小河道薄砂層井震聯(lián)合識別技術(shù)及應(yīng)用
——以大慶長垣西部AGL地區(qū)為例

楊春生 姜 巖 宋寶權(quán) 王高文 張秀麗

(①東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶 163318； ②中國石油大慶油田公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712)

0 引言

近年來，地震沉積學(xué)作為層序地層學(xué)、地震地層學(xué)之后的又一新興交叉學(xué)科，它的核心思想和研究思路逐漸被接受和認(rèn)可。地震屬性分析是地震沉積學(xué)中廣泛采用的一種較成熟的方法[1-5]，應(yīng)用效果比較顯著。隨著地震勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，學(xué)者們研究了陸相沉積體系的儲層[6-9]，尤其在近岸扇、深水重力流等方面取得了豐富的成果，而針對淺水湖盆三角洲前緣亞相方面的研究卻較少。受砂泥薄互層結(jié)構(gòu)、水下河道窄、儲層薄的不利影響，利用地震資料精細(xì)預(yù)測砂體分布及厚度的效果較差，無法滿足油氣藏開發(fā)階段的井位部署要求。大慶長垣西部AGL地區(qū)薩零油層組位于上白堊統(tǒng)嫩江組一段上部，為河控三角洲沉積，三角洲前緣亞相小型水下分流河道砂體為有利儲層。本文以地震沉積學(xué)理論為指導(dǎo)[10-12]，結(jié)合沉積特征，采用井震聯(lián)合的研究思路，運(yùn)用模型正演、地震波組特征分析、地震屬性優(yōu)選和地層等時切片等方法，按照點(diǎn)→面→體逐級預(yù)測、逐步提高窄小河道砂體預(yù)測精度的技術(shù)路線，精細(xì)預(yù)測三角洲前緣窄小河道砂體的展布特征； 最后基于波形模式識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對無井控制區(qū)的窄小河道砂體厚度的定量預(yù)測，在實(shí)際資料應(yīng)用中取得了較好的效果。

1 研究區(qū)概況

AGL地區(qū)TA2區(qū)塊位于松遼盆地泰康隆起帶與龍虎泡—大安階地交會處 (圖1)。目的層薩零油層組發(fā)育三角洲前緣沉積厚度大約35m，為砂泥巖薄互層。水下分流河道窄(河道砂體寬度一般小于300m)、砂體厚度小、相變快。薩零油層組從上至下劃分為S01～S05共計(jì)5個小層，其中S02小層、S05小層分別對應(yīng)上、下兩套河道砂體(圖2a)。S05小層河道砂體厚度相對較大，單井平均鉆遇砂巖厚度為6.6m，為主力產(chǎn)油層。1971年針對S05小層投產(chǎn)開發(fā)，截至1988年共投產(chǎn)18口井。之后該區(qū)塊一直沒有發(fā)現(xiàn)新儲層。

圖1 大慶長垣西部AGL地區(qū)TA2區(qū)塊位置

在已鉆井中，僅T37-22井鉆遇S02小層砂體，含油砂巖厚度為4.6m(圖2a)，揭示了S02小層河道砂體同樣具有較大的油氣勘探潛力。因此，有必要開展小河道薄砂層井震聯(lián)合識別技術(shù)研究，針對S02小層部署開發(fā)井位，實(shí)現(xiàn)新層位的投入開發(fā)。

圖2 T37-22井柱狀圖(a)及河道砂體地震反射特征(b)

2 小河道井震聯(lián)合識別

2.1 地震正演模擬

在精細(xì)地層格架控制下，通過逼近地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的正演模擬，建立河道砂體的地震反射模式，是提高薩零油層組河道砂體儲層地震識別精度的關(guān)鍵。

T37-22井(圖2a)兩套砂體之間隔層為粉砂質(zhì)泥巖，厚度約10m； S02小層、S05小層河道砂體厚度分別為5.6、8.4m。從圖2b可以看出，S05小層河道砂體對應(yīng)強(qiáng)波峰反射，而S02小層河道砂體振幅明顯變?nèi)酰ㄐ翁卣鞑磺宄?，二者反射特征明顯不一致。這主要是由于小層砂體與薩零油層組頂面之間的距離不同，導(dǎo)致受薩零油層組頂面(波阻抗界面)產(chǎn)生的地震反射干涉的影響程度不同。

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)薩零油層組小層河道砂體發(fā)育特點(diǎn)，建立不同位置砂體的正演模型，分析對應(yīng)的地震波形特征，可為無井區(qū)河道砂體識別及井位部署提供依據(jù)。

本文建立的速度模型如圖3a所示，綠色部分為薩零油層組上覆和下伏泥巖，速度、密度分別為2790m/s、2.21g/cm3； 黃色部分為薩零油層組(泥巖含粉砂)，速度、密度分別為3200m/s、2.11g/cm3； 紅色地質(zhì)體代表河道砂體，寬度為140m，厚度約5m，與T37-22井S02小層厚度相同，速度、密度分別為3257m/s、2.37g/cm3； 設(shè)立6個窄小河道砂體，在縱向上以5m等距離分布。圖3b是應(yīng)用35Hz(TA2區(qū)塊地震資料主頻)零相位Ricker子波時該模型正演模擬剖面。由圖可以看出，薩零油層組頂面呈波峰反射； 河道1砂體距離薩零油層組頂面最近(1m)，因而薩零油層組頂部波阻抗差增大，導(dǎo)致薩零油層組頂部波峰能量增強(qiáng)； 河道2、河道3砂體距離薩零組頂面分別為6、11m，隨著與薩零油層組頂面距離的增加，薩零油層組頂面和河道頂面兩個波峰發(fā)生干涉，導(dǎo)致薩零油層組頂部地震反射相位發(fā)生變化； 河道4、河道5、河道6與薩零油層組頂面距離分別為16、21、26m，隨著距離增至15m以上，薩零油層組頂面對小層砂體反射波形影響較小，如河道6砂體逐漸成為孤立的波峰反射特征。

圖3 窄小河道砂體地質(zhì)模型(a)及其正演模擬結(jié)果(b)

2.2 地震波形特征分析

通過地震反射波形變化可以確定河道砂體在縱向上的發(fā)育位置，建立不同期次砂體地震響應(yīng)模式，并可以根據(jù)模式預(yù)測河道平面寬度。

薩零油層組頂面(圖4中藍(lán)線)為波峰反射，是研究區(qū)的一個地震反射標(biāo)志層，其下發(fā)育S05小層窄小河道砂體(圖4a，鉆井已證實(shí))，距離薩零油層組頂面間隔為一個波谷，是薩零油層組早期發(fā)育的河道砂體。

依據(jù)已知的S05小層窄小河道砂體的地震波形特征和正演模擬分析結(jié)果，在平行于主測線方向?qū)ふ遗c正演模擬結(jié)果一致但尚無井鉆遇的窄小河道砂體地震反射特征，進(jìn)一步識別出另外兩種模式：一是薩零油層組頂面波峰能量變強(qiáng)且明顯下拉，即薩零油層組頂面相位發(fā)生變化(圖4b)，對應(yīng)河道3砂體(圖3)，發(fā)育期次為中期； 二是薩零油層組頂面波峰能量變強(qiáng)(圖4c)，對應(yīng)河道1砂體(圖3)，發(fā)育期次為晚期。

圖4 薩零油層組窄小河道砂體地震反射模式(a)孤立“透鏡狀”； (b)相位變化； (c)同相軸能量增強(qiáng)

另外，如圖4a所示，S05小層窄小河道砂體橫向上范圍為18個地震道。按地震面元為20m×20m估算，可以預(yù)測河道寬度約360m。

2.3 地震屬性分析

地震屬性分析是儲層研究中廣泛采用的一種方法[13-21]。地震屬性與儲層參數(shù)之間的關(guān)系復(fù)雜，不同地區(qū)、不同儲層特征的敏感地震屬性不同。即使在同一區(qū)塊的不同層位，不同的砂、泥巖接觸關(guān)系對應(yīng)的敏感地震屬性也有差異。針對薩零油層組砂泥巖薄互層特征，本文應(yīng)用多元線性回歸的地震屬性分析方法。首先，分析多種地震屬性與井點(diǎn)砂巖厚度之間的相關(guān)性，優(yōu)選相關(guān)性較高的地震屬性。相關(guān)系數(shù)為

(1)

式中：x為井點(diǎn)處地震屬性；y為井點(diǎn)處砂巖厚度；N為已鉆井?dāng)?shù)。

本文優(yōu)選相關(guān)系數(shù)大于0.6的地震屬性，如振幅差異、總絕對值振幅、最大波峰振幅、均方根振幅，它們的井震相關(guān)系數(shù)分別為0.65、0.67、0.63、0.68。從圖5可以看出，不同地震屬性中，無井區(qū)1和無井區(qū)2都可見明顯的條帶狀，呈河道展布特征。但依靠單一屬性仍不能精準(zhǔn)預(yù)測薩零油層組河道砂體的邊界和發(fā)育規(guī)模，也無法判斷無井控制區(qū)的窄小河道砂體的層位歸屬。還需要根據(jù)地震數(shù)據(jù)分析不同期次河道砂體垂向沉積演化規(guī)律。

圖5 薩零油層組不同地震屬性平面圖(a)振幅差異； (b)總絕對值振幅； (c)最大波峰振幅； (d)均方根振幅

2.4 地震等時切片分析

基于地震沉積學(xué)的切片方法主要有三種：時間切片、地層切片和沿層切片。本文采用地層切片方法，對優(yōu)選出的敏感屬性體提取地層切片。薩零油層組底部泥巖分布穩(wěn)定，可作為研究區(qū)內(nèi)的另一個地震反射標(biāo)志層。薩零油層組時間厚度約20ms，以薩零油層組頂部波峰與薩零油層組底部泥巖反射這兩個標(biāo)志層為等時界面，按照1ms間隔內(nèi)插20個小層(圖6)，內(nèi)插出的地層切片可與地質(zhì)上的小層相對應(yīng)。

從圖6可以看出，從薩零油層組頂面之下15ms開始，河道a、河道b發(fā)育； 10～7ms時，河道a、河道b逐漸消亡，河道c、河道d和河道e發(fā)育； 3ms時，河道c、河道d、河道e和河道f展布特征清晰。據(jù)此推知，河道a、河道b對應(yīng)薩零油層組下部河道； 河道c、河道d、河道e和河道f為薩零油層組上部河道。

圖6 基于等時地層切片分析薩零油層組河道發(fā)育期次薩零油層組頂面之下：(a)15ms； (b)11ms； (c)7ms； (d)3ms。圖中黑色線條為斷層

3 小河道薄砂層定量預(yù)測

按照點(diǎn)→面→體的研究思路，即由已知井標(biāo)定窄小河道砂體的地震反射特征，應(yīng)用地震屬性在平面上確定河道的邊界和規(guī)模。根據(jù)三維地震數(shù)據(jù)體分析水下窄小河道的發(fā)育期次和沉積演化規(guī)律，在宏觀上可定性分析窄小河道砂體空間展布特征和形成期次。而砂體厚度的定量預(yù)測是該類儲層提高開發(fā)效果、優(yōu)化井位部署的關(guān)鍵。

3.1 方法原理

灰色系統(tǒng)既含有已知信息，又含有未知信息或不確定信息[22-24]，可用來預(yù)測井間儲層分布?；疑到y(tǒng)理論中，關(guān)聯(lián)度分析是將無限空間用有限數(shù)列取代，將連續(xù)概念用離散數(shù)列取代，根據(jù)曲線差異判斷關(guān)聯(lián)程度。正演模擬結(jié)果表明，當(dāng)儲層發(fā)育部位發(fā)生變化時，地震波形特征也隨之變化。因此，可以利用關(guān)聯(lián)度分析建立井點(diǎn)地震波形與儲層參數(shù)之間的關(guān)系[25]，實(shí)現(xiàn)儲層預(yù)測。圖7為鉆遇河道井的井旁地震道，每道波形作為一個模式對應(yīng)相應(yīng)的井點(diǎn)目的層砂巖厚度。圖8為未鉆遇河道井的井旁地震道，每道波形作為一個模式對應(yīng)相應(yīng)的井點(diǎn)目的層泥巖厚度。

圖7 河道井旁地震道波形模式

圖8 非河道井旁地震道波形模式

設(shè)井旁地震道的特征參數(shù)序列Y為參考序列(母序列)，Y={Yi(k)|i=1，2，…，m；k=1，2，…，n}，其中，i為已知井旁地震道模式數(shù)，k為地震樣點(diǎn)數(shù)； 其他任一地震道的特征參數(shù)序列X為比較序列(子序列)，X={X(k)|k=1，2，…，n}。

(2)

特征參數(shù)序列Y與X在k點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)為式中ρ為分辨系數(shù)，范圍為0～1，一般取值為0.5。第i個模式曲線與預(yù)測曲線的關(guān)聯(lián)程度為

(3)

式中n為時窗內(nèi)地震樣點(diǎn)總數(shù)。

當(dāng)井?dāng)?shù)較少，已知樣點(diǎn)數(shù)不足時，無法僅根據(jù)已知井點(diǎn)建立地震反射模式。需要開展地震正演模擬分析，建立相應(yīng)的儲層響應(yīng)模式，然后應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析預(yù)測儲層發(fā)育情況。由于地震波形受噪聲、調(diào)諧效應(yīng)等因素影響，導(dǎo)致局部預(yù)測結(jié)果仍存在不確定性。為了更好地表征地震數(shù)據(jù)的平穩(wěn)特性，去除干擾信息，采用未確知信息濾波方法[25]對地震數(shù)據(jù)信噪比低的區(qū)域的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行濾波處理，可以較好地消除地震干擾信息的影響，合理預(yù)測河道砂體的展布特征。

3.2 實(shí)現(xiàn)步驟

首先提取典型井旁地震道的地震響應(yīng)模式并將其作為母序列模板，而將其他井間地震道作為未知模式并將其作為子序列； 然后將井間子序列預(yù)測曲線與已知井母序列波形模式曲線做關(guān)聯(lián)度分析，再根據(jù)關(guān)聯(lián)程度預(yù)測井間河道砂體的厚度。具體流程如下。

(1)地震地質(zhì)層位精細(xì)標(biāo)定。根據(jù)河道砂體發(fā)育的厚度、深度和地震分辨能力，通過多井標(biāo)定確定目的層頂、底對應(yīng)的地震反射時窗，如研究區(qū)目的層地震反射時窗為12ms，地震縱向采樣間隔為1ms，對應(yīng)式(3)地震樣點(diǎn)總數(shù)n=12。

(2)根據(jù)典型井測井相模式，分析目的層時窗內(nèi)鉆遇河道和非河道的已知井井旁道的地震響應(yīng)特征； 建立兩者模式曲線，將鉆遇河道和非河道井的井旁地震道響應(yīng)模式作為母序列，井間待預(yù)測點(diǎn)提取地震波形模式預(yù)測曲線作為子序列。

(3)建立母序列井旁地震道波形模式曲線與子序列井間未知點(diǎn)預(yù)測曲線的關(guān)聯(lián)函數(shù)，用式(2)計(jì)算井間各點(diǎn)關(guān)聯(lián)系數(shù)，用式(3)計(jì)算關(guān)聯(lián)程度。

(4)在井間待預(yù)測點(diǎn)與已知井有效空間距離內(nèi)，尋找預(yù)測點(diǎn)地震道特征與多個已知井旁地震道特征關(guān)聯(lián)程度最大者，并根據(jù)該井砂巖厚度、距離進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，從而求取待預(yù)測點(diǎn)的砂巖厚度。

(5)對砂巖厚度預(yù)測結(jié)果進(jìn)行濾波處理。

4 應(yīng)用效果

按照點(diǎn)→面→體的研究思路逐步定性分析薩零油層組窄小河道砂體，根據(jù)已知井鉆遇河道砂體的井旁道地震響應(yīng)特征，建立已知井河道砂體厚度與地震響應(yīng)特征的對應(yīng)關(guān)系，以井點(diǎn)地震響應(yīng)特征和井間未知點(diǎn)的地震響應(yīng)特征為橋梁，利用井點(diǎn)與井間未知點(diǎn)地震反射特征橫向關(guān)聯(lián)性預(yù)測河道砂體平面分布特征，基于波形模式定量預(yù)測河道砂體厚度。在研究區(qū)共預(yù)測砂巖厚度大于2m、無井鉆遇的窄小河道砂體長度共12.4km(圖9)。

在砂體厚度預(yù)測結(jié)果大于2m的有利部位部署井位9口(圖9，表1)。從表1可以看出，新鉆井河道預(yù)測符合率為100%； 完鉆后單井平均鉆遇砂巖厚度3.84m，預(yù)測平均相對誤差為9.6%。截至2019年底，9口井投產(chǎn)1年，單井單層最高日產(chǎn)油4.1t，平均日產(chǎn)油1.6t，整體效果較好。

表1 新鉆井S02小層砂體厚度預(yù)測與實(shí)鉆結(jié)果對比

圖9 基于波形模式的儲層厚度定量預(yù)測結(jié)果

從連井剖面(圖10)可以看出，新鉆井T30-S22、T32-S22井鉆遇S02小層晚期河道砂體，砂體厚度分別為1.5、1.9m； 以T30-S22井為代表(圖11a)，砂體為同相軸能量增強(qiáng)的波峰反射(類似于圖4b模式)。T38-S23、T39-S24、T4-S25、T41-S26井鉆遇河道砂體厚度較大，分別為4.9、2.9、6.7、3.8m； 以T38-S23井為代表，同相軸相位發(fā)生變化(圖11b，類似于圖4c模式)。新鉆井驗(yàn)證了本文方法的實(shí)用性和有效性，可為老油田加密、擴(kuò)邊和挖潛提供參考。

圖10 新鉆井河道砂體對比

圖11 新鉆井T30-S22和T38-S23窄小河道砂體地震反射特征(a)同相軸能量增強(qiáng)； (b)同相軸相位發(fā)生變化

5 結(jié)論與認(rèn)識

針對三角洲前緣窄小河道薄砂層，本文采用井震聯(lián)合識別技術(shù)，獲得以下幾點(diǎn)認(rèn)識：

(1)基于地震正演模擬，建立薩零油層組不同期次河道砂體三種地震響應(yīng)模式，有助于利用地震波形特征識別窄小河道砂體；

(2)基于標(biāo)準(zhǔn)層控制的地震等時切片分析技術(shù)和多元線性回歸方法能更合理地解剖水下窄小河道砂體的形成期次、展布特征和演化規(guī)律；

(3)關(guān)聯(lián)度分析方法定量預(yù)測窄小河道砂體厚度，可以發(fā)揮井點(diǎn)的控制優(yōu)勢，又可以發(fā)揮地震空間分辨率的優(yōu)勢，可為后續(xù)老油田井位加密和擴(kuò)邊挖潛提供參考。