油田開發(fā)后期井間砂體識(shí)別

徐立恒 馬耀軍 朱遂琿 王增存 李正喜 梁 宇

(①中國石油大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712； ②中國石油青海油田公司采油五廠，青海德令哈 816400； ③西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,四川成都 610500； ④中國石油西南油氣田分公司川西北氣礦，四川綿陽 621700； ⑤中國石油玉門油田分公司老君廟采油廠，甘肅酒泉 735019)

0 引言

大慶長垣油田歷經(jīng)五十多年的勘探與開發(fā)，目前處于高密井網(wǎng)、細(xì)分單層開采階段，平均井距已達(dá)到80～200m。雖然井網(wǎng)已經(jīng)很密，但長垣油田儲(chǔ)層屬陸相河流—三角洲沉積，砂層厚度小，相變快，所以難以僅依靠井資料確定井間窄小河道砂體的邊界位置及各河道砂體之間的連通關(guān)系，影響了油田后期注水開采和剩余油挖潛。長垣油田勘探實(shí)踐表明，井網(wǎng)密度為100口/km2時(shí)，河道砂體描述符合率不足80%，密井網(wǎng)區(qū)井間儲(chǔ)層描述的精度仍需要提高[1-2]。

高密度地震資料平面網(wǎng)格尺寸一般為20m×20m，與鉆井相比，具有橫向高密度采樣的優(yōu)勢(shì)，可提供大量的井間儲(chǔ)層信息。目前，利用地震資料開展的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)普遍應(yīng)用于勘探階段和開發(fā)初期。但是對(duì)于在油田開發(fā)后期、密井網(wǎng)條件下，如何利用井震結(jié)合的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)提高井間砂體描述精度的研究較少，而多是側(cè)重于流程化應(yīng)用，缺乏對(duì)密井網(wǎng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的系統(tǒng)研究[3-5]。為了確定長垣油田高密井網(wǎng)下砂體的連通關(guān)系和井間窄小河道的邊界位置，本文采用井震結(jié)合反演技術(shù)，精細(xì)刻畫儲(chǔ)層，指導(dǎo)剩余油挖潛。

1 研究區(qū)儲(chǔ)層特征

研究區(qū)BSX區(qū)塊位于長垣油田北部，長垣油田開發(fā)層系為薩爾圖、葡萄花、高臺(tái)子油層，儲(chǔ)層段發(fā)育大型鳥足狀三角洲沉積。三角洲相可進(jìn)一步細(xì)分為三角洲分流平原亞相、內(nèi)前緣亞相和外前緣亞相(圖1)。其中，三角洲分流平原亞相多發(fā)育條帶狀河道砂體和透鏡狀河道砂體，單層砂巖厚度為2～7m； 三角洲內(nèi)前緣亞相發(fā)育眾多窄小的樹枝狀—網(wǎng)狀水下分流河道砂體和大面積分流間塊狀泥質(zhì)巖，河道砂體厚度為2～4m； 三角洲外前緣亞相以發(fā)育席狀砂為主，分布面積較大，單層砂體較薄，厚度一般小于2m。向湖盆中心方向，砂體變成零星、斷續(xù)的透鏡體狀而逐漸消失[6-11]。

圖1 研究區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育特征

2 井震匹配關(guān)系

BSX區(qū)塊面積為12km2。1964年投入開發(fā)，共有基礎(chǔ)井、一次加密井、二次加密井、一類油層聚驅(qū)井、三次加密井、二類油層聚驅(qū)井六套井網(wǎng)，井?dāng)?shù)共計(jì)1200口。2008年采集的三維地震資料面元尺寸為20m×20m，目的層頻率范圍為10～80Hz，主頻為45Hz左右。

單井縱波阻抗曲線表明，該地區(qū)砂巖縱波阻抗低(<6.5×106kg/m3·m/s)，泥巖縱波阻抗高(>7.0×106kg/m3·m/s)，可以利用縱波阻抗區(qū)分砂、泥巖(圖2)。

通過儲(chǔ)層井震標(biāo)定剖面可見，地震資料能夠反映儲(chǔ)層的橫向變化(圖3)?！疤摼€框”內(nèi)從W1、W2井到W3、W4井(井與井平均距離為150m)，巖相變化快，從泥巖轉(zhuǎn)變?yōu)樯皫r，地震響應(yīng)也相應(yīng)發(fā)生了變化，即由強(qiáng)振幅變化為弱振幅。這反映了目的層段地震響應(yīng)與巖性之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為通過井震結(jié)合反演方法預(yù)測(cè)儲(chǔ)層提供了可行性。

圖2 單井中儲(chǔ)層縱波阻抗特征

圖3 連井地震剖面

3 井震結(jié)合反演方法

在密井網(wǎng)條件下，運(yùn)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，是以井點(diǎn)的聲波阻抗作為輸入，以聲波阻抗與儲(chǔ)層參數(shù)(巖性、孔隙度等)之間的關(guān)系作為橋梁，采用變差函數(shù)作為空間插值手段，以疊后地震數(shù)據(jù)作為約束，井震結(jié)合，得到高分辨率的儲(chǔ)層三維模型。反演結(jié)果在井點(diǎn)處與井吻合，井間預(yù)測(cè)結(jié)果能反映地震資料的橫向細(xì)微變化，從而兼顧了地震數(shù)據(jù)的橫向變化趨勢(shì)與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的縱向分辨能力。該方法特點(diǎn)是能夠滿足開發(fā)階段油藏與單個(gè)砂體的精細(xì)描述要求[12-14]。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下(圖4)。

圖4 井震結(jié)合反演流程

首先，按隨機(jī)路徑選擇一個(gè)待估網(wǎng)格點(diǎn)，根據(jù)目的層的變差函數(shù)，分析空間已知井點(diǎn)(圖上已知點(diǎn)孔隙度分別為18.2%、27.3%、12.4%、23.0%)對(duì)待估點(diǎn)的影響權(quán)重。

其次，估計(jì)該節(jié)點(diǎn)的累積條件分布函數(shù)，任擇其一作為該節(jié)點(diǎn)的模擬值，并把該點(diǎn)的模擬值作為已知值，用于對(duì)其他點(diǎn)的模擬中。

最后，重復(fù)上述過程，對(duì)全部網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行模擬，生成一個(gè)初始模型。根據(jù)地震特征對(duì)初始模型進(jìn)行迭代修改并更新模型，直至模型與實(shí)際地震數(shù)據(jù)達(dá)到最佳吻合，將最終所得模型作為反演結(jié)果[15-16]。

3．1 井網(wǎng)優(yōu)選

研究區(qū)范圍內(nèi)井?dāng)?shù)眾多，鉆井時(shí)間跨度大，測(cè)井系列差別大，所以利用井曲線去建立實(shí)體網(wǎng)格屬性模型時(shí)，必須要有所取舍。研究區(qū)1200口鉆井合成記錄中，與實(shí)測(cè)地震相關(guān)性達(dá)到80%以上的占比達(dá)95%。分析認(rèn)為，與地震相關(guān)性小于80%的鉆井大多是二十世紀(jì)八十年代以前所鉆探，而地震數(shù)據(jù)為2008年采集，二者的采集時(shí)間不一致，導(dǎo)致井震匹配性低(圖5)。因此這些井震相關(guān)性低的井不參與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演，而選用與地震采集時(shí)間接近、井資料齊全的井進(jìn)行儲(chǔ)層反演[17-18]。

圖5 不同年代鉆井的合成地震記錄與井旁地震道對(duì)比左為2005年鉆井，右為1980年鉆井

3．2 標(biāo)準(zhǔn)化校正

聲波和密度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)是井震結(jié)合反演預(yù)測(cè)的核心。大慶長垣五十多年來所使用的測(cè)井儀器種類較多，導(dǎo)致井之間出現(xiàn)系統(tǒng)差別和隨機(jī)差別，降低了井震結(jié)合預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的精度。因此，依據(jù)全區(qū)穩(wěn)定分布的標(biāo)準(zhǔn)層和標(biāo)準(zhǔn)井，對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使同一類型儲(chǔ)層具有統(tǒng)一的測(cè)井響應(yīng)特征。標(biāo)準(zhǔn)層一般選擇SⅡ頂部穩(wěn)定分布的泥巖層，由于它為非儲(chǔ)層，受開發(fā)注水影響很小，所以能夠反映不同年代、不同儀器的影響。選取2008年以后鉆探、測(cè)井資料齊全且與地震資料采集時(shí)間相近的井作為標(biāo)準(zhǔn)井。采用直方圖主峰法進(jìn)行曲線標(biāo)準(zhǔn)化校正，將其他井的主峰校正到與標(biāo)準(zhǔn)井曲線主峰一致為止。

對(duì)比BSX區(qū)塊700口井標(biāo)準(zhǔn)化處理前、后的聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)(圖6)可見，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化校正后多井之間的聲波曲線一致性得到明顯改善，滿足井震結(jié)合反演儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的要求。

3．3 子波提取

在井震標(biāo)定的基礎(chǔ)上，提取井旁道地震子波。首先，將標(biāo)準(zhǔn)化后的聲波、密度測(cè)井相乘生成縱波阻抗，并給定一個(gè)初始(聲波)速度將縱波阻抗從深度域轉(zhuǎn)換到時(shí)間域； 其次，依據(jù)地震資料的頻譜特征，選擇匹配的主頻，生成理論Ricker子波(主頻為45Hz)，二者褶積合成地震記錄；最后，精細(xì)調(diào)整合成地震記錄與井旁地震道的匹配關(guān)系，直至二者相關(guān)性大于80%，提取此時(shí)井旁道子波并輸出。

圖6 聲波時(shí)差測(cè)井曲線標(biāo)準(zhǔn)化前(左)、后(右)直方圖

圖7為BSX區(qū)塊均勻分布的128口井的井旁道子波，根據(jù)目的層儲(chǔ)層特征，提取多井子波或空變子波。該區(qū)地層構(gòu)造平緩，因此，可采用多井子波進(jìn)行最終反演運(yùn)算(圖7中加粗黑線)。

圖7 提取的地震子波

3．4 小層構(gòu)造模型

構(gòu)造模型的精度和尺度影響反演預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性。構(gòu)造模型的縱向尺度一般為油層組級(jí)別，縱向厚度為15m左右，可以滿足勘探階段的要求(圖8a)；對(duì)于開發(fā)后期、高密度網(wǎng)條件下，油層組級(jí)構(gòu)造模型尺度太大。所以，必須建立小層級(jí)的構(gòu)造模型，每個(gè)小層的縱向厚度為2～4m，以滿足對(duì)單砂體的描述需求(圖8b)。

采用井震結(jié)合手段，建立小層級(jí)構(gòu)造模型，以井點(diǎn)分層為主，以地震構(gòu)造層面為趨勢(shì)約束。采用克里金插值方法獲得各個(gè)小層平面分布，再利用解釋出的斷層與其進(jìn)行交切處理，使層位、斷層及其相互關(guān)系符合實(shí)際地質(zhì)情況，一般構(gòu)造模型網(wǎng)格尺寸設(shè)置為20m×20m×0.1m。

圖8 研究區(qū)不同尺度三維構(gòu)造模型及不同反演效果對(duì)比

對(duì)比反演剖面(圖8c、圖8d)可以看到，小層級(jí)約束反演的縱向分辨能力更高，因此，小層級(jí)反演對(duì)于識(shí)別薄儲(chǔ)層具有優(yōu)勢(shì)。

3．5 變差函數(shù)

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演通過變差函數(shù)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層表征，變差函數(shù)是影響儲(chǔ)層預(yù)測(cè)效果的重要因素之一。變差函數(shù)表示為模擬變量Z(x)和Z(x+h)因距離h而產(chǎn)生的半方差γ(h)， 用來反映儲(chǔ)層數(shù)據(jù)點(diǎn)間的相關(guān)性，表達(dá)式為

(1)

式中N(h)是符合距離為h的樣點(diǎn)數(shù)。

變差函數(shù)關(guān)鍵參數(shù)是變程，變程的大小受儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)模影響，因此，變程能夠表征砂體的分布范

圍和厚度，按方向可分為主變程、次變程和垂直變程[19-20]。變差函數(shù)的求取一般依據(jù)井點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合得到，長垣油田井網(wǎng)密度大，可以得到相對(duì)可靠的變差函數(shù)及其變程值。在小層構(gòu)造模型約束下，擬合各個(gè)小層變差函數(shù)。BSX區(qū)塊K1小層的變差函數(shù)中樣本點(diǎn)與擬合線匹配性較好，主變程、次變程、垂直變程分別為500m、300m及2.7m(圖9)。

3．6 反演結(jié)果與精度

在小層構(gòu)造模型下，輸入三維地震、子波及標(biāo)準(zhǔn)化處理后的測(cè)井曲線數(shù)據(jù)，通過變差函數(shù)為核心的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)運(yùn)算，進(jìn)而得到砂體預(yù)測(cè)三維模型結(jié)果。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演結(jié)果是多個(gè)等概率的巖性模型，為了降低預(yù)測(cè)結(jié)果的多解性，綜合多個(gè)反演結(jié)果求得最終的砂巖概率模型。

從BSX區(qū)塊砂巖概率剖面(圖10)可以得到井震反演結(jié)果的三點(diǎn)認(rèn)識(shí)：一是縱向上可以分辨薄層砂體；二是橫向上能夠識(shí)別井間砂體的變化，并與地震反射波形特征相符；三是與井解釋結(jié)果吻合程度高。并且與后驗(yàn)井匹配較好，證實(shí)井震結(jié)合反演結(jié)果能夠預(yù)測(cè)井間砂體的展布。

圖9 BSX區(qū)塊K1小層變差函數(shù)及變程擬合

圖10 BSX區(qū)塊過井砂巖概率反演與地震剖面的疊合顯示

4 技術(shù)應(yīng)用

4．1 復(fù)合砂體單一河道邊界識(shí)別

由僅根據(jù)井資料所成的沉積相圖(圖11a)可見，BSX區(qū)塊K1層發(fā)育大規(guī)模、南北向展布的復(fù)合河道砂體，砂體連通性好。但井震結(jié)合反演剖面(圖11b)揭示，井間砂體存在著明顯的不連通或連通性不好，而不連通區(qū)正好沿著南北方向處于單一河道分界處。據(jù)此可以精確識(shí)別復(fù)合砂體單一河道邊界。所以，僅依靠鉆井是無法準(zhǔn)確刻畫單一河道邊界，必須發(fā)揮地震資料的作用。

4．2 窄小河道識(shí)別

圖12為BSX區(qū)塊K1層井間窄小河道識(shí)別的實(shí)例圖。圖12a為根據(jù)反演結(jié)果預(yù)測(cè)的沉積微相圖，將其與僅依據(jù)鉆井資料繪制的沉積微相圖(圖12c)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，二者預(yù)測(cè)河道分布趨勢(shì)一致，都呈南北向的河道展布特征。但是，基于井的沉積微相無法描述窄小河道的全部形態(tài)，只能在有井鉆遇的部位進(jìn)行局部刻畫，而基于反演結(jié)果預(yù)測(cè)的沉積微相可清晰顯示出窄小河道砂體的走向特征。在圖12a測(cè)線AA′存在一條窄小河道，平面圖上顯示這條河道中間部分從A井與A′井之間通過，從圖12b橫穿河道的A與A′連井剖面可以看到，但河道兩側(cè)的井并沒有鉆遇該河道砂體，地震反演剖面則顯示兩井之間可能存在河道砂體(圖12b黑線圈內(nèi))，突顯了地震數(shù)據(jù)在井間河道砂體預(yù)測(cè)中的作用。圖12c基于井的沉積相圖只將河道“首”和河道“尾”刻畫出來，原因在于河道中間部分井點(diǎn)并沒有鉆遇到，因此無法判斷河道在井間的走向。依據(jù)井震結(jié)合反演預(yù)測(cè)結(jié)果刻畫出了K1層河道的展布特征(圖12d)，該河道在兩井間延伸長度約為1000m。

圖11 基于井震結(jié)合反演結(jié)果對(duì)原沉積相圖的重新認(rèn)識(shí)

圖12 K1層井震結(jié)合刻畫沉積微相

5 結(jié)論

(1)大慶長垣地區(qū)縱波阻抗區(qū)分砂、泥巖效果較好，地震資料能夠反映儲(chǔ)層橫向變化特征，這是井震結(jié)合儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)和保證。

(2)對(duì)井震的匹配精度、曲線標(biāo)準(zhǔn)化、小層構(gòu)造模型及變差函數(shù)等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)控，有利于提高地震反演預(yù)測(cè)模型精度，需要精細(xì)做好每一步。

(3)密井網(wǎng)條件下的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法可識(shí)別復(fù)合砂體單一河道邊界及井間窄小河道砂體，該方法適用于油田開發(fā)后期井間砂體識(shí)別。