海上油田稀疏井網(wǎng)辮狀河薄泥礫隔夾層預(yù)測方法*

馮 鑫 孟 鵬 郭敬民 李 博 趙澄圣 熊 聰

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459； 2.武漢時代地智科技股份有限公司 湖北武漢 430000）

渤海A油田位于渤海西部海域，構(gòu)造上位于渤海灣盆地埕寧隆起區(qū)沙壘田凸起東塊東部。油田主力含油層段之一為館陶組，辮狀河沉積，發(fā)育大型河道，縱向上多期辮狀河道相互切疊、橫向上辮狀河道頻繁遷移，呈“砂包泥”特征、薄隔夾層較為發(fā)育。館陶組三油組（NgⅢ油組）主要為底水油藏，截至目前該油組綜合含水94.0%，采出程度12.0%，受到砂體疊置關(guān)系和隔夾層分布模式復(fù)雜等因素的影響，生產(chǎn)矛盾突出，開發(fā)上表現(xiàn)為天然能量充足、壓力下降幅度小，含水上升速度快和水平井間產(chǎn)量相差較大的生產(chǎn)特征。通過調(diào)研類比分析、巖心識別，結(jié)合自然伽馬、深淺側(cè)向和聲波時差等測井曲線特征，以及油藏動態(tài)等資料綜合分析表明，研究區(qū)NgⅢ油組下部沉積了一套相對穩(wěn)定的泥礫沉積物；該泥礫隔夾層縱向上厚度較?。ǘ嗑y(tǒng)計分析其厚度在0～3 m），橫向上全區(qū)相對穩(wěn)定，可對比性較強；其成因主要是河道在遷移改道過程中，侵蝕了前期沉積的泛濫平原泥，形成了滯留泥礫沉積物，與河道滯留礫石共同組成了NgⅢ油組內(nèi)相對穩(wěn)定的薄泥礫隔層，在局部侵蝕較嚴(yán)重的區(qū)域，形成了優(yōu)勢滲流通道。

為了進(jìn)一步分析薄泥礫隔夾層對動態(tài)開發(fā)的影響規(guī)律，急需開展隔夾層的空間預(yù)測。目前應(yīng)用較為廣泛且適用性較好的一種方法是高分辨率地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演。Bill Lin Ville[1]等人較早在國際上綜合利用巖心、測井等資料進(jìn)行地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)綜合分析隔夾層特征，林承焰等[2]在國內(nèi)較早應(yīng)用了地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法進(jìn)行砂礫巖隔夾層預(yù)測；通過近十年國內(nèi)外學(xué)者大量的應(yīng)用研究[3-6]，地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法在隔夾層預(yù)測領(lǐng)域取得了較好的效果。但傳統(tǒng)的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演主要統(tǒng)計巖心、測井等先驗信息來計算統(tǒng)計學(xué)特征參數(shù)，對于陸上密井網(wǎng)油氣田有較好的適用性，而對于海上油氣田，井網(wǎng)稀疏、統(tǒng)計樣本空間不足，同時辮狀河河道頻繁擺動，砂體相變快，統(tǒng)計學(xué)參數(shù)組合與真實特征值往往存在嚴(yán)重的偏差；且受到測井資料品質(zhì)、地震振幅多解性等因素的影響，預(yù)測成果往往與實際生產(chǎn)動態(tài)存在比較突出的矛盾；因此在海上辮狀河薄隔夾層預(yù)測中直接應(yīng)用常規(guī)的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演方法就存在極大的不確定性。結(jié)合渤海A油田NgⅢ油組的地質(zhì)、地球物理和油藏等特點，提出了一種稀疏井網(wǎng)辮狀河薄隔夾層預(yù)測新方法。

1 方法的提出

結(jié)合渤海A油田NgⅢ油組的地質(zhì)、地球物理和油藏等特點，提出了一種對稀疏井網(wǎng)辮狀河薄隔夾層預(yù)測具有一定先進(jìn)性和適用性的方法，該方法在前期地質(zhì)綜合認(rèn)識的基礎(chǔ)上，分預(yù)測前、預(yù)測中、預(yù)測后3個階段來開展研究（圖1）。

1）預(yù)測前綜合多學(xué)科信息豐富統(tǒng)計樣本空間。在傳統(tǒng)巖心、測井等先驗信息統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，通過巖石物理分析、地震正演等多學(xué)科信息來進(jìn)一步豐富統(tǒng)計樣本空間，從而提高初始參數(shù)選取的準(zhǔn)確性。

2）預(yù)測中細(xì)化參數(shù)選取過程。在預(yù)測過程中，可以通過前期沉積微相、定量經(jīng)驗公式等成果來指導(dǎo)縱橫向變程、砂泥比等關(guān)鍵統(tǒng)計學(xué)參數(shù)優(yōu)選，從而有效降低由于參數(shù)選取偏差而導(dǎo)致的預(yù)測成果的不確定性。

圖1 海上油田稀疏井網(wǎng)辮狀河薄隔夾層預(yù)測方法流程Fig.1 Prediction method flow of thin interbed in braided river with sparse well pattern in offshore oilfield

3）預(yù)測后引入油藏信息驗證并通過迭代反演優(yōu)化預(yù)測成果。傳統(tǒng)的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演預(yù)測成果在實際應(yīng)用過程中往往與生產(chǎn)動態(tài)等信息存在比較突出的矛盾，為了有效地解決這一矛盾，提出引入部分油藏數(shù)據(jù)來驗證預(yù)測成果，動靜分析進(jìn)行反演迭代優(yōu)化預(yù)測成果，從而提高預(yù)測成果的可靠性和適用性。

2 關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)

本文方法有4個關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)：①預(yù)測前通過巖石物理分析確定敏感彈性屬性并優(yōu)選縱向變程；②基于迭代地震正演分析薄泥礫隔夾層大致規(guī)模和概率密度函數(shù)（PDF）；③預(yù)測中將今論古結(jié)合定量經(jīng)驗公式優(yōu)選橫向變程和砂泥比；④預(yù)測后根據(jù)生產(chǎn)動態(tài)等信息優(yōu)化預(yù)測成果；從豐富先驗信息到迭代優(yōu)化反演，從局部到全面確定統(tǒng)計學(xué)引擎中的各個關(guān)鍵參數(shù)，從而有效地改善其預(yù)測成果的可靠性和準(zhǔn)確性。

2.1 巖石物理分析泥礫隔夾層彈性特征

在聯(lián)合應(yīng)用井震資料之前，需要重點開展測井巖石物理研究，分析渤海A油田儲層隔夾層的測井彈性響應(yīng)規(guī)律。薄泥礫隔夾層在測井上表現(xiàn)為高伽馬、中高電阻測井響應(yīng)特征、并伴隨著明顯的中子密度交會，從評價井M井測井曲線圖縱波阻抗曲線（圖2）可以看出，在NgⅢ段儲層內(nèi)部，穩(wěn)定泥礫巖隔夾層表現(xiàn)為較明顯的相對高縱波阻抗響應(yīng)特征，物性和泥質(zhì)隔夾層為次高縱波阻抗響應(yīng)，孔隙砂體整體為低縱波阻抗響應(yīng)特征，不同類型的儲層隔夾層縱波阻抗響應(yīng)特征差異較明顯，為疊后地震預(yù)測的可行性奠定了巖石物理基礎(chǔ)。

多井統(tǒng)計分析表明該薄泥礫隔夾層厚度在0～3 m（特征M井厚度約為2 m），根據(jù)井點泥礫隔夾層平均層速度，等效時間厚度約1～2 ms，初步優(yōu)選統(tǒng)計學(xué)縱向變程為1 ms。

圖2 渤海A油田M井巖石物理特征曲線Fig.2 Petrophysical characteristic curve of Well M in Bohai A oilfield

2.2 地震正演總結(jié)泥礫隔夾層分布規(guī)律

為了更好地開展泥礫隔夾層的空間預(yù)測，在隔夾層預(yù)測之前，根據(jù)目的層井點測井曲線特征值和追蹤的泥礫巖頂面構(gòu)造模型，設(shè)計不同的地質(zhì)模型，應(yīng)用實際井旁道振幅相位子波，進(jìn)行褶積方程正演，對正演地震與實測地震作對比分析，歸納總結(jié)區(qū)域相對穩(wěn)定泥礫隔夾層的地震響應(yīng)規(guī)律，并不斷地迭代優(yōu)化正演模型，初步分析關(guān)鍵井區(qū)泥礫隔夾層的展布形態(tài)與分布模式[7]。

在井震結(jié)合追蹤的泥礫隔夾層頂面構(gòu)造層位的基礎(chǔ)上，設(shè)計正演模型A（圖3）（根據(jù)鉆遇泥礫隔夾層的井厚度統(tǒng)計，取統(tǒng)計最大值3 m和井點特征阻抗值，設(shè)計穩(wěn)定厚度為3 m的地質(zhì)模型，見圖3a）；正演結(jié)果顯示，除井點A附近之外，井區(qū)之外正演地震的反射振幅強度和橫向連續(xù)性均在不同程度上強于實際地震，說明泥礫巖隔夾層在空間上厚度是漸變的且在大部分空間區(qū)域厚度可能與3 m厚度差別較大。

圖3 地震正演模型A：穩(wěn)定厚度的泥礫隔夾層正演成果Fig.3 Seismic forward model A：forward results of mud gravel interbed with stable thickness

基于模型A正演成果認(rèn)識，設(shè)計正演模型B（圖4）（實鉆井多井插值模型，厚度1～3 m），相比于模型A，模型B正演地震（圖4b）與實際地震相關(guān)性明顯提高，但井間局部振幅強度和橫向連續(xù)性特征與實際地震還有一定差異，據(jù)此進(jìn)一步調(diào)整地質(zhì)模型進(jìn)行褶積方程正演并迭代優(yōu)化。

多輪迭代得到模型N（圖5）（整體連續(xù)，橫向厚度漸變，局部不發(fā)育），并將正演結(jié)果與實際地震進(jìn)行誤差分析，相關(guān)性達(dá)到了80%以上，較準(zhǔn)確地模擬了該剖面上泥礫隔夾層的空間分布。

圖4 地震正演模型B：厚度漸變的泥礫隔夾層正演成果Fig.4 Seismic forward model B：forward results of mud gravel interbed with gradual thickness

圖5 地震正演模型N：局部滲流的泥礫隔夾層正演成果Fig.5 Seismic forward model N：forward results of mud gravel interbed with local seepage

多個地震模型綜合分析表明：①NgⅢ段地震反射振幅強度在很大程度上受到泥礫隔夾層厚度的影響，當(dāng)厚度越大時，地震反射振幅越強，橫向厚度變化越小時，地震反射連續(xù)性越好；②NgⅢ油組辮狀河泥礫隔層在空間上相對穩(wěn)定，但局部受到較嚴(yán)重的河道侵蝕，滯留泥礫較少，形成了優(yōu)勢的滲流通道；③根據(jù)地震正演隔夾層的橫向相變幅度，結(jié)合巖石物理分析成果，初步確定了薄泥礫隔夾層縱波阻抗屬性的期望和標(biāo)準(zhǔn)偏差，從而確定了統(tǒng)計學(xué)預(yù)測的關(guān)鍵參數(shù)之一——PDF（概率密度函數(shù)）。

2.3 定量經(jīng)驗公式分析辮狀河泥礫隔夾層規(guī)模

在經(jīng)典的地質(zhì)研究工作中，“將今論古”是一種有廣泛適用性和良好應(yīng)用效果的技術(shù)方法[8]。其中關(guān)于河流的定量規(guī)模，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者利用衛(wèi)星地圖在曲流河和辮狀河現(xiàn)代沉積中做了大量細(xì)致且深入的研究，結(jié)合實鉆井資料，總結(jié)了各區(qū)域有良好針對性和適用性的定量經(jīng)驗公式[9-13]，較為準(zhǔn)確地描述了不同區(qū)域、不同類型河道的沉積單元之間的定量關(guān)系。

根據(jù)渤海A油田NgⅢ油組的地質(zhì)特點、井點鉆遇的河道滿岸深度和地震平面屬性圖估算的河道寬度等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)合區(qū)域前期構(gòu)型研究成果，通過一系列關(guān)鍵井進(jìn)行誤差分析和迭代優(yōu)化，得到了對本區(qū)儲層隔夾層研究有重要指導(dǎo)意義的定量經(jīng)驗公式和心灘等構(gòu)型單位的定量規(guī)模（表1）：

表1 渤海A油田N gⅢ油組心灘定量規(guī)模統(tǒng)計表Table1 Q uantitative scale statistics of the core beach of N gⅢoil formation in Bohai A oilfield

式（1～3）中：Wb為單一心灘寬度，m；hc為心灘壩厚度，m；Lb為單一心灘長度，m；Wc為辮狀河河道寬度，m。

井點實鉆數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明，隨著基準(zhǔn)面緩慢上升，NgⅢ油組各小層砂地比逐漸降低，單一河道滿岸深度在3.4～5.8 m，單一河道寬度在65～137.4 m，河道長寬比在4.22～4.33，河道心灘寬度和心灘壩厚度、單一心灘長度與單一心灘寬度、辮狀河道寬度和單一心灘寬度定量關(guān)系與數(shù)據(jù)的相關(guān)性達(dá)到了0.91以上，通過后續(xù)調(diào)整井鉆遇的心灘厚度和水平井水平段鉆遇心灘橫向展布大小的驗證，定量經(jīng)驗公式計算結(jié)果與實際地層誤差在20%以內(nèi)。據(jù)此，根據(jù)統(tǒng)計的定量經(jīng)驗公式，在傳統(tǒng)井震信息統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合沉積模式、井點巖心相、測井相等先驗信息，有效地將定量化地質(zhì)信息融入到了統(tǒng)計學(xué)引擎之中，確定了河道的寬度為450～950 m，并初步優(yōu)選滯留薄泥礫隔夾層的統(tǒng)計學(xué)函數(shù)類型為99%指數(shù)+1%塊金值，橫向變程為1 800 m×450 m（參考心灘統(tǒng)計數(shù)據(jù)，河道長度與寬度比取4∶1）。

2.4 引入部分油藏動態(tài)數(shù)據(jù)來指導(dǎo)統(tǒng)計學(xué)預(yù)測過程

由于未充分考慮測井標(biāo)準(zhǔn)化、地震噪音等因素的影響，在運用預(yù)測成果進(jìn)行數(shù)值模擬時往往難以取得較好的歷史擬合效果，更會為后期的井位部署引入不確定性，故而提出引入部分生產(chǎn)動態(tài)信息來指導(dǎo)參數(shù)最終的精細(xì)調(diào)整。

其實現(xiàn)過程主要是將不同統(tǒng)計學(xué)參數(shù)組合得到的統(tǒng)計學(xué)成果（SMG網(wǎng)格），通過網(wǎng)格轉(zhuǎn)換到靜態(tài)地質(zhì)模型和動態(tài)油藏數(shù)值模型中（CPG網(wǎng)格），分析單井的油藏歷史擬合情況，并將數(shù)值擬合情況反饋給反演引擎，迭代進(jìn)行歷史擬合和反演參數(shù)更新，從而更合理、更有針對性地指導(dǎo)統(tǒng)計學(xué)參數(shù)組合的精細(xì)調(diào)整。

圖6為過B井NgⅢ油組2套不同參數(shù)（巖性比例+PDF函數(shù)）組合條件下的反演對比剖面圖，該井在生產(chǎn)動態(tài)上表現(xiàn)為初期不含水，后期含水緩慢上升特征，表明儲層下部的泥礫隔夾層規(guī)模相對較大，在開發(fā)前期對水體有明顯遮擋。根據(jù)生產(chǎn)反饋信息，適當(dāng)優(yōu)化巖性比例和PDF（概率密度函數(shù)），并更新油藏屬性模型，有效地提高了歷史擬合的吻合度（圖7）。

圖6 根據(jù)歷史擬合情況優(yōu)化統(tǒng)計學(xué)參數(shù)成果對比剖面Fig.6 Optimization of statistical parameter results comparison profile based on historical fitting

圖7 引入部分油藏動態(tài)數(shù)據(jù)前后A39H井、A12H1井含水歷史擬合曲線圖Fig.7 Matching curves of water cut history of Well A39H and A12H1 before and after using some reservoir dynamic data

3 應(yīng)用效果

3.1 空間展布

在經(jīng)驗公式、部分油藏動態(tài)等多學(xué)科先驗信息的指導(dǎo)下，不斷優(yōu)化地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)參數(shù)組合，得到了渤海A油田辮狀河薄泥礫隔夾層空間展布形態(tài)。

圖8為渤海A油田泥礫概率剖面圖，紅色部分為泥礫巖隔夾層，其在空間上相對連續(xù)，橫向厚度變化較快，但局部厚度較薄甚至不發(fā)育，在動態(tài)上形成了優(yōu)勢的滲流通道，而隔夾層發(fā)育相當(dāng)穩(wěn)定的區(qū)域則對底水錐進(jìn)形成了良好的遮擋條件，這些區(qū)域的水平井在開發(fā)過程中往往有一定時間的無水采油期，并且后期常常伴隨著含水緩慢上升的特征。

圖8 渤海A油田泥礫概率剖面圖Fig.8 Probability profile of mud gravel in Bohai A oilfield

3.2 分布模式

根據(jù)井點統(tǒng)計的隔夾層厚度，優(yōu)選統(tǒng)計學(xué)預(yù)測隔夾層巖性概率截止值，提取得到了對渤海A油田NgⅢ油組油藏動態(tài)有明顯控制因素的泥礫巖隔夾層的空間分布，將其與現(xiàn)有37口水平井生產(chǎn)動態(tài)進(jìn)行比對，與已開發(fā)生產(chǎn)井吻合度達(dá)到86%，尤其是對一些生產(chǎn)矛盾比較突出的、低含水低液量生產(chǎn)井的隔夾層分布模式進(jìn)行了系統(tǒng)分析，認(rèn)為本區(qū)薄泥礫隔夾層的分布模式主要有以下2種：

1）水平段底部整體隔夾層局部厚度較薄，形成優(yōu)勢滲流通道。如圖9所示，典型井H井油藏動態(tài)表現(xiàn)為高水高液量。通過多學(xué)科先驗信息的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)預(yù)測成果分析，可以較清楚地看到該井水平段底部前期沉積泛濫平原泥受到后期河道侵蝕較嚴(yán)重，剩余厚度較薄，底水得以快速突破泥礫隔夾層的縱向遮擋，形成了優(yōu)勢滲流通道。

2）水平井底部泥礫隔夾層沉積相對連續(xù)，并伴隨一定的側(cè)向夾層分布，形成良好的遮擋條件。如圖10所示，典型井M井目的層底部發(fā)育相對連續(xù)的泥礫隔夾層，且其側(cè)面夾層的發(fā)育規(guī)律也較廣，底部泥礫隔層和側(cè)向泥質(zhì)物性夾層形成多重遮擋，從而形成了良好的滲流屏障，造成了生產(chǎn)動態(tài)上的低含水低液量的特征。

多口水平井綜合分析表明，當(dāng)泥礫隔夾層平面分布范圍越廣，厚度越厚時，其對底水錐進(jìn)的遮擋作用越明顯。同時，生產(chǎn)上表現(xiàn)為低液量低含水的開發(fā)井往往還伴隨著一定范圍的由泛濫平面泥、廢棄河道等形成的側(cè)向泥質(zhì)遮擋，而局部泥礫不發(fā)育的區(qū)域則極易形成優(yōu)勢的滲流通道?？傊?，泥礫巖隔夾層的分布范圍、厚度以及側(cè)向遮擋的強度共同組成了本區(qū)的剩余油和水體滲流的主要控制因素。

圖9 渤海A油田H井附近泥礫巖隔夾層平面時間厚度圖Fig.9 Plan time thickness of shale interbed near Well H in Bohai A oilfield

4 結(jié)論

1）針對渤海A油田稀疏井網(wǎng)的辮狀河薄泥礫隔夾層，從巖石物理和地震正演出發(fā)初步確定了區(qū)域辮狀河隔夾層的響應(yīng)特征和分布規(guī)律，根據(jù)定量經(jīng)驗公式進(jìn)一步分析了本地區(qū)辮狀河儲層隔夾層的展布規(guī)模。同時，通過引入部分生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)到反演引擎，較為有效地解決了傳統(tǒng)統(tǒng)計學(xué)預(yù)測成果歷史擬合效果差、后驗矛盾突出的難題，最終的定量預(yù)測成果不僅在細(xì)節(jié)上能夠滿足地震和測井響應(yīng)特征，宏觀上更符合沉積規(guī)律和地質(zhì)特征。

2）渤海A油田37口后驗開發(fā)井統(tǒng)計分析表明，歷史擬合良好（相關(guān)性80%以上）及以上的井?dāng)?shù)達(dá)到了86%，較前期預(yù)測成果的歷史擬合吻合度提高了大約15%，有效合理地解釋了前期多口井生產(chǎn)開發(fā)中的矛盾，并進(jìn)一步總結(jié)了薄泥礫隔夾層對于動態(tài)開發(fā)的影響規(guī)律，為油田后續(xù)調(diào)整挖潛方向提供了重要的技術(shù)支撐。

圖10 渤海A油田M井附近泥礫巖隔夾層平面時間厚度圖Fig.10 Plan time thickness of shale interbed near Well M in Bohai A oilfield