基于相控的時(shí)深轉(zhuǎn)換法在復(fù)雜巖性區(qū)的應(yīng)用

韋 紅，宋俊亭，田 濤，郄 瑩

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459)

利用儲(chǔ)層的多種巖石物理參數(shù)和地震多屬性計(jì)算儲(chǔ)層厚度的方法得到越來越多的研究和應(yīng)用[1-4]。前人也對(duì)特殊地質(zhì)體[5-6]的速度做了大量研究，例如：高速的地層包括火成巖、侵入的礫巖、破碎地層[7-8]等，低速的地層包括泥巖、灰綠巖等[9]，精細(xì)的速度分析對(duì)準(zhǔn)確構(gòu)造成圖有非常重要的意義。雖然現(xiàn)在的疊前深度偏移處理或者一些高分辨率層序類的研究對(duì)速度的研究較先進(jìn)[10-15]，速度提取的精度越來越高，但是應(yīng)用到老油田的開發(fā)生產(chǎn)中，要求深度誤差在3～5 m內(nèi)的精度還不能達(dá)到。同時(shí)許多時(shí)深轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用精度要求越來越高，傳統(tǒng)的方法在不同地質(zhì)條件下得到了許多改進(jìn)[16-20]。

渤海A油田綜合含水高、采收程度高、開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30多年，其東營(yíng)組發(fā)育一套披覆于潛山之上的砂巖儲(chǔ)層，為該油田的主力油層，儲(chǔ)層厚20～30 m，全區(qū)發(fā)育穩(wěn)定。東營(yíng)組主力油層上覆地層發(fā)育一套或多套礫巖，與主力油層頂部距離約50 m。通過從多口已鉆井的聲波速度與時(shí)深關(guān)系對(duì)比，本文明確了該區(qū)的速度影響因素主要是礫巖的厚度。由于受上覆礫巖這種高阻抗地層帶來的速度畸變的影響，導(dǎo)致下伏地層地震同相軸產(chǎn)生較嚴(yán)重的上拉畸變，造成深度構(gòu)造圖不準(zhǔn)確。然而該老油田邊部的深度預(yù)測(cè)精度問題是指導(dǎo)調(diào)整挖潛的主要方向。在邊部鉆井較少的客觀條件下，深度預(yù)測(cè)的精度直接影響潛力的發(fā)現(xiàn)時(shí)間和產(chǎn)量貢獻(xiàn)。目前亟須得到礫巖對(duì)速度畸變程度的定量研究，以便能高效精確地指導(dǎo)調(diào)整井的實(shí)施。館陶組礫巖分布不穩(wěn)定、橫向變化較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其地震分辨率較低，較難準(zhǔn)確描述其厚度。礫巖的結(jié)構(gòu)有單層和互層，其地震反射特征差異較大，單一地震屬性與不同結(jié)構(gòu)的礫巖累計(jì)厚度的相關(guān)性差。本文提出基于相控的時(shí)深轉(zhuǎn)換法繪制儲(chǔ)層頂面深度構(gòu)造圖，跳過上覆館陶組礫巖的厚度橫向預(yù)測(cè)，直接建立目的層的速度畸變量與上覆礫巖不同地震相范圍內(nèi)優(yōu)選的地震敏感屬性之間的相關(guān)關(guān)系。

1 礫巖對(duì)目的層速度的影響程度

渤海A油田的區(qū)域地質(zhì)研究認(rèn)為，館陶組為辮狀河沉積相。鉆測(cè)井資料表明，館陶組發(fā)育大套砂巖，在地震剖面上同相軸表現(xiàn)為弱連續(xù)、弱反射特征；而館陶組底部存在礫巖，發(fā)育方式多樣，表現(xiàn)為單層和互層方式，具有高電阻、高速、高密、高阻抗特征。單層礫巖厚度較薄，為5～10 m；薄互層礫巖累計(jì)厚度為30～45 m，發(fā)育3～4層，每層礫巖厚度為5～10 m，礫巖的夾層砂巖厚度為10～15 m。由于地震資料主頻約30 Hz，礫巖的速度很大，因此較難準(zhǔn)確外推礫巖的橫向厚度分布?；诖?，本文著重開展礫巖的地震屬性與礫巖對(duì)目的層平均速度的影響程度的定量研究。

起初認(rèn)為研究區(qū)北邊的較弱地震反射特征是底部單層礫巖厚度變小的緣故，然而通過測(cè)井分析發(fā)現(xiàn)該區(qū)礫巖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，層數(shù)較多、單層厚度薄、累計(jì)厚度較厚(圖1)，即為互層礫巖。北部的互層礫巖與南部的單層礫巖相比，其地震反射相對(duì)弱些，在實(shí)際地震資料中不易識(shí)別。雖然研究區(qū)北部的互層礫巖的振幅較弱，但其對(duì)目的層的振幅屏蔽作用卻強(qiáng)于南部(圖2粉色線內(nèi))，使北部目的層的振幅屬性弱于南部的。連井地震剖面(AB)顯示，研究區(qū)北部目的層的地震同相軸的上拉量(速度畸變量)也較大，B14井區(qū)出現(xiàn)假的構(gòu)造高點(diǎn)，與鄰井出現(xiàn)較為嚴(yán)重的蹺蹺板現(xiàn)象(圖1)。

圖1 礫巖分布的連井地震剖面圖Fig.1 Seismic profile of conglomerate distribution

1.1 單層礫巖對(duì)速度的影響

基于區(qū)域地質(zhì)、鉆井、測(cè)井資料分析，單層礫巖主要分布于研究區(qū)南邊，表現(xiàn)為強(qiáng)地震反射特征。設(shè)計(jì)了館陶組底部的單層礫巖地震地質(zhì)模型(圖2)，開展目的層速度畸變量與礫巖的地震屬性之間的相關(guān)性研究：館陶組底部礫巖的楔狀模型為0～30 m，速度為5 000 m/s，密度為2.55 g/cm3；東營(yíng)組二段上段泥巖約50 m，速度為2 300 m/s，密度為2.20 g/cm3；東營(yíng)組主力油層約25 m，速度為2 800 m/s，密度為2.30 g/cm3；取雷克子波作為入射脈沖，根據(jù)實(shí)際地震資料其主頻選取30 Hz。通過波動(dòng)方程正演計(jì)算，得到理論地震記錄(圖3)。結(jié)果表明，單層礫巖表現(xiàn)為強(qiáng)地震反射特征，與實(shí)際地震資料一致。提取的正演地震記錄的數(shù)據(jù)顯示：隨著礫巖厚度增加，礫巖本身的振幅增強(qiáng)，引起目的層的雙程時(shí)間上拉量增大，頻率略變低，即目的層的速度畸變量與上覆礫巖的振幅值呈正相關(guān)、與頻率值呈負(fù)相關(guān) (圖4)。

圖2 館陶組底部礫巖和目的層的最小振幅屬性Fig.2 Minimum amplitude at the bottom of Guantao group and minimum amplitude property of the target layer

圖3 單層礫巖楔形正演模擬結(jié)果Fig.3 Single-layer conglomerate wedge shape forward simulation results

1.2 互層礫巖對(duì)速度的影響

同樣，設(shè)計(jì)了館陶組底部互層礫巖的地質(zhì)模型，開展目的層速度畸變量與礫巖的地震屬性之間的研究：館陶組底部三層礫巖的每層厚度分別為10 m、15 m、20 m，速度為5 000 m/s，密度為2.55 g/cm3；夾層砂巖每層厚度為10 m，速度為3 200 m/s，密度為2.40 g/cm3；其他模型參數(shù)與圖1一致。通過正演模擬，得到相應(yīng)的理論地震記錄(圖5)。正演結(jié)果顯示，相同的層數(shù)，累計(jì)厚度越大，引起目的層的雙程時(shí)間上拉量越大，其層段內(nèi)振幅值越大、頻率值越低，即目的層的速度畸變量與互層礫巖的振幅值呈正相關(guān)、與頻率值呈負(fù)相關(guān)。

圖4 單層礫巖厚度與三屬性的相對(duì)關(guān)系Fig.4 The relationship between the thickness of single-layer conglomerate and the three properties

圖5 互層礫巖的正演模擬結(jié)果Fig.5 Forward simulation results of interbedded conglomerates

2 基于相控的時(shí)深轉(zhuǎn)換法

通過礫巖對(duì)目的層的速度影響的分析，本文將渤海A油田按地震相類型分為三類：①單層礫巖區(qū)的地震相為強(qiáng)地震反射特征；②互層礫巖區(qū)的地震相為較強(qiáng)地震反射特征；③無礫巖區(qū)的地震相為較弱反射特征(圖6)。

圖6 不同的礫巖結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為不同的地震相Fig.6 Different conglomerate structures appear as different seismic facies

2.1 單層礫巖地震相的速度分析

首先從實(shí)鉆測(cè)井資料出發(fā)，統(tǒng)計(jì)研究區(qū)南邊的單層礫巖對(duì)目的層造成的速度畸變量，并提取沿館陶組底部較小時(shí)窗內(nèi)的多種地震屬性進(jìn)行屬性優(yōu)選，優(yōu)選最大振幅與速度畸變量呈正相關(guān)，頻率類屬性(弧長(zhǎng)屬性的倒數(shù))與速度畸變量呈負(fù)相關(guān)。將這兩個(gè)自變量與因變量速度進(jìn)行二元線性回歸，便能外推預(yù)測(cè)目的層的速度橫向分布。

2.2 互層礫巖地震相的速度分析

同理，統(tǒng)計(jì)研究區(qū)北邊互層礫巖對(duì)目的層造成的速度畸變量，并提取層段內(nèi)礫巖較大時(shí)窗內(nèi)的多種地震屬性進(jìn)行屬性優(yōu)選，優(yōu)選礫巖的振幅標(biāo)準(zhǔn)偏差屬性值與目的層的速度畸變量呈正相關(guān)，頻率類屬性值與目的層的速度畸變量呈負(fù)相關(guān)。將這兩個(gè)自變量與因變量速度進(jìn)行二元線性回歸，便能外推預(yù)測(cè)目的層的速度橫向分布。

無礫巖區(qū)按照時(shí)深關(guān)系的擬合公式計(jì)算目的層的速度。

將以上三部分的速度橫向變化進(jìn)行邏輯拼接，便得全區(qū)的速度橫向變化。

3 應(yīng)用效果

基于相控的速度橫向變化圖與基于變差函數(shù)的插值方法相比，明顯更具有地質(zhì)意義，尤其是粉色線內(nèi)區(qū)域(圖7)。傳統(tǒng)的速度克里金插值法將油田邊部無井區(qū)域的速度插值過大(圖8)；而新方法是基于礫巖發(fā)育的地質(zhì)規(guī)律進(jìn)行插值，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換(稱為基于相控的時(shí)深轉(zhuǎn)換法)，能得到準(zhǔn)確的深度域構(gòu)造圖(圖9)。

圖7 傳統(tǒng)插值法(a)與基于相控插值法(b)對(duì)比Fig.7 Comparison of traditional interpolation (a) and interpolation based on phased (b)

圖8 傳統(tǒng)時(shí)深轉(zhuǎn)換法繪制的深度域構(gòu)造圖Fig.8 Depth domain structure diagram drawn by traditional time-depth conversion method

根據(jù)新的構(gòu)造圖在油田邊部實(shí)施3口綜合調(diào)整井，對(duì)這3口井的驗(yàn)證進(jìn)一步證實(shí)基于相控的時(shí)深轉(zhuǎn)換法的準(zhǔn)確度高。通過對(duì)比，傳統(tǒng)的時(shí)深轉(zhuǎn)換法將油田邊部的構(gòu)造深度整體校正過大，使深度變深12 m以上，深度誤差值最高達(dá)20 m。新方法是基于礫巖發(fā)育的地質(zhì)規(guī)律進(jìn)行校正(圖9)，其誤差值能控制在5 m以內(nèi)(表1)，值得在渤海其他油田推廣借鑒?；谙嗫氐臅r(shí)深轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用能準(zhǔn)確落實(shí)油田邊部潛力，相比傳統(tǒng)方法計(jì)算的儲(chǔ)層平面含油面積增加，儲(chǔ)量增加近400×104m3。

圖9 基于相控法繪制的深度域構(gòu)造圖Fig.9 Depth domain structure diagram based on phase-controlled method

表1 新老方法的深度預(yù)測(cè)誤差對(duì)比Table 1 Comparison of depth prediction errors between old and new methods

4 結(jié)論

在渤海A油田的目的層尋找不到速度畸變量與其地震屬性之間的線性規(guī)律，那么就應(yīng)該把眼界放寬，尋找上覆地層是否存在特殊巖性，并深入分析特殊巖性的地質(zhì)特征，包括厚度和地層組合，然后以不同地震相為邊界，分別統(tǒng)計(jì)其地震屬性與測(cè)井速度的相關(guān)性。最后通過基于相控的時(shí)深轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用得到如下成果：

(1)使老油田目的層頂面的深度預(yù)測(cè)精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的時(shí)深轉(zhuǎn)換法，儲(chǔ)層頂深度的平均誤差由傳統(tǒng)方法的20 m以內(nèi)提高到5 m以內(nèi)。

(2)使老油田邊部的含油面積變大，儲(chǔ)量增加約400×104m3。

(3)高效準(zhǔn)確地進(jìn)行老油田邊部的潛力挖掘，成功指導(dǎo)了10余口調(diào)整井的順利實(shí)施。

該方法在存在特殊巖性的復(fù)雜油田具有較高的推廣價(jià)值。