致密油薄砂體儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用實(shí)效
——以松遼盆地敖南區(qū)塊下白堊統(tǒng)泉頭組為例

曹思佳，孫增玖，黨虎強(qiáng)，曹 帥，劉冬民，胡少華

（1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶 163318；2.東方地球物理勘探有限責(zé)任公司地質(zhì)研究中心，河北涿州 072750；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083）

0 引言

致密油是指夾在或緊鄰優(yōu)質(zhì)生油層系的致密儲(chǔ)層中，未經(jīng)過(guò)大規(guī)模長(zhǎng)距離運(yùn)移而形成的石油聚集。致密油的主要賦存空間分為2 種類型：一類是烴源巖內(nèi)部的碳酸鹽巖或碎屑巖夾層中，另一類為緊鄰烴源巖的致密層中。其巖性主要包括致密砂巖、致密灰?guī)r和碳酸鹽巖，很多學(xué)者認(rèn)為致密油是一種非常規(guī)石油資源，致密油儲(chǔ)層具有低孔低滲的特征，覆壓基質(zhì)滲透率小于0.1 mD（也有學(xué)者認(rèn)為小于0.2 mD），與以往開(kāi)發(fā)的特低滲、超低滲油藏相比，其成藏機(jī)理更復(fù)雜、孔喉更細(xì)微、填隙物的含量更高、勘探開(kāi)發(fā)難度更大。我國(guó)致密油資源非常豐富，約占可采石油資源的40%，2015 年全國(guó)油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，我國(guó)石油地質(zhì)資源量達(dá)1 752 億t，其中致密油地質(zhì)資源量672 億t。很多學(xué)者采用不同地震預(yù)測(cè)的方法對(duì)致密油儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”區(qū)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。例如，李岳桐等［1］以常規(guī)疊后地震資料為基礎(chǔ)進(jìn)行巖石地球物理分析和正演模擬，井-震結(jié)合預(yù)測(cè)巖性，應(yīng)用“逐級(jí)剝離”的思路預(yù)測(cè)出致密油“甜點(diǎn)”區(qū)。趙海波等［2］將疊前AVO 反演和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演結(jié)合，通過(guò)明確巖性、孔隙度和流體對(duì)致密儲(chǔ)層孔隙介質(zhì)彈性參數(shù)的影響規(guī)律，確定了“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層的彈性參數(shù)特征，對(duì)齊家地區(qū)青山口組進(jìn)行了致密薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)。田繼先等［3］在相位轉(zhuǎn)換、地層切片、定量地震沉積學(xué)等技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用自然伽馬反演技術(shù)預(yù)測(cè)了柴達(dá)木盆地扎哈泉地區(qū)上干柴溝組儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”區(qū)分布，認(rèn)為白堊系泉頭組的扶余油層廣泛分布［4］。

松遼盆地敖南區(qū)塊下白堊統(tǒng)泉頭組是致密油勘探開(kāi)發(fā)的重要層系，資源潛力大，但由于該層系儲(chǔ)集層物性差，厚度薄且具有砂、泥巖頻繁互層的特點(diǎn)，開(kāi)采難度大，薄砂體致密油儲(chǔ)層預(yù)測(cè)在該區(qū)的開(kāi)發(fā)中至關(guān)重要。通過(guò)藍(lán)色濾波目標(biāo)處理，提高地震資料品質(zhì)和分辨率；開(kāi)展敏感地震屬性優(yōu)選和分析，以此為基礎(chǔ)，定性預(yù)測(cè)薄層砂體宏觀分布；利用井-震聯(lián)合地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演和隨機(jī)協(xié)模擬技術(shù)，對(duì)薄層砂體進(jìn)行定量預(yù)測(cè)，以期明確薄砂體在空間的展布位置，為井位部署和論證提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

松遼盆地北部敖南區(qū)塊在地理位置上位于松花江北岸，在區(qū)域構(gòu)造上是齊家—古龍凹陷與三肇凹陷之間大慶長(zhǎng)垣的南部?jī)A末端［圖1（a）］［5］，在垂向構(gòu)造上大慶長(zhǎng)垣上下不對(duì)稱，并具有正反轉(zhuǎn)構(gòu)造的特征，平面上斷裂雁行式排列，呈左旋扭動(dòng)，具有明顯的扭動(dòng)構(gòu)造特征［6］，斷裂近南北向展布，局部發(fā)育北西向斷層。

該區(qū)鉆遇地層從上到下依次為：第四系，新近系泰康組，白堊系上白堊統(tǒng)明水組、四方臺(tái)組、嫩江組、姚家組、青山口組，下白堊統(tǒng)泉頭組、登婁庫(kù)組、營(yíng)城組、沙河子組及火石嶺組，缺失新近系大安組、依安組。該區(qū)目的層扶余油層發(fā)育在泉頭組的泉三段、泉四段。

泉三段、泉四段沉積時(shí)地勢(shì)平坦、沉降均勻，為淺水湖泊三角洲沉積［7］，形成過(guò)程中，河流占主導(dǎo)作用，因此不論分流河道還是水下分流河道均十分發(fā)育，河口壩相對(duì)來(lái)說(shuō)不發(fā)育，更無(wú)深湖—半深湖泥出現(xiàn)。由于地形平緩為緩坡沉積背景，頂積、前積和底積層的經(jīng)典三元結(jié)構(gòu)無(wú)法劃分。平面上呈現(xiàn)“疊葉狀”，與向湖依次推進(jìn)呈“疊瓦狀”的深水湖盆三角洲明顯不同。泉四段為三角洲平原與前緣的沉積過(guò)程，水體也由淺入深，為一次湖侵的沉積過(guò)程［8］，該時(shí)期位于東南淺水三角洲沉積體系的前緣，中部、東部地層沉積相對(duì)偏厚，北部較薄，但地層厚度整體變化不大。地層沉積主要受南部物源控制，自下而上湖盆面積逐步擴(kuò)大，水體深度加深，以分流河道砂為主，由于流程長(zhǎng)，分流河道流至河口部位，能量變?nèi)醵约?xì)碎屑組分為主［9］，主要為紫紅、灰綠、灰色粉砂質(zhì)泥巖，粉砂巖，棕灰、褐灰色含油粉砂巖［圖1（b）］。單層厚度薄、粒度細(xì)、泥質(zhì)含量高。由于沖刷作用不強(qiáng)烈，滯留沉積下來(lái)的礫石幾乎全為單一成分的灰綠色礫巖且磨圓較差，厚度很?。?0］。河道間泥與水下分流河道砂體交互疊置，縱向上形成互層。

泉四段扶余油層的平均空氣滲透率為0.38×10-3mD，平均有效孔隙度為6.3%，物性較差，屬于低孔低滲儲(chǔ)層［11］。按照巖性組合和沉積旋回特征，該段自下而上可劃分為2 個(gè)油層組，分別為FⅠ和FⅡ油層組，F(xiàn)Ⅰ油層組進(jìn)一步細(xì)分為7 個(gè)砂層組，F(xiàn)Ⅱ油層組進(jìn)一步細(xì)分為5 個(gè)砂層組（圖2）。

2 地震敏感屬性定性砂體預(yù)測(cè)

松遼盆地敖南地區(qū)下白堊統(tǒng)泉頭組河道砂體空間形態(tài)不同，產(chǎn)生了不同的地震波形響應(yīng)特征，地震同相軸無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別1～5 m 的砂層［12］，加上不同的砂體空間組合樣式，會(huì)導(dǎo)致地震波峰和波谷同相軸在時(shí)間剖面的變化，使巖性界面與同相軸對(duì)應(yīng)關(guān)系復(fù)雜，難以利用常規(guī)地震預(yù)測(cè)技術(shù)識(shí)別和預(yù)測(cè)該類型砂體。

為了準(zhǔn)確地落實(shí)扶余油層小層砂組的空間展布特征，首先對(duì)地震資料基于藍(lán)色濾波進(jìn)行提頻處理來(lái)提高疊后地震資料高頻數(shù)據(jù)的相對(duì)占比重，將地震資料的剖面分辨率提高；其次，應(yīng)用多屬性優(yōu)選技術(shù)對(duì)地震資料的不同屬性進(jìn)行分析優(yōu)選，使得儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的多解性有一定程度的降低［13］。優(yōu)選應(yīng)遵循以下原則：①優(yōu)選后的地震屬性與研究對(duì)象具有某種相關(guān)性，可以對(duì)樣本有效分類；②以互相之間獨(dú)立的地震屬性組成低維的屬性空間，即達(dá)到結(jié)構(gòu)最優(yōu)化；③有用的地質(zhì)信息損失達(dá)到最小［14］。最后，利用砂巖厚度與地震屬性進(jìn)行多屬性的交會(huì)分析，將與砂巖厚度吻合度相對(duì)較高的地震屬性篩選出來(lái)，預(yù)測(cè)砂巖分布。

2.1 藍(lán)色濾波處理提高主頻

地震資料分辨率是地球物理勘探的關(guān)鍵參數(shù)之一，如何提高敖南地區(qū)這類低滲透薄層砂體的地震資料分辨率一直是研究難點(diǎn)［15-19］。通過(guò)頻譜的方式分析其對(duì)應(yīng)的主頻和頻帶寬度可知，主頻越高，頻帶越寬，地震資料的分辨率也越高［20］。研究區(qū)地震資料采集年份較早，資料品質(zhì)相對(duì)較差，分辨率低，為了提高地震資料預(yù)測(cè)砂體的精度，利用藍(lán)色濾波提頻處理技術(shù)對(duì)原始地震資料進(jìn)行提頻處理。

藍(lán)色濾波是基于測(cè)井反射系數(shù)振幅譜，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)算子，恢復(fù)地震數(shù)據(jù)中嚴(yán)重衰減的高頻信息，提高地震數(shù)據(jù)分辨率的褶積處理技術(shù)［21］。該技術(shù)的提出及其有效性，主要基于測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)研究總結(jié)的2 個(gè)顯著規(guī)律：一是針對(duì)大量測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)反射系數(shù)序列統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，反射系數(shù)的頻率與振幅呈正相關(guān)關(guān)系，即相對(duì)高的頻率對(duì)應(yīng)相對(duì)高的振幅［22］；二是測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的空間頻譜遵循指數(shù)定律，而指數(shù)對(duì)測(cè)井曲線的類型和盆地類型的依賴性較?。?3］。

圖3 為研究區(qū)地震資料藍(lán)色濾波提頻處理前、后的地震剖面及頻譜對(duì)比圖，原始地震資料主頻為43 Hz，有效頻帶為12～70 Hz［圖3（a）］，原始地震剖面分辨率較低，扶余油層［圖3（b）］中紅色虛線所示，紅色虛線數(shù)值代表井旁道砂體厚度］對(duì)應(yīng)的同相軸分辨率低，能量弱，相對(duì)關(guān)系不清晰。提頻后，地震資料主頻為45 Hz，有效頻帶為8～75 Hz，相較提頻前有一定的拓展，且高、低頻能量分布特征發(fā)生了改變，高、低頻能量增強(qiáng)［圖3（c）］，地震剖面分辨率提高，砂體對(duì)應(yīng)的地震同相軸也有了明顯的改善［圖3（d）］。

2.2 敏感地震屬性優(yōu)選及分析

提取敖南地區(qū)扶余油層的振幅、頻率、波形等地震屬性，通過(guò)交會(huì)分析的方法將同類冗余屬性去除，同時(shí)將這些屬性與單層的砂巖厚度建立起相應(yīng)關(guān)系，綜合判斷后選擇相關(guān)性較好的敏感屬性來(lái)進(jìn)行砂巖分布特征的預(yù)測(cè)，針對(duì)不同目標(biāo)層，依據(jù)各自的砂體組合與地震波形對(duì)應(yīng)關(guān)系，優(yōu)選不同的敏感屬性。

如表1 所列，研究區(qū)內(nèi)多數(shù)目標(biāo)層的振幅類屬性與砂體厚度對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，而部分小層利用信息熵屬性進(jìn)行砂體分布規(guī)律預(yù)測(cè)的效果更好。信息熵是紋理屬性的一種，主要是利用圖像識(shí)別處理技術(shù)來(lái)描述儲(chǔ)層的沉積和分布規(guī)律，該屬性可以定性地判斷某地質(zhì)時(shí)期的沉積活動(dòng)強(qiáng)度及砂體分布規(guī)律，針對(duì)扶余油層可以判斷河道沉積砂體的發(fā)育程度及相似性，熵值越小，表明沉積相對(duì)穩(wěn)定，能有效地識(shí)別河道砂體發(fā)育規(guī)模；熵值越大，說(shuō)明沉積活動(dòng)相對(duì)劇烈，河道遷移頻繁，砂體發(fā)育規(guī)模小、規(guī)律性差。

表1 FI4 砂層組不同地震屬性與砂巖厚度相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Correlation statistics of different seismic attributes and sandstone thickness of FI4 sand group

以研究區(qū)內(nèi)FI4 砂層組為例，應(yīng)用多屬性優(yōu)選技術(shù)，選取了均方根振幅屬性和信息熵屬性對(duì)該小層進(jìn)行綜合預(yù)測(cè)（表2），兩者的預(yù)測(cè)成果和已知鉆遇砂巖情況吻合度一致。

表2 FI4 砂層組重點(diǎn)出油井含油砂巖對(duì)井符合率統(tǒng)計(jì)（部分井）Table 2 Compliance rate of oil-bearing sandstone to wells in key wells of FI4 sand group

以信息熵屬性為例，如圖4 所示，該小層預(yù)測(cè)砂體在研究區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育，砂體單層厚度大且有效厚度大的出油井主要集中在中南部，該井區(qū)預(yù)測(cè)出砂體最大寬度及延伸長(zhǎng)度分別為800 m 和2 000 m，砂巖規(guī)模較大。

3 井-震聯(lián)合地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演定量預(yù)測(cè)砂體

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者將地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)隨機(jī)反演應(yīng)用于不同研究區(qū)的薄砂體預(yù)測(cè)上，分析其地質(zhì)成因后運(yùn)用巖心、測(cè)井等技術(shù)手段，通過(guò)提取地震屬性而后進(jìn)行反演，選取不同反演參數(shù)然后反復(fù)的驗(yàn)證分析，都取得了較好的效果［24-29］。

松遼盆地敖南地區(qū)扶余油層的砂巖厚度較薄，一般為1～5 m，地震資料主頻為40 Hz 左右，層速度約為3 000 m/s，由于地震資料可識(shí)別7～8 m 厚度的砂體，但這樣的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足該區(qū)薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的需求，須要結(jié)合如自然電位、自然伽馬、電阻率等可對(duì)砂泥巖薄互層做精準(zhǔn)區(qū)分的測(cè)井曲線，利用基于曲線重構(gòu)的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演來(lái)克服常規(guī)反演方法的局限性，使得對(duì)薄層砂體識(shí)別的能力大大提高。

3.1 測(cè)井敏感參數(shù)分析

圖5 為松遼盆地敖南地區(qū)扶余油層砂、泥巖測(cè)井曲線與巖性分布直方圖及交會(huì)圖，波阻抗、自然伽馬和電阻率等測(cè)井曲線與砂、泥巖都存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，均對(duì)砂、泥巖有一定的區(qū)分能力，波阻抗數(shù)據(jù)和自然伽馬值對(duì)砂泥巖的疊置區(qū)域均較小，能有效地進(jìn)行區(qū)分［圖5（a）］。自然伽馬和電阻率聯(lián)合分析對(duì)砂、泥巖區(qū)分能力更好，從二者交會(huì)圖［圖5（b）］可知，第四象限為最有效的砂巖分布區(qū)。因此，多種信息的交會(huì)融合對(duì)敖南地區(qū)扶余油層儲(chǔ)層的識(shí)別是有效的。

3.2 低頻模型建立

反演中地質(zhì)模型的建立所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為前期地震解釋得到的層位和斷層數(shù)據(jù)，因此對(duì)層位及斷層的精細(xì)追蹤解釋尤為重要，為適應(yīng)地震反演的要求，層位要盡可能地接近目的層，同時(shí)前期解釋工作須要高度閉合，層位與斷層之間的接觸關(guān)系須清晰準(zhǔn)確。

以扶余油層頂面向上延伸40 ms 作為反演模型的頂界面，扶余油層底界向下延伸40 ms 作為模型底界面，采取等比例內(nèi)插的方式建立波阻抗屬性模型，低頻模型剖面井間變化要合理、不出現(xiàn)局部極值異常等問(wèn)題。

3.3 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演和隨機(jī)協(xié)模擬

常規(guī)的稀疏脈沖波阻抗反演能夠宏觀地刻畫(huà)砂體的展布規(guī)律，但是分辨率較低，不能分辨薄層砂體［圖6（a）］。開(kāi)展地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演得到多組等概率的反演波阻抗體，該反演結(jié)果具有較高的縱向分辨率，能夠精細(xì)刻畫(huà)薄層的空間分布，同時(shí)與已知井的吻合程度高［30］［圖6（b）］。

采用隨機(jī)協(xié)模擬的方法可以進(jìn)一步得到儲(chǔ)層屬性體，并結(jié)合地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)中的波阻抗與自然伽馬、電阻率、孔隙度等參數(shù)之間的關(guān)系，計(jì)算反映儲(chǔ)層的協(xié)模擬屬性體，以此來(lái)表征儲(chǔ)層的物性、含油性等空間變化特征［31］。

3.4 預(yù)測(cè)效果

以波阻抗反演和電阻率數(shù)據(jù)體為基礎(chǔ)，開(kāi)展扶余油層反演砂體平面預(yù)測(cè)工作，即利用波阻抗反演結(jié)果預(yù)測(cè)砂巖厚度的平面分布，利用協(xié)模擬電阻率反演結(jié)果預(yù)測(cè)有效砂巖厚度分布。

圖7 為FI4 砂層組反演預(yù)測(cè)的砂巖厚度圖，F(xiàn)I4砂層組累計(jì)砂巖厚度最大為10.4 m，砂巖主要分布在工區(qū)中部及東北部，實(shí)際井也證實(shí)在該區(qū)域集中分布，整體趨勢(shì)呈南北向條帶狀展布，與該區(qū)域地質(zhì)規(guī)律一致。

從反演預(yù)測(cè)的有效砂巖厚度圖（圖8）可知，F(xiàn)I4砂層組有效砂巖分布明顯集中于工區(qū)的南北中軸線周緣，由北向南可劃分為3 個(gè)主要有效砂巖集中區(qū)：北部、中南部和西南部，這一結(jié)論與已知井鉆采情況吻合較好。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了若干未鉆的有效砂巖發(fā)育目標(biāo)區(qū)，為井位部署和論證提供了高精度的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)成果。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)藍(lán)色濾波對(duì)地震資料進(jìn)行處理，提高其品質(zhì)及分辨率，而后開(kāi)展地震屬性優(yōu)選對(duì)薄砂體儲(chǔ)層定性預(yù)測(cè)宏觀分布，最后利用井-震聯(lián)合地震反演在定性預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上對(duì)扶余油層主力砂體進(jìn)行定量預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果與鉆井吻合較好。

（2）藍(lán)色濾波可以在保幅的情況下對(duì)有效頻帶進(jìn)行拓寬，將原本被掩蓋住的高頻能量釋放，從而使同相軸更加清晰。松遼盆地北部敖南區(qū)塊原始地震剖面分辨率較低，主頻為43 Hz，有效頻帶為12～70 Hz，扶余油層對(duì)應(yīng)同相軸不清晰，采用藍(lán)色濾波提頻后，地震資料主頻為45 Hz，有效頻帶為8～75 Hz，同相軸有明顯的提高。

（3）松遼盆地北部敖南區(qū)塊扶余油層FI4 砂層組反演預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，砂巖主要分布在工區(qū)中部及東北部，整體趨勢(shì)呈南北向條帶狀展布，這與該區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識(shí)一致。對(duì)FI4 砂層組有效砂巖反演預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，有效砂巖區(qū)明顯集中于工區(qū)的南北中軸線周緣，由北向南可劃分為3 個(gè)主要有效砂巖集中區(qū)：北部、中南部和西南部。