多屬性融合定量?jī)?chǔ)層預(yù)測(cè)方法研究與應(yīng)用
——以廊固凹陷楊稅務(wù)潛山為例

王成泉，王孟華，周佳宜，王盛亮，楊洲鵬，劉慧，張紅文

(1.華北油田勘探開發(fā)研究院，河北 任丘 062552；2.華北油田蘇里格勘探開發(fā)分公司，河北 任丘 062552；3.華北油田 巴彥勘探開發(fā)分公司，河北 任丘 062552)

0 引言

目前華北油田投入勘探開發(fā)四十多年，已進(jìn)入開發(fā)中后期，油田產(chǎn)量遞減嚴(yán)重，后備儲(chǔ)量嚴(yán)重不足，急需開辟新的勘探領(lǐng)域。一直以來，華北油田碳酸鹽巖潛山油氣藏勘探以中淺層為主，深潛山碳酸鹽巖油氣藏勘探一直未獲得突破。渤海灣盆地廊固凹陷成藏條件優(yōu)越，近幾年，關(guān)于冀中凹陷深潛山碳酸鹽巖成藏研究表明廊固凹陷深潛山具有極大的勘探潛力[1-5]?；谏顫撋教妓猁}巖成藏條件研究，華北油田在廊固凹陷北部楊稅務(wù)潛山部署的1X、3X、4X、5X井，在奧陶系地層獲得了高產(chǎn)工業(yè)油氣流，且試采產(chǎn)量穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了深潛山油氣勘探的重大突破，開辟了華北油田新的勘探局面。

碳酸鹽巖油氣藏儲(chǔ)集空間以裂縫、裂縫孔隙型為主，常規(guī)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)以尋找裂縫為主。在主要技術(shù)方面，疊后預(yù)測(cè)以相干類和曲率類屬性預(yù)測(cè)為主[6-10]，疊前預(yù)測(cè)以方位各向異性、AVO屬性預(yù)測(cè)為主[11-13]。疊后相干曲率類屬性計(jì)算速度快，種類多，但是僅對(duì)裂縫進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)技術(shù)單一，其他屬性應(yīng)用較少；疊前預(yù)測(cè)需要應(yīng)用疊前數(shù)據(jù)，計(jì)算量大，且受儲(chǔ)層埋藏較深的影響，預(yù)測(cè)成效并不顯著。如何兼顧預(yù)測(cè)效率和準(zhǔn)確度，是實(shí)現(xiàn)深潛山碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的難題。

本文以楊稅務(wù)潛山奧陶系儲(chǔ)層為例，充分吸收本區(qū)已有的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，分析儲(chǔ)層響應(yīng)特征，以屬性融合技術(shù)為基礎(chǔ)，優(yōu)選疊后多種屬性，實(shí)現(xiàn)了碳酸鹽巖儲(chǔ)層的定量預(yù)測(cè)，提高了預(yù)測(cè)精度與速度，同時(shí)為同類型油氣藏儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

楊稅務(wù)潛山位于廊固凹陷東北部，是受河西務(wù)斷層、楊稅務(wù)斷層控制的“地壘”型潛山帶，整體呈南高北低、東高西低的構(gòu)造背景，勘探面積約410 km2[14]。該潛山頂主要是中奧陶統(tǒng)地層，包括峰峰組(O2f)、上馬家溝組(O2s)、下馬家溝組(O2x)、亮甲山組(O2l)和冶里組(O2y)，潛山內(nèi)幕則主要為寒武系、青白口系、薊縣系等碳酸鹽巖地層；潛山頂面之上依次為石炭系—二疊系、古近系覆蓋。綜合分析認(rèn)為，楊稅務(wù)潛山帶處于油氣運(yùn)移的主要方向，碳酸鹽巖儲(chǔ)層分布廣泛，具備優(yōu)越的油氣成藏條件。近年來，華北油田加強(qiáng)了奧陶系碳酸鹽巖潛山精細(xì)構(gòu)造和有利儲(chǔ)層特征研究攻關(guān)，并相繼在該區(qū)部署了1X、2X、3X、4X、5X等5口風(fēng)險(xiǎn)探井，其中4口井(1X、3X、4X、5X)獲得高工業(yè)油氣流，深潛山勘探獲得了重大突破，表明深潛山碳酸鹽巖儲(chǔ)層具有較大的勘探潛力。

2 儲(chǔ)層特征分析

2.1 巖性特征

該區(qū)巖相古地理研究分析表明，廊固凹陷北部冶里組、下馬家溝組晚期以局限臺(tái)地相沉積為主，亮甲山組、下馬家溝組早期和上馬家溝組早期以及峰峰組早期以潮坪相沉積為主，上馬家溝組晚期、峰峰組晚期以開闊臺(tái)地相沉積為主。其中，潮坪相的云坪、灰云坪發(fā)育白云巖，是儲(chǔ)層發(fā)育的有利巖相帶；局限臺(tái)地、開闊臺(tái)地相的云灰坪、含云灰坪發(fā)育白云巖與石灰?guī)r互層，是儲(chǔ)層發(fā)育的有利巖相帶[14]。

統(tǒng)計(jì)并分析研究區(qū)內(nèi)6口井的奧陶系各儲(chǔ)層段的白云質(zhì)含量，從結(jié)果(圖1)看，1X、3X、4X、5X白云質(zhì)含量明顯高于其他井區(qū)，表明白云質(zhì)含量越高，儲(chǔ)層越發(fā)育。

2.2 儲(chǔ)層類型

薄片及巖心觀察表明，楊稅務(wù)潛山儲(chǔ)層主要發(fā)育儲(chǔ)集空間為云巖孔隙，巖溶縫洞，裂縫及微裂縫3類(圖2)。其中，云巖孔隙型儲(chǔ)層孔隙類型以晶間孔、粒內(nèi)、粒間溶孔為主，主要發(fā)育在亮甲山組晚期—下馬家溝組早期、下馬家溝組晚期—上馬家溝組早期和上馬家溝組晚期—峰峰組早期；巖溶縫洞型儲(chǔ)層主要以溶孔、溶洞為主；微孔裂縫型孔隙類型主要以微孔、裂縫為主，在奧陶系的各個(gè)層段中均有分布。因此，云巖孔隙—巖溶縫洞—裂縫這3類儲(chǔ)集層是構(gòu)成研究區(qū)主要儲(chǔ)層的關(guān)鍵要素，是油氣成藏的基礎(chǔ)。

圖1 白云質(zhì)含量統(tǒng)計(jì)Fig.1 Statistical figure of dolomite content

圖2 潛山碳酸鹽巖儲(chǔ)層類型Fig.2 Carbonate reservoir type of buried hill

2.3 儲(chǔ)層類型劃分

基于常規(guī)測(cè)井資料和成像測(cè)井進(jìn)行縫洞識(shí)別、儲(chǔ)層劃分、儲(chǔ)集空間類型的確定，并對(duì)井壁附近儲(chǔ)層級(jí)別評(píng)價(jià)，將儲(chǔ)層解釋為一、二、三類儲(chǔ)層(表1)。三類儲(chǔ)層少量裂縫或孔隙不發(fā)育，無開采價(jià)值；二類儲(chǔ)層有裂縫或基質(zhì)孔隙發(fā)育；一類儲(chǔ)層裂縫規(guī)模大，孔隙發(fā)育且連通性好；一二類為有效儲(chǔ)層，是油氣主要聚集區(qū)。

表1 測(cè)井儲(chǔ)層評(píng)價(jià)分類

2.4 地球物理響應(yīng)特征

根據(jù)巖心分析，結(jié)合測(cè)井解釋，楊稅務(wù)潛山奧陶系儲(chǔ)層段總體上屬于特低孔、低滲和低孔、特低滲儲(chǔ)層，儲(chǔ)層類型為裂縫、裂縫孔隙型，分為一、二、三類。

為分析楊稅務(wù)潛山有效儲(chǔ)層響應(yīng)特征，統(tǒng)計(jì)了該區(qū)6口井18個(gè)儲(chǔ)層段地震反射特征，從統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果來看，潛山目的儲(chǔ)層段中有14個(gè)有效儲(chǔ)層頂為強(qiáng)反射特征，2個(gè)三類儲(chǔ)層為弱反射或者波谷特征，2個(gè)有效儲(chǔ)層段為波谷反射特征，77.8%有效儲(chǔ)層頂部表現(xiàn)為強(qiáng)反射特征。通過精細(xì)井震標(biāo)定表明(圖3)，楊稅務(wù)碳酸鹽巖潛山有效儲(chǔ)層頂主要表現(xiàn)為強(qiáng)反射特征。

圖3 1X、2X、3X、4X、5X、W1井震標(biāo)定結(jié)果Fig.3 Well-to-seismic calibration result of 1X、2X、3X、4X、5X、W1

3 多屬性融合預(yù)測(cè)方法

地震屬性分析技術(shù)是通過數(shù)學(xué)方法計(jì)算得到各種體現(xiàn)地震波幾何形態(tài)和運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及統(tǒng)計(jì)學(xué)等反映地下地質(zhì)體特征的地球物理參數(shù)。目前針對(duì)儲(chǔ)層提取的屬性種類很多，地震屬性與地層特征對(duì)應(yīng)關(guān)系也比復(fù)雜，且利用單一的地震屬性進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)多解性較強(qiáng)，因此進(jìn)行地震多屬性的融合分析技術(shù)是提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度的關(guān)鍵。

通過儲(chǔ)層標(biāo)定分析表明，有效儲(chǔ)層頂部表現(xiàn)為強(qiáng)地震反射特征，這為有效儲(chǔ)層的識(shí)別提供了依據(jù)，本文在儲(chǔ)層標(biāo)定的基礎(chǔ)上主要選擇與能量相關(guān)的3個(gè)屬性[15]：平均振幅，方差屬性和弧長(zhǎng)屬性。

3.1 單一屬性的預(yù)測(cè)效果

3.1.1 平均振幅屬性

地震振幅特征主要受儲(chǔ)層流體變化、特殊巖性、儲(chǔ)層孔隙度等綜合因素的影響，它直接反映了地層反射界面空間上變化規(guī)律，能夠整體反映地層沉積環(huán)境，刻畫出振幅異常區(qū)，因此地震振幅屬性可以預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的總體分布特征。

沿層分別提取峰峰組、上馬家溝組、下馬家溝組、亮甲山組的平均振幅屬性(圖4)，發(fā)現(xiàn)奧陶系有效儲(chǔ)層位于平均振幅高值區(qū)，且沿NE方向展布。

3.1.2 方差屬性

方差屬性主要反映相鄰地震道空間的差異性，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅降叵麓嬖跀鄬踊蛘卟贿B續(xù)地層時(shí)，相鄰地震道的發(fā)射特征就會(huì)出現(xiàn)差異，從而產(chǎn)生地震反射的局部不連續(xù)性，因此利用方差屬性可以識(shí)別斷層或異常地質(zhì)體。楊稅務(wù)奧陶系潛山儲(chǔ)層類型主要為裂縫孔隙型，方差屬性預(yù)測(cè)具有一定適應(yīng)性。

通過沿層分別提取奧陶系各地層的方差屬性(圖4)，發(fā)現(xiàn)有效儲(chǔ)層(屬性高值區(qū))在中部偏西位置相對(duì)集中發(fā)育，也是沿NE方向展布，局部與平均振幅有差異。

3.1.3 弧長(zhǎng)屬性

弧長(zhǎng)屬性是統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)的地震波弧線長(zhǎng)度，可以反映反射關(guān)系的橫向變化，它對(duì)于流體的聚集性質(zhì)比較敏感，尤其是對(duì)含氣儲(chǔ)層。目前楊稅務(wù)潛山主要為凝析氣藏，因此，選擇弧長(zhǎng)屬性進(jìn)行預(yù)測(cè)較為合適。

沿層分別提取峰峰組、上馬家溝組、下馬家溝組、亮甲山組的弧長(zhǎng)屬性(圖4)，從屬性平面看，有效儲(chǔ)層發(fā)育在中部偏西區(qū)域，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果也較為吻合。

3.1.4 單屬性與有效儲(chǔ)層相關(guān)性分析

為了分析單屬性與有效儲(chǔ)層之間的關(guān)系，統(tǒng)計(jì)了平均振幅屬性、方差屬性、弧長(zhǎng)屬性值與峰峰組、上馬家溝組、下馬家溝組、亮甲山組儲(chǔ)層的有效儲(chǔ)層厚度(表2)，并分別建立有效儲(chǔ)層厚度與單屬性關(guān)系折線(圖5)。從關(guān)系圖上看，峰峰組、上馬家溝組、下馬家溝組、亮甲山組有效儲(chǔ)層厚度與3個(gè)單屬性均為正相關(guān)關(guān)系，換言之，屬性高值區(qū)為有效儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。從提取的楊稅務(wù)潛山各儲(chǔ)層段屬性平面圖(圖4)上看，各儲(chǔ)層段屬性預(yù)測(cè)結(jié)果基本相似，局部有差異，這就表明這3個(gè)屬性都可以定性預(yù)測(cè)有效儲(chǔ)層分布，但在局部單屬性預(yù)測(cè)上具有多解性。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)建立屬性與厚度擬合關(guān)系公式，并利用該公式預(yù)測(cè)了工區(qū)內(nèi)重點(diǎn)井的儲(chǔ)層厚度。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行誤差分析，可以看到預(yù)測(cè)絕對(duì)誤差最大48.8 m，最小絕對(duì)誤差0.3 m，預(yù)測(cè)結(jié)果精度不高。

圖4 各儲(chǔ)層段優(yōu)選屬性預(yù)測(cè)平面Fig.4 The preferred attribute prediction of each reservoir

圖5 屬性與有效厚度關(guān)系Fig.5 Relation between attribute and effective thickness

3.2 多屬性融合技術(shù)

任何一種地震屬性只是對(duì)地下地層巖性、物性或者流體性質(zhì)等不同參數(shù)的敏感反應(yīng)，因此運(yùn)用單一的地震屬性很難描述復(fù)雜的地下地質(zhì)現(xiàn)象，而且單屬性儲(chǔ)層預(yù)測(cè)都是定性的，無法對(duì)儲(chǔ)層的優(yōu)劣進(jìn)行定量分析。

屬性融合技術(shù)避免了單一地震屬性預(yù)測(cè)的片面性，是降低屬性預(yù)測(cè)多解性的有效方法[16-17]。屬性融合的方法很多，在前人研究的基礎(chǔ)上，本文提出了一種較為簡(jiǎn)潔的屬性融合方法，實(shí)踐證明該方法有效實(shí)用，且實(shí)現(xiàn)了屬性儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的定量化。

表2 優(yōu)選屬性與有效儲(chǔ)層厚度統(tǒng)計(jì)關(guān)系

3.2.1 單屬性與有效儲(chǔ)層厚度相關(guān)系數(shù)計(jì)算

優(yōu)選的3個(gè)單屬性與有效儲(chǔ)層厚度是正相關(guān)關(guān)系，它們與有效儲(chǔ)層厚度相關(guān)程度的高低需要通過相關(guān)系數(shù)來評(píng)價(jià)，因此本文引入了相關(guān)系數(shù)式(1)來計(jì)算并評(píng)價(jià)單屬性與儲(chǔ)層厚度的相關(guān)性：

(1)

式中：R(X,Y)為相關(guān)系數(shù)；Cov(X,Y)為協(xié)方差；Var(X,Y)為方差算法；X為屬性值，Y為儲(chǔ)層厚度。

利用該相關(guān)系數(shù)公式分別計(jì)算峰峰組、上馬家溝組、下馬家溝組、亮甲山組有效儲(chǔ)層厚度與平均振幅、方差屬性、弧長(zhǎng)屬性之間的相關(guān)系數(shù)，從結(jié)果看(表3)，平均振幅與儲(chǔ)層厚度相關(guān)系數(shù)最大，表明相關(guān)性最好，方差屬性次之，弧長(zhǎng)屬性的相關(guān)性最低。

表3 屬性與有效儲(chǔ)層厚度相關(guān)系數(shù)

3.2.2 多屬性融合權(quán)重系數(shù)計(jì)算

進(jìn)行多屬性的融合，需要根據(jù)單屬性與有效儲(chǔ)層厚度相關(guān)系數(shù)的高低，確定該三個(gè)屬性的融合權(quán)重，然后再進(jìn)行屬性融合。

根據(jù)不同地層(峰峰組、上馬家溝組、下馬家溝組、亮甲山組)的3個(gè)屬性的相關(guān)系數(shù)，利用權(quán)重系數(shù)計(jì)算公式(式2)分別計(jì)算出不同地層的屬性融合權(quán)重，用以最后的屬性融合。計(jì)算公式為：

(2)

式中：W為所計(jì)算的不同地層的屬性融合權(quán)重；Mi為所需要計(jì)算屬性的相關(guān)系數(shù)；Amp為平均振幅相關(guān)系數(shù)；Var為方差屬性相關(guān)系數(shù)；Arc為弧長(zhǎng)屬性相關(guān)系數(shù)。其計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 優(yōu)選屬性融合權(quán)重計(jì)算

3.2.3 多屬性加權(quán)融合及誤差分析

利用相關(guān)系數(shù)計(jì)算得到了每個(gè)屬性所占權(quán)重。首先，基于該權(quán)重進(jìn)行多屬性融合，得到不同地層的融合屬性值；然后，與厚度建立擬合關(guān)系公式，利用該公式預(yù)測(cè)了工區(qū)內(nèi)重點(diǎn)井的儲(chǔ)層厚度(表5)，并刻畫了楊稅務(wù)潛山4個(gè)層系的厚度分布圖(圖6)；最后，進(jìn)行誤差分析，可以看到預(yù)測(cè)絕對(duì)誤差小于2.5 m，與單屬性預(yù)測(cè)結(jié)果相比，預(yù)測(cè)精度明顯提高。

表5 融合屬性公式及誤差分析

圖6 融合屬性預(yù)測(cè)厚度Fig.6 Thickness diagram of fusion attribute prediction

3.2.4 線性歸一化及儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)

目前歸一化的方法有2種，一種是把數(shù)變?yōu)?0,1)之間的小數(shù)，一種是把有量綱的表達(dá)式變?yōu)闊o量綱的表達(dá)式。本文為了實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層的綜合評(píng)價(jià)賦分，采用了第一種歸一化方法，線性歸一化公式為:

(3)

式中：Xnorm為融合屬性映射值，X為原融合屬性值，Xmin為最小融合屬性值，Xmax為最大屬性融合值。

利用式3，將融合屬性值映射到(0,1)區(qū)間并乘以100，從而融合屬性實(shí)現(xiàn)百分制賦值，所得分值即代表了儲(chǔ)層發(fā)育情況，大于60分的區(qū)域表明儲(chǔ)層較發(fā)育，實(shí)現(xiàn)了有效儲(chǔ)層屬性預(yù)測(cè)的定量化。

4 預(yù)測(cè)效果分析

通過利用多屬性融合技術(shù)對(duì)楊稅務(wù)潛山的有效儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)測(cè)，認(rèn)為有效儲(chǔ)層集中分布與中部偏西區(qū)域。該區(qū)已鉆井1X井在上馬家溝組、下馬家溝組試油獲得高產(chǎn)，3X井在亮甲山試油獲得高產(chǎn)，4X井下馬家溝組試油獲得高產(chǎn)，2X井試油未獲突破，與多屬性融合預(yù)測(cè)結(jié)果(圖7)基本吻合，預(yù)測(cè)精度較高，證明了該融合屬性的有效性，從而可以指導(dǎo)該區(qū)下一步的井位部署和試油工作。

圖7 多屬性融合預(yù)測(cè)分析Fig.7 Analysis diagram of multi-attribute fusion predicition

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

廊坊凹陷楊稅務(wù)潛山儲(chǔ)層巖性主要為碳酸鹽巖，儲(chǔ)層類型碳酸鹽巖裂縫、裂縫—孔隙型儲(chǔ)層，針對(duì)該類型儲(chǔ)層，常規(guī)預(yù)測(cè)以相干曲率類屬性為主，預(yù)測(cè)方法單一，且無法對(duì)油氣藏分布進(jìn)行刻畫。本文在儲(chǔ)層特征分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)選出對(duì)有效儲(chǔ)層敏感的屬性，提出一種簡(jiǎn)單有效的屬性融合技術(shù)來預(yù)測(cè)有效儲(chǔ)層分布，取得了較好的實(shí)踐效果。

1)針對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層，有效儲(chǔ)層精細(xì)標(biāo)定是屬性優(yōu)選的基礎(chǔ)，在統(tǒng)計(jì)分析屬性與儲(chǔ)層厚度的基礎(chǔ)上，可以優(yōu)選出對(duì)儲(chǔ)層敏感的屬性。

2)屬性與儲(chǔ)層厚度之間的相關(guān)系數(shù)是決定屬性融合權(quán)重大小的關(guān)鍵，分井、分層段計(jì)算屬性與儲(chǔ)層厚度相關(guān)系數(shù)，并以相關(guān)系數(shù)計(jì)算各屬性權(quán)重，可以實(shí)現(xiàn)屬性的定量預(yù)測(cè)。