基于解釋量版的渤海油田巨厚砂礫巖定量表征

明 君，王 波，陳 瑤，王建立

中海石油(中國)有限公司天津 分公司渤海石油研究院，天津 300452

渤海海域在古近系裂陷沉降階段呈斷隆與斷凹相間的構(gòu)造古地貌格局，廣泛發(fā)育扇三角洲和辮狀河三角洲成因的巨厚含礫砂巖和砂礫巖（李建平等，2011）。目前，古近系三角洲砂礫巖油田約占渤海油田總數(shù)的三分之一，探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量和年產(chǎn)油量也占渤海油田三分之一（施亞洲，2013），顯然，利用地震資料有效識(shí)別并定量表征砂礫巖的分布對于砂礫巖巖性油藏的勘探和砂礫巖油田的開發(fā)都具有重要價(jià)值。但是砂礫巖儲(chǔ)層發(fā)育具有厚度大，橫向變化快、非均質(zhì)性強(qiáng)等地質(zhì)特點(diǎn)，且受到地震資料頻帶的限制，砂礫巖儲(chǔ)層參數(shù)與地震反射特征之間的規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，導(dǎo)致砂礫巖儲(chǔ)層地震預(yù)測研究難度大，嚴(yán)重影響勘探開發(fā)成效。

20世紀(jì) 80 年代以來，地震勘探技術(shù)在巖性地層油氣藏勘探中發(fā)揮了主要作用，尤其是以高分辨率三維地震為基礎(chǔ)的儲(chǔ)層預(yù)測技術(shù)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了巖性地層圈閉的準(zhǔn)確預(yù)測和評(píng)價(jià)（劉企英，1994）。儲(chǔ)層預(yù)測研究有多種方法，但波阻抗反演和地震屬性分析是最主要的技術(shù)和手段。當(dāng)前，用于儲(chǔ)層特性橫向預(yù)測和油藏描述的技術(shù)有：多井約束波阻抗反演技術(shù)（李慶忠，1998；馬勁風(fēng)等，2000；黃廣譚等，2017）、AVO 分析技術(shù)（Foster et al.，2010）、地震屬性分析技術(shù)（王永剛等，2003；王開燕等，2013；唐耀華等，2009）、譜分解薄層厚度調(diào)諧分析技術(shù)（劉偉等，2011；王貽朋等，2014）、三維可視化技術(shù)（王志君和黃軍斌，2001；姜素華等，2004）、油藏建模技術(shù)（李陽，2008）、層序地層學(xué)解釋技術(shù)（王建民等，2009）、多波多分量觀測處理解釋技術(shù)（馬昭軍等，2010；石建新等，2006）。隨著這些技術(shù)的發(fā)展，綜合地震地質(zhì)解釋成果，利用各種可能獲得的資料進(jìn)行全面分析和應(yīng)用，使得儲(chǔ)層預(yù)測技術(shù)有了大幅度提高，并在油氣勘探中扮演著十分重要的角色。

然而地震資料往往缺少低頻和高頻信息，因此利用地震資料預(yù)測薄層和厚層都存在很大的不確定性。20世紀(jì)80年代末開始，專家學(xué)者著手于探索互層狀儲(chǔ)層的預(yù)測方法，且研究方向主要集中在薄層和薄互層。Ricker（1953）和Widess（1982）人對地震反射縱向時(shí)間分辨率問題從不同角度進(jìn)行探討；陳繼松和常旭通過運(yùn)用調(diào)諧振幅法計(jì)算出了儲(chǔ)層厚度（陳繼松和常旭，1987）；姚建陽研究了在頻率域如何用低頻能量求儲(chǔ)層厚度的方法（姚建陽，1991）；俞壽朋研究了在波阻抗剖面上，薄層及薄互層的地震響應(yīng)特征（俞壽朋，1995）；高靜懷等提出一種同步擠壓三參數(shù)小波變換進(jìn)行薄互層儲(chǔ)層分析的方法（高靜懷等，2018）；張軍華等對薄層和薄互層疊后地震解釋關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了綜述（張軍華等，2017）。

近源陡坡帶砂礫巖儲(chǔ)層成因多、儲(chǔ)層相變快（楊勇等，2009；全洪慧，2019；張生等，2018），然而地震資料分辨率有限，因此，巨厚砂礫巖儲(chǔ)層地震預(yù)測難度大，這方面的研究工作相對較少?？追蚕煽偨Y(jié)了四種類型砂礫巖體的不同地震特征及認(rèn)識(shí)模式（孔凡仙，2000）；王鴻升等利用地層速度、古地貌、構(gòu)造等信息預(yù)測砂礫巖體油氣藏（王鴻升和胡天躍，2014）；部分學(xué)者通過地震反演和屬性技術(shù)實(shí)現(xiàn)對砂礫巖體的定性預(yù)測（高云等，2013；惠長松等，2015）。巨厚砂礫巖儲(chǔ)層橫向厚度變化快，內(nèi)部非均質(zhì)性強(qiáng)，目前的技術(shù)手段，包括地震反演和各類屬性，均難以實(shí)現(xiàn)對其精細(xì)刻畫，阻礙了巨厚砂礫巖發(fā)育區(qū)的油氣勘探和巨厚砂礫巖油田的高效經(jīng)濟(jì)開發(fā)。為解決該問題，首先開展沉積分析，建立相應(yīng)的地質(zhì)模型庫，再結(jié)合實(shí)際地震資料情況確定正演參數(shù)進(jìn)行正演獲得正演地震資料庫，進(jìn)一步提取正演地震資料的反射振幅屬性，例如最大振幅屬性，建立不同砂礫巖變化形式下的厚度解釋量版，最后提取實(shí)際地震資料的反射振幅屬性，將其投射到厚度解釋量版上，實(shí)現(xiàn)對巨厚砂礫巖儲(chǔ)層的定量表征。本方法是對前人單純利用屬性等方法進(jìn)行預(yù)測的定量化改進(jìn)，提高了預(yù)測的精度。

1 地震地質(zhì)特征分析

1.1 儲(chǔ)層沉積特征分析

近年來，斷陷湖盆近源陡坡帶砂礫巖體復(fù)合油藏已成為渤海灣盆地最重要的勘探開發(fā)領(lǐng)域之一（張寶等，2017；全洪慧，2019）。渤海C油田位于石臼坨凸起西段陡坡帶，緊鄰渤中西次洼，古近系整體表現(xiàn)為依附于石南一號(hào)邊界斷層發(fā)育的大型斷鼻構(gòu)造。根據(jù)巖心、壁心、巖屑描述，綜合各種分析化驗(yàn)和測井曲線等資料，結(jié)合區(qū)域沉積古環(huán)境研究綜合分析認(rèn)為，渤海C油田古近系東營組為物源來自石臼坨凸起的扇三角洲沉積（王啟明等，2016；趙夢等，2017）。東營組東三段儲(chǔ)層為不同近源扇體朵葉沉積，儲(chǔ)層厚度大，平面差異大，從80 m到300 m不等，儲(chǔ)層內(nèi)部非均質(zhì)性強(qiáng)，發(fā)育砂巖、含礫砂巖和砂礫巖等多種巖性，如圖1所示。其中1井儲(chǔ)層厚度為152 m，本研究以C油田C1井區(qū)為例，開展巨厚砂礫巖定量表征研究。

圖1 渤海C油田東營組探井連井對比圖Fig. 1 Stratigraphic correlation of exploration wells for the Dongying Formation in the Bohai C oilfield

1.2 地震反射特征分析

地震反射特征研究的目的是理清地震反射同向軸所代表的地質(zhì)含義以及井旁道地震與井筒處地質(zhì)信息的對應(yīng)關(guān)系，因此，地震反射特征研究有著極為重要的意義，是儲(chǔ)層預(yù)測的基礎(chǔ)。利用聲波時(shí)差和密度曲線發(fā)現(xiàn)C1井區(qū)東二下段底部發(fā)育一套穩(wěn)定的低速泥巖，為一套低速異常體；東三段頂面在地震剖面上表現(xiàn)為中—強(qiáng)振幅、中—低頻、較連續(xù)的波峰反射，如圖2所示。通過巖性替代確定地震軸代表的地質(zhì)意義，圖3是C1井區(qū)東三段低速泥巖（93 m）替換為常速泥巖的AVO正演，可以看到低速泥巖不發(fā)育時(shí)，儲(chǔ)層頂面強(qiáng)波峰減弱或消失，儲(chǔ)層內(nèi)部波峰基本無變化，因此，儲(chǔ)層頂面強(qiáng)波峰是低速泥巖與儲(chǔ)層頂面的界面反射，同時(shí)確定地震剖面的波峰對應(yīng)正反射系數(shù)，波谷對應(yīng)負(fù)反射系數(shù)，地震資料極性為正極性。圖4是C1井區(qū)東三段砂礫巖替換為中砂巖的AVO正演，可以看到，將砂礫巖替換為砂巖，砂體頂部地震反射無變化，砂體內(nèi)部的波峰消失，所以，砂體內(nèi)部的波峰是由于高阻抗的砂礫巖頂面產(chǎn)生的。

圖2 渤海C油田C1井區(qū)東三段地質(zhì)及地震反射特征Fig. 2 Geology and seismic reflection characteristics of well C1 for the third Member of the Dongying Formation in the Bohai C oilfield

圖3 渤海C油田C1井區(qū)東三段低速泥巖(93 m)替換為常速泥巖的AVO正演Fig. 3 AVO forward modeling before and after substituting low-velocity mudstone (93 m) by conventional-velocity mudstone of well C1 for the third Member of the Dongying Formation in the Bohai C oilfield

圖4 渤海C油田C1井區(qū)東三段砂礫巖替換為中砂巖的AVO正演Fig. 4 AVO forward modeling before and after substituting glutenites by medium-grained sandstone of well C1 for the third Member of the Dongying Formation in the Bohai C oilfield

結(jié)合C1井區(qū)東三段的地質(zhì)特征和地震反射特征，對砂體分兩期進(jìn)行了解釋，上部為含礫砂巖，頂面為強(qiáng)波峰反射，下部為礫巖，頂面對應(yīng)于弱波峰反射。當(dāng)砂體厚度和內(nèi)部巖性變化時(shí)，表現(xiàn)為上部砂巖和下部礫巖的厚度變化，地震反射振幅也會(huì)相應(yīng)變化，通過正演尋找不同砂巖和礫巖厚度情況下的地震發(fā)射特征，將其與實(shí)際地震資料的反射特征進(jìn)行對比，可以實(shí)現(xiàn)對砂礫巖體的定量表征。

2 模型設(shè)計(jì)與正演

根據(jù)上述分析，建立如圖5所示的砂礫巖儲(chǔ)層地質(zhì)模型，上部為砂巖，速度4100 m/s，密度2420 kg/m3，厚度變化范圍：0～100 m，下部為砂礫巖，速度：4400 m/s，密度2460 kg/m3，厚度變化范圍：0～100 m，上部砂巖上覆低速泥巖，速度：3300 m/s，密度2490 kg/m3，下部砂礫巖下伏常速泥巖，速度：3300 m/s，密度：2490 kg/m3。將上部砂巖的厚度從0 m到100 m變化，下部砂礫巖的厚度從0 m到100 m變化，變化間隔都設(shè)定為1 m，這樣將會(huì)產(chǎn)生一萬個(gè)可能的砂礫巖厚儲(chǔ)層模型，形成可能的砂礫巖厚儲(chǔ)層變化形式的地質(zhì)模型庫。

圖5 渤海C油田東營組砂礫巖儲(chǔ)層地質(zhì)模型Fig. 5 Geological model of glutenite reservoir of the Dongying Formation in the Bohai C oilfield

通過選取與實(shí)際地震資料分辨率相匹配的地震子波，本文為20 Hz，基于地質(zhì)模型進(jìn)行正演可以獲得不同的砂礫巖厚儲(chǔ)層變化形式下的地震正演資料庫，如圖6所示，圖中，X坐標(biāo)軸為上部砂巖的厚度變化，Y坐標(biāo)軸為下部砂礫巖的厚度變化，Z軸為不同儲(chǔ)層變化形式下的砂巖頂面和砂礫巖頂面的波峰反射振幅?？梢钥吹剑捎诘卣鹳Y料的干涉效應(yīng)，不同厚度條件下，兩個(gè)界面的地震反射振幅具有明顯的變化。

圖6 渤海C油田東營組砂礫巖儲(chǔ)層地震正演波峰反射Fig. 6 Seismic forward peak reflection of glutenite reservoir of the Dongying Formation in the Bohai C oilfield

3 厚度解釋量版的建立

提取砂巖頂面和砂礫巖頂面的波峰反射振幅，將振幅屬性勾畫成等直線圖，制作砂礫巖儲(chǔ)層厚度解釋量版，如圖7所示，X坐標(biāo)軸為上部砂巖的厚度變化，Y坐標(biāo)軸為下部砂礫巖的厚度變化，紅色曲線為上部砂巖頂面的波峰反射振幅等值線，藍(lán)色曲線為下部砂礫巖頂面的波峰反射振幅等值線。將實(shí)際地震資料的振幅值投到解釋量版上，預(yù)測出可能的砂礫巖厚度，再結(jié)合已有的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，篩選出最有可能的厚度預(yù)測值。利用CFD6-4-1井進(jìn)行驗(yàn)證（表1），鉆井實(shí)鉆厚度為上部砂巖72 m，下部砂礫巖80 m，利用厚度解釋量版預(yù)測厚度上部砂巖69 m，下部砂礫巖82 m，預(yù)測厚度在3 m以內(nèi)。

表1 渤海C油田東營組C1(CFD6-4-1)井實(shí)鉆厚度與預(yù)測厚度對比Table 1 Comparison of actual and predicted thickness of glutenite reservoir of well C1 (CFD6-4-1) for the Dongying Formation in the Bohai C oilfield

圖7 渤海C油田東營組砂礫巖儲(chǔ)層厚度解釋量版Fig. 7 Interpretation template of glutenite reservoir thickness for the Dongying Formation in the Bohai C oilfield

從解釋量版可以看出，上部砂巖厚度小于30 m，同時(shí)下部砂礫巖厚度小于90 m時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部弱波峰反射；上部砂巖厚度在30 m和70 m之間，下部砂礫巖厚度大于20 m時(shí)，同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)界面的反射，儲(chǔ)層定量預(yù)測精度高；上部砂巖厚度大于70 m時(shí)，其頂面反射振幅變化不大，砂礫巖頂面反射振幅隨著砂礫巖厚度的變化有較大變化；上部砂巖發(fā)育程度對砂礫巖頂面反射振幅影響很大，上部砂巖越發(fā)育，下部砂礫巖頂面反射振幅越小，30 m以上時(shí)減弱一半。

4 砂礫巖儲(chǔ)層定量表征

對實(shí)際地震資料的砂巖頂面和砂礫巖頂面的波峰進(jìn)行追蹤，并提取波峰反射振幅屬性，如圖8和圖9所示，將每一個(gè)位置處的砂巖頂面和砂礫巖頂面的波峰振幅投到圖7所示的砂礫巖儲(chǔ)層厚度解釋量版上，獲得砂巖和砂礫巖的厚度，圖10是上部砂巖的厚度預(yù)測，核部厚度80 m左右，砂體邊緣逐漸尖滅，圖11是下部砂礫巖的厚度預(yù)測，厚度在60～100 m之間，在預(yù)測的厚度圖范圍之外，砂礫巖仍然存在，但是不能利用本文方法預(yù)測。利用獲得的巖性厚度預(yù)測結(jié)果，制定了該區(qū)域的綜合開發(fā)方案，并部署了相應(yīng)的開發(fā)井。

圖8 渤海C油田東營組上部砂巖頂面地震波峰反射振幅Fig. 8 Peak reflection amplitude at the top surface of the upper sandstone of the Dongying Formation in the Bohai C oilfield

圖9 渤海C油田東營組下部砂礫巖頂面地震波峰反射振幅Fig. 9 Peak reflection amplitude at the top surface of the lowerglutenite of the Dongying Formation in the Bohai C oilfield

圖10 渤海C油田東營組上部砂巖預(yù)測厚度圖Fig. 10 Thickness prediction of the upper sandstone of theDongying Formation in the Bohai C oilfield

圖11 渤海C油田東營組下部砂礫巖預(yù)測厚度圖Fig. 11 Thickness prediction of the lower glutenite of the Dongying Formation in the Bohai C oilfield

利用常規(guī)方法預(yù)測的該套砂礫巖的厚度圖如圖12所示，作圖流程為：（1）分別解釋儲(chǔ)層頂對應(yīng)的波峰反射和儲(chǔ)層底對應(yīng)的波谷反射，（2）分別得到儲(chǔ)層頂和儲(chǔ)層底的時(shí)間構(gòu)造圖，（3）將時(shí)間構(gòu)造圖轉(zhuǎn)換為深度構(gòu)造圖，（4）將儲(chǔ)層底部的深度減去儲(chǔ)層頂部的深度得到儲(chǔ)層的厚度圖，（5）利用已鉆井進(jìn)行校正得到校正后的厚度圖。

圖12 渤海C油田東營組常規(guī)方法預(yù)測砂礫巖儲(chǔ)層厚度圖Fig. 12 Total thickness of sandstone and glutenite in the Dongying Formation in the Bohai C Oilfield predicted by conventional methods

可以看到，用該方法得到的厚度圖與圖8和圖9所示的屬性圖存在明顯區(qū)別，在渤海油田實(shí)際的應(yīng)用中，屬性的強(qiáng)弱變化與砂泥巖的厚度變化存在一定的相關(guān)關(guān)系，這說明僅僅依靠追蹤頂?shù)追瓷洳⑦M(jìn)行校正的傳統(tǒng)方法的厚度預(yù)測是非常不準(zhǔn)確的。后續(xù)鉆井結(jié)果顯示，本文方法的厚度預(yù)測誤差均在5 m以內(nèi)，而傳統(tǒng)方法厚度預(yù)測誤差在10 m以上。

5 結(jié)論

當(dāng)儲(chǔ)層的厚度范圍在地震資料子波的干涉范圍內(nèi)時(shí)，利用干涉效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)對儲(chǔ)層厚度的定量預(yù)測。本文在對地震資料和砂礫巖厚度充分分析的基礎(chǔ)上，建立地質(zhì)模型庫，通過正演獲得厚度解釋量版，實(shí)現(xiàn)了對具有干涉效應(yīng)的渤海C油田東營組多期次巨厚砂礫巖儲(chǔ)層的橫向預(yù)測，克服了常規(guī)方法難以對巨厚砂礫巖儲(chǔ)層的厚度及其內(nèi)部變化有效刻畫的難題。實(shí)際預(yù)測結(jié)果與實(shí)鉆井吻合，預(yù)測結(jié)果有效指導(dǎo)了井位部署，降低了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

本文建立的解釋量版僅對文中所述地質(zhì)模型和地震資料情況適用，如果地質(zhì)模型和地震資料有變化，應(yīng)參照本文所述研究思路建立地質(zhì)模型庫，并結(jié)合實(shí)際地震資料的分辨率進(jìn)行正演，獲得相對應(yīng)的厚度解釋量版，實(shí)現(xiàn)有效預(yù)測。由于影響地震振幅的因素很多，而建立的厚度解釋量版參數(shù)較少，本文方法仍存在一定的多解性，需要結(jié)合已鉆井和已有認(rèn)識(shí)進(jìn)行分析選取合適的結(jié)果，后續(xù)可針對以上局限開展進(jìn)一步的研究。