疊后地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演在松遼盆地榆東地區(qū)扶楊油層砂體預(yù)測中的應(yīng)用

中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶

1.引言

隨著松遼盆地中淺層勘探進程的不斷推進，勘探開發(fā)對象日趨復(fù)雜，預(yù)測目標(biāo)區(qū)的評價難度也逐漸增大。三肇地區(qū)的扶楊油層分布范圍廣，資源潛力大，成為較現(xiàn)實的勘探突破目標(biāo)區(qū)，其中榆東地區(qū)便是重點目標(biāo)區(qū)之一。榆東地區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多個含油區(qū)塊，并提交石油預(yù)測儲量，使榆東地區(qū)含油面積進一步擴大。研究區(qū)扶楊油層分屬下白堊統(tǒng)泉頭組三、四段地層，主要目的層為扶一、扶二、扶三、楊一、楊二、楊三6 個油層組。受北部物源控制，自下而上表現(xiàn)為水進特征，發(fā)育淺水三角洲平原、前緣和河流相沉積，砂體寬度一般在400～600 m。砂體平面總體上近南北向條帶狀展布，砂巖縱向上層數(shù)多、單層厚度薄，一般在1～5 m 之間，層間差異大、層間連續(xù)性差及層內(nèi)非均質(zhì)性強，注水開發(fā)效果不明顯，單井產(chǎn)量低，有效開發(fā)動用難度大，這一儲層特征將限制了研究區(qū)下一步勘探和開發(fā)方案的制定[1][2][3][4]。因此，有必要利用三維連片地震資料，通過地震反演對扶楊油層砂體分布特征進行精細(xì)研究，從而為研究區(qū)下一步有利區(qū)塊優(yōu)選和評價井部署奠定基礎(chǔ)。

地震反演是由地震反射剖面得到地層波阻抗剖面的過程，目前主要分為三類：連續(xù)反演、遞推反演和基于模型反演。雖然各方法均存在其優(yōu)點和不足之處，但疊后地震反演仍然是目前儲層預(yù)測技術(shù)中較為有效的方法之一。

2.地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演基本原理

地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)地震反演就是根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)原理，充分利用測井、試井、地質(zhì)、地震資料，由數(shù)據(jù)自身和相互之間的空間相關(guān)程度以及自身空間位置的聯(lián)系建立油藏屬性概率模型和隨機函數(shù)模型，得到受地質(zhì)統(tǒng)計模型約束的、高分辨率的多個等概率實現(xiàn)，這些實現(xiàn)不僅忠實井資料和地質(zhì)統(tǒng)計規(guī)律，也明確地忠實地震資料，從而推斷油藏屬性空間分布特征[5]-[11]。地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演的優(yōu)勢是在井點忠實于井，可以得到較高的垂向分辨率。不足之處是井間估值容易陷入局部極大，造成反演結(jié)果不確定性較多。本次研究在充分利用其井點高分辨率特點的同時，引入相對低垂向分辨率、高橫向分辨率的稀疏脈沖反演結(jié)果作為約束，以降低井間反演的不確定性。

3.地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演技術(shù)流程及關(guān)鍵步驟

地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演的流程主要包括：地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)、地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)模擬、地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演、地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)協(xié)模擬以及地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演結(jié)果解釋[12][13][14][15]。地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)參數(shù)測試主要包含了屬性的PDF 函數(shù)、巖性比例、變差函數(shù)以及地震權(quán)重(流程見圖1)。除變差函數(shù)橫向變程外其余巖性比例等參數(shù)均有實際測量數(shù)據(jù)用于參數(shù)測試，橫向變程的測試主要可參考常規(guī)約束稀疏脈沖反演對砂體的刻畫。

Figure 1.Basic flow chart of geostatistics inversion圖1.地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演基本流程圖

完成疊后地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演流程，主要進行子波提取與井震標(biāo)定、背景模型建立、確定性反演、參數(shù)測試等工作。

3.1.子波提取及井震標(biāo)定

本次研究以褶積模型為基礎(chǔ)，由聲波和密度測井資料求出的反射系數(shù)和井旁地震記錄，用最小二乘法求出地震子波。經(jīng)過測試，子波長度選為95 ms，提取子波時窗為目的層上下各擴展150 ms，長度約350～400 ms 之間。通過對獲得的各井最為合理的井旁道子波進行分析發(fā)現(xiàn)(圖2)，各井子波具有很好的一致性，平均子波主峰在零附近，旁瓣較小，有類似雷克子波的形態(tài)，驗證了提取子波的可靠性。

Figure 2.Wavelet amplitude spectrum and seismic matching diagram in Yudong area of Songliao Basin圖2.松遼盆地榆東地區(qū)子波振幅譜和地震匹配關(guān)系圖

利用提取的子波開展井震標(biāo)定工作，從標(biāo)定結(jié)果統(tǒng)計來看，多數(shù)井標(biāo)定的相關(guān)系數(shù)都在0.7 以上，個別井可達(dá)到0.8 以上(圖3)，說明子波提取合理，井震標(biāo)定效果較好，為后續(xù)地震反演打下堅實的基礎(chǔ)。

Figure 3.Synthetic record calibration chart圖3.合成記錄標(biāo)定圖

3.2.建立低頻背景模型

地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演參數(shù)測試需要以確定性反演結(jié)果為基礎(chǔ)，而確定性反演是基于波阻抗模型的反演，因此建立盡可能接近實際地層的波阻抗模型，是減少反演結(jié)果多解性的根本途徑。初始地質(zhì)模型的建立主要是通過將井?dāng)?shù)據(jù)沿著構(gòu)造解釋層位進行插值，其中最重要的是空間某點處各井的權(quán)值貢獻(xiàn)，以及各井曲線的垂直分量，另外還要根據(jù)沉積定義地層的合理接觸關(guān)系。

由于本區(qū)井分布不均勻，用Jason 低頻模型插值方法出來，牛眼現(xiàn)象較嚴(yán)重(圖4)，結(jié)合Paleoscan軟件進行低頻模型優(yōu)化，該算法根據(jù)本區(qū)井分布的特點，在測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化處理的基礎(chǔ)上，井附近采用井曲線資料，無井區(qū)域參考地震相對組抗的均方根振幅體趨勢，通過對比可以看出(圖4)，低頻模型自然平緩變化，無牛眼現(xiàn)象，說明模型相對比較合理。

Figure 4.Plane comparison of initial model of Jaosn and Paleoscan圖4.Jaosn 與Paleoscan 初始模型平面對比

3.3.約束稀疏脈沖反演

約束稀疏脈沖反演是基于反褶積的一種傳統(tǒng)反演方法，雖然該方法有垂向分辨率不高的缺點，難以識別地震分辨率以下的地質(zhì)體，但是具有較高的橫向分辨率。約束稀疏脈沖反演參數(shù)包含子波刻度因子、合并頻率等，測試主要通過信噪比、井?dāng)?shù)據(jù)相關(guān)性、標(biāo)準(zhǔn)偏差、稀疏性以及綜合誤差變換曲線來選擇參數(shù)。

從反演前原始地震記錄與反演后合成地震記錄信噪比對比，信噪比達(dá)到了30 左右(圖5)，說明地震數(shù)據(jù)信息得到了充分的挖掘。從殘差剖面(圖6)上也可以看出，反演后地震殘差較小，說明了地震信息得到充分利用，反演波阻抗模型合理。

Figure 5.Comparison of SNR of target layer before and after 3D inversion in Yudong area of Songliao Basin圖5.松遼盆地榆東地區(qū)三維反演前后目的層信噪比對比圖

Figure 6.Residual profile of connecting well shu3-1-shu38 in Yudong area of Songliao Basin圖6.松遼盆地榆東地區(qū)過shu3-1-shu38 井連井殘差剖面圖

3.4.地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演參數(shù)測試

地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演過程中關(guān)鍵參數(shù)主要有：概率密度函數(shù)、變差函數(shù)以及云變換。

反演過程中需要從構(gòu)造模型中提取油層相關(guān)的砂層組，通過對層組之間的變差函數(shù)分析來確定參數(shù)。針對扶余頂部–扶一段、扶一段–楊大城子頂部、楊大城子頂部–楊一段、楊一段–楊大城子底部四個砂組，通過其波阻抗直方圖(圖7)可以看出，除扶余頂部砂組砂泥巖阻抗依然重疊較多外，其他三個砂組砂泥巖均有較好的區(qū)分效果，這說明了多井一致性處理后的阻抗較為合理。對各砂組泥巖段和巖性的變差函數(shù)進行研究得到，扶余頂部砂組明顯縱向變程小于其它三個砂組，與四個砂組砂巖厚度統(tǒng)計分析的結(jié)論一致，砂組為典型的薄互層特征，縱向變化快，變程短。

縱向變程、巖性比例以及概率密度函數(shù)這些參數(shù)均可通過實際數(shù)據(jù)直接或者間接得到，而橫向變程則十分靈活，可以視為地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演中最靈活的參數(shù)，這一參數(shù)通常有兩種確定方式：一是在了解工區(qū)大致沉積模式的基礎(chǔ)上，確定一個大致的橫向變程，二是通過地震屬性分析確定地質(zhì)體的規(guī)模和展布趨勢，來得到大致的橫向變程。

Figure 7.Wave impedance histogram of each sand formation in Fuyang oil layer in Yudong area of Songliao Basin圖7.松遼盆地榆東地區(qū)扶楊油層各砂組波阻抗直方圖

4.地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演結(jié)果評價

1) 砂巖厚度預(yù)測

砂巖厚度的提取和分析是儲層預(yù)測的一個重要的成果，通常通過測井分析得到砂巖和泥巖的阻抗界限，以此來確定提取砂巖厚度的門檻值。研究區(qū)由于地層傾角較大，構(gòu)造高部位與低部位壓實差異較大，造成不同構(gòu)造部位砂巖阻抗差異較大，因此不同區(qū)域位置采取不同的闕值提取砂巖厚度，如A 井區(qū)三維的砂泥巖阻抗界限在8700 左右，B 井區(qū)三維的砂泥巖阻抗界限在9000 左右。以反演結(jié)果為基礎(chǔ)，根據(jù)適當(dāng)?shù)纳皫r波阻抗闕值，對榆東地區(qū)扶楊油層FI4、FII1、YI6 和YI7 主力砂體厚度平面分布預(yù)測，如圖所示，可以看出扶楊油層儲層主力砂組儲層厚度相對較薄，4 米以下儲層比例超過50%，且砂體縱向疊置、橫向變化快(圖8)。

2) 反演結(jié)果趨勢分析

通過本次研究獲得的反演結(jié)果與地震疊合關(guān)系可以看出，反演結(jié)果與地震同相軸趨勢一致，井點處與井上砂體吻合較好，說明框架模型、子波選擇較為合理，地震數(shù)據(jù)也起到了很好的約束作用。

Figure 8.Prediction map of main sand body thickness distribution in Fuyang oil layer of Yudong area,Songliao Basin圖8.松遼盆地榆東地區(qū)扶楊油層主力砂體厚度平面分布預(yù)測圖

3) 符合率驗證

基于獲得的巖性反演結(jié)果數(shù)據(jù)(圖9)，首先發(fā)現(xiàn)已鉆井實際鉆遇砂體與預(yù)測砂體誤差較小，比如統(tǒng)計砂層共359 個，其中誤差在2 米以上的樣點有11 個，誤差在2 米之內(nèi)的樣點有315 個，符合率為87.8%(圖10)。然后選擇了shu25-96-62、shu27、shu29-xie6 和shu29-3 四口井作為盲井驗證反演結(jié)果，預(yù)測符合率均在85%以上。

Figure 9.3D geostatistical inversion profile of nearly EW direction through shu29-2-shu25 well圖9.三維過shu29-2-shu25 井近東西向地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演剖面圖

Figure 10.Relationship between drilled thickness and predicted thickness in Yudong area of Songliao Basin圖10.松遼盆地榆東地區(qū)已鉆井實鉆厚度與預(yù)測厚度交匯圖

5.結(jié)論

1) 本次研究在充分利用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演井點高分辨率特點的同時，引入相對低垂向分辨率、高橫向分辨率的系數(shù)脈沖反演結(jié)果作為約束，以降低井間反演的不確定性。

2) 榆東地區(qū)扶楊油層FI4、FII1 和Y16 等主力砂組儲層厚度相對較薄，4 米以下儲層比例超過50%，且砂體縱向疊置、橫向變化快。

3) 趨勢分析和符合率驗證均表明，通過地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演方法對砂體的預(yù)測與目前鉆井實際鉆遇砂體具有較好的一致性，表明該反演方法對榆東地區(qū)扶楊油層砂體預(yù)測具有較高的適用性。