基于疊前地震數(shù)據(jù)五維信息的薄互儲層預測方法

徐立恒， 楚文靜， 馬浩楠， 星占龍， 張 鵬， 李紅星

(1.大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712； 2.中國石油玉門油田分公司勘探部，甘肅酒泉 735019； 3.中國石油青海油田分公司采油二廠技術中心，青海茫崖 816400； 4.中國石油青海油田分公司鉆采工藝研究院，甘肅敦煌 736200； 5.中國石油玉門油田分公司工程技術研究院，甘肅酒泉 735019)

隨著油田地球物理技術的進步及應用領域的擴展，地震技術在國內(nèi)油氣田開發(fā)中得到了深度的應用，有效提高了井間砂體連通關系的認識。隨著國內(nèi)大多數(shù)陸上油田進入特高含水期，注水、注聚開發(fā)導致的剩余油分布極度零散，主要分布在厚砂體的頂部、河道邊部及薄差儲層中，對井間砂體的識別精度要求也相應提高，主要難點是如何精細描述復合砂體單一河道邊界及窄小河道在井間的走向。常規(guī)地震由于受采集條件及道集處理疊加影響，導致有效的地質(zhì)信息被壓制，導致對于橫向相變快、縱向呈薄互層沉積的砂體預測存在較大的不確定性[1-2]。疊前地震五維信息指的是寬方位地震采集的道集資料，具有常規(guī)三維+方位角+偏移距(入射角)信息，其中寬方位指的是地震資料采集觀測系統(tǒng)中的橫向與縱向排列的比值達到約0.5時即為寬方位地震采集。近幾年疊前地震的采集、處理及解釋技術成為地球物理技術研究的重要方向之一。相比于傳統(tǒng)的窄方位地震勘探，五維寬方位地震信息增加采集照明度，具有更高的陡傾角成像能力和較豐富的振幅成像信息，可反映振幅隨炮檢距和方位角的變化、地層速度隨方位角的變化，從而增強了識別斷層、裂隙、地層巖性和流體的能力。眾多學者對寬方位地震信息進行了相關研究，劉依謀等[3-5]針對碳酸鹽巖縫洞型儲層實施了高密度全方位三維地震技術研究，提高了小尺度縫洞儲層和裂縫預測精度；孔德政等[6]對復雜地表下的巖性勘探區(qū)域，提出了突出小線距、適當觀測寬度的寬方位三維觀測系統(tǒng)優(yōu)化設計方法，改善成像質(zhì)量；陳懷震等[7-8]針對不同方位角度的部分角度疊加地震數(shù)據(jù)體，通過疊前反演手段得到方位各向異性彈性阻抗，實現(xiàn)了低滲透砂礫巖儲集層的預測。從地震處理解釋技術研究現(xiàn)狀來看，主要集中在五維寬方位地震信息采集、處理成像及裂縫預測方法研究，在指導開發(fā)應用實踐中見到效果的報導較少；對于如何充分挖掘?qū)挿轿坏卣饠?shù)據(jù)中極其豐富的地質(zhì)信息，怎樣建立不同方位地震與地下儲層沉積規(guī)律的聯(lián)系，還缺少成熟的認知和系統(tǒng)的解釋方法；同時，基于疊前地震五維信息在特高含水期薄互儲層描述領域中的研究較少[9-10]。筆者以大慶油田河流三角洲相典型區(qū)塊為研究區(qū)，在五維地震資料處理的基礎上，充分挖掘多方位地震資料中豐富的各向異性信息，重點研究不同方位地震與不同類型河道展布之間的聯(lián)系；通過多方位地震屬性切片優(yōu)選及預測，提高不同類型河道砂體描述精度，指導剩余油挖潛措施方案編制。

1 寬方位地震資料的OVT處理

如圖1所示，野外地震采集時地下反射波由一系列包含方位角和入射角的道集組成。按方位進行道集劃分可以形成炮檢距矢量片，簡稱OVT道集，是十字排列內(nèi)的一個數(shù)據(jù)子集，大小等于相鄰2條接收線和2條炮線之間的區(qū)域。對于研究區(qū)高密度觀測系統(tǒng)采集的地震資料，觀測系統(tǒng)類型為16線6炮220道正交，覆蓋次數(shù)為80次，CMP(共中心點)面元為10 m×10 m，道距為20 m，橫縱比0.48。每個十字排列子集可以細分為80個OVT子集，每個OVT子集都是由沿炮線有限范圍的炮點和沿接收線有限范圍的檢波點構(gòu)成，上述2個限定范圍決定了每個OVT子集方位角和炮檢距范圍。OVT子集是覆蓋全區(qū)的單次覆蓋數(shù)據(jù)體，單個十字排列的炮檢距呈同心圓分布，方位角也對稱分布。根據(jù)研究區(qū)地震采集觀測系統(tǒng)參數(shù)，包括炮線距、檢波線間距以及覆蓋次數(shù)等野外施工參數(shù)，在十字交叉排列道集基礎上，將地震記錄劃分為80個有效OVT單元，每個單元對應一個完整地震數(shù)據(jù)體，各自含有范圍較小的炮檢距和方位角信息[11-12]。

圖1 寬方位地震采集原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of wide azimuth seismic acquisition principle

基于OVT地震道集，首先根據(jù)面波、線性干擾、高能隨機干擾等不同類型噪音在不同域(包括炮域、檢波點域、CMP域及共炮檢距域)、不同反射時間段以及不同頻段的不同特征進行分類、分域、分時、分頻、分區(qū)、分步的噪音壓制方法，進一步提高地震資料信噪比；其次，通過靜校正量的高頻分量、低頻分量分解和組合，降低油區(qū)、城區(qū)復雜地表條件和近地表層低降速帶橫向速度劇烈變化引起的靜校正誤差；然后，采用地表一致性振幅補償消除由于地表激發(fā)、接收條件的不一致性引起的地震波振幅的變化；最后，基于反褶積處理技術解決由于近地表條件變化導致的激發(fā)子波在空間上的不一致性問題，提高分辨率[13-14]。

通過以上處理環(huán)節(jié)，輸出多個方位地震數(shù)據(jù)體。如圖2所示，與常規(guī)疊后地震相比，疊前方位地震剖面的同相軸垂向延續(xù)時間明顯變短，波形變瘦，層間信息更加豐富，頻寬由12～80 Hz提高至8～109 Hz，主頻由45 Hz提高至50 Hz。表明地震分辨率得到提高，成像細節(jié)更加突出。

圖2 疊后地震與OVT方位地震對比Fig.2 Comparison of post stack earthquake and OVT azimuth earthquake

2 OVT屬性儲層預測方法

基于寬方位地震資料的不同方位屬性進行儲層預測，優(yōu)勢在于能夠充分發(fā)揮多方位地震橫向預測能力，該方法通過不同方位部分疊加的地震數(shù)據(jù)體提取多個方位地震切片，在搞清多方位地震切片與地質(zhì)體發(fā)育的內(nèi)在聯(lián)系基礎上，利用地震切片反映的地質(zhì)沉積信息進行儲層精細描述。其關鍵點是確定方位地震道集疊加的合適范圍，以及建立不同方位地震與不同沉積類型地質(zhì)體的關系[15]。

如圖3所示，通過研究區(qū)不同方位及不同偏移距的疊前地震道集分析，發(fā)現(xiàn)地震振幅隨不同方位和偏移距呈類似正弦曲線的關系，初步揭示了寬方位地震具有各向異性特征。圖4為基于各向異性梯度算法公式得到的橢圓圖，其中長軸方向代表速度最大方向，短軸方向代表速度最小方向，長軸與短軸的比值為橢圓的扁率，即為各向異性強度。在基于OVT地震進行裂縫研究的時候，長軸為裂縫的延展方向，各向異性強度為裂縫發(fā)育的部位；但是針對于儲層研究，長軸為河道的延展方向，各向異性強度為河道邊界發(fā)育的部位[16]。圖4為各向異性及河道方向特征，顯示研究區(qū)河道主要為東北方向。以上充分顯示了研究區(qū)儲層存在各向異性，但是與裂縫研究存在較大的區(qū)別在于，裂縫利用各向異性強度為裂縫發(fā)育的部位，但是針對薄互層來說，由于薄互層砂體縱向河道邊界變化較大，縱向上互相干擾導致平河道邊界模糊。因此需要轉(zhuǎn)換思路建立針對薄互層儲層的OVT地震儲層方法。具體采用的方式將OVT地震按不同方位進行分別疊加，充分利用每個方位的地震屬性信息，與常規(guī)全疊加地震資料相比，可以消除各向異性帶來的干擾，充分突顯儲層本身的巖性及物性引起的地震響應特征。

圖3 振幅與方位角、偏移距關系分析Fig.3 Analysis of relationship between amplitude and azimuth, offset

圖4 各向異性及河道方向Fig.4 Anisotropy and channel direction

2.1 部分方位道集疊加

在保證OVT不同方位地震具有一定信噪比的基礎上，盡可能將方位分得越細。這樣一方面最大程度上保留方位角和炮檢距信息，另一方面可以將每個部分疊前地震數(shù)據(jù)的各向異性干擾消除。對地震道集進疊加方位角的范圍與原始地震資料的覆蓋次數(shù)以及信噪比密切相關，當原始地震資料的覆蓋次數(shù)越多，信噪比越高時，方位可細分的程度越高；當覆蓋次數(shù)越少，信噪比越低時，方位可細分的程度越低。

如圖5所示，按照方位角區(qū)間10°、20°、30°、45°進行分組疊加成像試驗，使有效信息和信噪比之間達到一個平衡。試驗結(jié)果表明，方位角間隔為10°進行疊加時，信噪比低，強軸不連續(xù)、弱軸呈雜亂分布，而方位角間隔為20°、30°、40°、50°的成像剖面皆可滿足后續(xù)的層位追蹤及儲層預測需求，但是為了保留更多方位的地震信息，確定20°為間隔的地震道集疊加方案。從而建立了“方位九分”道集部分疊加方案，即0°～20°、20°～40°、40°～60°、60°～80°、80°～100°、100°～120°、120°～140°、140°～160°、160°～180°，輸出了9套方位數(shù)據(jù)體，為后續(xù)儲層預測提供了信息豐富的地震數(shù)據(jù)體。

圖5 不同方位角疊加成像地震剖面試驗Fig.5 Seismic section test of superimposed imaging of different azimuth angles

2.2 切片優(yōu)選及河道砂體預測

大慶長垣研究區(qū)屬河流-三角洲相沉積，內(nèi)部發(fā)育分流平原相復合河道砂和內(nèi)前緣相窄小河道砂等微相類型，不同沉積類型的河道砂體特征差異較大，其中建立不同方位地震切片與河道展布聯(lián)系是開展基于疊前地震五維信息進行河道預測的關鍵。

2.2.1 復合河道砂體預測

復合河道砂體規(guī)模較大，寬度可達500～2 000 m，形如不規(guī)則席狀砂，內(nèi)部有許多河間沉積。單一曲流帶砂體為帶狀，厚度約為3～8 m，寬厚比為80～350。砂體邊界圓滑曲折，有許多向內(nèi)彎曲的廢棄河道沉積，以及眾多的點壩體，每個點壩體由單個河道的側(cè)向變遷、加積和截彎取直形成的，由若干側(cè)積體組成，側(cè)積體之間往往有較薄的側(cè)積夾層遮擋。側(cè)積夾層垂向分布密度約為1～2 m/條，厚度小于10 cm，整個側(cè)積體上部連通關系變差，呈現(xiàn)“半連通體”狀態(tài)。

提取9個方位地震切片，從中優(yōu)選出合適的地震切片進行復合河道砂體描述。從圖6中可以看到，雖然不同方位的地震切片整體特征一致，但是局部差異還是非常明顯的。通過與研究區(qū)目的層的沉積特征匹配分析，可見60°～80°反映的點壩砂體特征最為清晰，能夠反映出砂體內(nèi)部的期次特征。通過不同部位的大量切片對比顯示，針對復合河道砂體來說，與砂體展布方向(南北向)呈一定夾角或垂直的方位切片更加匹配，夾角范圍約為60°～90°。分析原因認為，復合河道砂體整體較厚，內(nèi)部隔夾層分布，只有與復合河道發(fā)育方向呈一定夾角的方位切片更有利于區(qū)分內(nèi)部的河道期次。如圖7所示，通過與井數(shù)據(jù)結(jié)合，將點壩砂體進一步精細雕刻，與原有的疊后地震切片相比，識別出了復合河道砂體內(nèi)部單一河道邊界，可為厚砂體內(nèi)部剩余油分布描述及挖潛提供指導。

圖6 基于復合河道砂體的不同方位地震切片F(xiàn)ig.6 Seismic slices in different directions based on composite channel sand body

圖7 基于點壩砂體的疊前與疊后對比Fig.7 Prestack and poststack comparison based on point bar sand body

2.2.2 窄小河道識別

內(nèi)前緣相窄小河道砂體比較窄小，寬度介于100～300 m，平均約為250 m，寬厚比多為40～80 m。河道砂體之間被大片泥質(zhì)巖充填，鉆遇率占30%～50%，僅有小型決口沉積和溢岸沉積物。砂體厚度沿水道方向變化較大，水下分流河道厚度一般在2～4 m，滲透率與厚度關系一致，表現(xiàn)為明顯的條帶性和方向性，砂體均呈簡單的單砂體存在，縱向上主要分布在一個小層或沉積單元范圍內(nèi)。

提取9個方位地震切片，從上優(yōu)選出合適的切片進行窄小河道砂體描述。從圖8中可以看到，不同方位的地震切片差異非常明顯，其中小角度方位切片的振幅較弱，大角度方位切片的振幅較強。通過與研究區(qū)目的層的沉積特征匹配分析，可見160°～180°反映的窄小河道砂體特征最為清晰，能夠預測出窄小河道砂體整體的展布特征。不同部位的大量切片對比顯示，對窄小河道砂體來說，與砂體展布方向一致的方位切片更加匹配。分析原因認為，窄小河道砂體一般較薄，孔滲性差于厚砂體，只有順著窄小河道發(fā)育方向的地震切片，更有利于砂體的趨勢追蹤。如圖9所示，疊前地震切片上的窄小河道特征與井數(shù)據(jù)匹配較好(有效厚度及測井曲線顯示了河道特征)，而常規(guī)疊后地震切片并沒有體現(xiàn)窄小河道的特征，基于疊前五維地震信息識別出窄小河道砂體有利于增大剩余油潛力規(guī)模。

圖8 基于窄小河道砂體的不同方位地震切片F(xiàn)ig.8 Seismic slices in different directions based on narrow channel sand body

圖9 基于窄小河道砂體的疊前與疊后對比Fig.9 Prestack and poststack comparison based on narrow channel sand body

3 指導措施挖潛

基于疊前地震五維信息儲層預測方法，在大慶長垣研究區(qū)進行復合河道砂體及窄小河道砂體精細描述，指導剩余油挖潛措施方案編制。

如圖10所示，基于OVT域方位地震切片，識別出點壩河道砂體。原有相圖認為，是一片大規(guī)模分布的河道砂體，連通關系好；而基于OVT方位地震切片認為在復合砂體內(nèi)部存在廢棄河道，導致砂體連通關系變差，在廢棄河道附近由于遮擋存在剩余油分布；結(jié)合注采關系分析，對B1-P3井SII8a層進行壓裂，改善水井和油井之間的連通關系，單井日產(chǎn)油7.1 t，日增油4.1 t。

圖10 井震結(jié)合點壩河道砂體精細描述Fig.10 Fine description of channel sand body of dam at well seismic joint

如圖11所示，基于OVT地震切片預測出井間窄小河道發(fā)育。原有相圖的河道呈零星狀分布，而最新相圖將河道進行了組合，根據(jù)砂體新認識和注采關系分析，認為存在剩余油，對G233-S36井GIII21層進行補孔措施，單井日產(chǎn)油1.5 t，日增油1.1 t。基于五維地震信息的儲層預測技術適用于特高含水油田薄互儲層精細描述。

圖11 井震結(jié)合窄小河道砂體精細描述Fig.11 Fine description of sand body in narrow channel by well seismic combination

4 結(jié) 論

(1)與常規(guī)疊后地震相比，疊前方位地震剖面的同相軸垂向延續(xù)時間明顯變短，波形變瘦，層間信息更加豐富。

(2)充分利用每個方位的地震屬性信息，與常規(guī)全疊加地震資料相比，可以消除各向異性帶來的干擾，充分突顯儲層本身的巖性及物性引起的地震響應特征。試驗結(jié)果表明，方位角間隔為20°的成像剖面可滿足后續(xù)的層位追蹤及儲層預測需求，從而可以建立“方位九分”道集部分疊加方案，為后續(xù)儲層預測提供了信息豐富的地震數(shù)據(jù)體。

(3)對復合砂體來說，與砂體展布方向呈一定夾角或垂直的方位切片更加匹配，分析原因認為，復合砂體整體較厚，內(nèi)部隔夾層分布，只有與復合砂體發(fā)育方向呈一定夾角的方位地震切片更有利于區(qū)分內(nèi)部的河道期次；對于窄小河道砂體來說，與砂體展布方向一致的方位地震切片更加匹配，分析原因認為，窄小河道砂體一般較薄，只有順著窄小河道發(fā)育方向的地震切片更有利于砂體的連續(xù)追蹤。

(4)基于疊前地震五維信息的儲層預測方法，指導研究區(qū)河道砂體精細描述及剩余油挖潛見到成效。適用于特高含水油田薄互儲層精細描述。