C51井區(qū)葡萄花儲層薄砂體展布地震精細刻畫

陳泓竹 王彥春 高 陽

(①中國地質大學(北京)地球物理與信息技術學院，北京 100083；②自然資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室，陜西西安 710021)

0 引言

C51井區(qū)葡萄花儲層砂巖發(fā)育，埋深小[1]，為三角洲前緣相沉積。在厚約10m的地層內發(fā)育兩套砂組，砂組間界限清晰，每套砂組呈砂泥巖薄互層結構，單層砂巖厚度小(平均約為2m)，其中下部砂組的砂巖厚度相對較大(最大厚度為6m)，砂組橫向變化快，平面分布局限[2]?，F(xiàn)有地震資料的分辨率不足以區(qū)分兩套砂組，雖然鉆井資料垂向分辨率高，能夠準確識別單砂體，但無法刻畫井間砂體變化[3]。

對于識別砂泥巖薄互層中的單砂體，地震技術遇到極大挑戰(zhàn)[4-5]，一般側重于理論模型分析，但成功應用實例較少[6-7]?，F(xiàn)有地震資料的頻帶有限(8～100Hz)，垂向分辨率不高，為此人們進行了廣泛方法研究[8-9]。如在振幅保真前提下提高地震分辨率，但限于地震資料采集頻帶有限，成像結果的垂向分辨率無法分辨厚度小于6m的薄層。為了分辨薄層，提出了疊后提高分辨率的方法[10-12]，但會破壞振幅保真度，實際效果不佳。在保真寬頻成像基礎上，地震振幅屬性分析成為識別薄儲層的主要方法[13-19]，但需要依據(jù)地質和鉆井資料確認某種瞬時地震屬性的有效性。地震反演能明顯提高成像分辨率，如地質統(tǒng)計學反演[20]，但多解性強。因此，以地質認識和地震屬性約束減小地質統(tǒng)計學反演的多解性是需要深入研究的課題。

薄互層結構的巖性組合橫向變化導致地震反射特征變化，用于巖性識別的地震保幅寬頻處理最大限度地反映了這種變化[21]。地震屬性切片結合地質認識和測井數(shù)據(jù)，最大限度地挖掘地震數(shù)據(jù)的地質信息，成為地震沉積學和古地貌學的主要技術方法[22-24]。Zeng[25]提出薄層分辨率的概念，強調用切片識別薄層，而不是分離薄層界面。凌云研究組[26-27]提出基于參考標準層的地震屬性切片技術研究薄層結構及其演化。李國發(fā)等[28]基于模型正演，提出了單砂體對應“零值時間”地震切片的概念，為薄互層條件下的單砂體解釋提供了思路，但在實際資料中難以確定“零值時間”。首先，實際地震波形是多組薄砂體的綜合效應，而且地層結構復雜，僅由“兩套薄砂體夾一套泥巖隔層”模型不能描述，且在目的層段存在多個旋回組合及過渡巖性，相鄰地層致使目標砂體地震響應特征存在橫向變化，無法確定每個薄砂體的零值時間；其次，實際地震子波是時、空變的，具有非平穩(wěn)性[10]，致使記錄波場振幅變化；再有，模型正演沒有考慮噪聲影響，反映薄層的信息存在于地震高頻成分中，且難以在地震處理階段完全壓制高頻噪聲。

本文基于工區(qū)內18口鉆井資料的砂體對比結果，研究了葡萄花儲層砂體的空間展布規(guī)律，作為評價、優(yōu)選地震屬性切片的參考依據(jù)；結合測井資料，從目的層段的連續(xù)沿層切片中確定砂組的反射時間；依據(jù)切片對應時間確定砂組的地震屬性提取窗口，優(yōu)選地震屬性；基于地震屬性平面圖，確定砂組的沉積微相；在砂組展布和沉積微相約束下優(yōu)選參數(shù)，開展地質統(tǒng)計學反演，提高垂向分辨率，精細刻畫砂組的空間展布。

1 測井解釋砂體展布

C51井位于氣藏的中低部位，油氣高度和單井產能都說明C51氣藏砂體發(fā)育、油氣富集程度高。儲氣庫建設需要搞清砂體的分布范圍和厚度變化，首先依據(jù)鉆井資料得到氣藏的大致邊界和砂組厚度分布，為利用地震信息精細刻畫砂體提供依據(jù)。

1.1 構造及沉積環(huán)境

C51氣藏構造格局清晰，呈東傾斜坡，地層近水平展布(圖1)。在氣藏的西側和北側斷層發(fā)育，在平面上表現(xiàn)為東西向晚期斷層切割南北向早期斷層，導致局部構造破碎，在剖面上呈地塹與地壘組合。氣藏主體區(qū)斷裂不發(fā)育，東側受構造控制，西側為斷層控制，南側為巖性控制，為巖性—構造氣藏，具有統(tǒng)一的油、氣、水界面，高點海拔為-447m，油氣界面海拔為-535m，油水界面海拔為-543m。

C51井區(qū)葡萄花氣層為姚一段下亞段，上覆姚一段上亞段、姚二段、嫩一段、嫩二段等4套連續(xù)穩(wěn)定的泥巖分布，厚度大(累計300m以上)，泥質含量高(平原淤積泥、濱淺湖泥、半深湖—深湖泥)，對油氣藏封蓋性好。該區(qū)在姚一段沉積早期，湖盆開始萎縮，水體變淺，由北部物源沉積了一套三角洲前緣相砂體，主要發(fā)育水下分流河道、河口壩、席狀砂、水下分流間灣等4種沉積微相。區(qū)內發(fā)育3條河道，主河道沿C51井和C66-182井一帶發(fā)育，垂向上由多期河道疊置而成，河道寬度大，呈近南北向展布，控制砂體的沉積。鉆井揭示：C51井區(qū)姚一段地層厚度約為40 m，砂巖集中發(fā)育在姚一段下亞段(葡萄花儲層)，其中葡一組地層厚度為8.0～10.0m，砂巖厚度為3.0～5.0m，平均有效厚度為3.3m；儲層物性好，孔隙度為28%，滲透率為300.9mD，氣藏中部平均深度為500m。

圖1 研究區(qū)葡萄花油層頂面(T1-1a)構造圖

1.2 砂體特征

區(qū)內葡萄花儲層砂巖縱、橫向變化明顯?？v向上砂體疊置，厚層砂體由多個單砂體疊加而成；橫向上厚砂體分布范圍局限。與上、下圍巖相比，儲層段整體具有高速度、高密度特征，但在儲層內部，砂泥巖差別不明顯。測井響應特征(圖2)為：自然伽馬反映大段砂泥巖組合，且部分井規(guī)律性不強；電阻率一般在砂體底部一定厚度范圍內“起跳”，不能很好地反映砂體厚度；自然電位主要反映滲透性砂巖，與主力砂體厚度匹配度好，為砂巖儲層的最佳響應曲線，砂巖儲層的自然電位門檻值為92mV。

圖2為葡萄花儲層連井對比剖面。由圖可見，葡萄花儲層在垂向上分為上、下兩套砂組，為兩個旋回。如C74-180井的上部發(fā)育兩期薄層席狀砂，下部發(fā)育一期厚層分流河道砂，兩套砂組界限清晰(圖2黑色虛線)。葡萄花儲層在垂向細分為上部(PⅠ1)和下部(PⅠ2)兩個砂組： PⅠ1至少包含2套薄砂層(河道砂或席狀砂)，在平面上由南向北厚度減小； PⅠ2厚度較大，主體發(fā)育在研究區(qū)北部，在C59井和C74-180井間存在砂體邊界。

1.3 測井解釋砂體展布

根據(jù)區(qū)內18口鉆井資料制作了11條連井剖面(限于篇幅，文中只列出一條)，精細對比PⅠ1、PⅠ2，修正已有氣藏范圍(圖3)。

以往將C51井氣藏的PⅠ1、PⅠ2作為整體研究，認為C59井與C57井氣層屬于同一套砂體，分別對PⅠ1、PⅠ2進行精細對比后認為：①在C59井和C57井間存在氣藏邊界，C57井氣層屬于PⅠ2； C59井氣層屬于PⅠ1，與C74-180井上部薄砂層及C78-170井鉆遇砂巖為同一套砂體。②C51氣藏在C59-9井以北存在砂巖邊界，C52井在PⅠ2鉆遇厚度為1.2m的砂巖，構造高度位于氣藏油水界面以上，但試氣出水，與C59-9井砂體對應，但不連通。③C82-178井和C78-180井間存在砂巖邊界，C82-178井發(fā)育上部薄層席狀砂和下部分流河道砂，砂體的橫向位置與C78-170井不同。④C56井和C57井間存在砂巖邊界，C56井厚層砂巖為2套河口壩疊置砂巖，C57井PⅠ2砂巖厚度較小。

綜上所述，區(qū)內PⅠ1和PⅠ2的砂巖垂向界限清晰，且PⅠ2厚度較大。統(tǒng)計18口井的數(shù)據(jù)可知：PⅠ1的砂巖厚度為1～2m，砂巖整體厚度小，以薄層砂巖為主，主要發(fā)育在南部C78-170—C59-1井區(qū)，在C84-160井附近厚度最大(5.2m)； PⅠ2的砂巖厚度為5～7m，砂巖厚度較大，最大為7.6m，發(fā)育在C66-182井附近，主體分布在研究區(qū)北部，砂巖邊界位于C59、C78-170、C59-9井區(qū)，在南部C59-1和C56井周邊零星發(fā)育。

圖2 葡萄花儲層連井對比剖面(剖面位置見圖1紅色折線)

圖3 測井解釋葡萄花儲層砂體厚度圖

2 沿層振幅切片優(yōu)選

2.1 地震反射特征

針對目標層開展高保真、寬頻帶地震資料處理。地震數(shù)據(jù)采集、處理的時間采樣率為1ms，面元尺寸為20m×20m。疊前時間偏移處理成果的信噪比高、波組特征明顯、層間信息豐富，能夠體現(xiàn)巖性變化及小斷層特征。

C51井區(qū)內18口井標定結果表明：姚一段頂面(T1-1)呈中—弱振幅、連續(xù)波谷反射，可連續(xù)追蹤；葡萄花氣藏頂面(T1-1a)呈中—強振幅、較連續(xù)波峰反射，在含氣砂巖發(fā)育區(qū)，波峰能量減弱，受砂體厚度變化影響，同相軸能量強、弱變化，并有間斷，如C74-180井附近；葡萄花氣藏底界面(T1-1b)呈中—強振幅、連續(xù)波谷反射，可連續(xù)對比、追蹤(圖4)。頻譜分析結果顯示，目的層段主頻約為58Hz，頻帶范圍為10～90Hz。姚一段下亞段儲層的正演模擬結果和地震剖面振幅特征表明，反射振幅與巖性變化存在較好對應關系：儲層含氣時，反射振幅以弱—中弱為主，地震反射特征全區(qū)較為統(tǒng)一；儲層為干層、水層以及油氣水同層時，地震反射特征規(guī)律性不強，總體上以中～中—強振幅為主，弱～中—弱振幅較少。C51井區(qū)砂巖平均速度約為3000m/s，地震資料能分辨的砂體最小厚度約為12.9m(1/4波長)，消除調諧效應的反演分辨率為6.47m(1/8波長)，大致可分辨葡萄花儲層，不能直接分辨厚度小于5m的砂體。

圖4 連井地震剖面(剖面位置見圖1紅色折線)

2.2 沿層振幅切片優(yōu)選

經(jīng)驗表明，若區(qū)內存在上、下兩層疊置砂體，所提取的沿層瞬時振幅屬性一般是上、下兩套砂體的疊合響應，不能反映單砂體的形態(tài)，但在某一時刻，沿層瞬時振幅屬性可相對清楚地反映上層或下層砂體的形態(tài)，另一層的影響較小。文獻[28]、[29]的理論分析及兩層疊置砂體模型試驗表明，上層的瞬時屬性有時反映下層形態(tài)，下層的瞬時屬性有時反映上層形態(tài)。將單砂體的頂、底面反射疊加結果作為一個復合波，則兩套砂體的實際地震反射為兩個復合波的再次疊加。分析單個復合波與砂體的反射時間關系后得出零值法切片原理：反映下層砂體形態(tài)的時間位置位于上層砂體復合波振幅為零處；反映上層砂體形態(tài)的時間位置位于下層砂體復合波振幅為零處?？梢姡灰业缴绑w頂、底界面形成的復合波振幅零值點，在此時間位置提取屬性，就能準確地反映另一套砂體的空間分布。

圖5 疊置薄砂體反射波形與單砂體復合波零值時間

藍色為泥巖，黃色為砂巖，給定PⅠ1、PⅠ2的砂體厚度分別為2、5m，其間的泥巖隔層厚度為2m，砂巖速度為3000m/s，密度為2.25g/cm3，泥巖速度為2600m/s，密度為2.00g/cm3。取地震子波主頻為55Hz，生成PⅠ1(地震道1)、PⅠ2(地震道2)及兩套砂體復合的合成地震記錄(地震道3)。地震道1振幅為零的時刻分別為492.0、497.5、506.0ms(3條藍線位置，以字符②標出)，地震道2振幅為零的時刻分別為495.0、502.0、510.0ms(3條綠線位置，以字符①標出)

基于C51井區(qū)葡萄花儲層為PⅠ1、PⅠ2疊合的實際情況，建立正演模型(圖5)。按照零值法切片原理認為，在地震道1振幅值為零的時刻地震道3的振幅主要反映PⅠ2的貢獻，在地震道2振幅值為零的時刻地震道3的振幅主要反映PⅠ1的貢獻。在實際數(shù)據(jù)中難以從地震道3中分離出單砂體產生的復合波，從而也無法確定單砂體復合波的零值振幅對應的時間。由零值法切片原理可知，在某一時刻的沿層振幅切片能夠相對清楚地反映單砂體展布。為此，分析目的層段的連續(xù)沿層振幅切片與鉆井資料解釋的砂體展布的相關性，優(yōu)選反映單砂體分布的沿層切片精細刻畫砂體。

以葡萄花氣層的頂界(T1-1a)上移10ms起，以1ms間隔向下進行40個連續(xù)振幅切片掃描(圖6)，從上到下沿層振幅切片依次編號為1、2、3、…、40號。將連續(xù)切片與砂體展布(圖3)對比，優(yōu)選出2張沿層振幅切片(圖7)，即24號(PⅠ1)與10號(PⅠ2)?？梢姡悍从诚聦由绑w(PⅠ2)形態(tài)的時間出現(xiàn)在上部；反映上層砂體(PⅠ1)形態(tài)的時間出現(xiàn)在下部；C51井區(qū)沿層振幅切片較好地刻畫了砂體平面展布，邊界清晰，與鉆井解釋結果吻合度高。

圖6 葡萄花儲層段的連續(xù)沿層振幅切片時間位置

圖7 24號切片(PⅠ1，a)與10號切片(PⅠ2，b)

優(yōu)選沿層振幅切片確定了反映單砂組的地震反射時間位置，即PⅠ1位于T1-1a界面下14ms，PⅠ2正好位于T1-1a界面。與井資料對比結果表明，由沿層切片得到的砂體厚度與井數(shù)據(jù)的符合率約為80%，不符合的原因在于影響地震振幅的因素眾多，其中地震頻帶有限和薄層調諧是主要因素，還需采用井震結合反演方法精細刻畫單砂組。

3 葡萄花儲層砂體展布

地震垂向分辨率不足以直接分辨單砂組；沿層振幅切片受薄互層干涉影響，識別精度不高。地質認識約束下的地質統(tǒng)計學反演能夠大幅提高垂向分辨率，是精細刻畫單砂組空間展布的有效方法，但必須有合理的約束條件和準確的反演參數(shù)。文中以沉積微相為地質約束、預測半徑為主要反演參數(shù)。

3.1 沉積微相

地震屬性是劃分沉積微相的基礎，區(qū)內葡萄花儲層埋深小，地震資料信噪比和分辨率均較高，地震響應能夠客觀地反映儲層變化。首先優(yōu)選地震屬性，再結合砂巖厚度分布，定性分析PⅠ1、PⅠ2的沉積微相。

PⅠ1砂組主要發(fā)育在研究區(qū)西南部，受北部斷層影響小。在垂向上PⅠ1位于地震波谷，以24號沿層連續(xù)切片的垂向時間位置為中心，取時窗長度7ms提取地震屬性。從各類振幅屬性中優(yōu)選地震總振幅屬性(時窗內各樣點振幅絕對值之和)(圖8a)，其平面展布與測井解釋結果(圖3a)相關度高。結合地質認識認為，PⅠ1為北部物源沉積，存在4種沉積微相(河道砂、決口扇、席狀砂和水下分流間灣)，共發(fā)育3條河道(第一條河道在C59-1井和C59井一帶，呈近南北向展布；第二條河道在工區(qū)西部邊界，呈近南北向展布；第三條河道在C70-166井附近，呈北東—南西向展布)相互交匯，在周邊發(fā)育河口壩和席狀砂。在C59-1井和C70-166井一帶主要為分流河道微相； 在C56井以南主要為河口壩微相； 在C512—C82-178一帶為水下分流間灣微相；其余地區(qū)為席狀砂微相。

PⅠ2砂組主體發(fā)育于研究區(qū)東北部，地震屬性可信度高，在西北部受兩組斷裂影響，地震屬性可信度不高。根據(jù)屬性趨勢和斷裂間的殘留信息分析物源方向。PⅠ2位于地震波峰的下半部，以10號沿層切片的垂向時間位置為中心、取時窗長度7ms提取地震屬性。從振幅屬性中優(yōu)選最大波峰振幅屬性(時窗內各樣點振幅絕對值的最大值)(圖8b)，其平面展布方向和變化與測井解釋結果(圖3b)相關度高。結合地質認識認為： PⅠ2為北部物源沉積，砂體呈近南北向展布，厚度由北向南減薄，在C70-166和C59-9井一帶尖滅； 區(qū)內發(fā)育3條河道(第一條主河道在C51和C66-182井一帶，河道寬度大，由多期河道疊加而成，呈近南北向展布，延伸不遠，控制C51氣藏砂體的沉積； 第二條河道在研究區(qū)西部邊界C64-166井西側； 第三條河道在工區(qū)中部，在河道周邊發(fā)育河口壩和席狀砂)，C511井—C82-178井一帶主要為分流河道微相，C56井區(qū)和C59-1井區(qū)一帶主要為河口壩微相； 在C70-166井—C53井一線和C78-170井—C84-160井—C59-9井一線為水下分流間灣微相； 其余地區(qū)為席狀砂微相。

圖8 地震總振幅(a，PⅠ1)與最大波峰振幅(b，PⅠ2)

3.2 地質統(tǒng)計學巖性概率反演

對研究區(qū)進行了四種反演方法試驗，預測結果表明：常規(guī)波阻抗反演不能分辨井點砂體；擬波阻抗反演只能將PⅠ1和PⅠ2作為整個砂層組分辨； 地質統(tǒng)計學自然電位反演雖然能分辨PⅠ2，且與井資料較吻合，由于PⅠ1的自然電位曲線異常幅度太小，不能有效分辨； 地質統(tǒng)計學巖性概率反演能有效分辨PⅠ1和PⅠ2兩套砂組，且與井資料吻合度高，砂體橫向疊置關系清楚。

地質統(tǒng)計學反演是一種精細儲層描述技術，實現(xiàn)過程為： 統(tǒng)計井點巖性數(shù)據(jù)，對井點巖性離散數(shù)據(jù)和波阻抗連續(xù)數(shù)據(jù)進行概率分布函數(shù)擬合以及預測半徑(變差函數(shù))分析； 在高斯模擬和克里金算法的控制下，井間以地震資料為約束，獲得巖性和波阻抗兩套多個等概率的實現(xiàn)。地質統(tǒng)計學反演的核心參數(shù)是最佳預測半徑，依據(jù)砂體橫向展布特征，結合地震屬性，在沉積微相控制下試驗預測半徑。對比不同預測半徑的反演剖面表明，以南北向2800m、 東西向2000m為預測半徑的反演剖面的砂體橫向變化自然，預測結果與地震屬性匹配度高，符合沉積規(guī)律。由反演結果(圖9)可見： 砂體橫向展布和連通關系清楚，砂體尖滅點清晰，與地震資料的相關性高，如C59井附近PⅠ1、PⅠ2的邊界清晰，最大限度地發(fā)揮了地震資料橫向高分辨率的優(yōu)勢； 在縱向上，反演結果與鉆井解釋結果(圖3)一致，分辨率相當，PⅠ1(黑色虛線所示)的兩層席狀砂與PⅠ2(藍色虛線所示)的河道砂疊置關系清楚。

圖9 地質統(tǒng)計學砂巖概率反演連井剖面(沿T1-1a層位拉平)

3.3 砂體空間展布

在平面上，地質統(tǒng)計學砂巖概率反演切片(圖10)的砂體形態(tài)總體與圖3、圖7、圖8一致，體現(xiàn)了地質認識與地震約束的特點，但在局部細節(jié)上比圖3豐富，砂體范圍也不同于圖7和圖8。反演砂巖厚度和井點鉆遇砂巖厚度符合度高，18口井的資料統(tǒng)計結果顯示，PⅠ1和PⅠ2的砂巖厚度絕對誤差均小于0.5m。由地質統(tǒng)計學砂巖概率反演切片可見： ①PⅠ1呈近南北向展布，主體發(fā)育在南部C78-170井—C59-1一線，整體厚度較小，C84-160井砂巖厚度最大(5.2m)，其他區(qū)域厚度小于3m； C74-180井在PⅠ1鉆遇氣層，以該井氣藏海拔(-495m)作為氣藏構造邊界，砂體邊界位于C59井北側和C59-9井南側，圈定氣藏范圍為2.28km2(圖10a)。②PⅠ2受沉積物源控制，砂體厚度大，呈近南北向條帶展布，由北向南厚度減小，東西向寬度較大，在C70-166井和C59-9井一帶尖滅； C511井在PⅠ2鉆遇油、氣、水層界面，以該井氣藏海拔(-535m)作為氣藏構造邊界，巖性邊界位于C59井和C82-178井附近，圈定氣藏范圍為8.38km2(圖10b)。

圖10 地質統(tǒng)計學砂巖概率反演切片

4 結束語

在薄砂體疊置條件下，反映下層砂體形態(tài)的時間位置位于上層砂體復合波振幅為零處，反映上層砂體形態(tài)的時間位置位于下層砂體復合波振幅為零處。由測井資料得到的葡萄花儲層厚度數(shù)據(jù)確定了連續(xù)沿層振幅切片中各砂組對應的垂向時間位置及地震屬性分析時窗。在準確的時窗控制下，利用地震振幅屬性(總振幅或最大波峰振幅)劃分沉積微相，并在沉積微相約束下，利用地質統(tǒng)計學巖性概率反演能精細刻畫葡萄花儲層的空間展布。