井震融合多級約束儲層建模方法研究

◇勝利油田分公司物探研究院 盧 寧 楊宏偉 張玉曉 夏 建

針對密井網(wǎng)儲層建模存在的井震相關(guān)系數(shù)區(qū)域差異性大、井資料分布多峰及無法實現(xiàn)多源信息共同約束等問題，為充分應(yīng)用地震反演、地層切片、砂體空間展布、測井?dāng)?shù)據(jù)等儲層信息，研究了井震聯(lián)合多級約束儲層建模技術(shù)。在分區(qū)變差函數(shù)、空變概率密度函數(shù)、相區(qū)域的多重約束下，利用地質(zhì)統(tǒng)計反演信息和井信息之間的條件關(guān)系，對地震信息進(jìn)行細(xì)化，提高儲層模型縱向分辨能力；同時以地層切片等信息為橫向約束，進(jìn)一步提高砂體橫向展布的描述精度。該技術(shù)在孤東油田密井網(wǎng)區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用，在相控模式下對地震反演體進(jìn)行了匹配處理，處理后的地震數(shù)據(jù)與井?dāng)?shù)據(jù)分布范圍一致；分相生成概率密度函數(shù)有效縮小了概率密度分布范圍，消除了數(shù)據(jù)分布的多峰現(xiàn)象；通過數(shù)據(jù)加權(quán)將多個儲層約束數(shù)據(jù)融合成一個三維趨勢體。最終綜合測井、地震反演和井震聯(lián)合砂體描述成果，在沉積微相認(rèn)識控制下，建立了高精度儲層模型，提高了砂體邊界識別能力和薄砂體的預(yù)測精度，識別精度可達(dá)0.5m，同時實現(xiàn)了隔夾層的精細(xì)刻畫。該技術(shù)對于提高密井網(wǎng)整裝油藏的開發(fā)水平具有重要意義和良好的推廣價值。

密井網(wǎng)油藏開發(fā)認(rèn)識程度相對較高，為儲層建模提供了豐富的測井、地質(zhì)、地震等研究成果，同時對建模精度也提出了更高的要求[1-2]。與常規(guī)油藏建模相比，密井網(wǎng)油藏建模存在一系列問題和難點。密井網(wǎng)區(qū)儲層建模存在的問題及難點主要表現(xiàn)在三個方面：①井震資料匹配方面，井震相關(guān)性存在區(qū)域性；②概率匹配方面，密井區(qū)井資料存在數(shù)據(jù)范圍大、多峰現(xiàn)象，全局概率會增大模型不確定性；③多資料聯(lián)合約束方面，常規(guī)趨勢約束的建模方法僅能應(yīng)用一種約束數(shù)據(jù)，密井區(qū)資料豐富，無法實現(xiàn)多源信息共同約束提高模型精度。儲層精細(xì)描述是提高采收率的關(guān)鍵，井震聯(lián)合儲層建模則是提高儲層預(yù)測精度的重要手段[2-7]。

為進(jìn)一步提高薄儲層的識別能力，本文研究了井震聯(lián)合多級約束相控儲層物性建模方法，在地震儲層描述成果基礎(chǔ)上，在精細(xì)小層格架和沉積相雙重控制下，以井點砂體數(shù)據(jù)為條件，應(yīng)用井?dāng)?shù)據(jù)、高精度反演、地層屬性切片和砂體空間展布等多種儲層信息，一方面利用地質(zhì)統(tǒng)計反演信息和井信息之間的條件關(guān)系，對地震信息進(jìn)行細(xì)化，提高儲層模型縱向分辨能力；另一方向以地層切片等信息為橫向約束，進(jìn)一步提高砂體橫向展布的描述精度，進(jìn)一步在分區(qū)變差函數(shù)、空變概率密度函數(shù)、相區(qū)域的多重約束下，開展儲層精細(xì)建模，為剩余油預(yù)測和開發(fā)方案優(yōu)化提供精細(xì)儲層模型。

1 井震數(shù)據(jù)相關(guān)性分析及匹配處理方法研究

在建模過程中，地震屬性作為約束數(shù)據(jù)，是以趨勢和概率數(shù)據(jù)形式被使用的，地震屬性分布的概率是通過井?dāng)?shù)據(jù)的概率分布實現(xiàn)的，這就要求地震屬性與井?dāng)?shù)據(jù)有一定的對應(yīng)關(guān)系；井震數(shù)據(jù)具有一定的相關(guān)性是進(jìn)行井震聯(lián)合建模的基礎(chǔ)，通過井震相關(guān)性分析為約束數(shù)據(jù)權(quán)值的確定提供依據(jù)[8-9]。

針對井、震數(shù)據(jù)不匹配的問題，需對建模的測井?dāng)?shù)據(jù)與地震數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性檢查及處理，使兩者有比較好的匹配，以便建模時用于井間物性的趨勢約束。

針對不同區(qū)域井震資料相關(guān)性差異性問題，設(shè)計了四種井震相關(guān)性匹配方案，為井震關(guān)系建立和地震資料的合理應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。①按層系：提取指定層系的井和地震數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析；②按相帶：提取指定相的井和地震數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析；③按區(qū)域：提取指定區(qū)域（砂體空間展布）的井和地震數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析；④綜合：同時使用層系、相帶、區(qū)域進(jìn)行組合約束分析。

實際區(qū)塊屬性數(shù)據(jù)與井?dāng)?shù)據(jù)相關(guān)受地質(zhì)層系、相或區(qū)域影響不同，相關(guān)性匹配處理過程是在通過提取井旁道地震反演數(shù)據(jù)與井物性數(shù)據(jù)在層系、相帶、區(qū)域的約束下開展井震匹配計算，建立與井物性匹配的屬性體。

地震屬性相關(guān)性轉(zhuǎn)換方法，一般采用擬合公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由樣本點回歸擬合公式，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。主要公式有：

在對地震屬性、井?dāng)?shù)據(jù)做相關(guān)性分析過程中，選擇什么樣的擬合公式，主要根據(jù)擬合公式回歸后的直線或曲線與樣本點趨勢是否一致。

從區(qū)域模式及相控模式井震相關(guān)性示意圖對比圖（圖1）可知，井震相關(guān)性處理后的地震數(shù)據(jù)與井?dāng)?shù)據(jù)分布范圍一致，對于S區(qū)塊相控模式井震相關(guān)性較區(qū)域模式好。

圖1 S區(qū)塊區(qū)域模式及相控模式井震相關(guān)性示意圖對比

2 地震反演數(shù)據(jù)與井?dāng)?shù)據(jù)概率匹配處理方法研究

2.1 空變概率密度計算原理

首先根據(jù)累積概率分布函數(shù)的概率相同的原則，通過等概率建立井?dāng)?shù)據(jù)和地震反演數(shù)據(jù)間的對應(yīng)關(guān)系，對波阻抗屬性進(jìn)行轉(zhuǎn)換，確保井震資料一致[10-11]。進(jìn)一步對地震數(shù)據(jù)和井?dāng)?shù)據(jù)的概率分布進(jìn)行對比分析，調(diào)整地震數(shù)據(jù)、井?dāng)?shù)據(jù)的數(shù)值范圍，使二者概率分布一致，有利于地震數(shù)據(jù)約束非井點處的儲層參數(shù)，提高地震資料分辨率。

對實際工區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行概率統(tǒng)計時，概率分布比較寬，對建模結(jié)果也會比較寬，這樣不利于提高建模的縱向分辨率。針對密井網(wǎng)資料導(dǎo)致的局部條件概率分布范圍增大的問題，根據(jù)地質(zhì)區(qū)域（沉積相、砂體空間展布）空間分布進(jìn)行概率統(tǒng)計，分區(qū)分相生成概率密度函數(shù)，提高儲層模型確定性。將按數(shù)據(jù)根據(jù)區(qū)域（相或者是臨近區(qū)域）進(jìn)行統(tǒng)計，概率的分布范圍明顯變窄，有利于防止對建模結(jié)果過于分散，有利于提高分辨率，如圖2所示。

圖2 相控井震概率密度匹配原理圖

2.2 地震反演數(shù)據(jù)與井?dāng)?shù)據(jù)的概率匹配處理方法研究

（1）正態(tài)分布的檢驗方法：Q-Q圖正態(tài)分布檢查法。

如果兩個分布相似，則該Q-Q圖趨近于落在y=x線上。如果兩分布線性相關(guān)，則點在Q-Q圖上趨近于落在一條直線上，但不一定在y=x線上。

其中Q-Q圖繪制方法首先是將原始觀察數(shù)據(jù)依據(jù)升序排列，進(jìn)一步計算標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分位數(shù)q1,q2,…,qn，最后繪制數(shù)據(jù)（qi,xi）(i=1,2,…,n)，即為Q-Q圖。

（2）標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的轉(zhuǎn)換方法。

3 多資料聯(lián)合約束儲層建模方法研究

3.1 密井網(wǎng)條件下分區(qū)變差函數(shù)研究

應(yīng)用密井網(wǎng)區(qū)豐富的測井資料開展變差函數(shù)分析，研究變差函數(shù)參數(shù)對建?？臻g非均質(zhì)性表達(dá)精度的影響。井網(wǎng)密度不同，其變差函數(shù)的統(tǒng)計規(guī)律不同。需要在建模過程中根據(jù)不同的井網(wǎng)密度建立不同的變差函數(shù)，以充分體現(xiàn)物性的在空間上的非均質(zhì)性。為適應(yīng)多級約束儲層建模算法，更精細(xì)地表達(dá)不同地質(zhì)區(qū)域的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)特征，在分層變差函數(shù)擬合基礎(chǔ)上，新增了分區(qū)變差函數(shù)擬合功能，實現(xiàn)了相控區(qū)域化統(tǒng)計特征精細(xì)擬合[12-13]。

變差函數(shù)研究首先是從基本的變差模型中選擇適當(dāng)?shù)念愋?，確定變差函數(shù)是躍遷型還是非躍遷型，通常依靠實驗變差在原點附近的性質(zhì)。如果實驗變差在原點附近具有線性行為，則球狀模型或者指數(shù)模型將是適合的；如果變差函數(shù)在原點附近的連續(xù)性很好，高斯模型將會是最佳的選擇。

在實驗變差函數(shù)建模過程中，第一步需要判斷的是被考察的空間連續(xù)性是各向同性還是各向異性。如果是各向同性，在變差模型中僅用全向變差就可以了；如果是各向異性，模型將變得非常復(fù)雜，需要用多個步驟來完成這個過程。在各向異性變差模型中的第一步就是辨別各向異性，這通過結(jié)合定性和定量信息能夠做到，例如主要的軸，可以通過地質(zhì)特征，比如地質(zhì)體的延伸方向、傾向等來確定。下一步就是構(gòu)造一個模型，能夠描繪整個變差函數(shù)特征在距離和方向上的改變。第三步，就是變差函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，以使各向異性的問題可以采用各向同性變差函數(shù)同樣的方法來對待。

3.2 多數(shù)據(jù)生成綜合趨勢約束體原理

密井網(wǎng)油藏開發(fā)程度較高，經(jīng)過多年開發(fā)及多輪次描述，認(rèn)識程度也相對較高，資料豐富，比如測井、地質(zhì)、地震等研究成果豐富。針對常規(guī)井震聯(lián)合儲層建模方法無法同時應(yīng)用多個約束數(shù)據(jù)的問題，研發(fā)了多約束數(shù)據(jù)融合算法，在井震相關(guān)性分析基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)加權(quán)將多個儲層約束數(shù)據(jù)融合成一個三維趨勢體，為地震約束的儲層建模奠定基礎(chǔ)[14]。

多種數(shù)據(jù)生成綜合趨勢約束體方法流程如圖3所示。

圖3 多種數(shù)據(jù)生成綜合趨勢約束體方法流程圖

其中反演數(shù)據(jù)需要進(jìn)行歸一化轉(zhuǎn)換：將反演數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成與目標(biāo)數(shù)據(jù)正相關(guān)的在0-1范圍內(nèi)數(shù)據(jù)，根據(jù)井震相關(guān)性分析結(jié)果，不同區(qū)域給定不同權(quán)值；地層切片數(shù)據(jù)包含地震屬性、砂體邊界數(shù)據(jù)等；將地震屬性轉(zhuǎn)換為0-1范圍內(nèi)數(shù)據(jù)，權(quán)值根據(jù)井震相關(guān)性分析或?qū)＜医o定，垂向上引入垂向比例函數(shù)或按線性分布；砂體邊界轉(zhuǎn)換：將砂體設(shè)置為1，非砂體設(shè)置為0；或根據(jù)砂體分布規(guī)律設(shè)置為0-1范圍內(nèi)的值；垂向分布：引入垂向比例函數(shù)或按線性分布。

進(jìn)一步根據(jù)垂直分布規(guī)律，生成趨勢約束體。

融合數(shù)據(jù)體綜合了多源數(shù)據(jù)優(yōu)勢，提高了砂體邊界識別能力，同時保留了與儲層厚度相關(guān)的信息，為儲層建模提供更加豐富、可靠的約束數(shù)據(jù)體。

4 應(yīng)用效果

在孤東油田密井網(wǎng)區(qū)S區(qū)塊開展了技術(shù)應(yīng)用，該區(qū)塊砂體發(fā)育零散，孤立型砂體比較多，注采矛盾突出，需要進(jìn)一步落實儲層縱向疊置和橫向連通性，理清注采對應(yīng)關(guān)系。

在該區(qū)塊精細(xì)小層格架基礎(chǔ)上，開展井震聯(lián)合儲層反演，并通過精細(xì)地層對比，落實砂體發(fā)育邊界，生成三維趨勢體，進(jìn)一步以實際測井物性曲線為硬數(shù)據(jù)，以三維趨勢體為約束，以沉積微相模型為控制，以分相統(tǒng)計的空變概率密度函數(shù)為概率設(shè)定，應(yīng)用相控井震聯(lián)合多級約束儲層建模方法，建立了高精度儲層模型，實現(xiàn)了薄砂體和隔夾層的精細(xì)建模，落實了儲層連通性，也解決了注采矛盾。

圖4是44小層平面建模結(jié)果。從圖4中可知，井震聯(lián)合多級約束儲層建模技術(shù)正確地反映了砂體分布，儲層模型很好地吻合了地質(zhì)認(rèn)識，在井點處與井?dāng)?shù)據(jù)完全吻合，其趨勢與地震反演數(shù)據(jù)一致。

圖4 多級數(shù)據(jù)約束建模結(jié)果

從連井剖面圖5可知，建立的儲層模型與井曲線和地質(zhì)認(rèn)識完全吻合，在多資料約束、多參數(shù)控制下，提高儲層空間展布預(yù)測精度和確定性，砂體模型能夠清晰地刻畫河道形態(tài)，縱向橫向砂體規(guī)模、走向及其縱向疊置關(guān)系。在井?dāng)?shù)據(jù)約束下，提高了薄砂體的預(yù)測精度，小層展布特征清晰，儲層的薄互層的分辨能力從1m提高至0.5m。

圖5 多級約束儲層建模剖面圖

在精細(xì)儲層模型基礎(chǔ)上，應(yīng)用建模數(shù)模一體化技術(shù)[15]，進(jìn)行了相控剩余油分布規(guī)律研究，對剩余油富集區(qū)域進(jìn)行方案部署，共部署新油井5口，水井1口，新建產(chǎn)能0.8萬噸。以新井A5為例，從剩余油分布發(fā)現(xiàn)該井區(qū)存在未動用小砂體，具備完善潛力，投產(chǎn)日油3.5噸。根據(jù)剩余油描述成果提出并實施油水井措施21口，日增油17.9噸。通過開發(fā)方案調(diào)整，提高儲量動用程度3.9%，提高采出程度1.0%。

圖6 各小層疊加剩余油飽和度圖

5 結(jié)論

（1）針對井震相關(guān)性區(qū)域性差異問題，通過對井、地震物性相關(guān)性分析，完成了井震數(shù)據(jù)相關(guān)性匹配處理研究工作，為約束數(shù)據(jù)空變權(quán)值的確定提供依據(jù)；針對密井區(qū)井資料存在數(shù)據(jù)范圍大、多峰現(xiàn)象問題，通過對井?dāng)?shù)據(jù)、地震反演數(shù)據(jù)概率密度分析，分區(qū)分相生成空變概率密度函數(shù)，降低了儲層建模不確定性。

（2）通過多級約束的儲層建模方法的算法完善，實現(xiàn)了包含地震反演數(shù)據(jù)、地層切片、砂體邊界認(rèn)識等多源信息的聯(lián)合約束，提高了儲層建模精度，儲層的薄互層的分辨能力從1m提高至0.5m。

（3）該技術(shù)在整裝油藏儲層認(rèn)識比較全面、儲層約束信息比較豐富的密井網(wǎng)區(qū)具有普適性和較好的推廣應(yīng)用前景。