基于疊前彈性參數(shù)的剩余油描述方法及應(yīng)用

馬小飛, 羅 靜, 張 鵬, 李實巖, 朱遂琿

(1.中國石油長慶油田分公司 第五采油廠，西安 710000； 2.中國石油西南油氣田分公司 川西北氣礦，四川 江油621700； 3.中國石油玉門油田分公司 老君廟采油廠，甘肅 酒泉 735019； 4.中國石油大學(xué) 資源信息學(xué)院，北京 102249)

中國陸上油田大多處于開發(fā)中后期，特點是含水高、剩余油分布離散，如何精準描述剩余油在井間的分布位置成為亟待解決的難題。長垣油田是松遼盆地北部的典型陸上油田，經(jīng)歷了60多年的開發(fā)，目前綜合含水率達到96%以上，主要含油層包括薩爾圖油層、葡萄花油層和高臺子油層，其沉積環(huán)境屬于河流-三角洲相，縱向呈砂泥巖薄互層沉積，橫向相變快，井間剩余油描述難度大。目前常用手段為基于井數(shù)據(jù)的油藏建模及數(shù)模方法，但是對于井間剩余油的描述存在不確定性。而疊前地震資料具有豐富的儲層巖性及流體信息，如何利用高密度地震資料提高剩余油描述精度成為緊迫任務(wù)[1-3]。

疊前彈性參數(shù)地震反演方法融合了不同入射角的地震道集信息，通過分析振幅強度隨入射角的變化特征，并通過Zeoppritz公式得到與儲層巖性和流體緊密聯(lián)系的彈性參數(shù)。與常規(guī)疊后地震相比，疊前地震資料更加豐富、計算得到的參數(shù)類型更多、預(yù)測流體分布更具有優(yōu)勢。目前眾多學(xué)者針對疊前參數(shù)反演方法進行了大量研究，進一步豐富了彈性參數(shù)類型，在海相碳酸鹽巖、火山巖天然氣預(yù)測上得到了應(yīng)用；而針對陸相儲層剩余油描述的研究處于起步階段，但是初步展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景[4-7]。

本文基于長垣油田典型區(qū)塊，利用其高密度地震資料(2008年采集，面元10 m×10 m，主頻45 Hz)，開展疊前彈性參數(shù)地震反演剩余油預(yù)測應(yīng)用技術(shù)研究，進一步提高中后期油田剩余油開發(fā)效果。

圖1 大慶長垣河流-三角洲相砂體發(fā)育模式圖Fig.1 Development model of fluvial delta facies sandbody in Daqing area

1 疊前參數(shù)反演方法及流程

圖2為基于疊前參數(shù)反演預(yù)測含油飽和度流程，具體包括：首先，利用測井曲線建立密度、體積模量和剪切模量等彈性參數(shù)與含油飽和度的關(guān)系；其次，通過保真去噪地震處理，得到疊前高精度地震資料；然后，結(jié)合測井資料和疊前地震道集數(shù)據(jù)，采用Zeoppritz 公式為核心的反演算法，得到密度、體積模量和剪切模量等彈性參數(shù)；最后結(jié)合彈性參數(shù)與含油飽和度關(guān)系公式，實現(xiàn)含油飽和度分布預(yù)測[8]。

圖2 基于疊前參數(shù)反演的剩余油分布預(yù)測流程圖Fig.2 Flow chart of residual oil distribution prediction based on pre-stack parameter inversion

本文涉及的密度、體積模量和剪切模量3個彈性參數(shù)，與常規(guī)AVO反演方法不同。常規(guī)的AVO反演方法為R.T.Shuey[9]兩參數(shù)AVO反演方法，該方法基于疊前地震道集中獲得截距(P)、斜率(k)兩類屬性，每種屬性只包括密度(ρ)、縱波速度(vP)、橫波速度(vS)中的2個，其局限性在于當巖性復(fù)雜或含氣豐度低時，較難區(qū)分巖相或流體變化引起的參數(shù)響應(yīng)。M.C.Kelly等[10]在此基礎(chǔ)上提出了Δρ/ρ、ΔvP/vP、ΔvS/vS的AVO反演方法，雖然提高了碳酸鹽巖儲層油氣識別能力，但是對于陸相薄互層儲層存在不適應(yīng)性。

本文采用了非線性彈性參數(shù)反演方法，通過Zeoppritz公式直接獲得巖石的彈性參數(shù)：密度(ρ)、體積模量(K)和剪切模量(G)，以這3個參數(shù)為依托實現(xiàn)儲層剩余油精細描述(表1)。

表1 AVO反演提取的彈性參數(shù)對比表Table 1 Comparison of elastic parameters extracted by AVO inversion

1.1 疊前地震資料處理

疊前地震道集資料的質(zhì)量直接影響疊前彈性參數(shù)反演的效果，進而影響剩余油預(yù)測的精度。地震道中記錄的地震反射波振幅信息主要來源于反射界面的波阻抗差異，另外還有許多其他信息影響地震反射波振幅，而這些信息與地下儲層特征無關(guān)，因此，需要對地震道集開展去噪保幅處理。

疊前去噪保幅處理是指疊加或偏移前的所有處理環(huán)節(jié)，包括疊前噪聲壓制、動校正時差校正及一致性振幅補償?shù)?。具體過程為：首先，根據(jù)面波、隨機干擾等不同類型噪聲設(shè)置壓制參數(shù)，消減各類噪聲；然后，采用時差動校正方法，消除不同偏移距的反射時間差異，保證各個道集在橫向的可追蹤性；最后，采用地表一致性振幅補償技術(shù)，消除各道集之間的異常振幅能量差異，進一步提高地震信噪比，使地震資料的各個道集振幅達到相對平衡、保真。

圖3為疊前地震道集資料處理前后的對比圖，可見通過去噪保幅處理，地震的噪聲得以有效壓制，地震信噪比得到提高，為后續(xù)的疊前彈性參數(shù)反演提供高品質(zhì)的疊前地震數(shù)據(jù)。

圖3 疊前道集地震資料處理效果對比Fig.3 Evaluation of seismic data processing effect of pre-stack gathers

1.2 儲層彈性參數(shù)

疊前參數(shù)反演方法采用Zoeppritz公式能夠適應(yīng)入射角大于30°疊前道集信息，將疊前地震道集的振幅隨偏移距的變化規(guī)律轉(zhuǎn)化成疊前參數(shù)，采用非線性全局尋優(yōu)算法得到相對密度、相對體積模量及相對剪切模量3個彈性參數(shù)。圖4分別是疊前參數(shù)反演計算得到的相對密度、相對體積模量和相對剪切模量剖面，圖5為葡一層(葡萄花油層第一層的簡稱)疊前參數(shù)反演提取的相對密度、相對體積模量和相對剪切模量平面分布圖，從圖中可以看到，3個參數(shù)整體分布趨勢一致，且平面上呈南北向展布，與研究區(qū)沉積特征一致[11]。

圖4 相對密度、體積模量、剪切模量剖面分布圖Fig.4 Profile distribution of relative density, bulk modulus and shear modulus

圖5 葡一層相對密度、相對體積模量、 剪切模量平面分布圖Fig.5 Plane distribution of relative density, relative bulk modulus and shear modulus of Pu-1 layer

1.3 含油飽和度預(yù)測

為了將疊前彈性參數(shù)轉(zhuǎn)化成剩余油分布信息，需要搞清楚儲層油氣與相對剪切模量、相對密度、相對體積模量3個參數(shù)間的關(guān)系，才能實現(xiàn)剩余油飽和度的預(yù)測[12]。依據(jù)Wei等[13]時間平均方程構(gòu)建井孔處的密度、剪切模量和體積模量與孔隙度、泥質(zhì)含量和含油飽和度之間的關(guān)系如下

(1)

式中：q、So和φsh分別為儲層的孔隙度、含油飽和度和泥質(zhì)含量(體積分數(shù))；ρ、ρg、ρsh和ρf分別為儲層密度、純砂巖密度、純泥巖密度和孔隙內(nèi)混合流體的密度；G、Gg和Gsh分別為儲層剪切模量、純砂巖剪切模量和純泥巖剪切模量；K、Kg、Ksh、Kw和Kh分別為儲層體積模量、純砂巖體積模量、純泥巖體積模量、儲層孔隙內(nèi)鹽水體積模量和石油體積模量。

基于樣本井分析數(shù)據(jù)，利用公式(1)回歸得到方程

(2)

解得含油飽和度公式

(3)

由方程(3)得到儲層含油飽和度預(yù)測結(jié)果。圖6為葡一層砂體含油飽和度分布的剖面及平面圖，從剖面圖中可以看到，剩余油分布與井點解釋結(jié)果符合；而平面圖上，與疊前彈性參數(shù)的分布特征一致，呈南北走向，且含油飽和度高值區(qū)位于河道相邊部區(qū)域，顯示河道相邊部是剩余油的富集區(qū)，與相關(guān)研究得到的認識一致。

圖6 葡一層含油飽和度分布預(yù)測圖Fig.6 Prediction of oil saturation distribution for Pu-1 layer

選取209口后驗井，用來檢驗疊前參數(shù)反演剩余油預(yù)測精度。圖7為葡一層含油飽和度預(yù)測結(jié)果與后驗井解釋值的相關(guān)圖，可見二者呈45°線性關(guān)系，散點均勻地分布在直線兩側(cè)。按相對誤差<25%進行定量統(tǒng)計，含油飽和度預(yù)測符合率達75%以上，說明本文采用的疊前參數(shù)反演預(yù)測剩余油結(jié)果具有可靠性。

圖7 葡一層后驗井含油飽和度預(yù)測相對誤差圖Fig.7 The relative error graph of oil saturation prediction of posteriori well in Pu-1 layer

2 指導(dǎo)剩余油開發(fā)

基于疊前參數(shù)反演的剩余油預(yù)測結(jié)果，指導(dǎo)了L1井區(qū)的剩余油挖潛方案編制。如圖8所示，通過L1井區(qū)的含油飽和度平面分布預(yù)測圖可以判斷，該區(qū)剩余油整體分布相對零散，剩余油呈“甜豆”狀分布，因此需要結(jié)合其分布位置開展針對性的精準挖潛措施。

圖8 L1井區(qū)含油飽和度分布及挖潛措施Fig.8 Oil saturation distribution and potential tapping measures for Well L1

在“標注處”的河道相砂體邊部含油飽和度較高，結(jié)合開發(fā)油井和注水井的資料，認為河道相邊部區(qū)域原注采系統(tǒng)不完善，單靠一口注水井(S1)無法對周邊油井(L1、L2、L3)進行有效能量供給，導(dǎo)致河道相邊部剩余油無法實現(xiàn)有效驅(qū)動開發(fā)。因此，采取油井改水井方案，將釆油井L1改成注水井，增加注水方向和能量，從而有效驅(qū)動河道相邊部剩余油，改善L2、L3開發(fā)效果。措施調(diào)整后，L2、L3井分別日增油3.8 t和3.5 t，取得了較好的挖潛效果，展示了本文疊前參數(shù)反演方法具有較好的應(yīng)用前景，對其他陸相油田的高效開發(fā)具有借鑒意義。

3 結(jié) 論

a.疊前去噪保幅處理是保證剩余油描述效果的基礎(chǔ)，根據(jù)不同類型噪聲設(shè)置壓制參數(shù)、消除各類噪聲，采用時差動校正方法消除不同偏移距的時間差異，保證各個道集在橫向的可追蹤性，利用地表一致性振幅補償技術(shù)，消除各道集之間的異常振幅能量差異，進一步提高地震信噪比，使地震資料的各個道集振幅達到相對平衡、保真。

b.疊前參數(shù)反演方法采用Zoeppritz公式，將疊前地震道集的振幅隨偏移距的變化規(guī)律轉(zhuǎn)化成彈性參數(shù)，并建立儲層含油飽和度與密度、體積模量和剪切模量之間的函數(shù)關(guān)系，進而實現(xiàn)剩余油預(yù)測。剩余油預(yù)測結(jié)果與疊前彈性參數(shù)的分布特征一致，含油飽和度描述準確率達75%以上。

c.通過L1井區(qū)的疊前反演含油飽和度預(yù)測結(jié)果分析，認為剩余油整體分布相對零散，剩余油呈“甜豆”狀分布，在河道相砂體邊部含油飽和度較高并存在注采系統(tǒng)不完善，指導(dǎo)措施調(diào)整后取得了較好的挖潛效果，展示了本文疊前參數(shù)反演方法具有較好的應(yīng)用前景，對其他陸相油田的高效開發(fā)具有借鑒意義。