西非澤塔油田1#層剩余油分布時移地震預(yù)測

陸紅梅 陳文學(xué) 徐 海 陸文明 陳繼華

(中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

0 引言

時移地震是在油氣藏開發(fā)階段對剩余油氣分布進行預(yù)測的一種新興技術(shù)，通過目標(biāo)地區(qū)不同時間地震觀測數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性預(yù)測剩余油氣變化和分布。與傳統(tǒng)三維地震勘探不同，時移地震解釋的目標(biāo)不是儲層，而是地震有效信息的差異反映的油藏流體變化[1]。時移地震通過間隔一定的時間對同一地區(qū)進行重復(fù)地震觀測，對不同時間觀測的數(shù)據(jù)進行互相關(guān)處理，使那些與油藏開發(fā)無關(guān)的反射波具有可重復(fù)性，保留與油藏開發(fā)有關(guān)的反射波之間的差異。屬性差異大反映開發(fā)程度較大，差異小則可能指示儲量動用小或未被開發(fā)動用的剩余油氣區(qū)。通過求取地震屬性在不同時間(時期)的差異，綜合利用油藏工程資料、巖石物理學(xué)和地質(zhì)學(xué)知識，動態(tài)監(jiān)測和評價油氣藏，達到優(yōu)化開發(fā)方案、提高油氣采收率的目的。

從1995年開始，國際上已經(jīng)將時移地震監(jiān)測技術(shù)陸續(xù)應(yīng)用于中、老油田的開發(fā)中，并取得了輝煌成就。據(jù)不完全統(tǒng)計，世界上已有200多個油田實施了時移地震技術(shù)，一些大的石油公司已經(jīng)開始有計劃地大規(guī)模進行時移地震可行性研究，正逐步把地震油藏監(jiān)測技術(shù)納入生產(chǎn)規(guī)劃[2]。中國實施時移地震采集的油田不多，但對時移地震在采集、處理及綜合解釋等方面的理論研究一直沒有停步[3-18]。

Gainski等[19]利用四維地震研究了井間儲層和流體的連通性，進而劃分油藏單元； Alvarez等[20]對構(gòu)造不太復(fù)雜、儲層具有一定厚度及地震資料品質(zhì)較高的油田，在不需要巖石和流體物理模型的情況下，利用四維地震在油水界面處振幅變化有效評估油水驅(qū)替效率； Roggero等[21]把四維地震用于安哥拉海上Girassol油田生產(chǎn)歷史擬合，使地質(zhì)模型更精細，較準(zhǔn)確地預(yù)測了剩余油分布，并在之后的地震監(jiān)測中得到了驗證； Huang等[22]在不需要模型的情況下研究了把相關(guān)生產(chǎn)井直接和四維地震動態(tài)匹配的剩余油預(yù)測方法； Fan等[23]綜合巖石物理分析、疊前反演和四維地震定量解釋，清晰地識別了主產(chǎn)層中的注水優(yōu)勢通道和水驅(qū)前緣，預(yù)測了剩余油分布； Nicholls等[24]綜合應(yīng)用三維和四維巖石物理反演成果解釋油藏的開發(fā)動態(tài)，減緩油田產(chǎn)量的下降； Zhu等[25]基于時移地震差異數(shù)據(jù)的疊前彈性阻抗反演預(yù)測剩余油分布； Jiang等[26]、宋春華等[27]、張會來等[28]應(yīng)用時移地震疊前彈性參數(shù)反演成果預(yù)測油藏流體飽和度和壓力變化； Ouair等[29]、Digranes等[30]利用隨機巖石物理反演與四維地震聯(lián)合彈性反演預(yù)測壓力和含油飽和度變化，落實挪威海上油田剩余油目標(biāo)； Todnem等[31]利用四維地震結(jié)合工程資料精確尋找小的剩余油富集區(qū)，使具有復(fù)雜構(gòu)造背景的挪威老油田再次進入穩(wěn)產(chǎn)期； Yin等[32]通過建立多個模型進行正演模擬，將四維地震和生產(chǎn)井歷史數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，定量測量關(guān)鍵的油藏連通特性，包括斷層封堵、儲層內(nèi)泥巖隔層、井間流體的優(yōu)勢通道等； Li等[33]嘗試?yán)秒p時移AVO反演方法首先獲取彈性屬性，再得到有關(guān)碳氫化合物體積指標(biāo)(DHI)及其相對變化、剩余油儲量的經(jīng)驗方程，并使用該經(jīng)驗方程預(yù)測剩余油變化，最后利用剩余油變化和剩余油儲量初查數(shù)據(jù)勾畫剩余油潛在范圍； 易維啟等[34]、凌云等[35]、孫德勝等[36]應(yīng)用兩次采集的二維地震資料預(yù)測研究區(qū)的剩余油分布； 汪勇等[37-38]基于Gassmannn方程，詳細論述了孔隙流

體替換情況下儲層的地震波速度和密度變化規(guī)律，并據(jù)此建立含水飽和度變化的地震、地質(zhì)模型，優(yōu)選了對儲層敏感的振幅屬性，為預(yù)測工區(qū)剩余油分布奠定了基礎(chǔ)。

本文嘗試在井少且資料相對有限的情況下，優(yōu)選了對水驅(qū)前緣敏感的相關(guān)系數(shù)屬性，結(jié)合儲層研究成果，預(yù)測油田的剩余油分布，并得到了近年開發(fā)數(shù)據(jù)的驗證。

1 澤塔油田概況

1.1 地質(zhì)特征

澤塔油田位于西非深海海域，水深約為1400m。構(gòu)造位置處于西非被動大陸邊緣下剛果盆地南部的擠壓構(gòu)造帶與拉張構(gòu)造帶之間的過渡帶；油藏埋深較小，油藏頂部位于海平面之下約2500m；儲層為漸新統(tǒng)濁流水道砂體，物性極好(孔隙度為20%～30%)，單砂層厚度為0.5～13.7m，縱橫向疊置錯落，砂層縱向累計厚度最大為37.8m；圈閉受東北側(cè)NW—SE向邊界斷層控制(圖1)，圈閉類型為受NE向上傾斷鼻與多期濁流砂體雙重控制的復(fù)合圈閉，油藏面積約為15km2。

1.2 開發(fā)現(xiàn)狀

澤塔油田于2000年由探井Z-1發(fā)現(xiàn)，共有1#、2#、3#、4#、5#五套油層，其中1#層是主力產(chǎn)油層。

圖1 澤塔油田1#層頂面構(gòu)造圖

油田于2008年投產(chǎn)，到目前共投入采油井5口、注水井5口。油田采取“早期注水、少井高產(chǎn)、多層合采、分層注水”的開發(fā)模式，同時在開采中整體注采液量基本保持在1∶1，以保持地層壓力。

澤塔油田開發(fā)至今已10年，井間、層間與層內(nèi)矛盾較突出，主要表現(xiàn)在： ①生產(chǎn)中層間水驅(qū)程度不均衡，穩(wěn)油控水難度大； ②注采井網(wǎng)水驅(qū)方向不明確，各層吸水能力差異大，分層注水效果差。由于地處深海，受深水油田技術(shù)及經(jīng)濟條件限制，階段性開發(fā)對策不明朗，無法最大限度地提高采收率。因此，油田面臨著一系列理論技術(shù)與生產(chǎn)問題的挑戰(zhàn)，急需研究儲層內(nèi)流體驅(qū)替情況和剩余油分布的技術(shù)，為設(shè)計下一步油田開發(fā)綜合調(diào)整方案提供依據(jù)。

1.3 時移地震勘探現(xiàn)狀

澤塔油田共進行了四期時移地震數(shù)據(jù)采集。2000年采集了時移地震基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(下稱Base)。油田投產(chǎn)后又分別在2009、2011和2013年進行了三期油藏監(jiān)測地震采集(下稱Data09、Data11、Data13)。四期地震數(shù)據(jù)的采集和處理均為同一家服務(wù)公司。地震采集采用等浮拖纜技術(shù)和GPS定位控制系統(tǒng)，采樣間隔均為2ms，采集面元均為6.25 m×6.25m。在處理過程中，四期地震采集數(shù)據(jù)采用嚴(yán)格的一致性處理流程與參數(shù)，以最大程度地保證時移地震數(shù)據(jù)的一致性。

2 剩余油分布預(yù)測

2.1 巖石物理與時移地震差異特征分析

針對1#油層 ，通過統(tǒng)計、分析Z-1井的密度和聲波時差測井?dāng)?shù)據(jù)及基于Gassmann方程的流體置換正演模擬研究發(fā)現(xiàn)，含水砂巖的密度和速度均略高于含油砂巖，但含水和含油砂巖密度整體小于泥巖，而砂巖速度與泥巖基本相近(圖2)，因此砂巖波阻抗較泥巖小，在砂巖頂界面處一般都形成負極性反射，并且“油強水弱”。在時移地震差異剖面上，振幅差異越大，則油水驅(qū)替作用越強。圖3為過I-2井和P-2井時移地震差異剖面。由圖可見，油水驅(qū)替區(qū)呈明顯的強反射異常，且隨著監(jiān)測時間的推移，從注水井I-2向北，異常反射區(qū)域不斷擴大，較好地展示了注入水從注水井向高部位采油井驅(qū)替的過程。

圖2 Z-1井1#層密度—縱波速度交會圖

2.2 儲層分布預(yù)測

準(zhǔn)確確定儲層分布是研究剩余油分布的基礎(chǔ)。由于澤塔油田1#層是一套砂泥巖地層，且不論儲層中含油或含水，儲層波阻抗均小于上覆泥巖，因此均方根振幅能較好地反映該區(qū)的儲層發(fā)育情況。根據(jù)1#層的總體情況及分時切片，可以勾繪1#層砂體均方根振幅平面圖(圖4)。由圖可見：該區(qū)物源來自北部的向岸一側(cè)，砂體向南部的深海方向逐漸散開；砂體在平面上可分為西區(qū)、東區(qū)和中南區(qū)三個單元，其中西區(qū)、東區(qū)厚度較大，中南區(qū)厚度略小。

2.3 油水驅(qū)替前緣位置確定

時移地震差異可以反映油水驅(qū)替的基本情況，但精度還有待提高。為了更準(zhǔn)確地確定油水驅(qū)替前緣，對時移地震差異數(shù)據(jù)體開展屬性分析和優(yōu)選非常關(guān)鍵。既可以通過分析歷次觀測數(shù)據(jù)的常規(guī)地震屬性差異獲得水驅(qū)前緣，也可以通過直接分析地震差異數(shù)據(jù)體獲得水驅(qū)前緣?；?#層儲層發(fā)育分布特征，經(jīng)計算和分析多種屬性，最終優(yōu)選以描述差異數(shù)據(jù)波形相關(guān)性的相關(guān)系數(shù)作為1#層儲層流體驅(qū)替邊界的敏感屬性。具體計算時，首先求取監(jiān)測數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的差異數(shù)據(jù)體，然后基于差異數(shù)據(jù)體分別計算目的層段相鄰道的相關(guān)系數(shù)值。理論上，在發(fā)生油水驅(qū)替的區(qū)域(時移差異強反射)相關(guān)系數(shù)明顯為高值，而在未發(fā)生油水驅(qū)替的區(qū)域(時移差異背景)相關(guān)系數(shù)為明顯低值或零，據(jù)此可很好地刻畫油水驅(qū)替范圍的外邊界。

圖5～圖7依次為1#層Base與Data09、Base與Data11、Base與Data13時移地震差異相關(guān)系數(shù)平面圖。由圖可見，不同時間的相關(guān)系數(shù)平面圖清楚地反映了澤塔油田油水驅(qū)替的方向和前緣位置推進過程。為了更好地說明問題，結(jié)合澤塔油田開發(fā)歷史(表1)進行詳細分析。

第一次地震監(jiān)測數(shù)據(jù)(Data09)于2009年采集，當(dāng)時有生產(chǎn)井3口(P-1、P-2、P-3)，注水井3口(I-1、I-2、I-3)。澤塔油田最早的生產(chǎn)井P-1、P-2于2008年1月投入開采，最早的注水井I-1于2008年3月投注，其他井陸續(xù)開采和注水(表1)。至Data09采集時油藏儲層流體已發(fā)生了局部變化。由圖5可見： ①I-1井附近沒有出現(xiàn)相關(guān)系數(shù)高值區(qū)，在構(gòu)造高部位出現(xiàn)相關(guān)系數(shù)高值區(qū)， I-2井周邊出現(xiàn)相關(guān)系數(shù)高值區(qū)。經(jīng)鉆井資料證實：I-1井注水位置在油水界面以下27.7m，即井筒周邊在注水前、后均為水，因此基本無相關(guān)系數(shù)異常出現(xiàn)；I-2井注水位置在油水界面之上11m， 故井筒周邊出現(xiàn)相關(guān)系數(shù)高值區(qū)。②I-1井北部出現(xiàn)A、B兩處看似孤立卻很明顯的相關(guān)系數(shù)高值區(qū)，兩者的長軸方向均平行于構(gòu)造等值線，I-1井東部也有呈分散狀的較大范圍的相關(guān)系數(shù)高值區(qū)。這些相關(guān)系數(shù)高值區(qū)的外形應(yīng)與砂體發(fā)育及含油范圍的形態(tài)有關(guān)。由均方根振幅平面圖(圖4)可見：A區(qū)砂體發(fā)育的西南邊界位于3390m等值線附近，略平行于構(gòu)造等值線，比油水邊界線高，即該區(qū)域砂體整體在油水界面以上。當(dāng)該砂體與更低部位的砂體連通并受到注水驅(qū)替時，砂體的底部邊界即為油水驅(qū)替的最低邊界； B區(qū)砂體跨越了油水邊界，水由低部位的I-1井而來，自油水界面開始發(fā)生驅(qū)替，因此，其處于西部的最低邊界與該油藏的油水邊界重合。③油藏高部位有零散相關(guān)系數(shù)異常，推測是由于砂體的非均質(zhì)性在注水過程中發(fā)生局部物性變化所致，并由此造成地震響應(yīng)變化。經(jīng)查證，P-1井在2009年已見水，2012年上半年含水率一度超過20%，P-2井自2009年下半年含水率已超過20%。

圖3 過I-2—P-2井時移地震差異剖面

圖4 1#層砂體均方根振幅(RMS)平面圖 構(gòu)造等值線單位：m

圖5 1#層Base與Data09時移地震差異相關(guān)系數(shù)平面圖 構(gòu)造等值線單位：m

第二次地震監(jiān)測數(shù)據(jù)(Data11)采集于2011年，除了前述6口井之外，I-4井于2010年3月投入注水，但該井在2010～2014年間僅對2#層注水，未對1#層注水，并且I-4井1#層均為油層，未見水。自2009年Data09采集之后，前期生產(chǎn)井繼續(xù)開采和注水，油藏流體持續(xù)發(fā)生變化。由圖6可見： ①相關(guān)系數(shù)高值區(qū)范圍明顯向I-2井以東的構(gòu)造高部位和東側(cè)擴大，反映水驅(qū)替油范圍增大，主要驅(qū)替方向為NNE向； ②I-1井北部兩處和東部一處呈分散狀的相關(guān)系數(shù)高值區(qū)范圍均明顯擴大，驅(qū)替方向為NEE向或自西向東； ③I-4井附近未見相關(guān)系數(shù)高值區(qū)。

圖6 1#層Base與Data11時移地震差異相關(guān)系數(shù)平面圖 構(gòu)造等值線單位：m

圖7 1#層Base與Data13時移地震差異相關(guān)系數(shù)平面圖 構(gòu)造等值線單位：m

第三次地震監(jiān)測數(shù)據(jù)(Data13)采集于2013年，此時增加了于2012年12月投產(chǎn)的P-4井。圖7較好地展示了該監(jiān)測時期注水波及范圍的變化。為了更好地展示不同監(jiān)測時期注水波及范圍的變化，將三次監(jiān)測的相關(guān)系數(shù)屬性平面圖疊合顯示(圖8)，可見： ①I-2井向構(gòu)造高部位及東側(cè)相關(guān)系數(shù)高值區(qū)繼續(xù)擴大，注水進一步向NNE方向推進； ②I-1井北部兩處和東部一處呈分散狀的相關(guān)系數(shù)高值區(qū)范圍繼續(xù)擴大，方向持續(xù)； ③I-4井附近始終未見相關(guān)系數(shù)高值區(qū)，即未發(fā)生油水驅(qū)替，這說明要么該井1#層砂體與注水井I-1不存在注采聯(lián)動關(guān)系，要么砂體完全不連通。

2.4 1#層剩余油分布預(yù)測

根據(jù)以上成果，通過對比1#層頂面構(gòu)造圖(圖1)、1#層砂體均方根振幅平面圖(圖4)、1#層Base與Data13時移地震差異相關(guān)系數(shù)平面圖(圖7)，可以得到澤塔油田1#層在Data13采集期間的剩余油分布，即在油藏范圍內(nèi)未被Data13時移地震差異相關(guān)系數(shù)高值區(qū)覆蓋的砂體分布區(qū)域即為剩余油分布范圍(圖9)，主要集中在西部砂巖發(fā)育帶的構(gòu)造高部位(區(qū)域Ⅰ)、東部砂巖發(fā)育帶(區(qū)域Ⅱ)以及中南區(qū)砂巖發(fā)育帶(區(qū)域Ⅲ)。

圖8 1#層三次監(jiān)測時移地震差異相關(guān)系數(shù)平面疊合圖 構(gòu)造等值線單位：m

圖9 澤塔油田1#層時移地震Data13采集期剩余油分布預(yù)測圖 構(gòu)造等值線單位：m

由圖9可見： ①區(qū)域Ⅰ集中于西部砂體發(fā)育區(qū)的構(gòu)造高部位，面積較大。此區(qū)域濁積水道側(cè)向擺動頻繁，砂體縱向疊置錯位可能導(dǎo)致砂體的縱、橫向連通性存在問題，要密切關(guān)注注采關(guān)系，并結(jié)合后續(xù)時移地震資料進一步分析； ②區(qū)域Ⅱ剩余油分布不甚集中。構(gòu)造高部位存在一個NW—SE向窄長條帶，由P-2、P-5、P-3三口采油井控制。區(qū)域主體向南有兩處相關(guān)系數(shù)高值區(qū)分布于兩側(cè)，未見連片，但應(yīng)仍有可觀的剩余油分布，需要在后續(xù)的時移地震中持續(xù)關(guān)注砂體與I-2、P-2井的連通性及剩余油分布；預(yù)計I-2井周圍低部位的剩余油已被該注水井堵塞，若不在更低部位注水，南部剩余油將永久滯留； ③區(qū)域Ⅲ完全沒有注采井控制，因無油水驅(qū)替跡象，說明該區(qū)域砂體與注采井砂體不連通，或者不存在注采聯(lián)動關(guān)系； 該區(qū)域若不鉆井，剩余油也將一直被滯留于地層中。

需要說明的是，上述3個剩余油分布區(qū)域與油水驅(qū)替范圍的界限(發(fā)生一定程度的油水驅(qū)替的邊界線)不明顯。原因為：①油水驅(qū)替是一個漸變的過程，無論在垂向上還是平面上都存在一個過渡帶；②只有當(dāng)油水驅(qū)替發(fā)生到一定程度才能引起時移地震差異，并在相鄰道產(chǎn)生相關(guān)系數(shù)高值區(qū)。

由于2013年之后該區(qū)未再進行時移地震監(jiān)測，為了驗證上述剩余油預(yù)測結(jié)果的可靠性，通過分析2013年之后西區(qū)4口井(P-4、P-1、I-4、I-1井)的1#層注采曲線，可較好地了解澤塔油田1#層砂體的連通性及注采聯(lián)動關(guān)系。圖10為澤塔油田西區(qū)1#層砂體連通性及注采聯(lián)動關(guān)系平面及剖面示意圖。

圖10 澤塔油田西區(qū)1#層砂體連通性及注采聯(lián)動關(guān)系平面(左)及剖面(右)示意圖

由圖可見，P-4井位于砂體最高部位，P-1、I-1井是與P-4井連通的一個分支，I-4井是與P-4井連通的另一個分支，兩砂體交叉位置高于P-1井。因此，4口井的注采聯(lián)動關(guān)系是：I-1注水對P-1、P-4均有貢獻，I-4井注水僅對P-4井有貢獻。此認(rèn)識得到區(qū)域Ⅰ的剩余油預(yù)測結(jié)果的佐證，從側(cè)面說明本文方法的剩余油預(yù)測結(jié)果的合理性。進一步的詳細論證還有待后續(xù)開發(fā)數(shù)據(jù)的不斷充實以及鉆井驗證。

3 結(jié)論

(1)對于西非深海澤塔油田的疏松砂巖儲層，無論儲層含油或含水，其波阻抗均小于上覆深海泥巖，此為該地區(qū)利用時移地震動態(tài)監(jiān)測油藏開發(fā)的巖石物理基礎(chǔ)。

(2)澤塔油田時移地震差異本身基本可以反映油水驅(qū)替的范圍和方向，而時移地震差異的相關(guān)系數(shù)屬性對油水驅(qū)替更敏感，可以更好地刻畫各期油水驅(qū)替前緣位置。

(3)綜合油田構(gòu)造、砂體分布和時移地震差異相關(guān)系數(shù)預(yù)測了2013年1#油層的3個剩余油分布區(qū)。其中區(qū)域Ⅱ的I-2井以南部分和區(qū)域Ⅲ為可能的剩余油永久滯留區(qū)，有待進一步鉆井證實。