深側(cè)向電阻率曲線重構(gòu)技術(shù)在薄差儲層預(yù)測中的應(yīng)用

胡玉雙, 王雨萱

(東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318)

0 引 言

大慶油田開發(fā)已近60年歷史，油田老區(qū)已進(jìn)入特高含水期。目前，油田剩余油挖潛難、產(chǎn)量接替不足、產(chǎn)量逐年遞減快[1-2]。為了穩(wěn)定油田產(chǎn)量，一方面需要加大力度挖潛老區(qū)剩余油；另一方面有必要動用外圍油田薄差油層儲量。由于三角洲外前緣砂體受儲層薄、物性差、非均質(zhì)強(qiáng)等影響，導(dǎo)致鉆井風(fēng)險高，很大程度上制約了油藏開發(fā)的進(jìn)程[3-4]。

葡北油田454井區(qū)內(nèi)井眼分布疏密不一，東北部地區(qū)井網(wǎng)密布、西南地區(qū)及研究區(qū)中部井位稀疏，部分井測井曲線缺失，彼此之間不能互相印證，且研究區(qū)為三角洲外前緣相沉積的巖性油藏，以薄差砂體為主，葡454井區(qū)儲層薄(2～3 m、砂體居多)、砂體相變快，應(yīng)用傳統(tǒng)波阻抗地震反演難以達(dá)到精細(xì)預(yù)測的目的。為提高油田外圍薄差儲層開發(fā)效果，高精度的反演方法技術(shù)勢在必行。文中以葡北油田454井區(qū)為例，提出一種綜合地震反演和巖性反演的曲線重構(gòu)方法——基于插值法的深側(cè)向電阻率曲線重構(gòu)技術(shù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

葡454區(qū)塊位于松遼盆地大慶長垣地區(qū)，屬于二級構(gòu)造單元南部，主要由葡萄花背斜南部和敖包塔構(gòu)造北部兩部分組成，東鄰三肇凹陷，西鄰古龍凹陷，研究區(qū)整體是一個斜坡構(gòu)造帶，內(nèi)部構(gòu)造相對平緩，微小斷層發(fā)育，但圈閉發(fā)育有限，研究區(qū)東北部發(fā)育有兩條近南北向的大斷裂，西部和南部發(fā)育許多近南北向和北北西向的小斷裂。葡北油田縱向上位于葡萄花油層組，由上至下依次為薩爾圖、葡萄花以及高臺子油層組。該次主要目的層位為葡Ⅰ油層，對應(yīng)姚家組一段，研究區(qū)目的層整體儲層較薄，厚度在47 m左右，分為11個二級層序。

葡Ⅰ油層中多見紫紅色和灰綠色泥巖和以灰白色為主的砂巖互層。研究區(qū)內(nèi)部分地區(qū)可見黑色泥巖，與下伏地層呈現(xiàn)整合-不整合接觸。垂向上為多期河道疊加，砂體發(fā)育較薄且砂體分布零散，具有縱向和平面上非均質(zhì)性嚴(yán)重的特點(diǎn)。研究區(qū)葡萄花油層處于三角洲前緣亞相的末端，平面上呈現(xiàn)砂泥相間的網(wǎng)狀交織結(jié)構(gòu)。沉積時期湖水相對較深，水動力強(qiáng)，湖水的頂托作用力較大，主體砂體相對不發(fā)育，而更加發(fā)育砂體薄而窄的水下分流河道。研究區(qū)構(gòu)造位置見圖1。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置

2 重構(gòu)反演原理

在地震反演過程中，僅依靠單一測井曲線很難真實(shí)地反映出地層的巖性變化[5-6]，因此常規(guī)的測井約束反演無法將儲層與圍巖區(qū)分[7]，造成反演結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)情況不符，從而影響了儲層預(yù)測的準(zhǔn)確性。因此擬采用曲線重構(gòu)技術(shù)，即利用地質(zhì)、地震、測井綜合研究手段，針對儲層預(yù)測目標(biāo)，優(yōu)選出能夠反映地層巖性變化的測井曲線，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)或回歸等方法轉(zhuǎn)換成新曲線進(jìn)行精細(xì)儲層預(yù)測。

2.1 測井曲線的選取

在反演過程中，不同的測井曲線反應(yīng)不同的巖石物理特征，故而不同曲線對砂巖、泥巖的敏感度響應(yīng)也不同。為優(yōu)選對砂巖敏感的測井曲線，曲線的選取主要依托于兩點(diǎn)：①頻率分布直方圖中代表砂巖和泥巖的曲線分離程度；②直方圖中的砂泥巖曲線中高值部分是否集中。

通過分析研究區(qū)XX油層組砂泥巖的測井特征頻率分布直方圖(圖2a～f)，其中，ρR為電阻率，可以清晰地看出,深側(cè)向電阻率曲線(RLLD)的高值集中，且砂泥巖分離，能有效地區(qū)分砂泥巖，是對巖性響應(yīng)最為敏感的曲線。

圖2 曲線頻率分布直方圖

而聲波曲線(AC)和密度曲線(DEN)雖然高值區(qū)相對比較集中，但砂泥巖基本完全重合；自然電位曲線(SP)雖然泥巖(紅色)有高值區(qū)且高值集中，但砂泥巖值區(qū)幾乎完全重合，不能有效區(qū)分砂泥巖。綜上，深側(cè)向電阻率曲線是對巖性最為敏感的儲層參數(shù)，故選取深側(cè)向電阻率曲線和砂巖曲線擬合構(gòu)建波阻抗曲線進(jìn)行反演，以提高儲層預(yù)測分辨率。

2.2 測井曲線預(yù)處理

(1)測井曲線的編輯和環(huán)境校正。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，井眼擴(kuò)張、泥漿摻入和井眼的幾何形狀等影響因素都會使測井曲線的測量值產(chǎn)生誤差，故對測井曲線進(jìn)行編輯和環(huán)境校正以消除影響。

(2)去除異常值。在對研究區(qū)內(nèi)測井曲線進(jìn)行整理的過程中，發(fā)現(xiàn)部分曲線的數(shù)據(jù)分布范圍不合理，曲線中出現(xiàn)異常跳點(diǎn)，存在正負(fù)異常值的情況，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，負(fù)異常值出現(xiàn)的原因大致是由于儲層中含水或存在水淹層導(dǎo)致的，而正異常值則主要是由于鈣質(zhì)膠結(jié)物對儲層的影響。如圖3所示，X1井存在負(fù)異常值，將其中存在的異常數(shù)值進(jìn)行切除處理。

(3)測井曲線的均一量綱化處理。測井曲線的均一量綱化處理就是將具有不同基值的測井曲線校正到一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。由于不同的井網(wǎng)在測量過程中存在時間差，從而導(dǎo)致曲線的基值不同，無法放在一起比較，進(jìn)而無法準(zhǔn)確有效地反映砂泥。因此需要對曲線進(jìn)行均一量綱化處理，將曲線基本均衡在平均基線上，以消除含鈣的影響。均一化校正前后曲線見圖4。

圖3 異常值處理前后

由圖4可見，原始的深側(cè)向電阻率曲線在某些區(qū)域內(nèi)高值點(diǎn)不明顯，整體上看原始曲線的各高值點(diǎn)數(shù)值相近，不能區(qū)分出地下巖性變化。這是由于曲線的基值不同導(dǎo)致的。經(jīng)過均一化校正后的深側(cè)向電阻率曲線基值被校正到與其他曲線同一的平均基線上，整條曲線幅度變化明顯增大，高值和低值都更加明顯，更利于區(qū)分砂、泥巖。

圖4 均一化校正前后

2.3 曲線重構(gòu)

曲線重構(gòu)技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)方式主要有3種：①經(jīng)驗(yàn)公式或者統(tǒng)計(jì)擬合，包括法斯特(Faust)公式或Gardner 密度和聲波之間的經(jīng)驗(yàn)公式；②信息統(tǒng)計(jì)加權(quán)法；③小波變換重構(gòu)技術(shù)。常規(guī)波阻抗反演不能有效區(qū)分砂體及圍巖的特點(diǎn)，所以運(yùn)用信息統(tǒng)計(jì)加權(quán)的方法，將巖性進(jìn)行曲線化處理，并將處理后的巖性曲線與能夠反映測井曲線高頻特性的深側(cè)向電阻率曲線用多項(xiàng)式插值法擬合重構(gòu)波阻抗，得到一條新的優(yōu)勢特征重構(gòu)曲線(圖5)，以提高反演結(jié)果對薄差儲層的識別能力。

為求取深側(cè)向電阻率曲線和砂巖數(shù)據(jù)曲線之間的擬合關(guān)系式，采用插值法以兩條測井曲線上的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)為已知條件，使假定的連續(xù)函數(shù)Pn(x)通過已知的全部數(shù)據(jù)點(diǎn)，Pn(x)是f(x)的估值，并以此來逼近原函數(shù)f(x)。

假定在定義域內(nèi)存在實(shí)值函數(shù)f(x)，其上互不相同的點(diǎn)(x0,y0),(x1,y1)，…，(xn,yn)處的值分別是f(x0),f(x1)，…，f(xn),則找到一個函數(shù)Pn(x*)的值作為f(x*)的近似，即

Pn(x)=y0P0(x)+y1P1(x)+…+ynPn(x)=

式中：x1,x2,…,xn——X1井在同一深度下的深側(cè)向電阻率曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)；

y1,y2,…,yn——砂巖曲線在同一深度下的數(shù)據(jù)點(diǎn)；

(x1,y1)——同一深度點(diǎn)1處的深側(cè)向與砂巖曲線的值；

(xn,yn)——同一深度點(diǎn)n處的深側(cè)向與砂巖曲線的值。

誤差即為多項(xiàng)式Pn(x)的余項(xiàng)：

(1)

式中:ωi——(xi,yi)值重復(fù)次數(shù)；

Pn(xi)——優(yōu)勢重構(gòu)曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)值；

yi——深側(cè)向電阻率曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)值。

圖5 X1井綜合柱狀圖

若要使Pn(x)無限逼近f(x)，則誤差Rn(xn)無限趨近于0，分析發(fā)現(xiàn)xi和yi兩組數(shù)據(jù)之間存在線性趨勢，設(shè)為y=a1x+a2，得到方程：

(2)

式中：a1,a2——深側(cè)向電阻率曲線和砂巖曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)間的比例關(guān)系系數(shù)。

聯(lián)立(1)、(2)，求得a1、a2的值，即為重構(gòu)參數(shù)。將求得的a1、a2值代回式(1)、(2)中，得到新的y值，即新的優(yōu)勢特征重構(gòu)曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)。

3 反演的實(shí)現(xiàn)

3.1 反演參數(shù)優(yōu)選

采用波阻抗反演方法，將優(yōu)勢特征重構(gòu)曲線應(yīng)用于反演中。分析地震資料主頻為50 Hz，頻寬20～80 Hz，故提取主頻為50 Hz的雷克子波進(jìn)行合成記錄，以匹配地震體、層位以及優(yōu)質(zhì)特征重構(gòu)曲線，構(gòu)建反演模型。統(tǒng)計(jì)優(yōu)勢特征重構(gòu)曲線，發(fā)現(xiàn)其分布形態(tài)大致呈現(xiàn)正態(tài)分布，使用高斯算法進(jìn)行擬合。以此為基礎(chǔ)對曲線進(jìn)行變差分析，反復(fù)試驗(yàn)、調(diào)整，確定橫向變化范圍在200～300 m，縱向分辨率為1.5。

3.2 反演效果分析

為分析反演效果，擬從砂體在剖面上的縱向展布情況和平面上稀井區(qū)和密井區(qū)的預(yù)測結(jié)果兩方面來進(jìn)行驗(yàn)證。Line方向上第1 073道的兩種曲線反演成果剖面，如圖6、7所示，其中，橫坐標(biāo)為Trace方向上的CDP道集數(shù)N。單純自然伽馬曲線所能識別的最薄砂體厚度為2.2 m，無法明顯區(qū)分砂泥巖，具體表現(xiàn)在剖面上為砂體連片分布，砂厚泥少，但依據(jù)地震資料和測井資料，沉積微相輔助判別，自然伽馬反演得到的結(jié)果并不符合研究區(qū)砂體厚度薄，橫向變化快、砂體分布零散的特征。而圖7經(jīng)過曲線重構(gòu)的優(yōu)勢特征曲線能識別出的最薄砂體厚度則為0.9 m，砂體識別精度顯著提高，能很好地分辨出砂泥巖，真實(shí)反映地層信息和砂泥巖分布情況，其對井符合率均在85%以上。

為驗(yàn)證該次反演對砂體在不同井密度情況下的預(yù)測效果是否準(zhǔn)確一致，以研究區(qū)周圍的外部稀井區(qū)為外擴(kuò)井區(qū)，抽稀工區(qū)外擴(kuò)井區(qū)10口作為后驗(yàn)井，分別對未抽稀井、抽稀10口井后分析進(jìn)行反演工作(圖8)，通過對兩種不同井網(wǎng)密度的反演結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)反演結(jié)果與后驗(yàn)井對比效果較好，反演結(jié)果對外擴(kuò)井區(qū)預(yù)測可信度較高。

從反演結(jié)果(砂體預(yù)測圖)來看，基于深側(cè)向電阻率曲線和巖性數(shù)據(jù)的重構(gòu)曲線能夠較好地識別出葡一段的砂體沉積特征。葡萄花油層組砂巖分布整體上受地層厚度影響，分布極為分散，砂巖主要分布在研究區(qū)邊界位置，中部砂巖較薄。儲層預(yù)測結(jié)果得出，儲層的平面展布特征與工區(qū)內(nèi)后驗(yàn)井基本一致，證明預(yù)測儲層厚度與已知實(shí)際結(jié)果的外擴(kuò)井區(qū)基本一致，反演結(jié)果有效，優(yōu)勢重構(gòu)曲線在該工區(qū)利用波阻抗反演識別葡一段優(yōu)質(zhì)儲層是可行的，反之此種反演方法能夠預(yù)測外擴(kuò)井區(qū)儲層厚度及分布規(guī)律，由此可以節(jié)省勘探的工程量。

圖6 深側(cè)向電阻率曲線反演剖面

圖7 優(yōu)勢重構(gòu)曲線反演剖面

圖8 外擴(kuò)井區(qū)抽稀效果對比

基于以上認(rèn)識，目標(biāo)井區(qū)內(nèi)巖性油藏高部位個別井位鉆遇多套砂巖圈閉油藏，將反演預(yù)測結(jié)果與沉積相邊界對比可知，儲層邊界和平面展布特征與預(yù)測結(jié)果一致。在無井區(qū)的儲層反演預(yù)測具有較好的勘探效果，因此反演成果具有推廣意義，可推廣應(yīng)用。

4 結(jié) 論

(1)儲層的平面展布特征與外擴(kuò)井區(qū)抽稀后驗(yàn)井一致，說明深側(cè)向電阻率曲線和巖性特征曲線重構(gòu)技術(shù)在該工區(qū)利用波阻抗反演識別葡一段優(yōu)質(zhì)儲層可行。

(2)在深側(cè)向重構(gòu)的基礎(chǔ)上，對該區(qū)葡一段砂體開展波阻抗反演，砂體預(yù)測結(jié)果與后驗(yàn)井吻合度高，反演結(jié)果可靠，能夠準(zhǔn)確刻畫該套砂體的縱橫向展布規(guī)律。從預(yù)測結(jié)果來看，優(yōu)勢特征重構(gòu)曲線較單一曲線反演預(yù)測精度提高，重構(gòu)曲線對于識別薄差砂體的厚度和分布規(guī)律更加精確，砂體最大識別精度由原本的2.2 m提高到了1.0 m以內(nèi)，對井符合率達(dá)到92%以上。