巖性反演及其在N871三角洲發(fā)育區(qū)應(yīng)用

鈕學(xué)民，李海濤，張 洪

(中國(guó)石化勝利油田有限公司 物探研究院，山東 東營(yíng) 257022)

波阻抗反演技術(shù)在油田勘探開(kāi)發(fā)中的作用日益顯著，作為儲(chǔ)層描述和巖性預(yù)測(cè)的一種重要手段，通過(guò)反演可以提高儲(chǔ)層的縱橫向分辨率，識(shí)別儲(chǔ)層尖滅點(diǎn)，對(duì)于儲(chǔ)層描述和井位部署可以發(fā)揮重要作用。然而受地質(zhì)沉積的影響以及巖性配置的關(guān)系，一些地區(qū)儲(chǔ)層與圍巖存在速度重疊，從而在波阻抗上同樣存在較大的重疊區(qū)，導(dǎo)致通過(guò)波阻抗反演結(jié)果進(jìn)行儲(chǔ)層解釋很大程度上存在一定的多解性，因此儲(chǔ)層解釋受此影響同樣無(wú)法進(jìn)行做到準(zhǔn)確描述。同樣在一些砂泥巖地層中由于存在灰質(zhì)砂和灰質(zhì)泥，受灰質(zhì)的影響，其速度與砂巖速度比較接近，地震反射特征也基本類(lèi)似，地震屬性以及常規(guī)波阻抗反演結(jié)果已經(jīng)不能解決此類(lèi)問(wèn)題。在一些有橫波測(cè)井的地區(qū)或者是通過(guò)巖石物理橫波估算進(jìn)行多種巖石物理參數(shù)分析，可以通過(guò)縱橫波速度比或者泊松比等進(jìn)行區(qū)分，這樣就需要通過(guò)疊前反演進(jìn)行區(qū)分，有的地區(qū)受資料限制，疊前道集資料品質(zhì)問(wèn)題或者沒(méi)有疊前道集資料因而無(wú)法通過(guò)疊前反演進(jìn)行該類(lèi)儲(chǔ)層識(shí)別。本文提出了地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)巖性指示反演方法，在波阻抗準(zhǔn)確反演的基礎(chǔ)上，通過(guò)波阻抗巖性概率信息以及測(cè)井巖性解釋結(jié)論輸入進(jìn)行統(tǒng)計(jì)約束，最后可以直接反演出巖性數(shù)據(jù)體，因而可以進(jìn)行儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層的識(shí)別，直接進(jìn)行儲(chǔ)層描述與解釋?zhuān)鉀Q了阻抗巖性解釋多解性問(wèn)題。在N871三角洲發(fā)育地區(qū)采取了有針對(duì)性的實(shí)際反演處理和效果驗(yàn)證，取得了良好的效果。

1 巖性指示反演

1.1 方法原理

該方法以地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析為基礎(chǔ)，以已知的測(cè)井巖性數(shù)據(jù)、地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，以波阻抗反演結(jié)果處理得到的波阻抗巖性概率體為趨勢(shì)，以地質(zhì)模型框架模型、每種巖性阻抗變差函數(shù)和巖性指示變差函數(shù)為約束，應(yīng)用馬爾科夫鏈蒙特卡洛算法，得到多個(gè)等概率的波阻抗數(shù)據(jù)體和巖性數(shù)據(jù)體，經(jīng)過(guò)分析篩選及處理，得到反映空間地層巖性變化的巖性數(shù)據(jù)體。該方法綜合了地震、地質(zhì)和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，生成的儲(chǔ)層模型非常詳細(xì)，提供更符合實(shí)際的油藏模型；有井約束或無(wú)井約束條件下都能刻畫(huà)出超過(guò)地震帶寬限制的模型細(xì)節(jié)。該方法可以同時(shí)進(jìn)行巖相、彈性和油藏工程屬性的反演。這是一種反演離散型變量如巖性的方法，其關(guān)鍵是準(zhǔn)確計(jì)算波阻抗巖性概率體和變差函數(shù)，可以進(jìn)行不確定性評(píng)估。

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)巖性指示反演以地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析為基礎(chǔ)，進(jìn)行隨機(jī)模擬和反演，通過(guò)模擬算法、參數(shù)和反演方法優(yōu)選，得到較高分辨率的阻抗和巖性數(shù)據(jù)體。測(cè)井巖性數(shù)據(jù)一般可以通過(guò)伽馬曲線、自然電位曲線劃分或通過(guò)綜合錄井解釋數(shù)字化得到。

1.2 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)直方和變差函數(shù)分析

進(jìn)行地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演時(shí)，首先需要分巖性統(tǒng)計(jì)阻抗的直方分布，用以描述沉積體阻抗的分布范圍和區(qū)間。每種巖性直方分析后通過(guò)擬合得到工區(qū)中每種巖性波阻抗的空間分布概率。

變差函數(shù)是區(qū)域化變量空間變異性的一種度量，從三維空間定量描述地質(zhì)規(guī)律變化造成的儲(chǔ)層參數(shù)在空間中的相關(guān)性，反映了空間變異程度隨距離變化的特征。變異程度(變程)的大小反映了空間相關(guān)性的程度?；_(tái)值代表了儲(chǔ)層參數(shù)在空間中的總變異性的大小。塊金值相當(dāng)于變量純隨機(jī)性的部分，可以由測(cè)量誤差引起，也可來(lái)自礦化現(xiàn)象的微觀變異性[1]。

通過(guò)分巖性阻抗變差函數(shù)分析，確定分巖性沉積體的空間變化特征，分析沉積體的平面展布特征。可以通過(guò)測(cè)井資料進(jìn)行變差函數(shù)分析得到，也可以通過(guò)前期的稀疏脈沖反演波阻抗體分析得到，進(jìn)行變差函數(shù)擬合可以得到阻抗變量和巖性變量在x和y方向上的變程，另外可以通過(guò)地質(zhì)分析中獲得地質(zhì)體的范圍也可以間接確定x和y方向上的變程。

1.3 馬爾可夫鏈蒙特卡羅(MCMC)算法

蒙特卡洛馬爾科夫鏈算法是地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演過(guò)程中常用的一種隨機(jī)模擬過(guò)程。蒙特卡羅指的是該算法依賴(lài)隨機(jī)數(shù)和重復(fù)隨機(jī)繪制。鏈部分意味著通過(guò)進(jìn)行局部移動(dòng)包含一個(gè)“隨機(jī)游走”。換句話說(shuō)，該算法在狀態(tài)空間上構(gòu)造一個(gè)鏈，并使用“本地”信息進(jìn)行采樣。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程：1)從一個(gè)任意的三維模型開(kāi)始，并在數(shù)據(jù)體中隨機(jī)選擇一個(gè)位置。2)隨機(jī)生成一個(gè)建議的修改實(shí)現(xiàn)。3)對(duì)該位置的值正演計(jì)算合成地震，并計(jì)算出給定地震觀測(cè)數(shù)據(jù)條件下的建議模型的似然函數(shù)；4)評(píng)價(jià)建議模型的先驗(yàn)分布，這反映了變差函數(shù)和相鄰屬性值計(jì)算出的橫向和縱向的連續(xù)性。先驗(yàn)分布描述了給定變差函數(shù)的情況下，建議的屬性修改是否導(dǎo)致可能性增大或減?。?)應(yīng)用貝葉斯推論，先驗(yàn)分布乘以似然函數(shù)得到給定輸入信息(統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)、井?dāng)?shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)等)的后驗(yàn)概率，比較后驗(yàn)概率與該位置處的屬性值；6)如果建議的儲(chǔ)層模型具有較高的后驗(yàn)概率值，則該處的值被修改，然后轉(zhuǎn)到體中的另一個(gè)不同位置處。

貝葉斯推論后驗(yàn)有條件概率分布函數(shù)表達(dá)式為：

(1)

式中：P(θ|D)為后驗(yàn)有條件概率分布函數(shù)；θ為模型參數(shù)；D為觀測(cè)數(shù)據(jù)；P(θ)為先驗(yàn)概率函數(shù)；P(D|θ)為似然函數(shù)；P(D)為模型化常量[2-3]。

1.4 方法特點(diǎn)

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)巖性反演分辨率高，與測(cè)井解釋結(jié)果吻合好，對(duì)于厚層和薄層可以同時(shí)得到較好的反映，同時(shí)可以直接模擬出巖性?xún)?chǔ)層與非儲(chǔ)層的分布和空間變化，可以直接進(jìn)行儲(chǔ)層解釋?zhuān)苊饬藘?chǔ)層與非儲(chǔ)層由于阻抗重疊帶來(lái)的多解性。該方法適用于勘探開(kāi)發(fā)程度較高、鉆井較多、且測(cè)井資料較全的三維工區(qū)，運(yùn)算量大，缺點(diǎn)是井較少地區(qū)會(huì)因統(tǒng)計(jì)規(guī)律不強(qiáng)而出現(xiàn)假象。

2 N871地區(qū)應(yīng)用實(shí)例

2.1 基本地質(zhì)概況

N871井區(qū)位于牛莊生油洼陷的主體部位，具有豐富的油源。從沉積上講，沙三中、下時(shí)期，受東部東營(yíng)三角洲向西推進(jìn)及東南水道入湖的影響，該區(qū)濁積扇、濁積砂體廣泛分布發(fā)育。主要含油層系為第三系沙河街組地層，沙三中、下主要的油藏類(lèi)型為透鏡狀砂巖油藏，砂巖儲(chǔ)集體分布在巨厚的泥巖之中，是一套深湖—三角洲沉積體系。

2.2 地震反射特征分析

牛莊三角洲為大型的河控三角洲，地層明顯地向湖推進(jìn)，形成了明顯的三層結(jié)構(gòu)：頂積層、前積層、底積層。在此過(guò)程中，伴隨水流的強(qiáng)弱變化，形成了一個(gè)個(gè)明顯的三角洲扇體。

因?yàn)槿侵奁诖蝺?nèi)部呈非平行反射結(jié)構(gòu)，在目的層段的地震剖面上可以清晰地看到三層結(jié)構(gòu)，地震反射軸明顯向西傾斜，呈“S”型展布，上下均為頂超點(diǎn)和下超點(diǎn)限制。

底積層對(duì)應(yīng)T6波組，為強(qiáng)振幅、高連續(xù)性、平行反射結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于沙三下段油頁(yè)巖段對(duì)應(yīng)的響應(yīng)，為深湖-半深湖沉積。

頂積層對(duì)應(yīng)T4以上波組，為中振幅、中連續(xù)性、亞平行/波狀地震相，相當(dāng)于三角洲平原亞相，巖性以砂巖為主，夾有泥巖和炭質(zhì)頁(yè)巖。其內(nèi)部前積層的變化較多，既有弱-中振幅、高頻、斷續(xù)-中連續(xù)反射，又有強(qiáng)-中振幅、連續(xù)、平行-亞平行反射，分別對(duì)應(yīng)砂質(zhì)泥巖發(fā)育的三角洲前緣亞相和大套泥巖夾少量薄層砂巖的前三角洲前緣斜坡亞相(見(jiàn)圖1)。

2.3 砂體分析

本區(qū)的濁積砂體一般厚度較薄，平均單個(gè)砂體厚度5 m。而且薄層砂體(小于5 m)所占的比例大于50%，目的層地震資料主頻30 Hz，設(shè)層速度為3 000 m/s，按照四分之一波長(zhǎng)計(jì)算，可分辨厚度25 m，要針對(duì)此特點(diǎn)采取相應(yīng)的反演措施，解決大量存在的薄儲(chǔ)層反演問(wèn)題。

本區(qū)67%的砂巖速度相對(duì)圍巖速度高，但有33%的相對(duì)圍巖速度不明顯，特別是灰質(zhì)泥巖速度接近砂巖速度，重疊區(qū)較大(見(jiàn)圖2)，單靠一般的波阻抗反演方法已難以解決這一問(wèn)題[4]。

2.4 精細(xì)合成記錄標(biāo)定

合成記錄標(biāo)定是將深度域的測(cè)井資料與時(shí)間域的地震資料相結(jié)合的一種重要手段，也是地震層位解釋、儲(chǔ)層與地震反射特征分析和反演的重要基礎(chǔ)。

參考東營(yíng)時(shí)深關(guān)系，根據(jù)地震波組關(guān)系以及井旁合成記錄道的情況進(jìn)行合理調(diào)整，在保證合成記錄與井旁地震道保持良好相關(guān)性的同時(shí)，對(duì)各套儲(chǔ)層進(jìn)行了精細(xì)標(biāo)定[5-6]。

多數(shù)儲(chǔ)層頂界對(duì)應(yīng)波峰，少數(shù)儲(chǔ)層頂界對(duì)應(yīng)波谷與波峰之間。結(jié)合沉積研究，將單井合成記錄進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，合理調(diào)整時(shí)深關(guān)系，使得橫向上測(cè)井曲線的標(biāo)定符合三角洲地質(zhì)變化規(guī)律，而且標(biāo)定時(shí)深關(guān)系符合該地區(qū)的地質(zhì)變化規(guī)律，精細(xì)標(biāo)定為構(gòu)造層位解釋和反演打下了良好的基礎(chǔ)。

2.5 三角洲區(qū)域控制層位解釋

在準(zhǔn)確分析地質(zhì)規(guī)律及沉積規(guī)律的基礎(chǔ)上，對(duì)三角洲內(nèi)部進(jìn)行沉積期次剖分，根據(jù)地震反射特征，選取反射較強(qiáng)、橫向可較連續(xù)追蹤的三角洲的各套前積層以及頂積層和底積層進(jìn)行解釋?zhuān)虼嗽诮忉尯脴?biāo)準(zhǔn)反射層的基礎(chǔ)上，以三角洲側(cè)向加積的沉積學(xué)理論為指導(dǎo)，對(duì)三角洲的的各個(gè)沉積期次及“S”型前積層反射軸進(jìn)行了解釋?zhuān)瑥亩芎玫乜刂迫侵薜男螒B(tài)，為反演提供準(zhǔn)確的層位控制信息以此控制三角洲的沉積形態(tài)[7]。

2.6 初始三角洲波阻抗約束模型建立

本區(qū)具有三角洲沉積的特點(diǎn)，如果僅靠標(biāo)準(zhǔn)反射層底積層和頂積層進(jìn)行控制，初始波阻抗模型中三角洲內(nèi)部勢(shì)必會(huì)內(nèi)插成水平層，這是不符合實(shí)際地震反射特征和地質(zhì)規(guī)律。為了反演出三角洲濁積體，必須在初始約束模型中控制好三角洲的形態(tài)和三維斷層，因此在模型的層位約束中加入了三角洲的各套前積層作為層位控制，防止三角洲斜交的前積層內(nèi)插成水平層，初始約束模型地質(zhì)概念清楚。

在解釋的基礎(chǔ)上對(duì)斷層與各套層位的接觸關(guān)系、斷層的空間接觸關(guān)系、地質(zhì)沉積規(guī)律進(jìn)行研究總結(jié)，編輯斷層空間變化趨勢(shì)面，最終定義合理的地層描述表，選擇合理的內(nèi)插參數(shù)，結(jié)合標(biāo)定合理的井，建立初始三維多斷層約束波阻抗模型。從建立的模型上看，斷層的空間變化以及與地層的接觸關(guān)系合理，地層的形態(tài)符合地質(zhì)變化規(guī)律，三角洲地質(zhì)模型也反映得比較清楚(見(jiàn)圖3)。從而為后續(xù)的各種反演提供了比較準(zhǔn)確的地質(zhì)模型[8]。

2.7 實(shí)際反演處理

采用該三維三角洲初始波阻抗約束模型進(jìn)行反演，得到的三維波阻抗數(shù)據(jù)體上三角洲形態(tài)清楚，空間展布符合了該地區(qū)的三角洲地質(zhì)沉積規(guī)律(見(jiàn)圖4)。通過(guò)立體解釋得到的三角洲的各期次前積層空間展布非常直觀。

該地區(qū)井分布相對(duì)比較均勻，通過(guò)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)對(duì)波阻抗反演結(jié)果進(jìn)行處理，得到該地區(qū)波阻抗巖性概率體。通過(guò)進(jìn)行大量的指示變差分析，擬合了儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層變差函數(shù)，并進(jìn)行了試驗(yàn)，最終選擇了合適的變差函數(shù)進(jìn)行了實(shí)際處理(見(jiàn)圖5)。

2.8 反演結(jié)果應(yīng)用及效果分析

該方法結(jié)果分辨率較高，在有些地方分辨率達(dá)到1～2 m，儲(chǔ)層厚度與測(cè)井解釋厚度吻合好，空間展布清楚，可以直接進(jìn)行解釋和預(yù)測(cè)。N871井各套儲(chǔ)層也得到了很好地反映(見(jiàn)圖6)。該結(jié)果消除了波阻抗值范圍大小的多解性[9]。如一些儲(chǔ)層速度與圍巖速度差別不大，在波阻抗剖面上無(wú)法得到很好地分辨，有的儲(chǔ)層波阻抗較低，如王78井沙三下的低速儲(chǔ)層，在巖性剖面中得到了更為清晰地反映(見(jiàn)圖7)。

通過(guò)立體解釋得到的三角洲的各期次前積層在空間非常直觀，通過(guò)立體追蹤得到的N871井和河144井鉆遇的沙三下的濁積砂體儲(chǔ)層展布都非常清楚(見(jiàn)圖8)。通過(guò)剖面、切片、三維立體解釋相結(jié)合技術(shù)，對(duì)本區(qū)儲(chǔ)層進(jìn)行解釋?zhuān)裁枋鲇行绑w儲(chǔ)層47個(gè)，面積53 km2。

2.9 反演效果驗(yàn)證

在該區(qū)完成反演后，用未參與反演的N871-斜1、N871-斜2和后續(xù)完鉆的N872、N873井進(jìn)行驗(yàn)證，其鉆遇儲(chǔ)層均與巖性反演結(jié)果相吻合，從一定程度上驗(yàn)證了反演結(jié)果的可靠性，其中N872井試油日產(chǎn)26 t。

3 結(jié)束語(yǔ)

在某些地區(qū)可能由于儲(chǔ)層非儲(chǔ)層速度上存在較大重疊，從而在波阻抗反演剖面上難以進(jìn)行描述，在疊前道集資料品質(zhì)不高不適合開(kāi)展疊前反演的情況下[10-11]，在這種地區(qū)可以先進(jìn)行波阻抗反演，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行巖性反演，可以在一定程度上解決該地區(qū)儲(chǔ)層描述的問(wèn)題。另外，在三角洲發(fā)育區(qū)通過(guò)精細(xì)合成記錄標(biāo)定，三角洲前積層控制建立初始三角洲波阻抗模型，反演結(jié)果三角洲形態(tài)清晰，對(duì)于三角洲發(fā)育區(qū)的反演同樣具有重要的借鑒意義。