強反射軸屏蔽下的致密油薄砂體識別方法研究

吳昊

(中石油大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

強反射軸屏蔽下的致密油薄砂體識別方法研究

吳昊

(中石油大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

松遼盆地長垣背斜中淺層低孔、低滲條件下存在的致密油，是目前勘探開發(fā)的熱點。致密油砂巖被上覆強反射軸的波形干擾屏蔽，無法被常規(guī)地震識別出來；厚度小于3m的薄儲層，也挑戰(zhàn)著地震預測精度的極限。為解決研究區(qū)T2(扶余油層頂面)強反射軸下覆致密油薄砂體的識別問題，綜合應用子波分解重組、地震沉積學理論、地震屬性優(yōu)選及地質(zhì)意義分析等方法，較好地解決了該問題，解釋精確度較高，說明該方法具有較大的應用潛力。

子波分解重組；低孔、低滲；致密油；地震沉積學；最佳時窗子體；薄砂體預測

在松遼盆地長垣背斜構(gòu)造上，發(fā)育有孔隙度和滲透率都很低的致密砂巖，其中所含的油稱之為致密油，其存在給勘探開發(fā)及鉆采過程帶來了前所未有的困難。在地震剖面中，相對厚的泥巖和砂巖的交界面會產(chǎn)生波形明顯、能量強、連續(xù)性和穩(wěn)定性都很好的同向軸，是地震及地質(zhì)工作中的標準軸。研究區(qū)T2強反射軸對應的是中淺層扶余油層的頂面，其強烈的地震響應屏蔽了下覆地層的情況，且常規(guī)地震方法無法識別厚度小于3m的薄儲層。因此，在物性差和常規(guī)地震手段無效的情況下，筆者綜合應用子波分解重組、地震沉積學理論、地震屬性優(yōu)選及地質(zhì)意義分析等方法，解決T2強反射軸下覆致密油薄砂巖的識別問題，取得了較好的應用效果。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于長垣背斜構(gòu)造上，背斜近南北走向，斷層極其發(fā)育，錯綜復雜，以北西向為主，背斜構(gòu)造屬于后期擠壓形成。根據(jù)多年的勘探開發(fā)經(jīng)驗[1]，該區(qū)儲層物性較差，屬于低孔、低滲儲層，砂體橫向變化快，厚度很薄，含油豐度非常低，具典型的致密油特征，給勘探開發(fā)以及鉆井采油帶來了較大困難。

T2強反射軸是長垣背斜中淺層典型的、穩(wěn)定的地震同向軸，是地震處理解釋中的標準參考層，也是該次研究的重點。其形成是由于較厚的泥巖和下覆砂體波阻抗的差異，致使聲波速度劇烈變化，從而形成波峰明顯高于其他界面，且同向軸連續(xù)性很好的波形。它會將附近的波形“同化”，導致波形的“合成效應”，一些有利的砂巖被淹沒其中，在地震屬性切片上呈現(xiàn)“一片紅”的現(xiàn)象。

前人[2]研究表明，扶余油層屬于三角洲沉積特征，研究區(qū)沉積主體是三角洲前緣和平原的分流河道，但對主河道的具體分布并不十分清楚。鑒于研究區(qū)砂體厚度很薄，只有1～3.5m，接近地震方法識別砂體的分辨極限，且河道寬度較窄，擺動較大，因此用常規(guī)地震、地質(zhì)方法難以確定河道的位置和規(guī)模。

以大慶長垣某油田南部A井為例，從其測井綜合解釋(圖1(a))可以看到，T2軸線處有明顯的曲線突變，其下覆不到10m處有致密薄油層存在，厚度為2.58m；從其原始地震剖面(圖1(b))上可以看出，該致密油薄砂體的響應被T2強反射軸掩蓋，一般情況下砂巖在地震剖面上是正響應，而該處卻為負響應，且該致密油薄砂體的厚度達到了地震識別地質(zhì)體縱向分辨率的理論極限(一般認為厚度小于3m的砂層無法識別)。

圖1 A井T2強反射軸下致密薄砂巖測井綜合解釋(a)及原始地震剖面圖(b)

2 子波分解重組方法

地震道=反射系數(shù)序列*(*代表褶積)地震子波。設地震子波是s(t)，各個地層界面的反射系數(shù)隨界面雙程垂直反射時間t的變化用R(t)表示，那么反射地震記錄x(t)與s(t)和R(t)的關(guān)系是：

x(t)=s(t)*R(t)

(1)

一個子波可以分解成若干個不同能量頻率的子波集，其和正好等于該子波。子波分解重組就是把一個地震道分解成能量各不相同的地震子波的集合，再對分解后的子波進行篩選排序，重組成全新的地震道(見圖2)。

圖2 子波分解與重組可逆過程示意圖

首先將已知的地震數(shù)據(jù)體的目標數(shù)據(jù)段分解成若干個不同能量的子波分量(子波分量根據(jù)輸入的目標數(shù)據(jù)段通過統(tǒng)計學方法計算得到)，并將上述子波分量按照能量和共性從大到小篩選排序(第1個子波能量分量代表所有地震數(shù)據(jù)中最具有共性、最大能量的子波；第2子波能量分量是僅次于第1子波能量分量的，并以此類推)。

依據(jù)子波分解重組原理，將構(gòu)成地震道的相異頻率、相異振幅的子波分解成m個子波，并經(jīng)過篩選，按照能量從大到小的順序排列(0，1，2，…，m-1)，因此原始地震子波可以表示為：

(2)

式中：Wi為第i個子波函數(shù)；Ai為第i個子波的振幅(振幅的平方與能量成正比，可替代能量變量)，m；t為時間，s；ωi為第i個子波的頻率，Hz。

子波函數(shù)的形式可以選擇Guass、Morlet等。經(jīng)過篩選排列后的子波函數(shù)中，由于要去掉能量最大的幾個子波函數(shù)，即去掉前n(此處的n需要進行一定的試驗才能得到效果最好的n)個子波函數(shù)后，將剩余的m-n個子波函數(shù)求和，重新組成新的地震子波：

(3)

結(jié)合式(1)和式(3)，可以推出去掉強能量的新地震道信號為：

食品生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)生大量廢水，如魚類加工、菜蔬腌制、制造肉類罐頭、奶制品等。在食物加工過程中，由于干燥鹽或鹽溶液的使用而產(chǎn)生了大量的含鹽廢水。在魚類產(chǎn)品生產(chǎn)加工作業(yè)中，卸魚過程伴隨的海水是最初的主要污染源，后期加工過程中又產(chǎn)生大量鹽類和有機物等[6]。制革工業(yè)也產(chǎn)生大量廢水，鞣革加工過程需要添加鹽同時產(chǎn)生大量的廢水，例如浸泡獸皮的溶液中NaCl含量高達80 g/L[7]。石油工業(yè)的生產(chǎn)也造成了大量廢水的產(chǎn)生，原油主要含有復雜的混合物如脂肪族、脂環(huán)族等，需要在精煉過程中加入破乳劑。傾析乳液和水油過程中產(chǎn)生的高鹽度廢水，是淡水鹽度水平至海水的3倍以上[8]。

(4)

研究區(qū)T2強反射軸屬于能量最強、最穩(wěn)定，也是共性最大的對象，因此將能量最強的幾個子波分量去掉，在一定程度上減弱T2的強能量效果，可使相對較弱能量的目標致密薄油層突顯出來，達到減弱T2強反射軸的屏蔽作用、突顯薄砂體的目的。

3 地震沉積學方法

在地震解釋中難免會遇到超出地震分辨率極限的薄砂體[3]，研究區(qū)A井目標層就屬于致密油薄砂體，需要在解釋方法上解決致密油薄儲層的識別問題。針對研究區(qū)三角洲和河道沉積體系砂體縱、橫向變化快的特點，考慮應用基于地震沉積學理論[4]的砂體識別技術(shù)[5]。

首先對研究區(qū)層位和分層進行標定，將T2強反射軸拉平[6]后觀察地震剖面，找出目標砂體對應的波形情況，并找出與之相對應的其他橫向波形，上述波形組成的近乎等厚的條帶就是要尋找的最佳時窗子體。該最佳時窗子體既要反映該砂體的厚度和邊界，也要盡量減少周圍砂泥巖的干擾響應。

圖3 強反射軸屏蔽下致密油薄砂體精細刻畫系統(tǒng)流程圖

在平面上可以對目標砂體進行地震屬性切片觀察，尋找到包含該目標砂體響應的屬性切片，反復比對后判斷出最佳時窗的時間范圍，再把該時間范圍的厚度屬性提取出來，最后觀察厚度屬性圖，適當微調(diào)時窗的時間范圍，優(yōu)選出效果最好的時窗子體。

觀察平面砂體展布規(guī)律，結(jié)合沉積相圖分析砂體的河道特征[7]，將趨勢相近的屬性切片歸納為一個地震相，分析出目標薄砂體的地震相規(guī)律，再與沉積相圖對照，得到地震相與沉積相最為匹配的對應關(guān)系。上述地震、地質(zhì)相結(jié)合的思路可以有效地識別出目標致密油薄砂體及其空間展布規(guī)律。

通過上述方法，總結(jié)出一套針對強反射軸屏蔽下致密油薄砂體的精細刻畫系統(tǒng)流程(圖3)。

4 應用效果分析

首先將原地震子波分成400個子波原子，能量按照從大到小排列，采用高斯函數(shù)反復運算測試，依次去掉第1個或者第1個和第2個；經(jīng)過測試，將1～10地震子波去掉后，合成剩余11～400子波可以達到比較滿意的效果。針對該地震體目的層段的頻譜特征，優(yōu)選了最大(小)頻率及高/低截(通)頻率進行濾波，該過程需要用原始地震道來分析頻譜特征，具體實現(xiàn)手段是：將所研究時窗以及附近的原始地震道進行區(qū)域頻譜分析，得到頻譜曲線，找到適合該次處理的最大(小)頻率及高/低截(通)頻率，其原則是盡可能保存低頻和高頻有效信息，減少干擾信號；具體參數(shù)是：最小頻率0Hz、最大頻率512Hz、低切頻率8Hz、低通頻率12Hz、高通頻率60Hz、高切頻率80Hz。該處理過程應注意時窗的選取，盡量包含目標砂體的整個軸信息，且時窗不能過大。上述3個方面是相輔相成，互相影響的，每一次測試過程都要涉及到3方面的調(diào)試，才能達到最佳效果。

圖4為子波分解重組前、后地震波形對比圖，可以看出，T2強反射軸的強度明顯減弱，箭頭所指位置有小幅度的砂巖突起特征，即目標致密油薄砂體的響應突顯了出來。經(jīng)過子波分解重組處理后，T2強反射軸對應層位的振幅屬性切片較處理前的“一片紅”現(xiàn)象得到了明顯改善，即高振幅紅色區(qū)域得到了縮減，突顯了一部分砂體的走勢，砂體分散、規(guī)模較小(圖5)，與測井資料中的砂體規(guī)模相符。證明了該方法在平面地震屬性上具有較好的應用效果。

圖4 子波分解重組前(a)、后(b)地震波形對比圖

圖5 子波分解重組前(a)、后(b)T2強反射軸對應層位振幅屬性切片對比圖

圖6 T2 強反射軸下覆目標薄砂體厚度預測圖

要提高識別小于3m的薄砂體的解釋精度，首先要對子波分解重組后的目標層重新進行層位解釋[8，9]。該次研究主要應用層拉平解釋技術(shù)，把T2強反射軸拉平后，根據(jù)扶余油層的大致等厚沉積，解釋目標薄砂體的上、下2個層位，即最佳時窗子體的上、下層。針對目標薄砂體進行1ms或者2ms步長的振幅屬性切片(振幅屬性對砂體最為敏感，頻率、相位等屬性作為次要參考)[10]，從淺到深比對每張切片的變化和具有一致性的砂體趨勢，找到目標薄砂體所在的大致時間范圍，然后集中該時間范圍的切片進行厚度屬性預測，即是對最佳時窗子體的厚度屬性預測[11]。該過程應與最佳時窗子體層位解釋互相滲透進行，才能達到最理想的效果。由T2強反射軸下覆目標薄砂體厚度預測圖(圖6)可以清晰地看到，厚度圖大幅減弱了T2強反射軸給下覆砂體帶來的影響，能明顯識別出砂體的走勢和規(guī)模。

圖7為F井處理后的T2強反射軸下覆薄砂體地震響應與測井資料的對應情況，可以看到，F(xiàn)井在T2強反射軸下存在多個相鄰的薄砂體，其地震響應具有“合成效應”，測井曲線指示的砂層組與突顯的弱軸特征符合。

圖7 F井處理后的T2強反射軸下覆薄砂體地震響應與測井曲線對應圖

為了驗證上述方法的準確性，隨機均勻地挑選了研究區(qū)內(nèi)的12口井進行了符合率統(tǒng)計，其中10口井符合預測結(jié)果，2口井不符合，整體符合率83.3% (表1)。

表1 研究區(qū)目標致密油薄砂體預測符合率統(tǒng)計表

5 結(jié)論

1)運用子波分解重組方法可以有效地減弱強反射軸對下覆致密油薄砂體的屏蔽作用，使剖面上出現(xiàn)符合測井數(shù)據(jù)的波形響應，平面上的地震屬性亦可清晰地反映目標薄砂體的形態(tài)特征。

2)基于地震沉積學的最佳時窗子體精細砂體刻畫解釋技術(shù)使很薄的河道砂體也能得到精確刻畫，并可識別出砂體展布規(guī)律。

3)研究區(qū)經(jīng)過上述方法的系統(tǒng)處理解釋后，有效提高了縱向分辨率，可識別小于3m的薄砂體。該套方法對長垣背斜構(gòu)造背景下的、強反射軸影響下的低孔、低滲河流相沉積地區(qū)的致密油勘探開發(fā)具有較強的適用性。

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[編輯] 龔丹

P631.44

A

1673-1409(2017)19-0040-06

2016-04-19

吳昊(1986-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事地震、地質(zhì)與開發(fā)研究工作，06152009@163.com。

[引著格式]吳昊.強反射軸屏蔽下的致密油薄砂體識別方法研究[J].長江大學學報(自科版), 2017,14(19):40～45.