地質統(tǒng)計學反演在超深超薄儲層預測中的應用

徐 博，劉永雷，曾 鴻，楊 洋，鄭曉麗，張建偉

(1.西安石油大學，西安 710065；2.中國石油集團 東方地球物理勘探有限責任公司，涿州 072751)

0 引言

近幾年隨著勘探的深入發(fā)展，巖性圈閉逐漸成為重要的接替領域。特別是在塔里木盆地塔北西部地區(qū)，勘探層系多，油藏類型豐富多樣，是實現(xiàn)巖性圈閉勘探的最現(xiàn)實區(qū)，目前已發(fā)現(xiàn)的玉東1油氣藏進一步證實了巖性圈閉勘探的廣闊潛力。但是巖性圈閉成藏條件非常苛刻，勘探難度極大，特別是類似于塔里木盆地塔北西部地區(qū)這類具有埋藏深(>5 000 m)，儲層厚度薄(通常在0 m～5 m之間)，物性橫向變化大等特點的巖性圈閉?？碧侥芊癯晒Α⒊晒竽芊窀咝ч_發(fā)，很大程度上受制于儲層預測的精度，這就對儲層預測方法提出了更高的要求。受大沙漠和戈壁等惡劣地表條件及地下復雜構造限制，塔里木盆地多數(shù)地區(qū)的地震資料具有信噪比、主頻(20 Hz左右)雙低的特點，遠遠無法達到實現(xiàn)超薄儲層精準預測的條件。在這種資料條件下，常規(guī)的儲層預測方法以及反演方法也很難取得令人滿意的效果。

地質統(tǒng)計學反演由Bortoli[1]提出，Haas等[2]開展了應用，Dubrule等[3]和Rothman[4]加以發(fā)展。它基于地質統(tǒng)計信息來表述解空間的先驗概率密度函數(shù)，通過隨機模擬和優(yōu)化模擬結果的有機互動，充分發(fā)揮了隨機建模和地震反演的優(yōu)勢，使反演結果能夠有效突破地震資料頻寬限制，大大提高反演結果的垂向和橫向分辨率。但是盡管算法不斷改進，用于估計地質模型空間展布特征的先驗信息是否完備，仍直接決定了地質統(tǒng)計學反演結果的好壞，故該方法在實際生產中一般主要應用于已鉆井數(shù)較多、先驗信息較豐富的油田綜合調整階段[5]。

這里主要論述了在塔里木盆地塔北西部地區(qū)玉東區(qū)塊相對稀井區(qū)，通過精細井震標定，綜合薄片分析、巖芯分析、區(qū)域地質認識、目的層沉積特征等因素，利用地質統(tǒng)計學反演對古近系薄砂層進行了準確地預測，并建立了相對完善的地質統(tǒng)計學反演流程?？v向分辨率相比于系數(shù)脈沖反演提高了5倍以上，預測厚度實鉆吻合率達到92.1%。根據(jù)預測結果部署的4口評價井均獲得高產油氣流，成功實現(xiàn)了油藏的滾動擴邊，新增油藏面積，新增儲量。該方法的成功實施對該區(qū)油氣田評價勘探和部署具有十分重要的指導意義，同時也給領區(qū)的勘探提供了很好的參考。

1 地質背景

研究區(qū)位于中國西部塔里木盆地塔北隆起西段。工區(qū)油氣主要來源于北面的庫車坳陷，庫車坳陷侏羅系、三疊系陸相油氣資源豐富，已經(jīng)形成克拉2、迪那等特大氣田，研究區(qū)位于庫車的前緣隆起斜坡區(qū)，油氣運聚條件非常好；中新生界是該區(qū)重要的油氣勘探層系，喜山期強烈的造山運動，使塔北隆起新生界地層北部整體下沉，南部抬升，中新生界構造整體表現(xiàn)一個北低南高的斜坡，在斜坡區(qū)構造圈閉不發(fā)育。90年代初在工區(qū)北部、西南部分別發(fā)現(xiàn)了白堊系、古近系構造油氣藏，后來開始在本區(qū)古近系尋找?guī)r性圈閉，但一直未有大的發(fā)現(xiàn)。2010年部署了一塊主要針對碎屑巖薄砂層設計的寬方位高精度三維地震，推動了玉東地區(qū)油氣勘探開發(fā)的步伐，隨著現(xiàn)今勘探技術的迅速發(fā)展，一個面積超過200 km2，儲層僅0 m～5 m厚的大型超薄巖性油氣藏被逐步展現(xiàn)。油氣藏儲層為一套發(fā)育于扇三角洲前緣的砂體，其向南、向東、向西逐漸相變尖滅為一套泥巖沉積，同時與上覆、下伏地層的濱淺湖泥灘和膏云坪沉積的泥巖、膏云巖形成一套良好的儲蓋組合。

圖1 研究區(qū)構造位置圖

2 研究難點

本區(qū)研究的第一難點是儲層超薄，從圖2可以看出目的層古近系底砂巖段縱向上可劃分為四個砂層組，其中3砂組是主要勘探目的層厚度在11 m～14 m之間，可分為上下兩部分，上部為褐色、褐灰色、灰色細砂巖，為玉東1氣藏的產層，區(qū)域分布面積大，連通性最好，在玉東地區(qū)砂巖向南、向東、向西逐漸相變?yōu)槟鄮r；下部為褐色泥巖，可作為玉東1巖性圈閉的底板。

3砂組的單砂體厚度僅有1 m～4 m。從圖3可以看出，古近系底界對應一個強波谷反射，橫向分布穩(wěn)定，可進行連續(xù)的對比追蹤。儲層位于古近系底界面上部的一個較弱的波谷上，橫向分布不穩(wěn)定，局部地區(qū)可見尖滅現(xiàn)象，縱向跨度僅有1 ms～4 ms，遠遠低于地震的縱向分辨能力[6]。因此，很難使用地震資料對儲層橫向展布特征進行準確預測[7]。

其次，儲層物性橫向變化很快。玉東地區(qū)古近系底砂巖為扇三角洲前緣沉積體(圖4)，其物源來自于北西方向的溫宿凸起，湖盆中心位于南東方向，向南延伸相變?yōu)闉I淺湖膏泥巖沉積，向東相變?yōu)闉I淺湖泥巖沉積。在玉東地區(qū)，3砂組沉積微相相對穩(wěn)定，W1-W17-W13井一帶處于扇三角洲前緣水下分流主河道區(qū)，砂體相對較厚，呈塊狀發(fā)育；W3井、W2井位于扇三角洲前緣遠端，主體發(fā)育席狀砂微相沉積，砂體厚度相對較薄，平面上呈片狀；從圖3可以看到，出油井儲層砂巖為油浸褐灰色細砂巖，從圖2也可以看出，W3與W7兩井相距只有4 km，砂體卻從塊狀砂迅速變?yōu)橹笭钌?。由此可見，儲層發(fā)育受沉積環(huán)境影響嚴重，橫向分布不均勻，物性變化快。

3 方法原理

由Bortoli[1]、Haas等[2]在90年代引入的地質統(tǒng)計學反演，是一種將隨機模擬理論與地震反演相結合的反演方法。該方法早期主要采用Deutsch等[9]提出的序貫高斯算法進行模擬該算法雖然削弱了克里金算法光滑效應的影響，提高了模擬結果的縱向分辨率，但卻犧牲了地震資料的橫向分辨率。為解決該問題TorresVerdin等[10]提出了基于馬爾科夫鏈蒙特卡洛(MCMC)算法的地 質 統(tǒng) 計 學 反 演 方 法，該 方 法 在 貝 葉 斯 理 論 框 架下[6]，有效融合測井、巖性和地震等多尺度信息，以確定與測井曲線信息相一致的模型，同時通過反演數(shù)據(jù)找到與地震數(shù)據(jù)一致的模型子集，從而獲得與單一算法中輸入數(shù)據(jù)相匹配的模型。其構建的模型以各種類型的輸入數(shù)據(jù)為基礎，包括疊前地震振幅信息，測井數(shù)據(jù)，巖石物理響應及反映儲層分布、形態(tài)、厚度和橫向延伸情況的地質信息。通過運用序貫指示模擬、序貫高斯模擬等方法將測井數(shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)完美地結合起來，構建一系列高分辨率的油藏模型，從而使得構建的油藏地質模型的分辨率更高，對于細節(jié)的描述遠遠超過地震帶寬的限制。

圖2 玉東區(qū)塊古近系連井對比圖

圖3 玉東區(qū)塊連井標定圖

圖4 玉東區(qū)塊沉積相平面圖

圖5 玉東地區(qū)古近系3砂層組砂泥巖概率密度分布圖

地質統(tǒng)計學反演具有如下技術優(yōu)勢：①小井距井間的精密尺度內插，橫向趨勢由地震控制；②能夠進行誤差估算，進而評估風險；③提高地震反演結果的縱向分辨率[11]；④能夠生成巖性類型數(shù)據(jù)體(如砂巖和泥巖)；⑤根據(jù)波阻抗進行基于巖性的孔隙度估算；⑥將高分辨率的井數(shù)據(jù)和低分辨率的地震數(shù)據(jù)聯(lián)合應用；⑦可生成能夠直接輸入到油藏數(shù)值模擬軟件地質模型。

圖6 玉東地區(qū)古近系3砂層組巖性模擬對比剖面

4 應用效果分析

根據(jù)地質統(tǒng)計學原理，在反演之前應該先建立起測井數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學關系。從圖2可以看到，3砂層組主要表現(xiàn)為上部細砂巖下部泥巖的特征，從圖5可知，砂巖和泥巖在阻抗曲線上基本上可以分開，小于阻抗值1.1×107kg/cm3*m/s的為泥巖，大于該值為砂巖。

圖7 玉東地區(qū)古近系3砂層組剖面

此外，空間變差函數(shù)是地質統(tǒng)計學反演的關鍵控制因素之一，其描述的是橫向和縱向地質特征的結構和特征尺度。即不同巖相及其屬性在空間展布形態(tài)和變化尺度的大小。常用的變差函數(shù)類型有高斯型、指數(shù)型、球型等。一般而言縱向變程越小，模擬出的巖性厚度越小，如圖6(a)所示剖面使用的縱向變程為1.7 m，圖6(b)所示剖面使用的縱向變程為15 m。對于縱向變程，由于測井數(shù)據(jù)具有采樣間距小、精度高的特點，因此常常被用來進行縱向變程的統(tǒng)計分析。通過對本區(qū)的測井數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，確定的變差函數(shù)類型為指數(shù)型，縱向變程為1.7 m，砂泥比為3∶7。對于橫向變程的確定，考慮到井點間距較大，分布不均勻，因此通過對確定性反演的結果進行分析再結合區(qū)域地質認識進行綜合設定。橫向變程值越大，模擬出的巖性橫向分布越連續(xù)，如圖6(a)所示剖面使用的橫向變程為6 000 m×4 000 m，圖6(c)所示剖面使用的橫向變程為3 000 m×3 000 m。通過對13組數(shù)據(jù)進行測試和對比，我們最終確定的橫向變程為6 000 m×4 000 m。其所對應的巖性模擬結果為圖6(a)所示剖面，與本區(qū)的地質特征及測井解釋結果最為匹配。

圖8 玉東地區(qū)古近系3砂層組地質統(tǒng)計學反演平面圖

圖9 玉東地區(qū)古近系3砂層組稀疏脈沖反演平面圖

對比圖7(a)和圖7(b)，地質統(tǒng)計學反演大大提高了反演的縱向分辨率。在地質統(tǒng)計學反演剖面上3砂層組表現(xiàn)為多套超薄砂體的疊置，而在稀疏脈沖反演剖面上，整個3砂層組表現(xiàn)為一條強振幅帶，很難區(qū)分單個砂體。

從圖9可以看出，砂體呈大面積塊狀發(fā)育的特征，物源由北向南。從圖8可知，仍然表現(xiàn)為北部物源的特征，但砂體分布呈條帶狀，反映出水下分流河道的特征。這一結果與巖芯巖屑所展示的沉積特征一致。其中W1、W10、W12井位于分流河道中部，在測井曲線上表現(xiàn)為塊狀砂巖，錄井顯示為細砂巖，W2和W3井位于分流河道邊部，測井曲線表現(xiàn)為指狀砂，錄井顯示為泥質粉砂、粉砂巖。WELLF在稀疏脈沖反演平面圖上位于扇體根部，在地質統(tǒng)計學反演剖面上屬于分流間灣，鉆探結果失利。由此可見，地質統(tǒng)計學反演分辨率更高，反演結果對砂體展布特征刻畫更為精細，以此部署的探井W10、W12井都獲得成功。

5 結論

通過對塔里木盆地玉東地區(qū)進行統(tǒng)計學反演研究薄砂層分布特征，基本落實了隱蔽油氣藏的砂體分布范圍，后期實施的井位與預測結果相近，證實研究成果比較可靠，也取得以下幾點認識：

1)高精度三維地震采集處理技術，對振幅和地震信息保真是超深層薄砂層準確預測的基礎。

2)明確研究區(qū)的區(qū)域地質特征，及目的層的沉積相和微相特征，從而建立一個準確的地層格架和沉積模式，是做好儲層反演和分析反演結果要掌握的基本素材。

3)精細的測井資料分析，明確儲層的巖電響應特征，從而優(yōu)選對儲層敏感的曲線是做好儲層反演的關鍵。

4)反復實驗各種參數(shù)，以期得到最好的地質統(tǒng)計學反演結果。結合其他參數(shù)進行協(xié)同模擬，同時結合地質認識對反演結果進行分析，再返回去對地質統(tǒng)計學反演的參數(shù)進行調整，這項工作是儲層反演成果能夠用于勘探開發(fā)生產，并取得良好效果的基本保證。