基于地震屬性的扇三角洲邊界不確定性定量表征方法*

肖大坤 王 暉 范廷恩 胡曉慶 張宇焜 趙衛(wèi)平 張顯文 陳仕臻

(1. 中海油研究總院 北京 100028； 2. 中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 山東青島 266580)

基于地震屬性的扇三角洲邊界不確定性定量表征方法*

肖大坤1王 暉1范廷恩1胡曉慶1張宇焜1趙衛(wèi)平1張顯文1陳仕臻2

(1. 中海油研究總院 北京 100028； 2. 中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 山東青島 266580)

渤海古近系扇三角洲油藏類型以巖性、巖性-構(gòu)造油氣藏為主，扇體邊界預(yù)測(cè)的多解性直接影響儲(chǔ)量規(guī)模。提出了利用地震屬性進(jìn)行扇三角洲邊界不確定性定量表征的方法和流程，以渤海石臼坨凸起A油田沙河街組一、二段為例，表征了該油田扇三角洲5期扇體邊界的不確定性，并落實(shí)了最優(yōu)邊界位置。首先,開展地震屬性解釋性處理，突出目標(biāo)扇體邊界響應(yīng)；其次，利用地震屬性截?cái)嘀祵?shí)現(xiàn)邊界量化，形成定量描述方案；然后，建立扇體邊界初始表征模型，根據(jù)邊界量化方案對(duì)各期扇體邊界進(jìn)行敏感性分析，并篩選對(duì)儲(chǔ)量參數(shù)敏感性最強(qiáng)的評(píng)價(jià)對(duì)象；最后，通過隨機(jī)模擬生成多個(gè)表征方案，根據(jù)扇三角洲演化模式，優(yōu)選先進(jìn)積后退積的扇體組合表征方案，并結(jié)合儲(chǔ)量概率分布特征，選取P50表征方案作為最優(yōu)邊界推薦方案。本文方法可推廣應(yīng)用至其他類型沉積儲(chǔ)層(河流相、三角洲相等)。

扇三角洲；扇體邊界；不確定性；定量表征；地震屬性；渤海；古近系

渤海油田古近系以三角洲、扇三角洲沉積體系為主，油藏類型多為巖性或巖性-構(gòu)造油氣藏,其中扇三角洲沉積儲(chǔ)層具有多期扇體疊置、橫向分布變化快的特點(diǎn)，因此扇三角洲油藏含油范圍受扇體沉積邊界的影響更為顯著[1]。目前利用地震屬性預(yù)測(cè)扇三角洲儲(chǔ)層展布是常用手段[2-5]，但扇體展布邊界的預(yù)測(cè)結(jié)果常常受到地震資料分辨率限制而具有較強(qiáng)的多解性，須開展不確定性研究以明確最佳邊界方案，這就需要先采用合適的方法對(duì)邊界予以量化，而量化方法的選擇就成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

A油田位于渤海石臼坨凸起北帶，沙一、二段為主力含油層系，沉積類型為扇三角洲，縱向共發(fā)育5期相互疊置的扇體，各期扇體展布形態(tài)、規(guī)模分布差異較大，呈裙帶狀自南向北展布，形成巨厚沉積儲(chǔ)層(單井厚度高達(dá)220 m)。該油田油藏類型為巖性-構(gòu)造油氣藏，油藏幅度大、邊水水體規(guī)模小，油水界面十分靠近儲(chǔ)層邊界，因此，對(duì)扇體邊界位置的判斷將直接影響儲(chǔ)量計(jì)算，需要開展不確定性研究以確定最佳邊界方案。本文以渤海石臼坨地區(qū)A油田為例，詳細(xì)闡述利用地震屬性表征扇三角洲儲(chǔ)層邊界不確定性的方法。

1 扇體邊界不確定性表征思路

多位學(xué)者已從不同角度對(duì)儲(chǔ)層不確定性的評(píng)價(jià)內(nèi)容及思路進(jìn)行了研究[6-11]。分析認(rèn)為，對(duì)于扇三角洲沉積儲(chǔ)層邊界而言，其不確定性表征應(yīng)圍繞地震響應(yīng)特征、扇體層序演化及對(duì)儲(chǔ)量的影響開展，具體思路(圖1)如下：首先，通過地震屬性解釋性處理，剔除目標(biāo)扇體外的無效響應(yīng)和構(gòu)造因素異常響應(yīng)，對(duì)扇體內(nèi)部的極值屬性進(jìn)行適度補(bǔ)償，突出地震屬性的扇體邊界響應(yīng)特征，并開展屬性截?cái)嘀嫡撟C，建立邊界量化描述方案；其次，開展扇體邊界初始表征，明確空間表征范圍及網(wǎng)格參數(shù)，根據(jù)層序期次格架、扇體展布規(guī)模及縱向演化模式構(gòu)建初始表征方案，為不確定性定量表征提供模型基礎(chǔ)；然后，根據(jù)扇體邊界量化方案分析扇體落實(shí)程度及風(fēng)險(xiǎn)性，合理設(shè)置各期扇體表征變量，明確變量分布范圍，完成多變量參與的不確定性定量綜合表征；最后，結(jié)合地質(zhì)模式與儲(chǔ)量概率分布特征，對(duì)不確定性表征的系列實(shí)現(xiàn)進(jìn)行優(yōu)選，落實(shí)最優(yōu)邊界表征結(jié)果。

圖1 基于地震屬性的扇三角洲儲(chǔ)層邊界不確定性研究思路

2 扇體邊界定量研究

扇體邊界能否實(shí)現(xiàn)定量化主要取決于地震屬性對(duì)儲(chǔ)層分布的預(yù)測(cè)效果，能夠直接用于邊界量化的地震屬性須具備精度高、多解性低的條件，而且邊界處的屬性等值線應(yīng)呈現(xiàn)連續(xù)、漸變的分布趨勢(shì)，能從細(xì)節(jié)上反映儲(chǔ)層邊界的延展形態(tài)。如果邊界處其他非儲(chǔ)層地質(zhì)信息(如斷裂系統(tǒng)導(dǎo)致的屬性異常)產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾，就會(huì)影響屬性等值線的分布趨勢(shì)，進(jìn)而降低邊界位置量化的準(zhǔn)確性。由于研究區(qū)扇三角洲的地震屬性預(yù)測(cè)效果受地震資料品質(zhì)、相鄰層位干擾及提取方式的影響，無法直接用于邊界定量刻畫，因此提出通過地震屬性解釋性處理和目標(biāo)體截?cái)鄬傩灾嫡撟C建立邊界量化描述方案的研究方法。

2.1 地震屬性解釋性處理

地震屬性解釋性處理的目的在于通過差異放大突顯目標(biāo)地質(zhì)體的某方面特征。對(duì)研究區(qū)扇三角洲沉積砂體的敏感地震屬性進(jìn)行解釋性處理，可顯著提高扇體邊界辨識(shí)度，具體手段包括外部屬性剔除、構(gòu)造屬性剝離、邊緣屬性粗化及內(nèi)部極值補(bǔ)償?shù)取?/p>

以A油田沙一、二段扇三角洲③期扇體為例，以振幅統(tǒng)計(jì)類地震屬性為主，通過對(duì)比不同屬性對(duì)扇三角洲砂體響應(yīng)的敏感程度，篩選出均方根振幅、最大峰值振幅、總能量等敏感屬性集進(jìn)行非線性加權(quán)，得到反映扇體邊界效果最顯著的最優(yōu)地震屬性，用于不確定性定量表征。目標(biāo)扇體在敏感地震屬性上呈短軸裙帶狀展布，內(nèi)部不均一性強(qiáng)，但外包絡(luò)邊界明顯(圖2a)。由于同期及相鄰期次扇體影響了目標(biāo)扇體的地震屬性提取效果，導(dǎo)致包絡(luò)邊界之外存在干擾信息，應(yīng)予以剔除。通過人機(jī)交互式處理，剔除外部非扇體異常響應(yīng)，僅保留目標(biāo)扇體屬性(圖2b)。由于斷裂系統(tǒng)的存在導(dǎo)致目標(biāo)扇體內(nèi)部出現(xiàn)反映斷層延伸的異常低值屬性響應(yīng)(圖2c)，也會(huì)影響目標(biāo)扇體刻畫。通過構(gòu)造解釋平剖結(jié)合、相互驗(yàn)證，參考相鄰區(qū)域?qū)傩灾担瑢?duì)斷層處的異常屬性予以補(bǔ)償，在一定程度上削弱斷層的影響，進(jìn)一步提高地震屬性對(duì)儲(chǔ)層邊界的識(shí)別度。剔除外部屬性與剝離構(gòu)造異常屬性后，對(duì)目標(biāo)扇體地震屬性進(jìn)行歸一化處理，在不改變整體趨勢(shì)的前提下進(jìn)行適度平滑，削弱內(nèi)部極高響應(yīng)值，補(bǔ)償極低響應(yīng)值，最終使邊界處地震屬性連續(xù)漸變，達(dá)到定量反映扇體邊界的目的(圖2d)。

圖2 A油田沙一、二段扇三角洲③期扇體地震屬性解釋性處理

2.2 目標(biāo)體截?cái)鄬傩灾嫡撟C

在地震屬性解釋性處理基礎(chǔ)上，利用專家經(jīng)驗(yàn)法可快速識(shí)別儲(chǔ)層邊界位置。由于經(jīng)驗(yàn)識(shí)別界線一般與屬性等值線相交，因此采用如下方法論證地震屬性截?cái)嘀档牟淮_定性范圍：首先，利用重構(gòu)的地震屬性制作等值線圖，將其與經(jīng)驗(yàn)識(shí)別邊界疊合；然后，以與經(jīng)驗(yàn)識(shí)別界線相切的最外側(cè)地震屬性等值線作為樂觀表征邊界，以相切的最內(nèi)側(cè)地震屬性等值線作為悲觀表征邊界，以中間平均屬性等值線作為最可能表征邊界；最后，以最外側(cè)屬性值到最內(nèi)側(cè)屬性值的范圍作為儲(chǔ)層邊界的不確定表征范圍。以A油田沙一、二段扇三角洲③期扇體為例(圖3)，與經(jīng)驗(yàn)識(shí)別界線相切的最外側(cè)地震屬性等值線即樂觀邊界為0.6，相切的最內(nèi)側(cè)等值線即悲觀邊界為0.4，中間平均屬性等值線即最可能邊界為0.5，從而確定該扇體儲(chǔ)層邊界地震屬性截?cái)嘀档牟淮_定范圍為0.4～0.6。

2.3 邊界量化描述方案的建立

對(duì)A油田沙一、二段不同期次扇體開展地震屬性截?cái)嘀嫡撟C，獲得各自的儲(chǔ)層邊界量化范圍區(qū)間(表1)。由于地震屬性對(duì)各期邊界的預(yù)測(cè)效果差別較大(圖4)，導(dǎo)致各期次扇體邊界具有不同的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，須根據(jù)預(yù)測(cè)效果建立合適的量化描述方案(表1)。

圖3 A油田沙一、二段扇三角洲③期扇體儲(chǔ)層邊界的地震屬性不確定性范圍論證

期次邊界屬性截?cái)嘀捣秶赡苤当^值樂觀值風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布形式①期0.150.100.20低均勻②期0.300.250.35低均勻③期0.500.400.60中三角④期0.650.500.80高正態(tài)⑤期0.450.350.55中三角

圖4 A油田沙一、二段不同期次扇體地震屬性預(yù)測(cè)及邊界分布

①、②期扇體儲(chǔ)層的地震屬性預(yù)測(cè)效果最好，邊界響應(yīng)特征最清晰，屬性截?cái)嘀底兓秶钚?，說明其邊界相對(duì)確定，風(fēng)險(xiǎn)最小，可采用均勻分布函數(shù)描述屬性截?cái)嘀底兓瘏^(qū)間;③、⑤期扇體儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)效果也較為明顯，邊界響應(yīng)特征相對(duì)清楚，但屬性截?cái)嘀捣秶^大，說明邊界預(yù)測(cè)的不確定性強(qiáng)于①、②期扇體，風(fēng)險(xiǎn)較大，為了避免不確定性表征過程中出現(xiàn)過多的端點(diǎn)不合理采樣，采用三角分布函數(shù)對(duì)屬性截?cái)嘀底兓瘏^(qū)間進(jìn)行描述，通過提高屬性平均截?cái)嘀蹈浇牟蓸勇蕘頊p少不合理樣品數(shù)量;④期扇體儲(chǔ)層的地震預(yù)測(cè)效果相對(duì)較差，但是該扇體規(guī)模最大、分布最廣，對(duì)油氣儲(chǔ)量計(jì)算至關(guān)重要，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高，因此采用正態(tài)分布函數(shù)描述截?cái)嘀底兓瘏^(qū)間，進(jìn)一步提高均值附近的采樣率以降低不合理采樣的影響。

3 扇體邊界不確定性定量表征

扇體邊界不確定性定量表征包括初始表征、敏感性分析、定量實(shí)現(xiàn)及綜合優(yōu)選等內(nèi)容，旨在獲得最接近真實(shí)地質(zhì)特征的表征結(jié)果。根據(jù)扇體邊界量化描述方案，在相同外部運(yùn)行環(huán)境及模擬條件下完成表征。

3.1 扇體邊界初始表征

作為不確定性定量表征的啟動(dòng)模型，初始表征方案或初始模型在多次隨機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)過程中承載的各項(xiàng)不確定性參數(shù)將根據(jù)量化方案與概率分布通過采樣的方式被賦予不同的值，而且每一次實(shí)現(xiàn)均產(chǎn)生新的表征方案，因此，初始表征方案構(gòu)建的目的在于確定空間表征范圍及網(wǎng)格參數(shù)，建立通暢的定量表征單向工作流程，為不確定性采樣和多次實(shí)現(xiàn)提供模型基礎(chǔ)。為保證空間表征范圍與網(wǎng)格參數(shù)的合理性，初始表征方案的建立必須忠實(shí)于基礎(chǔ)地質(zhì)研究成果與沉積模式。

A油田沙一、二段識(shí)別的5期扇三角洲扇體沉積的形態(tài)特征、展布規(guī)模差別較大，這與沙一、二段扇三角洲發(fā)育過程密切相關(guān)。縱向上，沙一、二段基準(zhǔn)面先短期下降后持續(xù)抬升，導(dǎo)致扇三角洲沉積呈現(xiàn)早期劇烈疊置、中期完整發(fā)育、后期改造明顯的特點(diǎn)，規(guī)模上具有前期快速擴(kuò)大、后期逐漸萎縮的特征，外形表現(xiàn)為由裙帶狀逐漸過渡為狹長條帶狀。在研究區(qū)井點(diǎn)約束下，采用確定性建模方法實(shí)現(xiàn)多期扇體層序格架及巖相展布精細(xì)表征，并且通過地質(zhì)模式驗(yàn)證保證扇體組合樣式最大程度地忠實(shí)于地質(zhì)認(rèn)識(shí)。

根據(jù)扇體分布特征，A油田沙一、二段扇體邊界表征范圍必須覆蓋多期扇體最大疊合外邊界，由此確定的表征范圍如圖5所示。由于網(wǎng)格的“鋸齒”特點(diǎn)導(dǎo)致在表征連續(xù)沉積扇體時(shí)會(huì)模糊化邊界形態(tài)，產(chǎn)生邊界的局部表征不完全的現(xiàn)象，所以網(wǎng)格尺度越大，“鋸齒”效應(yīng)越嚴(yán)重，表征精度越低；網(wǎng)格尺度越小，“鋸齒”效應(yīng)越不明顯，但會(huì)大幅增加網(wǎng)格數(shù)量而降低表征效率[12]。因此，通過多次實(shí)驗(yàn)最終確定研究區(qū)網(wǎng)格尺度為45 m×45 m，既保證了精度，又最大程度地降低了“鋸齒”效應(yīng)。

圖5 A油田沙一、二段多期扇體邊界初始表征

3.2 多期邊界敏感性分析

扇體邊界的敏感性可通過對(duì)含油氣面積的影響程度來體現(xiàn)。由于A油田沙一、二段各期扇體邊界的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別不同，對(duì)含油氣面積的影響程度也各有差異，因此通過評(píng)價(jià)各期扇體規(guī)模變化導(dǎo)致含油氣面積的變化情況(圖6)，落實(shí)各期扇體邊界的敏感性進(jìn)而剔除最不敏感的變量，有利于充分挖掘敏感變量的不同組合并提高表征效率。根據(jù)前述各期扇體邊界量化描述方案及風(fēng)險(xiǎn)特征，A油田沙一、二段①期扇體地震屬性預(yù)測(cè)效果最好，邊界相對(duì)確定，邊界變化對(duì)含油氣面積的影響在5%以內(nèi)，屬于最不敏感變量，可予以剔除。

圖6 A油田沙一、二段各期次扇體邊界變化對(duì)含油面積的影響程度風(fēng)暴圖

3.3 不確定性定量表征

扇體邊界不確定性表征流程由構(gòu)造層面模擬、屬性模擬(巖相、物性模擬)、儲(chǔ)量計(jì)算及方案導(dǎo)出等子環(huán)節(jié)組成。本次研究借助Petrel地質(zhì)建模軟件的Workflow模塊，通過編輯循環(huán)工作流程實(shí)現(xiàn)相同運(yùn)行環(huán)境下的批量模擬，實(shí)現(xiàn)步驟如下：①根據(jù)扇體邊界量化描述方案，將初始表征中的相應(yīng)參數(shù)賦予不確定變量，并設(shè)置變量分布函數(shù)、變化區(qū)間以及采樣基數(shù)等；②以描述方案為基礎(chǔ)編制工作流結(jié)構(gòu)，測(cè)試工作流的運(yùn)行流暢度；③將初始表征結(jié)果作為模擬本體導(dǎo)入工作流，將扇體邊界變量之外的其他模擬參數(shù)(如孔隙度、飽和度等)設(shè)置為定值；④在Monte-Carlo采樣器中利用拉丁超立方方法完成采樣，并基于各次采樣獲得的實(shí)現(xiàn)結(jié)果開展儲(chǔ)量計(jì)算，導(dǎo)出系列表征方案，以備優(yōu)選。

3.4 表征方案優(yōu)選

關(guān)于隨機(jī)建模的優(yōu)選方法，目前多數(shù)學(xué)者采用的方法包括專家經(jīng)驗(yàn)法、概率儲(chǔ)量法及油藏工程法等，方法選擇與油田所處的開發(fā)階段相關(guān)[6,13-15]。本次研究結(jié)合地質(zhì)模式法與概率儲(chǔ)量法進(jìn)行2步優(yōu)選獲得最優(yōu)表征方案。

A油田沙一、二段扇三角洲不確定性表征結(jié)果顯示，5期扇體縱向組合特征呈現(xiàn)3種樣式(圖7)：連續(xù)退積式(a)、先進(jìn)后退式(根據(jù)最大規(guī)模扇體出現(xiàn)的期次又可細(xì)分為2類(b、c))、間歇退積式(d)。

圖7 A油田A5井沙一、二段扇體邊界表征樣式

根據(jù)基準(zhǔn)面演化特征，各期扇體縱向上應(yīng)具有“先進(jìn)后退”的組合特征，最大扇體規(guī)模為第④期(圖7c)，與這一地質(zhì)規(guī)律不相符的其他表征結(jié)果均予以剔除。在此基礎(chǔ)上，對(duì)儲(chǔ)量概率分布開展最終優(yōu)選，取其累積概率達(dá)到10%的表征結(jié)果作為低方案或保守方案，取其累積概率達(dá)到90%的表征結(jié)果作為高方案或樂觀方案，取其累積概率達(dá)到50%的表征結(jié)果作為中方案或推薦方案(圖8)。

圖8 A油田扇體邊界概率儲(chǔ)量分布及P50方案模型剖面

4 結(jié)論

1) 針對(duì)扇三角洲儲(chǔ)層邊界預(yù)測(cè)的多解性，提出了利用地震屬性開展邊界不確定性表征的新思路和一套完整的技術(shù)流程，包括邊界量化描述、敏感性分析、不確定性表征及優(yōu)選等子環(huán)節(jié)，其中通過地震屬性實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層邊界定量化的方法具備一定的普遍適用性，也可推廣應(yīng)用至其他類型沉積儲(chǔ)層(河流相、三角洲相等)。

2) 利用地震屬性實(shí)現(xiàn)扇三角洲扇體邊界定量刻畫，需要對(duì)地震屬性進(jìn)行解釋性特征處理,其目的是為了突出邊界響應(yīng)特征，以建立邊界量化描述方案。文中采用的解釋性處理手段包括屬性剔除、構(gòu)造屬性剝離、邊緣屬性粗化及極值補(bǔ)償?shù)龋枰藱C(jī)交互完成，在推廣應(yīng)用該方法時(shí)應(yīng)視具體的儲(chǔ)層特征及其地震屬性響應(yīng)選擇合適的處理方法。

3) 采用隨機(jī)模擬、多次實(shí)現(xiàn)的方式完成了渤海石臼坨凸起A油田沙一、二段扇三角洲儲(chǔ)層邊界的不確定性定量表征，為了將關(guān)鍵地質(zhì)認(rèn)識(shí)體現(xiàn)在表征結(jié)果中，首先采用地質(zhì)模式法對(duì)生成的多個(gè)表征方案進(jìn)行一次優(yōu)選，然后針對(duì)一次優(yōu)選結(jié)果根據(jù)儲(chǔ)量概率統(tǒng)計(jì)分布特征進(jìn)行二次優(yōu)選，最終選取P50表征方案作為最優(yōu)邊界推薦方案。

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(編輯：楊 濱)

Uncertainty quantitative characterization method of fan delta boundary with seismic attributes

Xiao Dakun1Wang Hui1Fan Tingen1Hu Xiaoqing1Zhang Yukun1Zhao Weiping1Zhang Xianwen1Chen Shizhen2

(1.CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China; 2.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao,Shandong266580,China)

Lithologic and lithologic-structural oil and gas reservoirs are the main types for Paleogene fan delta in Bohai sea, and uncertainty of fan boundary prediction affects reserves. The method and process of uncertainty quantitative characterization on fan delta boundary by seismic attributes are proposed. Taking the 1st and 2nd member of Shahejie Formation in A oilfield of Shijiutuo uplift, Bohai sea as study cases, boundary uncertainties of 5 fans in fan delta are quantitatively characterized, and the optimal boundaries are chosen. Firstly, seismic attributes are processed and interpreted to highlight fan boundary characteristics response. Then, by analyzing cutoff value of seismic attributes, boundaries are quantified and the quantitative description scheme is built, with which the initial fan boundary model is established and the most sensitive parameters are selected based on the sensitivity analysis of each fan boundary on reserves. Finally, projects are generated with stochastic simulation. Considering fan evolution mode, simulation projects reflecting the type of retrogradation after progradation are selected. Combining with reserves probability distribution analysis of different characterization results, P50 project is recommended as the optimal project. The method can be applied to other types of reservoirs such as fluvial and delta facies.

fan delta; fan boundary; uncertainty; quantitative characterization; seismic attribute; Bohai sea; Paleogene

肖大坤，男，工程師，2013年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東),獲碩士學(xué)位，主要從事沉積學(xué)、開發(fā)地質(zhì)學(xué)、儲(chǔ)層地質(zhì)及油藏描述方面研究。地址：北京市朝陽區(qū)太陽宮南街6號(hào)院(郵編：100028)。E-mail：xiaodk3@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)04-0063-07

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.04.010

TE32+1

A

2015-08-25 改回日期：2015-11-11

*“十二五”國家科技重大專項(xiàng) “海上開發(fā)地震關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究(編號(hào)：2011ZX05024-001)”部分研究成果。

肖大坤,王暉,范廷恩，等.基于地震屬性的扇三角洲邊界不確定性定量表征方法[J].中國海上油氣，2016,28(4)：63-69.

Xiao Dakun,Wang Hui,Fan Tingen,et al.Uncertainty quantitative characterization method of fan delta boundary with seismic attributes[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(4):63-69.