利用巖性阻抗識(shí)別砂巖、泥巖以及砂體疊置
——以北部灣盆地潿洲A油田為例

彭 軍，周家雄，隋 波，李海鵬，唐 蓿

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司）

利用巖性阻抗識(shí)別砂巖、泥巖以及砂體疊置
——以北部灣盆地潿洲A油田為例

彭 軍，周家雄，隋 波，李海鵬，唐 蓿

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司）

針對(duì)潿洲A油田儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性強(qiáng)、存在砂體疊置，以及單純的波阻抗反演不能十分有效地識(shí)別砂泥巖和疊置砂體，提出了將縱波阻抗與橫波阻抗通過(guò)一定的數(shù)學(xué)變換獲得巖性阻抗的方法，證實(shí)了該巖性阻抗反演結(jié)果與實(shí)鉆井吻合程度高，有效區(qū)分了砂巖和泥巖，并成功地預(yù)測(cè)了潿洲A油田砂體疊置的關(guān)系。

波阻抗反演；巖性阻抗；砂體預(yù)測(cè)；儲(chǔ)層預(yù)測(cè)；潿西南凹陷；北部灣盆地

隨著油氣勘探的推進(jìn)和計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的提高，近年來(lái)地震資料反演技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了多種反演軟件和反演方法。反演技術(shù)與沉積相、層序地層、油藏地質(zhì)研究緊密結(jié)合，已經(jīng)成為油藏精細(xì)描述與儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的有效方法，并且也成了識(shí)別巖性油氣藏最有效的方法之一［1-5］，它們?cè)谑涂碧胶烷_(kāi)發(fā)生產(chǎn)中發(fā)揮了十分重要的作用［6］。

地震資料反演根據(jù)采用的地震資料可以分為疊前反演和疊后反演。其中，疊后反演采用的是疊后地震資料，在地質(zhì)、測(cè)井等資料標(biāo)定的基礎(chǔ)之上，可提取與地震波動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)的參數(shù)來(lái)反映巖層性質(zhì)，進(jìn)而預(yù)測(cè)地下儲(chǔ)層空間分布［7-9］，但由于疊后地震資料反演所包含的地球物理信息相對(duì)有限，故在預(yù)測(cè)儲(chǔ)層時(shí)存在一定的局限性；而疊前地震資料反演是目前勘探研究領(lǐng)域中較為新穎的技術(shù)［10］，因?yàn)榀B前地震資料包含振幅隨偏移距或入射角增大而變化的特征,所以能夠提供更多的反映儲(chǔ)層縱橫向變化的地球物理參數(shù)［11］，并且可以利用多種彈性參數(shù)分析結(jié)果來(lái)獲得較疊后地震反演可信度更高的成果。但是，由于地質(zhì)情況的復(fù)雜性，單純的波阻抗反演有時(shí)并不能有效地識(shí)別砂泥和疊置砂體，為解決此類問(wèn)題，本文提出了將縱波阻抗與橫波阻抗通過(guò)一定的數(shù)學(xué)變換來(lái)獲得一種巖性阻抗的方法，并通過(guò)在南海北部灣潿洲A油田的應(yīng)用，表明該方法能很好地區(qū)分砂巖和泥巖，還能有效地區(qū)分互相疊置的不同砂體。

1 問(wèn)題的提出

潿洲A油田位于南海北部灣盆地潿西南凹陷中部，油田的油藏類型較為復(fù)雜，既有構(gòu)造油藏，也有構(gòu)造—巖性復(fù)合油藏。該油田主要儲(chǔ)層位于自下而上的古近系流沙港組、潿洲組和新近系角尾組之中。其中，流沙港組是主要生產(chǎn)層位，其儲(chǔ)層橫向變化比較復(fù)雜、連通性差，總體表現(xiàn)為平面非均質(zhì)性強(qiáng)的特征［12］。

通過(guò)井點(diǎn)的分析，認(rèn)識(shí)到砂體存在明顯疊置的現(xiàn)象，但是它們?cè)诘卣鹌拭嫔系耐噍S卻表現(xiàn)為較好的連續(xù)性，從而無(wú)法識(shí)別出這種疊置情況，由此造成了該油田存在油水界面矛盾、注水效果不理想等問(wèn)題。為了解決油田存在的這些問(wèn)題，迫切需要對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行精細(xì)刻畫，特別是對(duì)砂體邊緣的這種疊置接觸關(guān)系進(jìn)行細(xì)致刻畫。在僅僅使用純波地震資料可能無(wú)法滿足這種要求的情況下，則需要綜合運(yùn)用地質(zhì)、地震和鉆井等多種信息，以達(dá)到對(duì)砂體的精細(xì)研究。

為了識(shí)別區(qū)分出砂巖和泥巖，一般常用的方法是首先利用相對(duì)較為簡(jiǎn)單的疊后地震資料反演，然而，通過(guò)對(duì)油田鉆井的測(cè)井曲線歸一化進(jìn)而進(jìn)行巖性敏感參數(shù)分析后，發(fā)現(xiàn)在縱波阻抗（Zp）與測(cè)井伽馬值（GR）的交會(huì)圖上（圖1a）泥巖與砂巖的阻抗值區(qū)域重疊，不能有效區(qū)分砂巖和泥巖。因而采用疊后地震縱波反演得到的縱波阻抗體也不可能有效區(qū)分砂巖和泥巖。再看用橫波阻抗（Zs）和縱波速度/橫波速度（Vp/Vs）分別與測(cè)井伽馬值（GR）的交會(huì)分析（圖1b，圖1c），發(fā)現(xiàn)Zs與Vp/Vs也不能很好地區(qū)分砂巖和泥巖，這表明疊前反演在該區(qū)也不是預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的有效方法。由此看來(lái)，單獨(dú)使用一種巖石物理參數(shù)來(lái)識(shí)別砂巖和泥巖是困難的。由于砂巖和泥巖的縱波阻抗、橫波阻抗、Vp/Vs均存在嚴(yán)重的交織現(xiàn)象，因此，都不能單獨(dú)用來(lái)區(qū)分砂巖和泥巖，至于要識(shí)別疊置的砂體則更加不可行。

2 巖性阻抗的概念

由上述分析可知，潿洲A油田利用單一巖石物理參數(shù)不能有效地區(qū)分砂巖和泥巖，那么同時(shí)采用縱波阻抗與橫波阻抗兩種巖石物理參數(shù)來(lái)識(shí)別砂巖和泥巖是不是有效呢？通過(guò)對(duì)縱波阻抗與橫波阻抗的交會(huì)圖（圖2a）分析，發(fā)現(xiàn)砂巖與泥巖在每個(gè)坐標(biāo)軸方向上均有較多交叉重疊［13-15］，但從交會(huì)圖中也可以明顯地發(fā)現(xiàn)砂巖處在交會(huì)圖中紅線的上方，因此若通過(guò)適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換，就可以有效地區(qū)分砂巖和泥巖，以達(dá)到儲(chǔ)層識(shí)別的目的。將橫波阻抗（Zs）與縱波阻抗（Zp）交會(huì)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)θ角度，即由黑色坐標(biāo)系變?yōu)榧t色坐標(biāo)系 （圖2a），紅色虛線方向用PI表示，則PI可由公式(1)表示：

式中：PI為巖性阻抗，Zs為橫波阻抗，Zp為縱波阻抗，三者的單位都是kg/m3·m/s，θ為區(qū)分砂巖和泥巖的紅線與橫坐標(biāo)縱波阻抗軸的夾角，如圖2a所示。將垂直PI的坐標(biāo)軸定義為垂直巖性阻抗分量VPI。

圖1 潿洲A油田多井縱波阻抗（Zp）、橫波阻抗（Zs）、Vp/Vs與測(cè)井伽馬值（GR）交會(huì)圖

圖2 巖性阻抗定義示意圖

從巖性阻抗（PI）與垂直巖性阻抗分量（VPI）交會(huì)圖（圖2b）中可明顯發(fā)現(xiàn)，若取紅線處的波阻抗（PI）為門限值，那么砂巖將主要集中在門限值的左邊，泥巖則位于門限值的右邊。由于換算后得到的該P(yáng)I參數(shù)可有效區(qū)分砂泥巖，因此將該巖性參數(shù)稱為巖性阻抗。依據(jù)巖性阻抗的定義公式(1)可知，巖性阻抗是縱波阻抗與橫波阻抗的綜合反映，它不僅反映了巖性縱波阻抗的差異，而且還對(duì)巖性流體與骨架孔隙有一定程度的響應(yīng)。巖性阻抗相比于縱波阻抗或橫波阻抗這些單一波阻抗來(lái)說(shuō)，其反演結(jié)果是更多的巖石物理參數(shù)的綜合反映，它突出表現(xiàn)了砂泥巖的物性參數(shù)差異，能夠?qū)ι澳鄮r進(jìn)行更細(xì)致的區(qū)分，甚至當(dāng)不同砂體之間由于泥質(zhì)含量不同時(shí)，巖性阻抗也可能有較大差別，這將有助于對(duì)疊置砂體的刻畫。

3 巖性阻抗的應(yīng)用

對(duì)潿洲A油田的縱波阻抗（Zp）、橫波阻抗（Zs）進(jìn)行交會(huì)分析 （圖3a），可以看出該區(qū)使用巖性阻抗（PI）能夠區(qū)分出砂泥巖。通過(guò)將計(jì)算出的巖性阻抗（PI）與測(cè)井伽馬值（GR）交會(huì)，從圖3b來(lái)看，證實(shí)了巖性阻抗區(qū)分砂泥巖的有效性。

但是研究區(qū)的砂體識(shí)別不僅僅是要解決砂巖和泥巖之間的區(qū)別，同時(shí)還要判斷砂體之間的疊置關(guān)系。前已述及，地震純波數(shù)據(jù)不能有效地區(qū)分這種疊置，那么巖性阻抗體能否有效區(qū)分同一時(shí)期沉積的不同砂體呢？首先對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析：雖然該區(qū)在地震同相軸上表現(xiàn)得十分連續(xù)，但實(shí)鉆2井與3井卻分別鉆遇了流沙港組一段一油組（L1Ⅰ)不同的油水界面，且兩井之間不存在明顯斷層跡象；測(cè)井解釋的泥質(zhì)含量也明顯不同，表明兩井鉆遇的砂體不是同一砂體。將兩井鉆遇的同一時(shí)期不同砂體的測(cè)井巖性阻抗進(jìn)行交會(huì)分析，2井與3井鉆遇的L1Ⅰ砂體巖性阻抗數(shù)據(jù)點(diǎn)在交會(huì)圖中分別使用正方形、三角形表示（圖4），從圖4中可以十分明顯地發(fā)現(xiàn)：2井鉆遇的L1Ⅰ油組砂體巖性阻抗與3井鉆遇的L1Ⅰ油組砂體巖性阻抗有明顯差別。2井的巖性阻抗主要位于圖4紅線的左側(cè)，3井的巖性阻抗主要位于紅線的右側(cè)。因此，潿洲A油田實(shí)鉆井巖性阻抗交會(huì)圖證實(shí)，巖性阻抗可有效區(qū)分該油田疊置的砂體。利用巖性阻抗這種識(shí)別砂體疊置的能力，可以有效地進(jìn)行砂體精細(xì)刻畫研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)單砂體的空間展布刻畫。

圖3 潿洲A油田縱波阻抗（Zp）—橫波阻抗（Zs）交會(huì)圖與巖性阻抗（PI）—測(cè)井伽馬值（GR）交會(huì)圖

圖4 潿洲A油田2井與3井流沙港組一段一油組巖性阻抗（PI）—測(cè)井伽馬值（GR）交會(huì)圖

本次研究還將巖性阻抗應(yīng)用在潿洲A油田其它油組，以進(jìn)行砂體疊置情況研究與預(yù)測(cè)。通過(guò)疊前反演，得到可信的縱波阻抗體與橫波阻抗體，再采用巖性阻抗計(jì)算公式(1)可以得到研究區(qū)的巖性阻抗體。 為確認(rèn)反演結(jié)果的可靠性，將井點(diǎn)數(shù)據(jù)與反演結(jié)果進(jìn)行對(duì)比（圖5）。圖上的2井、3井、A11井為參加反演的井，4井、A2井是未參與反演的井。從過(guò)這些井的巖性阻抗連井剖面來(lái)看，該區(qū)得到的巖性阻抗體與井點(diǎn)數(shù)據(jù)十分吻合，說(shuō)明反演結(jié)果精度較高，可用于儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及砂體的精細(xì)雕刻。

圖5 潿洲A油田巖性阻抗連井剖面

在對(duì)潿洲A油田的流沙港組一段四油組（L1Ⅳ)砂體實(shí)施調(diào)整井以提高采收率時(shí)，采用了巖性阻抗來(lái)研究該區(qū)砂體是否有疊置的可能性，以避免可能存在的風(fēng)險(xiǎn)。從地震純波剖面上來(lái)看（圖6a），該區(qū)目的層（圖上解釋的藍(lán)色反射層）地震同相軸連續(xù)性好，但是從巖性阻抗剖面上來(lái)看（圖6b，圖中藍(lán)色層位為地震純波反射剖面上解釋的結(jié)果），巖性阻抗同相軸不支持地震純波解釋結(jié)果，因?yàn)樵诰G線與紅線相接處的巖性阻抗出現(xiàn)明顯的分隔、截?cái)喱F(xiàn)象。沿L1Ⅳ油組提取該區(qū)的巖性阻抗屬性切片(見(jiàn)圖7)可以看到：A2井與3井之間巖性阻抗的差別十分明顯：A2井以西，巖性阻抗值一般小于-0.35×106kg/m3·m/s，圖中顯示以紅色、黃色、青色為主；A2井以東巖性阻抗值在圖中主要為藍(lán)色到灰色。根據(jù)前述2井與3井的L1Ⅰ油組砂體巖性阻抗交會(huì)圖（圖4），巖性阻抗在潿洲A油田具有區(qū)分單砂體的能力，因此，A2井東西兩側(cè)如此明顯的巖性阻抗差異，是否表明L1Ⅳ油組砂體也存在砂體邊緣疊置現(xiàn)象呢？為了搞清這一點(diǎn)，下面結(jié)合井點(diǎn)信息進(jìn)行分析。

圖6 潿洲A油田地震純波剖面與巖性阻抗剖面對(duì)比井位見(jiàn)圖5

圖7 潿洲A油田沿流沙港組一段四油組巖性阻抗屬性切片

從井點(diǎn)統(tǒng)計(jì)信息（表1，圖7）分析可知：位于A2井及其以西的A3井、2井、A9井，它們的泥質(zhì)含量都小于8%，砂體厚度均大于17m，砂體凈毛比都低于60%；位于A2井以東的3井、A17H井的泥質(zhì)含量都超過(guò)10%，砂體厚度10m左右，但是凈毛比卻高達(dá)85.26%。A9井到A2井的距離約為A2井到3井距離的3倍，從A9井到A2井泥質(zhì)含量基本不變，凈毛比變化也較小，而3井的泥質(zhì)含量比A2井泥質(zhì)含量的兩倍還高，并且凈毛比提高了30%以上。顯然A2井以東與A2井以西,鉆井鉆遇的砂體表現(xiàn)出不同的物性特征。這在沿層（L1Ⅳ）巖性阻抗屬性切片上（圖7）也可以看出?；诰c(diǎn)與巖性阻抗的對(duì)應(yīng)關(guān)系分析（表1，圖7），在巖性阻抗值小于-0.35×106kg/m3·m/s的紅、黃、青色的范圍是砂體泥質(zhì)含量低、砂體相對(duì)較厚的區(qū)域。因此認(rèn)為L(zhǎng)1Ⅳ油組砂體極有可能是A2井以西的砂體與A2井以東的砂體這兩個(gè)砂體的互相疊置。

表1 潿洲A油田井點(diǎn)砂體信息統(tǒng)計(jì)

在生產(chǎn)調(diào)整井實(shí)施中，曾在A17H井以東鉆了A18H井。A18H井鉆遇L1Ⅳ油組砂體的位置要高于該砂體鉆遇的油水界面，但是A18H的這個(gè)砂體出水，這也證明了L1Ⅳ油組砂體在2井區(qū)與3井區(qū)為同一個(gè)砂體的認(rèn)識(shí)是不正確的，L1Ⅳ油組砂體應(yīng)該是2井區(qū)與3井區(qū)兩個(gè)單砂體間的疊置，只是由于砂體間阻抗差異較小，這才在地震資料上不能明顯地表現(xiàn)出反射差異。

通過(guò)巖性阻抗在潿洲A油田對(duì)L1Ⅳ油組疊置砂體的有效刻畫，充分說(shuō)明了巖性阻抗反演結(jié)果識(shí)別單砂體的有效性，這為將來(lái)的井位調(diào)整提供了極好的技術(shù)性支持。

4 結(jié)束語(yǔ)

在進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)時(shí)，由于常常受限于地震資料的品質(zhì)，故而單砂體的刻畫是十分困難的，而且，單純地使用一種巖性參數(shù)也不能有效地區(qū)分砂巖和泥巖，為此需要結(jié)合多種巖性參數(shù)進(jìn)行分析。巖性阻抗就是綜合運(yùn)用縱波阻抗與橫波阻抗，通過(guò)適當(dāng)?shù)墓阶儞Q來(lái)采用多種巖性參數(shù)以增強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)層識(shí)別的一種巖性屬性。巖性阻抗不僅能有效地識(shí)別砂泥巖，為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供很好的參考依據(jù)，而且?guī)r性阻抗還能較好地區(qū)分砂體之間的疊置關(guān)系，為刻畫單砂體的研究提供支撐。這一方法對(duì)勘探和開(kāi)發(fā)都具有實(shí)用意義，具有較好的推廣價(jià)值。

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編輯：黃革萍

Identification of Superimposed Sandbody by Using Lithology Impedance in Weizhou-A Oilfield,Beibuwan Basin

Peng Jun,Zhou Jiaxiong,SuiBo,LiHaipeng,Tang Xu

In view of the plane heterogeneity of reservoirs and the superimposition of sand body in Weizhou-A Oilfield,Beibuwan Basin,the well data analysis shows that the simple impedance inversion can′t identify sandmudstone and superimposed sandbody effectively.The lithology impedance was presented in this study by using mathematical transformationmethod of the P-wave impedance and S-wave impedance.It is proved that the results of lithology impedance are in high coincidence with drilling.The sandstone and mudstone are identified effectively, and the superimposed relationship of sandbody was predicted successfully by using lithology impedance.

Im pedance inversion;Lithology im pedance;Sandbody prediction;Reservoir prediction;Southw est Weizhou Depression;Beibuwan Basin

TE122.4+4

：A

10.3969/j.issn.1672-9854.2017.01.012

1672-9854(2017)-01-0089-06

2015-01-09；改回日期：2016-05-31

本文受中國(guó)海洋石油總公司“十二五”重大專項(xiàng)“南海西部海域典型低孔低滲油氣藏勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究及實(shí)踐”(編號(hào)：CNOOCKJ125ZDXM07LTD02ZJ11)資助

彭軍：1984年生，工程師，現(xiàn)從事地球物理技術(shù)在儲(chǔ)層描述中的應(yīng)用工作。通訊地址：524057廣東省湛江市坡頭區(qū)南油二區(qū)商業(yè)附樓5樓；E-mail：pengjun@cnooc.com.cn

Peng Jun：Geophysical Engineer.Add:Zhanjiang Petroleum Institute,Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.,Zhanjiang, Guangdong,524057,China