重構(gòu)反演在長垣三角洲外前緣砂體預(yù)測的應(yīng)用

蔣成剛

國家發(fā)展和改革委員會(huì)《石油發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確提出，2020年國內(nèi)石油產(chǎn)量2億t以上。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，一方面需要加強(qiáng)基礎(chǔ)調(diào)查和資源評(píng)價(jià)，加大新區(qū)、新層系風(fēng)險(xiǎn)勘探，另一方面還應(yīng)深化老區(qū)挖潛和重點(diǎn)地區(qū)勘探投入，保障石油的穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)。以大慶油田為例，大慶油田開發(fā)已近60年歷史，油田老區(qū)已進(jìn)入特高含水期。目前，油田剩余油挖潛難、產(chǎn)量接替不足、產(chǎn)量逐年遞減快[1?3]。為了穩(wěn)定油田產(chǎn)量，一方面需要加大力度挖潛老區(qū)剩余油，另一方面有必要?jiǎng)佑猛鈬吞锉〔钣蛯觾?chǔ)量，但由于三角洲外前緣砂體受儲(chǔ)層薄、物性差、非均質(zhì)強(qiáng)等影響，導(dǎo)致鉆井風(fēng)險(xiǎn)高，很大程度上制約了油藏開發(fā)的進(jìn)程[2，4]。以敖包塔油田為例，敖包塔油田葡萄花油層是大慶外圍油田典型的三角洲外前緣沉積，截止2019年10月底探明地質(zhì)儲(chǔ)量3 961.82萬t，已動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量3 248.41萬t，展示了該區(qū)良好的潛力。多年實(shí)踐證明，研究區(qū)為三角洲外前緣相沉積的巖性油藏，油氣運(yùn)聚成藏主要受巖性控制，以薄差砂體為主，儲(chǔ)層預(yù)測難度較大[5]。尤其是近年來，專門針對(duì)外甩區(qū)部署了一些水平井，但效果并不如預(yù)期，收效甚微，究其原因主要是對(duì)儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)不清，缺乏從多個(gè)角度對(duì)砂體分布的明晰認(rèn)識(shí)。為此，有必要構(gòu)建新的地質(zhì)體系。本文以敖包塔油田茂402?3區(qū)塊為例，應(yīng)用井震結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)對(duì)該區(qū)葡萄花油層儲(chǔ)層進(jìn)行再認(rèn)識(shí)研究，落實(shí)儲(chǔ)層發(fā)育特征，并優(yōu)選布井潛力區(qū)，以期為下一步外圍油田的高效開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)背景

茂402?3區(qū)塊位于敖包塔油田東南部，區(qū)塊內(nèi)構(gòu)造相對(duì)平緩，發(fā)育近南北向的大斷裂和伴生一些小斷裂帶。葡萄花油層平均厚度20～30 m，縱向上細(xì)分為11個(gè)小層，其中PI1為主力產(chǎn)油層位，油層內(nèi)部地震反射長度20 ms左右，相鄰的地質(zhì)小層間在地震資料上沒有明顯反射標(biāo)志。據(jù)完鉆井資料統(tǒng)計(jì)，平均單井鉆遇層數(shù)1.9個(gè)，砂巖厚度2.3 m，有效厚度1.3 m；其中PI1平均單井鉆遇砂巖厚度1.6 m，有效厚度1.1 m，占全井有效厚度84.6%，為典型的三角洲外前緣沉積。因此，地震反演是提高薄差砂體識(shí)別精度的有效方法。為了最大限度提高經(jīng)濟(jì)效益，布署水平井是該區(qū)優(yōu)先考慮的布井方式。

2 重構(gòu)反演

2.1 測井曲線預(yù)處理

由于各批次鉆井、錄井等儀器設(shè)備不同，在測井巖性響應(yīng)方面造成一定程度的差異，如果不提前處理，儲(chǔ)層反演結(jié)果的精度將受很大影響，無法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測的目的。因此，曲線標(biāo)準(zhǔn)化處理是非常必要的[5]。在做測井曲線預(yù)處理工作前，有一個(gè)環(huán)節(jié)不容忽視，即標(biāo)準(zhǔn)層段的選取。葡萄花沉積時(shí)期，研究區(qū)為快速水進(jìn)期，葡萄花上覆地層沉積了一套穩(wěn)定的厚層泥巖沉積體，這套厚層泥巖為后期油氣成藏提供了良好的蓋層。因此，本次標(biāo)準(zhǔn)層選擇葡萄花油層上部（薩爾圖下部）泥巖段作為測井曲線預(yù)處理的標(biāo)準(zhǔn)層段。標(biāo)準(zhǔn)井一般選擇在地層發(fā)育完整且未被斷層斷失的區(qū)域。分別統(tǒng)計(jì)全區(qū)所有井在標(biāo)準(zhǔn)層段的各曲線值，記錄每口井的測井曲線最大值Xmax本井和最小值Xmin本井。選擇標(biāo)準(zhǔn)井的測井曲線X標(biāo)準(zhǔn)，然后，以標(biāo)準(zhǔn)井X標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)層的測井曲線值為基準(zhǔn)，將其他標(biāo)準(zhǔn)層段歸位到標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，將其量綱校正到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，如式1所示：

式中，X0為井均一化后的曲線值；Xmin標(biāo)準(zhǔn)和Xmax標(biāo)準(zhǔn)分別為標(biāo)準(zhǔn)井曲線的最小值和最大值；Xmin本井和Xmax本井為校正井曲線的最小值和最大值；X為某井深度對(duì)應(yīng)的值。

2.2 地震合成記錄制作

地震合成記錄是時(shí)深轉(zhuǎn)換的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)[6]。合成記錄質(zhì)量的好壞直接影響時(shí)深轉(zhuǎn)換的精度。通常，將測井聲波曲線和密度曲線通過數(shù)學(xué)模型運(yùn)算，完成地震子波估算，正演出該井合成地震道。實(shí)際操作過程中，受原始地震資料品質(zhì)、測井曲線采樣率等限制，地震子波的提取往往不盡理想。這就需要地質(zhì)工作者進(jìn)行反復(fù)修正參數(shù)，如時(shí)窗上選取葡萄花油層頂?shù)?15 ms，子波長度一般為時(shí)窗長度的1/3，地質(zhì)分層與地震層位初始標(biāo)定等等。在提取地震子波時(shí)，根據(jù)地震主頻假定理論子波，利用初始合成記錄反復(fù)修正井震地質(zhì)標(biāo)定，直到井旁地震道與合成地震道相關(guān)系數(shù)達(dá)到一定值（一般大于0.7），則可認(rèn)為地震子波是合理的。

2.3 虛擬泥巖時(shí)窗

如前所述，茂402?3區(qū)塊葡萄花油層屬三角洲外前緣，鉆井揭示，砂巖僅發(fā)育在葡萄花頂部PI1內(nèi)，其他小層基本為大套黑色泥巖，與上覆薩爾圖油層整體上構(gòu)成典型的“泥包砂”巖性組合。實(shí)踐證明，該組合適用于薄差儲(chǔ)層反演預(yù)測。但是，理論上地震反演時(shí)窗厚度下限為不低于子波長度的2倍，受地震主頻、頻帶等影響，實(shí)際葡萄花油層厚度難以滿足地震反演時(shí)窗的要求。為了解決這一難題，本次采用虛擬地層圍巖的方法，即在葡萄花油層頂?shù)滋摌?gòu)泥巖地層（見圖1），并相應(yīng)的延長測井曲線，測井曲線幅值滿足泥巖響應(yīng)特征，從而達(dá)到地震反演預(yù)測的要求。

2.4 曲線重構(gòu)技術(shù)

實(shí)踐證明，李占東等[7]提出的“高頻恢復(fù)、低頻補(bǔ)償”曲線重構(gòu)方法已在多個(gè)油田實(shí)踐并取得了較好的效果，證明了該方法是可行的。該方法核心思想是通過時(shí)深轉(zhuǎn)換，把測井曲線作為信號(hào)分解成高低不同頻率的尺度成分，采用敏感曲線的不同頻率分量進(jìn)行融合，從而構(gòu)建出能夠反映有效儲(chǔ)層的擬波阻抗曲線。鑒于此種方法，首先，尋找儲(chǔ)層敏感的曲線。利用直方圖統(tǒng)計(jì)法得出，自然電位曲線（SP）與電阻率曲線（RLLD）對(duì)砂巖響應(yīng)較為敏感，能夠達(dá)到識(shí)別薄差儲(chǔ)層的目的；其次，在井震標(biāo)定的基礎(chǔ)上，開展測井曲線重構(gòu)。

圖1 茂402?3井葡萄花油層綜合柱狀圖Fig.1 Comprehensive column diagr am of Putaohua reser voir in well M 402?3

假定母函數(shù)ψ(t)（ψ(t)∈L2(R)），滿足式（2）：

式中，a為尺度參數(shù)；b為時(shí)間位移參數(shù)。

將時(shí)深轉(zhuǎn)換后連續(xù)信號(hào)（曲線）f(t)（f(t)∈ L2(R)）變換為：

式中，Sf(a，b)為不同尺度、不同位置的變換系數(shù)，表示信號(hào)f(t)在時(shí)頻面上以(a，b)域函數(shù)f(t)很小的時(shí)頻窗內(nèi)的能譜，|Sf(a，b)|2反映的是時(shí)頻域內(nèi)(a，b)處信號(hào)f(t)的能量分量。

圖2為曲線重構(gòu)前后砂泥巖統(tǒng)計(jì)。由圖2可知，從重構(gòu)后曲線與砂泥巖擬合來看，新構(gòu)建的曲線能夠很好地響應(yīng)砂巖的敏感性（見圖2）。

圖2 曲線重構(gòu)前后砂泥巖統(tǒng)計(jì)Fig.2 Statistical histograms of sand and mudstone before and after curve reconstruction

2.5 重構(gòu)反演技術(shù)

確定性反演的優(yōu)點(diǎn)是忠于地震數(shù)據(jù)，結(jié)果相對(duì)可靠，缺點(diǎn)是縱向分辨率不足，預(yù)測精度不高[8]。為了達(dá)到精細(xì)預(yù)測儲(chǔ)層的目的，有必要開展隨機(jī)地震反演。在地震隨機(jī)反演之前，必須開展地質(zhì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析。結(jié)合研究區(qū)物源方向，砂巖發(fā)育規(guī)模，以及單砂體厚度，逐一厘定變程參數(shù)。為了提高儲(chǔ)層預(yù)測的可信度，在地質(zhì)模型框架基礎(chǔ)上，采用波阻抗反演和隨機(jī)反演相結(jié)合的方法，即以參與井重構(gòu)曲線為主數(shù)據(jù)，以基于模型確定性反演為次數(shù)據(jù)，采用模擬退火協(xié)同方法，開展葡萄花油層隨機(jī)模擬反演。為了最大程度降低多解性，隨機(jī)產(chǎn)生多套隨機(jī)模擬體，運(yùn)用函數(shù)計(jì)算器平均計(jì)算這些模擬數(shù)據(jù)體，最終得到地震反演結(jié)果。為了檢驗(yàn)地震反演的可靠性，統(tǒng)計(jì)預(yù)留的四口井砂巖吻合情況，結(jié)果見表1。

由表1可見，絕對(duì)誤差平均在0.04～0.10 m，相對(duì)誤差最大6.3%，說明儲(chǔ)層預(yù)測精度較高，達(dá)到了薄差儲(chǔ)層預(yù)測的目的。

表1 葡萄花油層后驗(yàn)井儲(chǔ)層預(yù)測誤差Table 1 Reser voir pr ediction err or table for poster ior wells in Putaohua reservoir

3 應(yīng)用分析

3.1 指導(dǎo)沉積微相研究

為了有效刻畫沉積微相，采用井點(diǎn)定相、反演切片組形的思路[9?10]，綜合錄井、測井巖電等資料，確定發(fā)育規(guī)模較小的河道沉積體。茂402?3區(qū)主要發(fā)育近河道、席狀砂、河間泥等沉積微相類型，以葡萄花油層PI1小層為例，該沿層反演切片可劃分為三個(gè)層次：暖色（粉紅?黃色）異常區(qū)、巖性過渡區(qū)（綠色）和冷色（藍(lán)色）背景區(qū)。據(jù)鉆井標(biāo)定統(tǒng)計(jì)可知，暖色異常區(qū)與河道發(fā)育區(qū)對(duì)應(yīng)較好，砂體相對(duì)較發(fā)育，而冷色區(qū)多為前緣泥巖發(fā)育區(qū)，儲(chǔ)層發(fā)育相對(duì)較薄。總體上，砂體西部、西北部較發(fā)育，東部、東南部發(fā)育較差。結(jié)合開發(fā)井網(wǎng)解剖得知，區(qū)內(nèi)物源來自西部和西北部，砂體相對(duì)不發(fā)育，河道多集中在研究區(qū)西部，地震反演剖面表現(xiàn)為暖色透鏡狀，平面切片表現(xiàn)為豆莢狀異常高值區(qū)。圖3為茂402?3區(qū)塊葡萄花油層PI1層地震反演切片和沉積微相。

圖3 葡萄花油層PI1層地震反演切片和沉積微相Fig.3 Seismic inver sion section and sedimentar y microfacies of PI1 of Putaohua oil layer

由圖3可以看出，在中部和東部多發(fā)育坨狀和甜點(diǎn)狀異常體，結(jié)合鉆井資料判定，該異常體為席狀砂微相，由于該區(qū)鉆井資料相對(duì)有限，因此砂體分布范圍可由反演屬性異常體邊界界定。在研究區(qū)東南和南部，反演切片以冷色區(qū)為主，砂體基本不發(fā)育，該區(qū)域多以河間泥沉積為主。

3.2 應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)井位部署

為了最大程度挖潛外擴(kuò)區(qū)含油潛力，在鉆井井型設(shè)計(jì)過程中，既要考慮茂402?3區(qū)薄差砂體分布零散特點(diǎn)，同時(shí)要兼顧油田開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益。研究得出，水平井更適用于該區(qū)井位部署[11?13]。為了降低鉆井失利風(fēng)險(xiǎn)，減少斷層損失率，提高砂巖鉆遇率，最大限度優(yōu)化井網(wǎng)，綜合地質(zhì)認(rèn)識(shí)結(jié)果，采用探評(píng)井（探井、評(píng)價(jià)井）轉(zhuǎn)注優(yōu)化方式，實(shí)行“四注一采”井網(wǎng)原則，最終在區(qū)內(nèi)成功部署了1口跨斷層水平井。

以水平井X1井為例。X1井位于評(píng)價(jià)井茂402?3西側(cè)，目的層為PI1小層，采用單支跨斷層水平井方式，水平井軌跡參數(shù)如表2、3所示。

圖4為茂402?3區(qū)塊葡萄化油層水平井X1軌跡三維顯示。圖5為茂402?3區(qū)塊葡萄化油層地震反演剖面與水平井1軌跡示意。

表2 茂402?3區(qū)塊X1水平井軌跡參數(shù)Table 2 Trajector y par ameters of X1 horizontal well in block Mao402?3

表3 茂402?3區(qū)塊X1水平井地質(zhì)參數(shù)Table 3 Geological parameters of X 1 horizontal well in block Mao402?3

圖4 葡萄花油層水平井X1軌跡三維顯示Fig.4 3D diagram of X1 tr ajector y of hor izontal well in Putaohua reservoir

圖5 葡萄花油層地震反演剖面與水平井X1軌跡示意Fig.5 Schematic diagram of seismic inversion profile and horizontal well X1 trajectory in the Putaohua reser voir

由圖4、5可知，水平段兩端靶點(diǎn)海拔深度在-1 206 m左右，構(gòu)造幅度較小，儲(chǔ)層類型為席狀砂型砂體，平均砂巖厚度在1.5 m左右。為了提高砂巖鉆遇率，鉆井軌跡由斷層上升盤至下降盤，水平段走向采用北偏西26°，前方位角定為40.3°，沿PI1頂從靶點(diǎn)A水平鉆進(jìn)335 m后鉆穿斷層，轉(zhuǎn)鉆進(jìn)下降盤，水平鉆進(jìn)至610 m到達(dá)B靶點(diǎn)。經(jīng)計(jì)算該井?dāng)鄬訐p失率為15.11%，井網(wǎng)采用評(píng)價(jià)井茂402?3轉(zhuǎn)水井，實(shí)行“四注一采”井網(wǎng)原則，水平井單井有效控制儲(chǔ)量3.64×104t。

4 結(jié) 論

（1）為了最大限度提高三角洲外前緣薄差儲(chǔ)層預(yù)測精度，從5個(gè)方面詳細(xì)闡述了地震重構(gòu)反演關(guān)鍵技術(shù)流程：測井曲線預(yù)處理、地震合成記錄制作、虛擬泥巖時(shí)窗技術(shù)、基于頻率補(bǔ)償曲線重構(gòu)技術(shù)和重構(gòu)反演方法。結(jié)合油田實(shí)際工區(qū)資料，以敖包塔油田茂402?3區(qū)塊為例，開展該地震反演研究，研究得出絕對(duì)誤差平均在0.04～0.10 m，相對(duì)誤差最大6.3%，說明儲(chǔ)層預(yù)測精度較高，實(shí)現(xiàn)了薄差儲(chǔ)層預(yù)測的目的。

（2）輔助三角洲外前緣砂體沉積微相繪制。以PI1小層為例，采用井點(diǎn)定相、反演切片組形的思路，綜合錄井、測井巖電等資料，確定區(qū)塊重點(diǎn)砂體邊界，完成葡萄花油層沉積微相繪制。研究得出，研究區(qū)主要發(fā)育河道、席狀砂、河間泥等沉積相類型。

（3）有效指導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)井位部署。為了降低鉆井失利風(fēng)險(xiǎn)，減少斷層損失率，提高砂巖鉆遇率，最大限度優(yōu)化井網(wǎng)，綜合結(jié)合構(gòu)造、薄差儲(chǔ)層地質(zhì)認(rèn)識(shí)，采用探評(píng)井轉(zhuǎn)注優(yōu)化方式，實(shí)行“四注一采”井網(wǎng)原則，最終在區(qū)內(nèi)成功部署了1口跨斷層水平井。因此，重構(gòu)反演方法可以作為刻畫薄差儲(chǔ)層的有效手段，對(duì)后續(xù)薄差儲(chǔ)層含油潛力挖潛提供技術(shù)支撐。