基于地震沉積學的窄小型河道砂體精細刻畫

(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)

地震沉積學1998年由曾洪流首次提出[1]，經歷了近20年的發(fā)展，國內外學者對其理論基礎、核心思想、研究內容等方面都有較為統一的認識。地震沉積學繼承了層序地層學和地震地層學的主要思想，注重地震資料處理及解釋方法，強調地層切片的等時性和巖性標定，核心是地震資料的沉積學(沉積相和巖性)解釋[2～6]。近10年來，國內外學者應用地震沉積學方法開展了面向勘探尺度的厚層河道砂體精細解釋與預測工作，但在面向開發(fā)尺度的密井網條件(最小井距60m)下，對基于地震屬性切片的、逼近“沉積單元級”的井震結合窄小型河道砂體刻畫方法研究較少。因此，筆者以大慶長垣油田北一區(qū)斷東區(qū)塊為例，開展了密井網條件下基于地震沉積學的窄小型河道砂體精細刻畫方法研究。

1 研究區(qū)概況

大慶長垣油田北一區(qū)斷東區(qū)塊位于薩爾圖構造中部，構造平緩，含油面積為5.1km2，井數為2250口，井網密度為130口/km2。2008年大慶長垣油田完成了全三維高密度地震資料的全覆蓋，測網密度為10m×10m，采樣間隔為1ms，信噪比高，資料品質較好，經過地震資料高保真處理有效降低了地表噪聲的影響，并拓寬了頻帶寬度(主頻為40～60Hz)，有利于開展地震儲層預測研究工作。

研究區(qū)從下至上發(fā)育有高臺子、葡萄花和薩爾圖3個主力油層，為松遼湖盆北部的一套大型河流-三角洲沉積體系，發(fā)育辮狀河砂體、曲流河砂體、三角洲分流平原砂體、三角洲內前緣砂體、三角洲外前緣砂體。近年來，該區(qū)塊厚油層開采難度越來越大，水淹程度越來越高，窄小型河道砂體成為開采的主要對象，研究區(qū)近一半的層位發(fā)育三角洲分流平原末端和內前緣窄小型河道，尤其是高臺子油層Ⅰ油組(GⅠ)。

2 窄小型河道沉積特征

窄小型河道主要發(fā)育在河流-三角洲沉積末端，以三角洲分流平原末端和內前緣為主，均屬于三角洲分流體系末端能量衰竭型河流，骨架砂體以小型分流河道砂體和水下河道沉積為主，窄小型河道砂體具有“窄”“薄”“差”的特點，“窄”即河道砂體寬度窄，一般小于300m，井網控制程度低；“薄”即單一河道砂體厚度薄，一般為2m左右；“差”即河道砂體物性、含油性差。垂向上窄小型河道砂體在電測曲線上多表現為“泥包砂”型接觸關系(見圖1)。平面上因其規(guī)模小、水流強度不大、沖刷切割能力較弱、單一河道存在時間短等因素，一般不發(fā)生明顯的側向遷移，僅以切割充填式垂向加積作用形成的順直型窄小型河道為主。巖心上，底部滯留沉積物少見，沖刷面近于平直或不明顯，多以巖性突變?yōu)橹?，巖性主要為細砂-粉砂巖為主，粒度中值平均為0.12～0.15mm，單層平均空氣滲透率300～1000mD，從分流平原末端到內前緣水下窄小型河道砂體的泥質含量逐漸增加，分選逐漸變差，河道砂體內部韻律性逐漸變差。分流平原末端窄小型河道以小型槽狀或板狀交錯層理為主，內前緣水下河道以小型波狀層理為主，偶見小型槽狀交錯層理。

3 窄小型河道地球物理響應特征

3.1 地震響應特征

地震波振幅和波形是地震波相位譜的函數。零相位數據體在地震解釋中具有主瓣中心(最大振幅)與反射界面一致、子波的對稱性以及較高的分辨率等優(yōu)點，但是，只有在厚層塊狀砂巖頂面等單一反射界面情況下上述優(yōu)點才能體現出來，且零相位地震數據中地震相位與地層巖性間不存在井震的對應關系。對于薄互層，很難建立地震反射與巖性的對應關系?，F有技術條件下，實現常規(guī)地震資料巖性標定最有效的方法是地震相位調整技術(90°相移技術)，即通過地震相位旋轉 90°，將地震響應的最大振幅點轉移到薄層中間，把界面信息轉換為層信息，使得地震反射與巖性具有對應關系，從而把地震剖面轉換為具有巖性意義的剖面，提高地震剖面的地質可解釋性。

圖2 研究區(qū)原始地質模型與90°相位地震正演剖面

圖3 研究區(qū)地震資料相位調整前、后剖面特征

研究區(qū)目的層具有泥巖高波阻抗、砂巖低波阻抗的特征，砂、泥巖波阻抗差異相對較大，采用90°相移技術可以使地震剖面上砂、泥巖與地震振幅強、弱的對應效果更好，同時也使地震相位具有地層巖性意義。地震正演模型研究發(fā)現，波阻抗差異大小是利用地震信息區(qū)分砂、泥巖的關鍵。圖2為研究區(qū)原始地質模型與90°相位地震正演剖面，河道寬度100m，河道厚度從1m逐漸增加為10m；正演時地震主頻45Hz，采用90°雷克子波，采樣率1ms，道距10m，自激自收。正演模擬結果表明，砂體寬度一定，砂巖厚度大于2m，振幅與砂巖具有較強的線性關系；窄小型河道砂體在與非河道相其他類型微相的巖性組合中，能夠得到較好地反映，地震波形變化特征可以識別出窄小型河道砂體的井間邊界。

90°相移技術可以有效提高窄小型河道砂體與地震反射的對應關系。首先，目標井優(yōu)選，將井震匹配相關性90%以上的井作為目標井；其次，提取子波，分析該子波相位，為地震數據體估算相位角；在該基礎上，進行地震數據90°相移，得到砂體與地震反射對應關系更好的三維地震數據體。

在0°相位時，地震剖面上窄小型河道砂體對應的既有波峰又有波谷(見圖3(a))，而在90°相位地震剖面上基本對應波峰(見圖3(b))，便于窄小型河道砂體的精細追蹤解釋。圖3中藍色區(qū)域主要反映的是泥巖信息，紅色區(qū)域主要反映的是砂巖信息。窄小型河道砂體在垂向上呈“泥包砂”的接觸關系，在平面上向兩側井間迅速尖滅，該地質特征反映在地震剖面上主要是反射波振幅的變化，在90°相位地震剖面中，表現為振幅減弱、發(fā)生突變或連續(xù)性變差等波形特征(見圖3(b))，可以利用該特征判斷河道砂體在井間尖滅的位置，幫助識別窄小型河道砂體在井間的規(guī)模、邊界和走向。

3.2 地震資料識別窄小型河道砂體的橫向優(yōu)勢

圖4 測井資料與地震資料預測曲流河形態(tài)精度對比

地震資料縱向分辨率較低，但河流-三角洲砂體的寬度遠大于其沉積厚度(200∶1)，因此可利用其橫向分辨率彌補縱向分辨率的不足，反映砂體空間變化。地震資料的優(yōu)勢在于平面覆蓋密度大，地震與測井在平面上對曲流河形態(tài)的描述精度對比可由圖4說明。圖4(a)井點采樣較稀疏，很難實現對曲流河形態(tài)的準確描述，存在多解性；圖4(b)為井點預測河道的一種形態(tài)，與現代沉積中河道形態(tài)差異較大；圖4(c)中地震采樣密度較大，可以實現對曲流河形態(tài)的精細描述(見圖4(d))。

3.3 測井曲線特征

三角洲分流平原末端多以小型低彎-順直型河流為主，其形態(tài)是由于地形坡度逐漸增大、河道側向遷移能力弱造成的。剖面上呈頂平下凸或者透鏡狀，河道砂體規(guī)模小。窄小型河道砂體在測井曲線上表現為高電阻率、低自然伽馬、底部突變及正旋回組合特征，厚度多為1.5～3m。垂向上多呈“泥包砂”的接觸關系。

4 窄小型河道砂體精細刻畫

與泛濫平原、三角洲分流平原相比，三角洲分流平原末端和內前緣在區(qū)域沉積環(huán)境上地勢較平坦，內前緣沉積時水體較淺，河道為各類砂體沉積時的主要營力，河道窄小、砂體連續(xù)，呈枝狀或條帶狀展布。窄小型河道砂體在剖面上多呈“泥包砂”分布，經高保真地震處理、解釋一體化后得到高密度三維地震資料，揭示的地質信息更豐富、準確率更高。在密井網條件下，窄小型河道砂體井點處地震屬性的能量大小能夠反映出砂巖厚度，提高了地震信息預測窄小型河道砂體的精度，為密井網條件下利用振幅屬性切片分析窄小型河道井間展布特征奠定了基礎。

密井網條件下，井震結合刻畫窄小型河道砂體的核心問題是井和震如何匹配、地震干擾信息如何剝離、地震信息如何解讀[7～11]。為此，筆者提出由體到面、由面到線、由線到點的預測方法，從三維體開始逐步對窄小型河道砂體進行剝離，提高其刻畫精度。針對三角洲分流平原末端和內前緣相發(fā)育的窄小型河道砂體，通過“泥中找砂”，即應用強振幅信息預測窄小型河道砂體在井間的邊界、規(guī)模及走向，進而確定不同河道之間的接觸關系，逐步提高該類砂體的預測精度。

1)從三維體到二維面井震信息聯動剔除不同層位、不同期次河道干擾信息。密井網條件下，應用井的巖相三維地質模型信息，通過“泥中找砂”識別出目的層的主體河道信息。因此，以三維體優(yōu)選切片為中心，綜合分析時窗內多張振幅切片，總結不同層位、不同期次河道砂體自下而上的沉積演化序列，進而輔助識別河道砂體的走向和邊界。以GⅠ4+5～ GⅠ8(高臺子油層Ⅰ油組8小層)為例，應用基于井的巖相三維地質模型識別出河道砂體，再與地震屬性體優(yōu)選出的相應層位進行沉積演化分析，最終確定地震信息反映的河道砂體的層位歸屬，明確鄰近小層信息的干擾(見圖5)。

圖5 斷東區(qū)塊GⅠ8～GⅠ4+5地震信息反映的河道砂體層位歸屬

由圖5可以看出，GⅠ8的地震振幅屬性切片揭示該層發(fā)育6條河道，而基于井的巖相三維地質模型揭示該單元只發(fā)育2條近南北向單一河道；GⅠ6+7的地震振幅屬性切片揭示該單元發(fā)育5條河道，基于井的巖相三維地質模型揭示為1條北東-南西向展布河道和1條北西-南東向展布的河道相互切疊；GⅠ4+5地震振幅屬性切片揭示該層西部發(fā)育2條河道，而基于井的巖相三維地質模型揭示只有東部的網狀河道為該小層信息；最終，應用地震三維體和密井網條件下基于井的巖相三維地質模型自下而上逐步對每個小層窄小型河道砂體進行剝離，精細確定了每個小層的河道砂體支數。

2)從二維面上分析不同厚度級別砂體與振幅能量的關系，確定河道砂體邊界線和展布趨勢。以取心井單井相分析為標準，密井網測井資料為基礎，建立研究區(qū)目的層的測井微相模式，按砂體厚度級別劃分為5個微相類型：河道為1.6m以上；河漫灘主體為0.8～1.5m；河漫灘非主體為0.5～0.7m；河漫灘表外為0.1～0.4m；尖滅區(qū)為0m。利用算法將5種微相在地震屬性切片上顯示出來，依據地震屬性切片上反映的河道規(guī)模、走向以及接觸關系等信息，以“地震整體趨勢為引導，井點測井微相為質控、振幅能量突變定河道邊界”為刻畫原則，進一步確定目的層河道砂體平面組合面貌，河道走向、規(guī)模及展布特征。

3)從河道邊界線到井點微相精細匹配，確定窄小型河道在井間的規(guī)模、邊界和走向。在密井網地質認知模式的基礎上，通過逐井判定微相，以井點微相為約束，進一步校正地震屬性反映的河道信息，井間以地震解釋的河道信息為引導，預測窄小型河道砂體的展布趨勢(見圖6)。

圖6 斷東區(qū)塊基于井的沉積相圖與井震結合的沉積相圖對比

由圖6可以看出，窄小型河道刻畫時應分析周圍井的河間砂體發(fā)育情況，如果河間以河漫灘主體砂發(fā)育為主，可以應用強振幅信息大膽預測組合井間河道砂體；經后驗井證實，與基于井的沉積相圖相比，井震結合沉積相圖的井間砂體預測及邊界識別更加準確。

5 應用效果

以GⅠ6+7為例，基于井的沉積相圖揭示油井G107-47井與水井G105-48井鉆遇同一條河道，屬于一級連通，為了避免該河道砂體快速水淹，投產時并未射孔。根據井震結合的沉積相圖所刻畫的窄小型河道砂體結果發(fā)現，油井G107-47井和水井G105-48井分屬2支不同河道，連通關系發(fā)生了變化(見圖7)。因此，根據新認識對油井G107-47井和水井G105-48井重新進行了注采關系分析，對油井G107-47井的GⅠ6+7補孔，補開砂巖厚度5.1m，有效厚度4.5m。措施后日產油由4.6t增加到11.9t，日增油7.3t，含水率由85.5%下降到85.1%。

圖7 斷東區(qū)塊高107-47井區(qū)GⅠ6+7沉積相圖

6 結論

1)在三角洲分流平原末端和內前緣相沉積環(huán)境下，將90°相移技術應用于垂向呈“泥包砂”接觸關系的地質條件下，地震反射同相軸與砂體對應較好，可以利用地震剖面識別出橫向變化快的窄小型河道砂體。

2)建立從地震三維體到屬性切片二維面到鉆遇井點的逐級刻畫方法，最大限度挖掘出能夠識別河道砂體的有效地震信息，提高了窄小型河道砂體的刻畫精度。

3)通過“泥中找砂”，即應用強振幅信息識別窄小型河道砂體方法，有效地解決了窄小型河道砂體預測精度低的難題，為窄小型河道砂體剩余油預測及挖潛措施制定提供了可靠的地質依據。