲層的定量預(yù)測同樣考慮地震波形的橫向約束，直接采取深度域地震數(shù)據(jù)進行波形指示反演預(yù)測儲層敏感參數(shù)，避免了時間域反演過程中時深轉(zhuǎn)換造成的誤差，更符合開發(fā)階段井震藏一體化研究需求。該研究思路可廣泛應(yīng)用于開發(fā)階段地震預(yù)測研究。

在應(yīng)用過程中，尤其在沉積模式較為復(fù)雜的地區(qū)，上述研究思路還需對照具體的地質(zhì)問題進行分析。通過加強實踐，在地震沉積學(xué)技術(shù)方法發(fā)展的基礎(chǔ)上，加深對地震波形信息的挖掘，有待形成更為成熟且適用于油田開發(fā)階段的地震描述方法。