基于精細(xì)地層格架的古近系儲(chǔ)層相控反演技術(shù)研究

董洪超,范洪軍,王宗俊,劉向南,高云峰

(中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028)

0 引言

反演技術(shù)在海上新近系儲(chǔ)層預(yù)測(cè)過(guò)程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，隨著海上油田勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，近年來(lái)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一大批以古近系為主要目的層的油氣田，對(duì)古近系儲(chǔ)層進(jìn)行精確的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)已成為油田高效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵因素[1-3]。渤海古近系為扇三角洲或辮狀河三角洲沉積，儲(chǔ)層縱橫向變化快，地震資料品質(zhì)較低，砂泥巖縱波阻抗區(qū)分性差[4]，目前對(duì)其進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)多以地震屬性為主，反演技術(shù)的應(yīng)用及研究較少，制約了儲(chǔ)層精細(xì)描述的需求。徐長(zhǎng)貴等[5]基于渤海古近系中深層儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的工作實(shí)踐，提出了適合的技術(shù)思路與方法：陸相層序地層分析、古地貌分析、地震相組合與地震屬性解釋以及成巖動(dòng)力學(xué)分析；楊少虎等[6]研究了聲波重構(gòu)技術(shù)，在聲波、密度資料難以區(qū)分砂泥巖情況下，采用伽馬曲線高頻重構(gòu)聲波曲線，實(shí)現(xiàn)渤海某區(qū)塊明下段測(cè)井約束反演；李建平等[7]歸納總結(jié)了渤海古近系三角洲沉積體系分布與演化規(guī)律；田曉平等研究了古地貌及疊前同時(shí)反演，實(shí)現(xiàn)了渤海古近系碎屑巖儲(chǔ)層空間展布特征；劉學(xué)通等[8]利用多屬性分析，地震相分析、正演模擬及疊前反演，預(yù)測(cè)了渤海古近系沙河街儲(chǔ)層；耿紅柳等[9]對(duì)古近系扇三角洲進(jìn)行了精細(xì)研究及有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。

本次研究針對(duì)渤海M油田東營(yíng)組東三段古近系儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測(cè)面臨的問(wèn)題，基于精細(xì)的地層格架進(jìn)行古地貌分析，提取敏感地震屬性，通過(guò)特征曲線重構(gòu)，建立區(qū)分砂泥巖的敏感彈性參數(shù)，同時(shí)對(duì)反演關(guān)鍵環(huán)節(jié)精確把控，實(shí)現(xiàn)了渤海中深儲(chǔ)層的相控反演，明確了目的層沉積體的展布范圍，對(duì)渤海M油田開(kāi)發(fā)前期井點(diǎn)部署提供了建議。

1 相控反演原理

目前地震頻帶范圍內(nèi)的反演研究與應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，然而補(bǔ)償?shù)卣鹳Y料頻帶之外的高低頻信息一直是制約反演精度的關(guān)鍵所在。在補(bǔ)充地震高頻信息，提高反演縱向分辨率上，發(fā)展出地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演，其利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)思想，將測(cè)井高頻信息加入到反演當(dāng)中。在補(bǔ)充地震低頻信息上，一般情況下采用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的內(nèi)插和外推，有研究者利用地震速度譜或疊前全波形信息建立低頻模型，寬頻反演也可以進(jìn)一步拓寬低頻成分[10]。本次研究基于約束稀疏脈沖反演，在低頻模型建立上，通過(guò)建立精細(xì)地層格架，研究古地貌特征，提取敏感地震屬性，并通過(guò)特征曲線重構(gòu)獲得區(qū)分砂泥巖更強(qiáng)的彈性參數(shù)，利用不同期次的沉積古地貌提取的厚度屬性以及對(duì)儲(chǔ)層分布較為敏感的地震總能量屬性，共同約束測(cè)井信息建立低頻模型，實(shí)現(xiàn)相控反演。

約束稀疏脈沖反演建立在趨勢(shì)約束的脈沖反演算法上，其認(rèn)為地震反射系數(shù)，是由一系列大的地震反射系數(shù)疊加在高斯分布的小反射系數(shù)的背景上構(gòu)成，大的反射系數(shù)相當(dāng)于不整合界面或主要的巖性界面。其目的是為了尋找一個(gè)使目標(biāo)函數(shù)最小的脈沖數(shù)目，然后通過(guò)遞推反演得到聲波阻抗[11]。

1)通過(guò)最大似然反褶積求得一個(gè)具有稀疏特性的反射系數(shù)序列。

2(L-m)Ln(1-λ)

(1)

式中：J為目標(biāo)函數(shù)；rj為第k個(gè)采樣點(diǎn)的反射系數(shù)；r表示地層反射系數(shù)；n為噪聲的平方根；m為反射層數(shù)；L為采樣總數(shù)；λ為給定反射系數(shù)的似然值。

2)通過(guò)最大似然反演轉(zhuǎn)換反射系數(shù)導(dǎo)出相對(duì)波阻抗(缺乏低頻成分)，如果從最大似然反褶積中求得的反射系數(shù)是rj，為了得到可靠的反射系數(shù)估計(jì)值，單獨(dú)輸入波阻抗信息作為約束條件，求得最合理的波阻抗模型為式(2)。

(2)

式中：Zj為波阻抗；rj為反射系數(shù)。

3)約束稀疏脈沖反演是在地震頻帶范圍進(jìn)行的，反演結(jié)果缺少低頻信息，需要結(jié)合測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立低頻模型，將其與反演結(jié)果相合并，獲得全頻帶的絕對(duì)波阻抗體。

在低頻模型建立上，本次研究采用了多屬性約束井插值的低頻模型構(gòu)建方法，多屬性可以選擇能反映目標(biāo)儲(chǔ)層巖性相變、流體變化的振幅類、頻率類、波形類等一種或多種地震屬性。該方法基于多變量線性回歸算法，其目的是要找到地震多屬性與測(cè)井目標(biāo)曲線(如測(cè)井縱波阻抗)的最優(yōu)關(guān)系，然后對(duì)測(cè)井目標(biāo)曲線進(jìn)行插值，主要步驟如下[12-13]：

1)首先建立地震多屬性與井曲線最優(yōu)化的關(guān)系式，最優(yōu)化的關(guān)系通過(guò)采用多變量線性回歸方法獲得：

d=Gμ

(3)

其中：d為所參與的該層所有測(cè)井目標(biāo)曲線值；G為地震多屬性值矩陣，矩陣中的每一行為每一種地震屬性值，每一列為相應(yīng)位置處的測(cè)井對(duì)應(yīng)的多種地震屬性值；μ為權(quán)重，其估算公式為式(4)。

μest=[GTG+λL]-1GTd

(4)

2)利用選取的后驗(yàn)井進(jìn)一步優(yōu)化該關(guān)系式，通過(guò)對(duì)交叉驗(yàn)證函數(shù)進(jìn)行反演，得到最優(yōu)屬性權(quán)重：

(5)

其中：dn是后驗(yàn)井的測(cè)井曲線值，利用除后驗(yàn)井外的其他測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)估算權(quán)重，計(jì)算后驗(yàn)井dn與基于此權(quán)重預(yù)測(cè)出的測(cè)井值之間的誤差。將所有參與井依次作為后驗(yàn)井，可以獲得總的交叉驗(yàn)證誤差。

3)應(yīng)用克里格法消除井點(diǎn)位置的預(yù)測(cè)誤差[12]。

2 應(yīng)用實(shí)例

M油田位于渤海遼東灣海域南部，遼中凹陷向遼西凸起過(guò)渡的斜坡帶上，包括Ms和Mn兩個(gè)區(qū)塊。油田東三段地層埋深2 378.6 m～3 216.1 m，中上部巖性以灰色泥巖夾多期淺灰色細(xì)砂巖、中砂巖為主，發(fā)育辮狀河三角洲沉積，底部巖性以粗砂巖和中砂巖為主，發(fā)育扇三角洲沉積。Ms區(qū)塊主力Ⅳ油組發(fā)育扇三角洲水下分流河道砂體，Mn區(qū)塊主力Ⅰ油組底部發(fā)育辮狀河三角洲水下分流河道、河口壩和遠(yuǎn)砂壩砂體。

2.1 基于精細(xì)地層格架的地震相研究

本次研究工區(qū)范圍內(nèi)共6口井鉆遇目的層段，常規(guī)測(cè)井資料系列較為齊全。地震剖面上波組特征清晰，目標(biāo)儲(chǔ)層段頻寬為6 Hz～45 Hz，主頻為18 Hz，地震資料縱向分辨率約為35 m。結(jié)合油田地層及砂層發(fā)育情況、地震資料，依據(jù)“旋回對(duì)比、分級(jí)控制”原則，從主力砂體出發(fā)，由點(diǎn)到面劃分對(duì)比，將東三段劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ油組，對(duì)應(yīng)三期沉積體，如圖1、圖2所示，各油組頂面地質(zhì)層位與地震標(biāo)定吻合較好?；趧澐值木?xì)地層格架，對(duì)三期沉積體進(jìn)行古地貌分析。東三段砂體富集區(qū)受物源區(qū)與轉(zhuǎn)換口耦合的控制，耦合好的位置對(duì)應(yīng)砂體富集區(qū)，物源區(qū)與轉(zhuǎn)換口的變換決定了東三段儲(chǔ)層沉積的展布特征和期次性。東三段Ⅳ油組時(shí)期(第Ⅰ期沉積體)，轉(zhuǎn)換口位于Ms區(qū)塊，隨著轉(zhuǎn)換口北上遷移，到東三段I油組時(shí)期(第Ⅲ期沉積體)，轉(zhuǎn)換口位于Mn區(qū)塊，因此，東三段主要發(fā)育兩期砂體，分別發(fā)育在Ms區(qū)塊Ⅳ油組和Mn區(qū)塊Ⅰ油組。圖3為油田不同期次古地貌厚度圖，在圖3中從淺藍(lán)到亮黃沉積厚度逐漸變薄，可以清晰看出砂體沉積中心逐漸北遷上移的現(xiàn)象。

圖1 M油田油組劃分Fig.1 Oil formation division of M oilfield

圖2 M油田連井地震剖面Fig.2 Well-tie seismic profile of M oilfield

圖3 M油田不同期次沉積古地貌厚度圖Fig.3 Sedimentary paleogeomorphology in different periods(a)I期;(b)Ⅱ期;(c)Ⅲ期

圖4 M油田不同油組地震總能量屬性圖Fig.4 Different oil formations seismic total energy attributes(a)Ⅳ油組;(b)Ⅱ、Ⅲ油組;(c)I油組

基于精細(xì)的期次劃分及地層格架建立，進(jìn)一步提取各油組地震屬性，對(duì)比分析提取的地震均方根振幅、平均振幅、最大波谷振幅等常用地震屬性，發(fā)現(xiàn)地震總能量屬性能較好反映古近系三角洲沉積展布趨勢(shì)，三期沉積體由南向北側(cè)積的特征(圖4)。

2.2 基于特征曲線重構(gòu)的敏感彈性參數(shù)建立

隨著地層的逐漸埋深，在壓實(shí)作用下，巖石孔隙逐漸減小，地層速度逐漸增大，至中深層砂巖主要表現(xiàn)為高速低密，泥巖表現(xiàn)為低速高密，導(dǎo)致砂泥巖阻抗區(qū)分性較差。本次研究在測(cè)井資料井眼校正以及一致性處理的基礎(chǔ)上[14]，為了獲得能夠區(qū)分砂泥巖的敏感地震彈性參數(shù)，采用特征曲線重構(gòu)的方法，將聲波作為低頻曲線，巖性敏感曲線伽馬作為高頻曲線，將二者在頻率域合并成“特征曲線”。合并的頻率界限為原始地震的最大有效頻帶，從而保證在地震頻帶范圍內(nèi)重構(gòu)前后井震標(biāo)定的一致性。圖5、圖6分別是重構(gòu)前后的縱波阻抗與伽馬曲線交匯圖。由圖5、圖6可以看出，通過(guò)特征曲線重構(gòu)，對(duì)砂泥巖的劃分界限更加清楚，即砂泥巖對(duì)應(yīng)的縱波阻抗范圍差別更大。

2.3 多屬性約束低頻模型建立

由于地震有效頻帶的限制，建立一個(gè)準(zhǔn)確的低頻模型一直是反演中的關(guān)鍵問(wèn)題，低頻模型在反演中起到降低子波的旁瓣效應(yīng)、將反射系數(shù)變成合理的彈性參數(shù)、對(duì)巖性/物性進(jìn)行定量解釋、增強(qiáng)對(duì)地質(zhì)體空間連續(xù)性的識(shí)別能力等作用。其構(gòu)建包括構(gòu)造格架的建立以及模型的產(chǎn)生，在井點(diǎn)稀疏條件下，單純利用井進(jìn)行數(shù)學(xué)算法插值會(huì)導(dǎo)致屬性體產(chǎn)生牛眼現(xiàn)象(圖7)。由于目標(biāo)儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)且井點(diǎn)稀疏，利用反距離加權(quán)算法進(jìn)行井間插值，井間屬性難以實(shí)現(xiàn)合理預(yù)測(cè)，出現(xiàn)圍繞井點(diǎn)畫圈的現(xiàn)象，不符合區(qū)域地質(zhì)沉積規(guī)律，進(jìn)而會(huì)將錯(cuò)誤的低頻信息加入到反演結(jié)果中。

圖5 重構(gòu)前縱波阻抗與伽馬交匯圖Fig.5 P-impedance and Gamma intersection before reconstruction

圖6 重構(gòu)后縱波阻抗與伽馬交匯圖Fig.6 P-impedance and Gamma intersection after reconstruction

圖7 反距離加權(quán)低頻模型各油組均值屬性圖Fig.7 Average value attribute of each oil formation in inverse distance weighted low frequency model(a)Ⅳ油組;(b)Ⅱ、Ⅲ油組;(c)I油組

圖8 多屬性約束低頻模型各油組均值屬性圖Fig.8 Average value attribute of each oil formation in multi-attribute constrained low frequency model(a)Ⅳ油組;(b)Ⅱ、Ⅲ油組;(c)I油組

圖9 Ms區(qū)塊連井反演結(jié)果剖面Fig.9 Well-tie inversion result profile in Ms block

圖10 Mn區(qū)塊連井反演結(jié)果對(duì)比剖面Fig.10 Well-tie inversion result profile in Mn block

圖11 相控反演Ⅰ油組平均振幅屬性Fig.11 Facies-constrained inversion average amplitude attribute of I oil formation

圖12 Ⅰ油組砂巖厚度疊合含油面積Fig.12 Thickness of sandstone and oil-bearing area of I oil formation

本次研究基于多屬性約束井插值的低頻模型構(gòu)建方法，利用不同期次的沉積古地貌提取的厚度屬性及地震總能量屬性共同約束測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立低頻模型。對(duì)比圖7與圖8可以看出，基于多屬性約束的低頻模型相比單一井插值更能反映儲(chǔ)層特征。

2.4 相控反演結(jié)果應(yīng)用分析

基于多屬性約束的低頻模型進(jìn)行相控反演，Ms區(qū)塊的反演結(jié)果連井剖面如圖9所示，其中測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)為自然電位曲線，其異常高值反映砂巖，可以看到反演結(jié)果與井的吻合性較高，對(duì)砂體的展布特征、疊置關(guān)系，泥巖夾層的展布都有較好的反映。

將未完全鉆穿目的層3井作為盲井,檢驗(yàn)反演結(jié)果的可靠性，如圖10中箭頭處所示，反演結(jié)果和井吻合度較高，砂體橫向展布清晰，砂體縱向疊置關(guān)系反映清楚。

對(duì)相控反演結(jié)果提?、裼徒M的平均振幅屬性(圖11)，從Ⅰ油組反演結(jié)果平面屬性圖中的可以清晰看出物源來(lái)自西北方向，沉積體形態(tài)為朵狀，反映出辮狀河三角洲的特征，沉積體展布范圍邊界相對(duì)原始地震屬性(圖4)刻畫的更加清晰，并消除了子波的調(diào)諧效應(yīng)，對(duì)沉積體分布的反映更加真實(shí)。

基于巖石物理分析，可以對(duì)反演結(jié)果設(shè)定截止值，求出砂巖厚度，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層參數(shù)平面分布的定量表征。圖12為基于相控反演結(jié)果得到的Mn區(qū)塊Ⅰ油組砂巖厚度疊合含油面積圖，對(duì)靶點(diǎn)處砂體厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分析，其中定向采油井B3、水平采油井B7H、B8H、B9H、B10H對(duì)應(yīng)位置儲(chǔ)層砂巖厚度大，開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較小。定向采油井B2處砂巖厚度低，建議將其東南移，水平采油井B4H、B11H沿井軌跡存在儲(chǔ)層厚度薄的風(fēng)險(xiǎn)，建議提出側(cè)鉆方案。

3 結(jié)論

筆者針對(duì)M油田東營(yíng)組東三段中深層儲(chǔ)層砂泥阻抗區(qū)分性差，儲(chǔ)層縱橫向變化快，且處于開(kāi)發(fā)前期，井少且位置分布不均、測(cè)井資料品質(zhì)低等難題，探索研究了利用不同期次的沉積古地貌提取的厚度屬性及地震總能量屬性，兩種屬性共同約束建立低頻模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)中深層的相控反演，明確了東三段儲(chǔ)層沉積體的展布范圍，為油田下一步開(kāi)發(fā)井位的部署提供了建議。經(jīng)過(guò)研究得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1) 獲得能區(qū)分砂泥巖的敏感彈性參數(shù)，是中深層儲(chǔ)層反演的基礎(chǔ)。

2) 基于多屬性約束建立低頻模型的方法，使建立的模型符合地質(zhì)宏觀沉積規(guī)律，解決了井距大、井少且位置分布不均導(dǎo)致低頻模型不合理的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了中深層相控反演，進(jìn)一步提升了儲(chǔ)層描述精度。