煤相約束疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)在東海A氣田實(shí)踐

劉 江，李炳穎，包 全，劉曉暉，陳易周

（中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200335）

在富煤地區(qū)，由于受煤層影響，地震反射特征發(fā)生畸變，煤下儲(chǔ)層預(yù)測(cè)往往存在很大難度，尤其當(dāng)煤層呈現(xiàn)薄互層特征時(shí)，薄煤互層通常會(huì)屏蔽下部?jī)?chǔ)層的真實(shí)地震反射特征，或者與下部?jī)?chǔ)層一起形成復(fù)雜地震反射特征。在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中，如何真實(shí)反映煤下儲(chǔ)層的展布特征，提高薄煤互層下儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度，是后續(xù)開(kāi)發(fā)井部署取得成功的強(qiáng)有力支撐。

本文研究區(qū)域位于東海陸架盆地某區(qū)A氣田，為復(fù)雜斷塊型氣田，含油氣層位主要位于始新統(tǒng)平湖組和漸新統(tǒng)花港組。平湖組地層埋藏深（3 500 m以下），沉積環(huán)境復(fù)雜，為海灣、三角洲及潮坪沉積相，巖性組合復(fù)雜，為一套包含煤層的海陸過(guò)渡地層，儲(chǔ)層橫向變化快[1-3]。研究區(qū)已鉆探井5口，如圖1所示，黑線為井上鉆遇的平湖組煤層，縱向上頻繁發(fā)育，厚度薄（單層厚0.5~2 m）；儲(chǔ)層巖性為砂巖，總體較?。ㄆ骄鶈螌雍穸?.8 m），薄煤層與砂泥巖頻繁互層，從而會(huì)形成復(fù)雜的地震反射特征，儲(chǔ)層識(shí)別難度極 大。

圖1 研究區(qū)連井地層對(duì)比圖

針對(duì)該工區(qū)的地質(zhì)問(wèn)題及技術(shù)難點(diǎn)，通過(guò)研究探索建立了一套適合該區(qū)及類似地質(zhì)條件的以地震反演為核心的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)。首先通過(guò)對(duì)該地區(qū)探井進(jìn)行環(huán)境校正及歸一化處理后，利用測(cè)井地層評(píng)價(jià)及巖石物理建模技術(shù)明確煤層、儲(chǔ)層的彈性參數(shù)特征[4-7]，繼而通過(guò)地震正演分析技術(shù)[8]明確薄煤互層對(duì)煤下儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的影響，然后通過(guò)疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演技術(shù)[9-15]預(yù)測(cè)薄煤層的空間分布，最終將煤層的空間分布概率體當(dāng)作相約束體參與到疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演[16-17]中，對(duì)儲(chǔ)層展布進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà)。這些關(guān)鍵技術(shù)及嚴(yán)格的質(zhì)控流程保證了最終儲(chǔ)層預(yù)測(cè)成果的準(zhǔn)確性及合理 性。

1 巖石物理特征與地震資料分析

圖2 研究區(qū)巖石物理模版

根據(jù)工區(qū)實(shí)際地質(zhì)情況和井?dāng)?shù)據(jù)分析，建立了基于地震彈性參數(shù)的巖石物理定量解釋模板，如圖2所示，圖中的散點(diǎn)來(lái)自于研究區(qū)探井經(jīng)過(guò)必要的巖石物理模型校正后實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。模板的橫軸為P-impedance（縱波阻抗），縱軸為Vp/Vs（縱橫波速度比）。模板上方黑線由上到下代表泥質(zhì)含量100%純泥巖遞減到泥質(zhì)含量20%泥質(zhì)砂巖的5條等泥質(zhì)含量變化線；其下方從右到左8條垂直方向藍(lán)色線表示飽和水泥質(zhì)砂巖從5個(gè)孔隙度單位變化到40個(gè)孔隙度單位的等孔隙度變化線，每條線指示在孔隙度相同情況下彈性參數(shù)隨泥質(zhì)含量的變化規(guī)律。下方10條水平方向的藍(lán)線和紅線從上至下代表含水飽和度從100%逐漸變?yōu)楹瑲怙柡投?00%的純石英砂巖等飽和度變化線，其與垂直方向從右到左5 ~ 40個(gè)孔隙度單位的8條等孔隙度變化線交織成網(wǎng)狀，揭示孔隙度和含氣飽和的變化時(shí)的彈性參數(shù)變化規(guī)律：孔隙度增加，縱波阻抗減小，縱橫波速度比增大；含氣飽和度增加，縱波阻抗減小，縱橫波速度比減小。

從工區(qū)巖石物理模板可以看出，研究區(qū)內(nèi)不同巖性的彈性參數(shù)分布特征較為明顯，有較好的分異性，煤層呈現(xiàn)的是特低阻抗、中高縱橫波速度比特征，與圍巖有明顯區(qū)分。從全疊加地震剖面上（圖3）可以看出，薄煤互層發(fā)育層段多形成強(qiáng)振幅的地震反射特征，干擾煤下儲(chǔ)層的反射特征，因此在本研究中首先利用正演分析技術(shù)，對(duì)煤層的影響進(jìn)行定量的研究。

2 地震正演分析

圖3 煤層地震反射特征

薄煤互層下儲(chǔ)層發(fā)育也是非常復(fù)雜的，煤下可能發(fā)育單套厚砂體（厚度大于λ/8），也可能發(fā)育單套薄砂體（厚度小于λ/8），也可能多套薄砂互層發(fā)育。因此，在反演之前可通過(guò)地震正演分析明確薄煤互層究竟對(duì)下部發(fā)育的不同組合的砂體產(chǎn)生怎樣的影響，以提高我們對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)成果的認(rèn)識(shí)。

煤層發(fā)育的層數(shù)、下部?jī)?chǔ)層厚度、儲(chǔ)層薄互層層數(shù)，會(huì)形成很多種煤層、儲(chǔ)層的組合模式。圖4、圖5為煤層層數(shù)變化與單套厚砂體組合的地震正反演分析，圖4為單層煤，圖5為4套煤互層，單套煤層厚度為2 m，下伏砂體厚度都為20 m。從正演結(jié)果可知含煤處砂體地震反射軸相比無(wú)煤處存在較大錯(cuò)動(dòng)，且煤層層數(shù)增多后，錯(cuò)動(dòng)更大，地震振幅也更強(qiáng)；從反演結(jié)果上可以看出煤層對(duì)縱波阻抗影響很大，砂巖位置及厚度預(yù)測(cè)不理想，但縱橫波速度比仍可以對(duì)儲(chǔ)層位置及厚度作出較好預(yù)測(cè)。因此當(dāng)儲(chǔ)層厚度在20 m（λ/8）以上時(shí)，上部如果發(fā)育單套煤層或多套煤層，都可以通過(guò)疊前確定性反演對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行較好預(yù)測(cè)。

圖4 單層煤下20 m儲(chǔ)層正反演分析

圖5 多套煤互層下20 m儲(chǔ)層正反演分析

圖6 薄煤互層下厚度變化的單砂體地震正演模擬

圖6為薄煤互層下厚度變化的單砂體地震正演分析，地質(zhì)模型為五套煤互層，單層煤厚度為1 m，煤下單砂體厚度從5 m（λ/32）變化到40 m（λ/4）。通過(guò)地震正演模擬可以看到當(dāng)單砂體厚度大于20 m（λ/8），砂體的頂?shù)捉缑娑加忻黠@的地震反射特征，從反演的帶限縱橫波速度比上可以看出煤層總體呈現(xiàn)高值特征，下部砂體呈現(xiàn)低值特征，且反演厚度較為準(zhǔn)確；而當(dāng)單砂體厚度小于20 m（λ/8），砂體頂?shù)捉缑娴卣鸱瓷涮卣飨?，反演的煤層與砂體帶限縱橫波速度比分異性變小，厚度明顯偏厚。

圖7為薄煤互層下薄砂體互層的地震正演分析，地質(zhì)模型為五套煤互層，單層煤厚度為1 m，單砂體厚度為2 m，砂體互層數(shù)從2套變化到5套。通過(guò)地震正演模擬可以看到當(dāng)薄煤互層下砂體呈薄互層發(fā)育時(shí)，砂體頂?shù)捉缑娴卣鸱瓷涮卣鞑幻黠@，反演的煤層與砂體帶限縱橫波速度比分異性變小，厚度明顯偏厚。

通過(guò)以上地震正演分析可知，薄煤互層下單套砂體厚度大于20 m（λ/8），煤層對(duì)下部?jī)?chǔ)層預(yù)測(cè)沒(méi)有影響，而當(dāng)單套砂體厚度較薄或砂體呈薄砂互層發(fā)育時(shí)，煤層對(duì)下部?jī)?chǔ)層預(yù)測(cè)會(huì)產(chǎn)生影響。因此，需要開(kāi)展煤相約束的疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演，進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。

圖7 薄煤互層下薄砂體互層地震正演模擬

3 疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演

通過(guò)以上一系列正反演分析，可見(jiàn)煤層對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度的影響是比較大的，要想對(duì)儲(chǔ)層作出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，煤層是關(guān)鍵，需要對(duì)煤層的空間展布進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà)，明確煤層的縱橫向分布特征，對(duì)后期薄儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)是有幫助的，同時(shí)對(duì)后期沉積環(huán)境及沉積相的分析工作也是有幫助的?；谝陨厦簩訋r石物理及地震反射特征分析，可以看出利用縱波阻抗可以有效識(shí)別煤層集中發(fā)育段，但是縱向分辨率不高，不能有效分辨薄煤層，因此在研究區(qū)開(kāi)展了疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演工作，對(duì)薄煤層的展布進(jìn)行了精細(xì)的刻畫(huà)。

在利用疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演進(jìn)行薄煤層的預(yù)測(cè)過(guò)程中有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

（1）巖相分類

研究區(qū)巖性復(fù)雜，結(jié)合上述巖石物理模板分析可知，氣砂、水砂、干砂、泥巖的縱波阻抗疊置，無(wú)法有效區(qū)分，但煤層表現(xiàn)為特低縱波阻抗，與其他巖性的縱波阻抗差異大，因此可將巖性進(jìn)行簡(jiǎn)化，將研究區(qū)的巖相分為煤層和非煤層兩種類型，從而為煤層的準(zhǔn)確反演預(yù)測(cè)奠定基礎(chǔ)。

（2）概率密度函數(shù)統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)井上煤層和非煤層的縱波阻抗概率密度分布進(jìn)行分層統(tǒng)計(jì)（圖8），建立了不同層段的煤層概率密度函數(shù)。

圖8 目的層段煤層與非煤層概率密度

（3）井控地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演

為確保井控地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的可靠性，首先進(jìn)行無(wú)井地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演。無(wú)井地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演能對(duì)反演預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性進(jìn)行有效檢驗(yàn)并指示待改進(jìn)優(yōu)化的方向，即首先將已知井作為驗(yàn)證井不參與反演，通過(guò)反復(fù)迭代來(lái)獲取與井較吻合的反演結(jié)果從而確定最優(yōu)反演參數(shù)[18-19]。在無(wú)井地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演獲取較可靠的反演結(jié)果基礎(chǔ)上，再加入井資料的約束進(jìn)一步提高反演精度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)薄煤層更準(zhǔn)確地刻畫(huà)。井約束反演后，薄煤層的位置、厚度與井點(diǎn)都會(huì)更一致，同時(shí)無(wú)井地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演階段確定的最優(yōu)反演參數(shù)為井間煤層預(yù)測(cè)的有效性提供了保障。

圖9為研究區(qū)疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演與常規(guī)疊后確定性反演結(jié)果對(duì)比，可以看出確定性反演分辨率明顯不足，對(duì)薄煤層描述不夠準(zhǔn)確；而疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄煤層的精細(xì)刻畫(huà)，反演的煤層發(fā)育位置及厚度與井有更好的匹配，從而得到煤層在整個(gè)三維空間的精確分布（圖10）。

圖9 波阻抗剖面：疊后確定性反演（左）、疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演（右）

圖10 煤層空間展布

4 煤相約束疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演

由于煤層和儲(chǔ)層互層發(fā)育，且儲(chǔ)層厚度變化及薄儲(chǔ)層互層的變化都會(huì)形成非常復(fù)雜的地震波場(chǎng)特征，簡(jiǎn)單的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演很難解決該研究區(qū)薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)問(wèn)題，地質(zhì)信息的應(yīng)用在這個(gè)工區(qū)就顯得尤為重要。在統(tǒng)計(jì)學(xué)反演過(guò)程中如果能夠提供更加確切的地質(zhì)信息，就能使地震數(shù)據(jù)的多解性盡量降低，使地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的確定性得到增強(qiáng)。通過(guò)上述疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演已完成研究區(qū)薄煤層分布的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，可將其當(dāng)作相對(duì)確定的先驗(yàn)地質(zhì)信息加入到反演中，結(jié)合巖石物理分析，儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層縱波阻抗疊置，縱橫波速度比有所區(qū)分，因此使用煤相約束的疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法解決該工區(qū)復(fù)雜煤層下薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)問(wèn)題。

煤相約束的疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演關(guān)鍵在于三維巖相比例體（概率體）的建立上。首先基于巖石物理分析結(jié)果將研究區(qū)巖相進(jìn)一步細(xì)分成三類：煤層、孔隙砂巖、泥巖；其次基于井點(diǎn)不同層段砂泥巖比例統(tǒng)計(jì)結(jié)果建立出分層段的孔隙砂巖和泥巖常數(shù)巖相比例體；最后將疊后地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演出的三維煤相比例體當(dāng)作確定的地質(zhì)信息嵌入到兩個(gè)常數(shù)比例體中，約束孔隙砂巖和泥巖的概率分布，即在煤層概率高的部位砂泥巖概率就低（圖11）。通過(guò)煤相強(qiáng)約束反演，能最大程度降低煤層對(duì)砂泥巖預(yù)測(cè)的干擾，消除煤下儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的假象和失真，提升儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

通過(guò)煤相約束疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演，其儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度比疊前確定性反演更高，對(duì)細(xì)節(jié)的刻畫(huà)更準(zhǔn)確。如圖12所示，左圖為疊前確定性反演得到的孔隙砂巖概率體，右圖為煤相約束疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演得到的孔隙砂巖概率體。二者相比較，顯然煤相約束疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演結(jié)果更佳，首先在砂體的位置預(yù)測(cè)上更加準(zhǔn)確，其次在砂體的厚度預(yù)測(cè)上提高了精度。

圖11 分巖性巖相比例體

圖12 孔隙砂巖概率體剖面：疊前確定性反演（左）、煤相約束疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演（右）

5 應(yīng)用效果及結(jié)論

根據(jù)煤相約束疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演結(jié)果在A氣田實(shí)鉆了8口開(kāi)發(fā)井（水平井、定向井），取得了非常好的應(yīng)用效果。煤相約束疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度較高，儲(chǔ)層厚度＞15 m的預(yù)測(cè)吻合率為93%，儲(chǔ)層厚度＜15 m的預(yù)測(cè)吻合率為87.5%；而確定性反演10 ~ 30 m儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)吻合率為73%。該套技術(shù)流程也同樣適用于類似地質(zhì)條件下的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，可以為開(kāi)發(fā)井井位部署及調(diào)整提供技術(shù)保障并提高鉆探成功率。同時(shí)該套技術(shù)流程也適用于一些巖性發(fā)育的特殊地質(zhì)條件下的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。