曲率屬性在河流相儲(chǔ)層內(nèi)部不連續(xù)性檢測(cè)中的應(yīng)用

張晶玉，范廷恩，王海峰，張顯文，杜昕

(中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028)

0 引言

隨著海上油田陸續(xù)進(jìn)入開發(fā)中后期，油田注采矛盾日益凸顯，剩余油分布日趨復(fù)雜。儲(chǔ)層內(nèi)部滲流屏障對(duì)地下流體，尤其是剩余油的控制作用逐漸顯現(xiàn)，成為影響老油田實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、提高采收率的關(guān)鍵地質(zhì)因素[1-2]。以河流相和三角洲相儲(chǔ)層為例，這類儲(chǔ)層是我國(guó)已發(fā)現(xiàn)油田的主要油氣資源儲(chǔ)層類型，也是油氣最為富集的儲(chǔ)油層。據(jù)統(tǒng)計(jì)，河流相儲(chǔ)層原油地質(zhì)儲(chǔ)量占我國(guó)已開發(fā)油田動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量的40%以上，但這些油田經(jīng)過(guò)幾十年注水開發(fā)，水驅(qū)平均采收率只有30%，地質(zhì)儲(chǔ)量的采出程度僅為23%左右，意味著儲(chǔ)層內(nèi)有3/4的地質(zhì)儲(chǔ)量無(wú)法有效采出[3-4]。這種現(xiàn)象除了開發(fā)因素導(dǎo)致，儲(chǔ)層內(nèi)部的非均質(zhì)性是主要原因。

以河流相儲(chǔ)層為例，儲(chǔ)層巖性的縱向和橫向變化大、連續(xù)性差。縱向上，不同期次的河道沉積砂體相互疊置或切削；平面上，河道遷移擺動(dòng)，形成復(fù)雜的交錯(cuò)和接觸關(guān)系。儲(chǔ)層中由于沉積作用、成巖改造及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素形成的砂體尖滅、砂體疊置、物性變化及小斷層等不連續(xù)界限成為隔斷油水關(guān)系，阻礙水驅(qū)油的主要屏障。由于河流相儲(chǔ)層屬于典型的薄互層砂泥巖沉積，在地震上通常表現(xiàn)為一定層段內(nèi)薄互層的復(fù)合響應(yīng)，加上噪聲干擾，很難通過(guò)地震剖面或常規(guī)反演剖面精確識(shí)別儲(chǔ)層不連續(xù)性特征的位置[5-9]。因此，探索砂巖儲(chǔ)層內(nèi)部不連續(xù)性的地震響應(yīng)特征及地震屬性識(shí)別技術(shù)，對(duì)于正確認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層內(nèi)部砂體連通性，油藏內(nèi)部油水分布關(guān)系，提高油田剩余油挖潛效率具有積極意義。

1 方法原理

1.1 曲率屬性原理及地質(zhì)意義

曲率的數(shù)學(xué)定義是單位弧段上切線轉(zhuǎn)過(guò)角度的極限，用于表征曲線上任意一點(diǎn)的彎曲程度。自2001年Roberts將曲率屬性引入地震解釋領(lǐng)域，曲率屬性的提取方法從二維層面屬性發(fā)展到三維體曲率屬性，并得到了廣泛的發(fā)展和推廣應(yīng)用。曲率屬性是應(yīng)用計(jì)算曲率的方法來(lái)評(píng)價(jià)地質(zhì)體在幾何空間上的分布形態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)斷層、裂縫、彎曲和褶皺等幾何構(gòu)造的有效識(shí)別[10-16]。

當(dāng)對(duì)地震層位提取曲率屬性時(shí)，曲率屬性值被賦予了明確的地質(zhì)含義，如圖1所示：當(dāng)?shù)貙訛樗綄踊蛐逼綄訒r(shí)，地層的法矢量互相平行，曲率為零；當(dāng)?shù)貙訛楸承被蚵∑饦?gòu)造時(shí)，法矢量是發(fā)散的，曲率定義為正值；當(dāng)?shù)貙訛橄蛐睒?gòu)造時(shí)，法矢量是收斂的，曲率定義為負(fù)值。并且在地震同相軸產(chǎn)狀寬緩處，曲率絕對(duì)值小，產(chǎn)狀變化劇烈處，曲率絕對(duì)值大。目前，曲率屬性在斷層檢測(cè)、構(gòu)造形態(tài)識(shí)別和裂縫預(yù)測(cè)等方面的應(yīng)用效果已得到廣泛認(rèn)可，但對(duì)于曲率屬性在儲(chǔ)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精細(xì)識(shí)別方面的研究較少。

圖1 曲率屬性的地質(zhì)含義Fig.1 Geological meaning of curvature attribute

1.2 典型砂體疊置模型正演及分析

目前，基于高分辨率地震反演結(jié)果，結(jié)合巖心和測(cè)井資料認(rèn)識(shí)，在縱向上可以對(duì)砂體進(jìn)行比較準(zhǔn)確的識(shí)別，但橫向上砂體之間接觸關(guān)系的確定仍然存在很大困難。河流相和三角洲相等砂巖儲(chǔ)層內(nèi)部的各種不連續(xù)特征的尺度多小于地震資料的縱向和橫向分辨率，因此砂巖儲(chǔ)層內(nèi)部不連續(xù)性的識(shí)別是小于地震資料分辨率的一類問(wèn)題。

利用計(jì)算效率高、精度較高的正演模擬算法，研究分析基于模型的地震響應(yīng)特征(包括振幅、頻率、相位等特征)，是儲(chǔ)層不連續(xù)性檢測(cè)的重要基礎(chǔ)，可以為實(shí)際砂巖儲(chǔ)層地震資料的預(yù)測(cè)及綜合解釋提供重要的理論依據(jù)。我們參考渤海地區(qū)明化鎮(zhèn)組砂巖儲(chǔ)層參數(shù)，建立了圖2所示的典型河道砂體疊置正演模型，模型中設(shè)計(jì)了在地下真實(shí)河流相儲(chǔ)層沉積過(guò)程中可能存在的各種河道接觸關(guān)系[17-19]，模型中河道砂體寬度為300～500 m，厚度為6～8 m，河道間砂體寬度為500～800 m，厚度為2～3 m，河道砂巖速度為2 450 m/s，密度為2.1 g/cm3，河道間砂巖速度為2 520 m/s，密度為2.15 g/cm3，泥巖速度為 2 650 m/s，密度為2.25 g/cm3。采用35 Hz的雷克子波對(duì)模型進(jìn)行正演，正演地震數(shù)據(jù)采樣間隔為1 ms，得到正演地震剖面如圖3所示，可以看到，在正演模型中砂體尖滅、不同期砂體接觸、側(cè)向切疊、縱向疊置的位置，以及砂體的巖性、物性發(fā)生變化的位置，地震同相軸的波形、振幅等特征都產(chǎn)生了不同程度的變化，同時(shí)，在這些變化位置，地震同相軸也發(fā)生了不同程度的中斷或扭曲?；谀Ｐ驼莸卣鹩涗浹芯?jī)?chǔ)層內(nèi)部不連續(xù)結(jié)構(gòu)的地震反射特征，從而探索檢測(cè)儲(chǔ)層不連續(xù)性的有效方法。

將圖2的砂體模型剖面制作成100 m厚度的擬三維砂體模型，并在正演的三維地震數(shù)據(jù)體上計(jì)算得到最負(fù)曲率屬性體。然后以砂體模型的外包絡(luò)層位為頂?shù)捉缑妫谧钬?fù)曲率屬性體數(shù)據(jù)上提取總負(fù)振幅屬性，并對(duì)比模型中砂體接觸位置與平面屬性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖4所示。從圖中可以看到，曲率屬性對(duì)于不同類型的砂體接觸方式和位置，存在不同強(qiáng)弱程度的屬性異常值，說(shuō)明可以基于曲率屬性進(jìn)行儲(chǔ)層內(nèi)部不連續(xù)性特征的檢測(cè)。

圖2 砂體正演模型Fig.2 Forward model of sandbody

圖3 模型正演地震剖面Fig.3 Seismic profile of forward model

a—砂體正演模型;b—總負(fù)振幅平面屬性a—forward model of sandbody;b—sum negative amplitude attribute圖4 模型數(shù)據(jù)測(cè)試效果Fig.4 Model data test result

1.3 多河道三維模型正演及分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證曲率屬性對(duì)砂巖儲(chǔ)層不連續(xù)性的檢測(cè)效果，模擬河流相儲(chǔ)層的沉積特征，設(shè)計(jì)了多河道三維砂體疊置模型，如圖5所示，表征了三維空間中單期河道在沉積過(guò)程中的高程變化、河道寬度和砂體厚度變化以及多期河道側(cè)向遷移疊置等特征，地質(zhì)體規(guī)模及巖石物理參數(shù)與圖2砂體疊置模型參數(shù)一致。

基于該正演模型得到地震記錄數(shù)據(jù)體，并在該數(shù)據(jù)體上計(jì)算曲率體，然后利用解釋的砂體頂?shù)讓游唬诘卣饠?shù)據(jù)上計(jì)算均方根振幅屬性，如圖6所示，在曲率數(shù)據(jù)體上計(jì)算總振幅屬性，如圖7所示。對(duì)比可見，曲率屬性對(duì)于由河道側(cè)向疊置、橫向接觸等導(dǎo)致的儲(chǔ)層不連續(xù)性結(jié)構(gòu)具有較好的表征效果，這為我們?cè)趯?shí)際油田生產(chǎn)中的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。

2 油田應(yīng)用

Q油田位于渤海中部海域，是一個(gè)被斷層復(fù)雜化的大型低幅度披覆構(gòu)造。油田的主力含油層段為明化鎮(zhèn)組下段，油藏埋深小于1 500 m，儲(chǔ)層平均厚度10～20 m。油田地震資料品質(zhì)較好，在目標(biāo)儲(chǔ)層深度范圍頻寬8～60 Hz，主頻38 Hz，地震垂向分辨率約為11 m。儲(chǔ)層主要發(fā)育正韻律和復(fù)合韻律的河道沉積砂體，巖性的縱向和橫向變化大，連續(xù)性差，圖8所示為該油田明下段SE—NW向油藏剖面?？v向上，不同期次河道沉積砂體相互疊置或切削；平面上，河道遷移擺動(dòng)，形成復(fù)雜的交錯(cuò)和接觸關(guān)系。砂體間的不連續(xù)成為隔斷油水關(guān)系，阻礙水驅(qū)油的主要屏障。目前油田已經(jīng)進(jìn)入開發(fā)中后期，海上大井距和稀疏井網(wǎng)條件下，砂體單元內(nèi)部不連續(xù)性檢測(cè)、連通性分析是研究剩余油分布規(guī)律、注采受效等工作的基礎(chǔ)，對(duì)后續(xù)油田調(diào)整方案的部署和實(shí)施具有重要影響[20]。

對(duì)研究區(qū)地震資料進(jìn)行曲率體屬性計(jì)算，針對(duì)目標(biāo)砂體單元進(jìn)行重點(diǎn)剖析，圖9所示為目標(biāo)砂體單元地震剖面與曲率體屬性剖面的對(duì)比分析?？梢钥吹角蕦傩栽趯?shí)際地震資料的應(yīng)用中，對(duì)于地震同相軸的波形、振幅、高程等地震反射特征變化，均有相應(yīng)的反映，尤其側(cè)重地震同相軸扭曲的表征，可以為儲(chǔ)層內(nèi)部不連續(xù)性檢測(cè)提供可靠依據(jù)。圖10為利用計(jì)算得到的曲率數(shù)據(jù)體，提取的單砂體頂?shù)讓游恢g的曲率平面屬性。

砂體儲(chǔ)層內(nèi)不連續(xù)性特征通常對(duì)應(yīng)復(fù)合砂體內(nèi)部不同沉積構(gòu)型單元之間接觸的位置，流體在經(jīng)過(guò)這些位置時(shí)會(huì)受到不同程度的阻擋，因此通過(guò)曲率屬性對(duì)儲(chǔ)層不連續(xù)性的平面展布進(jìn)行刻畫，可以為儲(chǔ)層內(nèi)砂體連通性的判別提供依據(jù)。通過(guò)對(duì)研究區(qū)目標(biāo)砂體單元生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)曲率屬性的預(yù)測(cè)結(jié)果與注采情況有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。以A17井組示蹤劑監(jiān)測(cè)結(jié)果為例，整體上注入井與產(chǎn)出井之間具有較好的連通性，WS方向(沿A16井)推進(jìn)速度最快，最大達(dá)43.8 m/d，EN方向(沿A14井、A13井、A22井)稍慢，但仍有示蹤劑檢出，WN方向A15井和ES方向A21井未見示蹤劑。圖11為R13單元A17井組連通性綜合分析圖，圖中不同粗細(xì)的箭頭表示不同的連通程度(粗表示連通性強(qiáng)，細(xì)表示連通性弱)，紅色叉表示注水井和采油井不受效?？梢钥吹?，與A17井注采不受效的A15井和A21井主流線上均存在較強(qiáng)的曲率異常條帶，對(duì)注入水產(chǎn)生隔擋作用，其余受效井與A17井之間幾乎沒(méi)有曲率異常屬性條帶的隔擋。

a—平面位置投影;b—縱向疊置關(guān)系a—plane position projection;b—vertical relationship圖5 多河道復(fù)雜三維模型Fig.5 Multi-channel complex 3D model

圖6 均方根振幅屬性Fig.6 RMS amplitude attribute

圖7 利用曲率數(shù)據(jù)體計(jì)算的總振幅屬性Fig.7 Calculated total amplitude attribute using curvature volume

圖8 Q油田明下段油藏剖面Fig.8 Reservoir profile of Nml Q oilfield

圖9 實(shí)際數(shù)據(jù)的地震剖面與曲率屬性剖面對(duì)比Fig.9 Comparison of seismic profile and curvature attribute profile of real data

圖10 目標(biāo)砂體的曲率平面屬性Fig.10 Curvature attributes of target sand body

圖11 儲(chǔ)層不連續(xù)性檢測(cè)結(jié)果與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.11 Correspondence between reservoir discontinuity results and production dynamics

3 結(jié)論

曲率屬性不僅可用于斷層、裂縫及構(gòu)造特征的刻畫，也可以用于河流相砂體內(nèi)部?jī)?chǔ)層不連續(xù)性特征的檢測(cè)。本文通過(guò)設(shè)計(jì)河流相砂巖儲(chǔ)層正演模型及在實(shí)際油田中的應(yīng)用，證明了曲率屬性可以有效地表征儲(chǔ)層不連續(xù)性特征的平面分布，并通過(guò)油田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料驗(yàn)證，曲率屬性的檢測(cè)結(jié)果與示蹤劑結(jié)果吻合，證明了該方法應(yīng)用的有效性和可靠性。本文的研究結(jié)果對(duì)于正確認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層內(nèi)部砂體連通性，油藏內(nèi)部油水分布關(guān)系，提高油田剩余油挖潛效率具有積極意義，有助于實(shí)現(xiàn)油田的高效開發(fā)。