潛山水平井時-深域軌跡匹配技術(shù)及在錦州25-1南地區(qū)地質(zhì)建模中的應(yīng)用

呂坐彬， 文佳濤， 李廣龍， 王雙龍， 王 騰

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300459)

0 引言

隨著渤海油田勘探開發(fā)程度的深入，近幾年陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一大批裂縫性潛山油藏，該類油藏目前在渤海占據(jù)越來越重要的地位，可以預(yù)計(jì)在十三五期間甚至以后更長一段時間裂縫性潛山油藏的產(chǎn)量，將會在渤海油田的產(chǎn)量中占據(jù)越來越大的份額，而潛山裂縫性儲層的精細(xì)定量表征在某些方面仍存在難題，為了將來更好地開發(fā)此類油藏，有必要進(jìn)行該類油藏的精細(xì)定量表征技術(shù)攻關(guān)研究[1-5]。

在該類油藏精細(xì)定量表征過程中，由于其自身的特殊性：縱向上，潛山地層和上覆地層層速度差異大，潛山為高速層，上覆地層為低速層，且潛山面為突變面，橫向上，潛山頂面構(gòu)造高低起伏大、潛山內(nèi)部同一深度地層平均速度差異大，利用常規(guī)的基于垂深和地震反射時間的時深關(guān)系無法正確表征水平井時間域軌跡形態(tài)及軌跡位置，而目前的專業(yè)地震軟件均無法實(shí)現(xiàn)該類潛山水平井時間域軌跡準(zhǔn)確表征與刻畫。針對潛山水平井時-深域軌跡匹配這一技術(shù)難題，開展了國、內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研，但沒有檢索到任何相關(guān)的國內(nèi)、外研究文獻(xiàn)。

這里以渤海灣海域錦州25-1南太古宇潛山油藏為例，探索研究潛山裂縫油藏儲層精細(xì)定量表征中水平井時-深域軌跡匹配技術(shù)及其在精細(xì)地質(zhì)建模中的應(yīng)用。

圖1 錦州25-1南油田區(qū)域構(gòu)造位置圖Fig.1 Regional location of JZ25-1S oilfield

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

錦州25-1南油田太古宇變質(zhì)巖潛山油藏位于渤海海域遼西低凸起上(圖1)，是迄今為止中海油發(fā)現(xiàn)的最大的變質(zhì)巖潛山油藏，也是國內(nèi)目前發(fā)現(xiàn)的第二大變質(zhì)巖潛山油藏，巖性以片麻巖及其形成的碎裂巖為主。該變質(zhì)巖潛山上覆地層為沙三段泥巖，屬風(fēng)化體塊狀儲集層地貌潛山[6-8]。巖心鋯石2鈾鉛同位素法測定的地層年齡為25.2億年左右，與遼河油田鞍山群變質(zhì)巖相似，時代為晚太古宙。

它的地層層速度特點(diǎn)是:①縱向上，上下地層層速度差異大，潛山地層層速度為上覆沙河街組地層層速度的兩倍，沙河街組地層層速度2 500 m/s ～3 000 m/s,潛山地層層速度為5 000 m/s ～5 500 m/s；②橫向上，潛山頂面高低起伏大,高差最大達(dá)400 m,潛山內(nèi)部橫向地層平均速度變化快[9-11],油田采用水平井頂?shù)捉诲e注采井網(wǎng)開發(fā)。

油藏精細(xì)表征過程中存在的問題：由于水平井時間域軌跡形態(tài)及軌跡位置刻畫不準(zhǔn)確導(dǎo)致時-深域軌跡不匹配，并由此導(dǎo)致井點(diǎn)地震屬性提取不準(zhǔn)確，基于地震屬性約束的地質(zhì)模型精度難以保證。

2 理論形態(tài)研究

針對以上問題，進(jìn)行攻關(guān)研究，首先開展了基于不同潛山頂面形態(tài)的水平井時-深域軌跡理論形態(tài)研究。具體而言，就是根據(jù)水平井所處位置潛山頂面形態(tài)建立深度域潛山及上覆地層剖面模式，針對不同模式，研究水平井時間域軌跡理論形態(tài)。以期建立時-深域軌跡匹配關(guān)系，為后續(xù)時間域軌跡精確表征奠定理論基礎(chǔ)。

2.1 潛山頂面形態(tài)模式的建立

在研究中，建立了四種潛山頂面形態(tài)模式，①水平潛山頂面;②上傾潛山頂面;③下傾潛山頂面。以上三種潛山頂面形態(tài)的復(fù)合形態(tài)四種潛山頂面形態(tài)模式。研究的假定條件是潛山和上覆地層均為均質(zhì)，上覆地層為低速層,地層層速度為V1；潛山為高速層，地層層速度為V2，V2遠(yuǎn)大于V1。

2.2 時-深域軌跡理論形態(tài)研究

針對不同潛山頂面形態(tài)模式，依據(jù)井點(diǎn)某一海拔深度對應(yīng)的時間域地震反射時間等于2倍井的垂深(從海平面算起)除以地層平均速度這一地震勘探基本原理(單一均質(zhì)地層的地層平均速度等于地層層速度)，根據(jù)水平井水平段上不同點(diǎn)對應(yīng)的地震反射時間與水平段起始點(diǎn)對應(yīng)的地震反射時間的大小關(guān)系比較，研究了水平井時間域軌跡理論形態(tài)(圖2)。圖2中O點(diǎn)為水平井水平段起始點(diǎn)，X點(diǎn)為水平段上的任一點(diǎn)，O點(diǎn)的垂深為h0(其中上覆地層段垂厚為h10、潛山段地層垂厚為h20)，時間域?qū)?yīng)的地震反射時間為t0(其中上覆地層段時間厚度為t10、潛山段時間厚度為t20)；X點(diǎn)的垂深h(x)(其中上覆地層段垂厚為h1(x)、潛山段地層垂厚為h2(x))為一恒定值，恒等于h0，時間域?qū)?yīng)的地震反射時間為t(x)(其中上覆地層時間厚度為t1(x)、潛山段地層時間厚度為t2(x))，通過比較t(x)與t0值的大小關(guān)系可以判斷水平井時間域軌跡形態(tài)。

2.2.1 水平潛山頂面

水平潛山頂面模式下，水平井水平段軌跡上的任一點(diǎn)X對應(yīng)的地震反射時間t(x)可以用式(1)表示。

t(x)=t1(x)+t2(x)=

(1)

從式(1)推導(dǎo)可以得出t(x)恒等于水平段起始點(diǎn)對應(yīng)的地震反射時間t0，因此水平井時間域軌跡亦為水平(圖2(a))。

2.2.2 上傾潛山頂面

上傾潛山頂面模式下，水平井水平段軌跡上的任一點(diǎn)X對應(yīng)的地震反射時間t(x)可以用式(2)表示：

t(x)=t1(x)+t2(x)=

(2)

式中：Δh2(x)為水平段上X點(diǎn)與水平段起始點(diǎn)O點(diǎn)潛山段地層垂厚之差值。

由于V1小于V2，所以t(x)

2.2.3 下傾潛山頂面

下傾潛山頂面模式下，水平井水平段軌跡上的任一點(diǎn)X對應(yīng)的地震反射時間t(x)可以用如下公式(3)表示：

t(x)=t1(x)+t2(x)=

(3)

式中：Δ△h1(x)為水平段起始點(diǎn)O點(diǎn)與水平段上X點(diǎn)潛山段地層垂厚之差值。

由于V1小于V2，所以t(x)>t0，表明水平井時間域軌跡將下翹(圖2(c))。

2.2.4 復(fù)合形態(tài)潛山頂面

根據(jù)以上單一形態(tài)潛山頂面理論研究結(jié)果，上傾-水平-下傾復(fù)合形態(tài)潛山頂面，水平井時間域軌跡形態(tài)亦為上傾-水平-下傾復(fù)合形態(tài)(圖2(d))。

以上理論研究結(jié)果表明，水平井時間域軌跡形態(tài)與潛山頂面形態(tài)關(guān)系密切，其整體趨勢與潛山頂面趨勢一致。

3 潛山水平井時-深域軌跡匹配技術(shù)

在理論研究的基礎(chǔ)上，開展了水平井時-深域軌跡匹配技術(shù)研究，其核心是水平井時間域軌跡精確表征，軌跡精確表征的關(guān)鍵點(diǎn)是基于斜深(MD)和地震反射時間(TWT)的擬時深關(guān)系的構(gòu)建，這種特殊的潛山油藏中的水平井，常規(guī)的基于垂深和地震反射時間的時深關(guān)系無法正確表征其沿著水平段橫向快速變化的時深關(guān)系，而目前的所有專業(yè)地震軟件對時深關(guān)系的表征均是建立在垂深和地震反射時間基礎(chǔ)之上，因此目前所有專業(yè)地震軟件均不能實(shí)現(xiàn)潛山水平井時間域軌跡準(zhǔn)確表征，亟待通過技術(shù)創(chuàng)新借助新的軟件平臺實(shí)現(xiàn)潛山水平井時間軌跡準(zhǔn)確刻畫，達(dá)到潛山水平井時-深域軌跡匹配。

筆者嘗試創(chuàng)新利用基于斜深和地震反射時間的擬時深關(guān)系，實(shí)現(xiàn)該類復(fù)雜潛山油藏水平井時間域軌跡準(zhǔn)確刻畫與表征。由于潛山內(nèi)部地層層速度無論在縱向還是在橫向均變化較小，在局部井區(qū)內(nèi)近似認(rèn)為為常速度，而潛山段之上上覆地層段無論是橫向還是縱向均存在變化，因此擬時深關(guān)系的構(gòu)建需要分潛山段和潛山段之上井段分別構(gòu)建，最終將兩段擬時深關(guān)系合并作為該水平井時深關(guān)系(圖3)。同時，準(zhǔn)確求取潛山及上覆地層層速度對構(gòu)建的擬時深關(guān)系的精度影響較大，具體求取過程為：首先，利用探井的聲波和密度測井曲線制作精細(xì)合成地震記錄，然后，對潛山面附近上下地層的時深數(shù)據(jù)分段擬合，最終通過線性回歸得到準(zhǔn)確的地層層速度。在此基礎(chǔ)上，開展基于斜深的擬時深關(guān)系構(gòu)建，具體技術(shù)流程如下：

1)潛山之上井段時深關(guān)系的構(gòu)建：借用相鄰探井的時深進(jìn)行標(biāo)定后，把該時深作為開發(fā)井的時深，并轉(zhuǎn)換成斜深格式，剔除潛山段數(shù)據(jù)，即可完成該井段時深關(guān)系的構(gòu)建。

2)潛山段時深關(guān)系的構(gòu)建：從單點(diǎn)開始(圖4)，在水平段上選取一個點(diǎn)P，過該點(diǎn)設(shè)計(jì)一口虛擬直井Px，該虛擬井在深度域內(nèi)潛山段地層垂厚(Δh)能夠計(jì)算得到，根據(jù)該垂厚(Δh)和虛擬井PX所在位置潛山地層層速度(Vp)可以得到虛擬井PX潛山段時間域?qū)?yīng)的時間厚度(Δt)，根據(jù)虛擬井PX潛山頂面對應(yīng)的地震反射時間(tQ，可以通過上覆地層段標(biāo)定后的時深關(guān)系得到)和潛山段時間厚度(Δt)可以計(jì)算得到P點(diǎn)對應(yīng)的地震反射時間(tP)，見公式(4)?？梢缘玫絇點(diǎn)在原水平井軌跡上對應(yīng)的斜深(mP)和地震反射時間(tP)的時深對應(yīng)關(guān)系。相同的方法，根據(jù)潛山頂面形態(tài)，在水平井軌跡上按斜深每隔約30 m～60 m選取一定數(shù)量能夠控制潛山頂面形態(tài)的點(diǎn)，可以得到每個點(diǎn)對應(yīng)的斜深和地震反射時間，可以構(gòu)建潛山段變速時深關(guān)系(MD&TWT)。

圖2 潛山水平井時間域軌跡理論形態(tài)研究結(jié)果Fig.2 Results of theoretical study on time domain trajectory of horizontal well in buried hill(a)水平潛山頂面；(b)上傾潛山頂面；(c)下傾潛山頂面；(d)復(fù)合形態(tài)潛山頂面

圖3 水平井?dāng)M時深關(guān)系構(gòu)建技術(shù)流程圖Fig.3 Technology flow chart of construction of the pseudotime-depth relationship for horizontal wells

圖4 潛山段時深關(guān)系的構(gòu)建Fig.4 Construction of time-depth relationship in buried hill(a)深度域過井軌跡剖面；(b)時間域過井軌跡剖面

(4)

將潛山段時深與上部井段時深合并，可以得到水平井基于斜深的擬時深關(guān)系(MD&TWT),應(yīng)用該擬時深關(guān)系可精確表征水平井時間域軌跡，實(shí)現(xiàn)水平井時-深域軌跡匹配。從刻畫的軌跡形態(tài)看，它的整體趨勢與潛山頂面形態(tài)趨勢一致，與理論研究吻合(圖5)。

4 地質(zhì)建模中的應(yīng)用

潛山水平井時間域軌跡形態(tài)及軌跡位置的準(zhǔn)確刻畫，為后續(xù)基于地震屬性約束的復(fù)雜潛山油藏三維地質(zhì)建模奠定了堅(jiān)實(shí)井震關(guān)系基礎(chǔ)。

圖5 潛山水平井時間域軌跡形態(tài)刻畫結(jié)果Fig.5 Results of time-domain trajectory characteriza-tion of horizontal well in buried hill

4.1 基于水平井軌跡建立準(zhǔn)確時間域地層框架

在基于地震屬性約束的潛山油藏地質(zhì)建模過程中，準(zhǔn)確的時間域地層框架的建立對三維地震屬性的準(zhǔn)確提取意義重大。錦州25-1南油田太古宇潛山地質(zhì)建模層位縱向上包括半風(fēng)化殼上段、半風(fēng)化殼下段和內(nèi)幕致密段(分別對應(yīng)圖6中層①、②、③)，其中半風(fēng)化殼上段為次要產(chǎn)層，地層厚度較薄，時間域地層厚度5 ms～10 ms(12 m～25 m)；半風(fēng)化殼下段為主要產(chǎn)層，地層厚度較大，時間域地層厚度20 ms～60 ms(50 m～150 m)；內(nèi)幕致密帶為非產(chǎn)層。由于潛山油藏自身的特殊性，傳統(tǒng)的基于垂深的時深關(guān)系表征的水平井潛山段時間域軌跡位置通常與時間域真實(shí)軌跡位置差異較大，導(dǎo)致時間域井點(diǎn)分層數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，最終導(dǎo)致建立的時間域地層框架不準(zhǔn)確(圖6(a))，從圖6中可以看出，由于層②時間域井點(diǎn)頂、底分層數(shù)均不準(zhǔn)確，導(dǎo)致層②時間域地層厚度明顯較實(shí)際厚度變大(圖6(b))。

圖6 新老方法建立的時間域地層框架比較Fig.6 Comparison of time-domain stratigraphic framework established by new and old methods(a)老方法；(b)新方法

圖7 傳統(tǒng)時間關(guān)系與擬時深關(guān)系半風(fēng)化殼下段底界井點(diǎn)時間域分層誤差比較Fig.7 Comparison of the stratification errors in well points in the time domain between the traditional time-depth relationship and the pseudo in the subsection base of semi-weathered crust

圖8 基于地震約束的高精度地質(zhì)模型的建立Fig.8 Establishment process of high precision geological model based on seismic constraints

由于基于傳統(tǒng)的時深關(guān)系獲得的井點(diǎn)時間域分層數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致潛山內(nèi)部由井點(diǎn)插值獲得的時間域構(gòu)造層面成圖誤差較大。以主力產(chǎn)層半風(fēng)化殼下段(層②)底面為例，從油田32口潛山水平井和大斜度井井點(diǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，傳統(tǒng)的基于垂深的時深關(guān)系獲得的時間域分層比基于斜深的擬時深關(guān)系獲得的時間域分層均偏大，兩者誤差達(dá)到5 ms～13 ms,平均誤差8.7 ms(圖7)?；趦煞N時深關(guān)系分層數(shù)據(jù)插值得到的該層位時間域構(gòu)造層面誤差達(dá)到0 ms～17 ms,平均誤差7.9 ms。

本次研究提出的基于斜深的擬時深關(guān)系可以精確表征潛山水平井時間域軌跡，基于精確的時間域軌跡可以搭建準(zhǔn)確的時間域地層框架,為地震屬性數(shù)據(jù)重采樣到時間域地質(zhì)模型提供了準(zhǔn)確的構(gòu)造框架。

圖9 新老模型油田含水率擬合情況對比Fig.9 Comparison of water content fitting between new model and the oldin the oilfield

潛山水平井時間域軌跡的準(zhǔn)確表征，同時也為井點(diǎn)地震屬性的準(zhǔn)確提取奠定了基礎(chǔ)，基于精確的時間域軌跡可以準(zhǔn)確提取井點(diǎn)時間域地震屬性，可以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)井點(diǎn)物性與地震屬性的相關(guān)關(guān)系，利用該準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)關(guān)系約束儲層物性參數(shù)建模，可以大大提高該類復(fù)雜潛山油藏地質(zhì)模型精度(圖8)。

4.2 準(zhǔn)確提取井點(diǎn)地震屬性與提高地質(zhì)模型精度

潛山水平井時間域軌跡的準(zhǔn)確表征，同時也為井點(diǎn)地震屬性的準(zhǔn)確提取奠定了基礎(chǔ)，基于精確的時間域軌跡可以準(zhǔn)確提取井點(diǎn)時間域地震屬性，可以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)井點(diǎn)物性與地震屬性的相關(guān)關(guān)系，利用該準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)關(guān)系約束儲層物性參數(shù)建模，可以大大提高該類復(fù)雜潛山油藏地質(zhì)模型精度(圖8)。

4.3 模型的動態(tài)驗(yàn)證

利用該技術(shù)對錦州25-1南油田太古宇潛山油藏32口水平井和大斜度井時間域軌跡進(jìn)行了精確刻畫表征，實(shí)現(xiàn)了潛山水平井時-深域軌跡匹配，建立了精細(xì)的潛山油藏雙重介質(zhì)三維地質(zhì)模型，基于精確地質(zhì)模型開展了油藏?cái)?shù)值模擬和精細(xì)歷史擬合研究，油藏生產(chǎn)動態(tài)證明，基于精確的水平井時間域軌跡建立的新的油藏三維地質(zhì)模型更加接近地下油藏實(shí)際，油田單井含水率擬合率由之前的60%左右，提高到85%左右，油田整體含水率擬合情況也較之前大幅提高，與實(shí)際含水率接近，擬合效果大大改善(圖9)。油藏歷史擬合結(jié)果表明，通過精確軌跡匹配研究建立的潛山油藏地質(zhì)模型精度較之前大幅提高，建立的地質(zhì)模型更加接近地下油藏實(shí)際，該研究可以為類似復(fù)雜潛山油(氣)藏的精細(xì)地質(zhì)建模提供參考和借鑒。

5 結(jié)論

1)理論研究表明，潛山水平井時間域軌跡形態(tài)與潛山頂面形態(tài)關(guān)系密切，其整體形態(tài)與潛山頂面形態(tài)趨勢一致。

2)基于斜深和地震反射時間的擬時深關(guān)系，可以準(zhǔn)確表征潛山水平井時間域軌跡位置及形態(tài)。

3)基于精確的水平井時間域軌跡可以建立精確的潛山油藏地質(zhì)模型，錦州25-1南太古宇潛山油藏生產(chǎn)動態(tài)證明，基于精確的水平井時間域軌跡建立的油藏三維地質(zhì)模型更加接近地下油藏實(shí)際。

4)對于下部地層層速度大于上覆地層層速度的潛山類油藏，該方法均具有較好地適用性，可以為類似潛山油(氣)藏的精細(xì)地質(zhì)建模提供參考和借鑒。