水平井網(wǎng)下基于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演的辮狀河儲層隔夾層精細(xì)刻畫*
——以渤海遼中凹陷LD-A油田館陶組為例

劉宗賓 呂文杰 廖新武 朱建敏 高紅立

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300459)

辮狀河沉積儲層具有厚度較大、連續(xù)性強的特點，但是儲層內(nèi)部隔夾層尤其是薄夾層的分布穩(wěn)定性較差，儲層連通性復(fù)雜，隔夾層分布的不確定性對油田開發(fā)井實施和綜合調(diào)整方案編制有至關(guān)重要的影響[1-2]。海上油田多采用大井距的水平井開發(fā)模式，不同類型隔夾層的定量規(guī)模存在較大不確定性，因此充分挖掘地震資料中隔夾層的響應(yīng)信息尤為關(guān)鍵。地震反演作為隔夾層預(yù)測的有效手段已得到了廣泛認(rèn)可，而常規(guī)的確定性反演依賴于地震資料的分辨率，對于薄夾層的識別能力有限[3-4]，而且在以水平井為主的油田，進(jìn)行確定性地震反演時無法有效將水平段信息與地震道進(jìn)行標(biāo)定，只能利用水平井的直井段和斜井段進(jìn)行約束[5]，導(dǎo)致井信息利用程度較低。地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演是綜合利用地震數(shù)據(jù)、測井資料，融入地質(zhì)認(rèn)識的一種隨機反演方法，能夠充分發(fā)揮隨機建模和地震反演的優(yōu)勢，與常規(guī)確定性反演相比突破了地震資料頻寬限制，提高了分辨率，并且由于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演基于三維地質(zhì)模型框架下實現(xiàn)，水平段信息也能夠有效應(yīng)用，因此在水平井網(wǎng)下，地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演能夠獲得厚儲層內(nèi)部更高精度的隔夾層刻畫結(jié)果[6-7]。本文以LD-A油田館陶組辮狀河儲層為例，在分析辮狀河隔夾層基本特征基礎(chǔ)上，利用自然伽馬曲線和電阻率曲線進(jìn)行聲波曲線重構(gòu)，建立確定性反演趨勢體，以此為基礎(chǔ)提取平面變差參數(shù)，并約束地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演，將水平段實鉆的隔夾層信息作為硬數(shù)據(jù)參與到三維地質(zhì)建模中，建立三維波阻抗模型和隔夾層模型，分析水平段和隔夾層的配置關(guān)系，并進(jìn)一步構(gòu)建適合海上油田開發(fā)特點的厚儲層內(nèi)部隔夾層空間刻畫方法。

1 研究區(qū)概況

LD-A油田位于渤海遼東灣坳陷遼中凹陷南部，緊鄰遼中生油凹陷，處于油氣運移的有利通道上，具有優(yōu)越的油氣聚集成藏地質(zhì)條件。遼中凹陷屬于新生代沉積盆地，古近系自下而上發(fā)育了孔店組、沙河街組和東營組，主要為多期扇三角洲、辮狀河三角洲和湖相泥巖沉積，新近系發(fā)育館陶組和明化鎮(zhèn)組，主要為辮狀河到曲流河的陸源粗碎屑沉積[8]。郯廬斷裂帶貫穿遼中凹陷[9]，受郯廬斷裂帶控制，LD-A油田分為西側(cè)上升盤和東側(cè)下降盤兩部分(圖1a)，西盤整體表現(xiàn)為依附于中央斷層的半背斜構(gòu)造，東盤為中央斷層控制下具有走滑性質(zhì)的似花狀構(gòu)造，以近東西向斷層為邊界自北向南劃分為3井區(qū)、4井區(qū)和5井區(qū)(圖1b)[10]。LD-A油田新近系館陶組主要為砂質(zhì)辮狀河沉積，物源主要來自西北方向燕山褶皺帶，縱向砂巖單層厚度大，砂地比達(dá)75%以上，主要為高孔高滲儲層，物性好。館Ⅳ油組為該油田的主力生產(chǎn)層位，厚度80～100 m，參考館陶組層序地層劃分方案[11]，根據(jù)“旋回對比、分級控制”原則將館Ⅳ油組縱向上進(jìn)一步劃分為3個小層，單個小層基本對應(yīng)一個短期旋回，鉆井揭示小層間發(fā)育厚3～10 m的泥巖。

圖1 LD-A油田構(gòu)造位置及井位分布圖Fig.1 Structural location and well location distribution of LD-A oilfield

館陶組地震資料頻寬10～55 Hz，主頻38 Hz，地層層速度以2 500 m/s計算，地震資料縱向分辨率約為15 m，僅利用地震資料對薄隔夾層的識別能力有限。LD-A油田2019年投入開發(fā)，主要以水平井進(jìn)行開發(fā)，水平段長度250～400 m，平均井距約300 m(圖1b)，開發(fā)層位主要為館Ⅳ油組中上部的1小層和2小層，深入研究并精確表征隔夾層的空間分布，對認(rèn)識下部油層的動用程度以及規(guī)避隔夾層提高水平井油層鉆遇率具有重要意義。

2 隔夾層成因及類型

辮狀河水淺流急，側(cè)向遷移快，多形成規(guī)模較大的寬壩窄河富砂型儲層，但河流能量是周期性變化的，內(nèi)部仍然存在多種泥質(zhì)隔夾層[12-13]。在辮狀河沉積模式約束下，結(jié)合測井響應(yīng)特征，根據(jù)隔夾層成因不同，主要識別出LD-A油田4種泥質(zhì)隔夾層，分別為泛濫泥、落淤層、廢棄河道泥和底部滯留沉積(圖2)。

圖2 LD-A-5井隔夾層綜合解釋柱狀圖Fig.2 Comprehensive interpretation of interlayer of LD-A-5

1) 泛濫泥。在洪水泛濫期，細(xì)粒懸浮沉積物因水動力下降而沉積下來，泥巖分布范圍廣，厚度大(>3 m)，是油組和小層劃分與對比的主要標(biāo)志，電測曲線表現(xiàn)為泥巖基線的響應(yīng)特征。

2) 落淤層。為洪水期洪峰波動過程的憩水期，在心灘內(nèi)部垂向加積形成的近平行或傾斜的細(xì)粒沉積物，沉積厚度不大(1～2 m)，電測曲線回返幅度小。

3) 廢棄河道泥。由于辮狀河道頻繁遷移，部分水道被堵塞形成一個封閉的靜水環(huán)境，底部為正常河道砂巖沉積，頂部沉積泥巖，整體為一正旋回。

4) 底部滯留沉積。后期河道或心灘對沉積物沖蝕改造，在底部形成滯留泥礫或砂礫，物性較差，橫向展布范圍小，電測曲線回返幅度小于泛濫泥。

通過實鉆井分析，結(jié)合辮狀河沉積模式，在沉積期次的約束下，根據(jù)隔夾層的垂向厚度及橫向連續(xù)性差異[14]，將LD-A油田東塊館陶組隔夾層分為層間泥巖和層內(nèi)泥巖兩類(圖3)，館Ⅳ油組頂?shù)诪閷娱g泥巖隔層，主要發(fā)育厚度較大的泛濫泥，GR靠近泥巖基線，分隔流體系統(tǒng)，館Ⅳ油組內(nèi)部小層間的界限也以泛濫泥為主，橫向?qū)Ρ容^好，厚度1～10 m，測井曲線回返幅度較大，為較為穩(wěn)定分布的層間泥巖，小層內(nèi)部發(fā)育的層內(nèi)泥巖主要為落淤層、底部滯留沉積和廢棄河道泥，厚度小于3 m，測井曲線輕幅回返，井間對比性差，分布較為局限，僅起局部滲透性遮擋作用。

圖3 過LD-A-5—LD-A-3井隔夾層解釋連井剖面(剖面位置見圖1)Fig.3 Interpretation of interlayer between LD-A-5～ LD-A-3(see Fig.1 for location)

3 基于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演的隔夾層空間分布預(yù)測

3.1 擬聲波曲線構(gòu)建

地球物理特征重構(gòu)是以巖石物理學(xué)為基礎(chǔ)，利用與巖性相關(guān)的測井曲線，重構(gòu)具有同量綱的擬聲波曲線，既能夠反映地層速度和波阻抗特征，又能夠反映巖性差異[15-16]。由于海上鉆井的高成本和水平井的特殊性，往往僅在水平段具有聲波時差(DT)和密度(DEN)曲線，而定向段只有自然伽馬(GR)和深、淺側(cè)向電阻率曲線(RD、RS)，因此為充分利用水平井的定向段測井信息與地震響應(yīng)匹配，需要依據(jù)已有的自然伽馬和電阻率曲線進(jìn)行聲波曲線重構(gòu)。

首先選取館Ⅳ油組頂部穩(wěn)定純泥巖段對GR曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，之后針對館Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ油組通過公式(1)進(jìn)行歸一化處理。

GRnor=(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin)

(1)

式(1)中：GRnor為歸一化后自然伽馬曲線，gAPI；GR為原始自然伽馬曲線，gAPI；GRmin為油組單元自然伽馬最小值離散曲線，gAPI；GRmax為油組單元自然伽馬最大值離散曲線，gAPI。

根據(jù)LD-A-4井館Ⅳ、Ⅴ油組的測井敏感性分析，砂巖表現(xiàn)為低GR、相對泥巖低聲波速度，GR和DT呈負(fù)相關(guān)，水層和泥巖相對油層低阻、高聲波速度，RD和DT呈正相關(guān)(圖2)，依據(jù)DT和GR、RD的相關(guān)關(guān)系構(gòu)建能夠較好反映巖性變化的聲波時差曲線，經(jīng)過反復(fù)修正參數(shù)，得到擬聲波時差曲線為

DTvirtual=-43×GRnor+lgRD+118

(2)

式(2)中：RD為深側(cè)向電阻率曲線，Ω·m。

據(jù)此依據(jù)Gardner經(jīng)驗公式得到重構(gòu)的波阻抗曲線為

(3)

式(3)中：DTvirtual為擬聲波時差曲線，μs/ft。

從AIvirtual與砂質(zhì)含量(Vsand)曲線的交會圖上看出，二者具有較好的負(fù)相關(guān)性，隨著砂質(zhì)含量的升高，波阻抗值降低，當(dāng)波阻抗值大于6 400 kPa·s/m時對應(yīng)泥巖、砂泥巖的界限較為明顯，重構(gòu)聲波更加突出了砂泥巖差異(圖4a)，同時重構(gòu)后的波阻抗曲線與孔隙度具有較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖4b)，因此6 400 kPa·s/m的閾值不僅能體現(xiàn)巖性的差異，也能表征物性的變化。

圖4 重構(gòu)波阻抗與砂質(zhì)含量、孔隙度關(guān)系Fig.4 Cross plot of sand content and reconstructed acoustic impedance

重構(gòu)聲波曲線的合理性，通過合成地震記錄的方式加以驗證(圖5)。圖5a為選取目的層段統(tǒng)計子波利用原始聲波時差曲線得到的合成地震記錄，合成地震記錄道與井旁地震道同相軸對應(yīng)關(guān)系一般，相關(guān)系數(shù)為0.58；而利用重構(gòu)后的聲波時差曲線(DTvirtual)得到的合成地震記錄道與井旁地震道同相軸的對應(yīng)關(guān)系得到優(yōu)化，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.77(圖5b)，因此進(jìn)一步說明應(yīng)用GR和RD曲線進(jìn)行的聲波重構(gòu)，不僅提高了測井對砂泥巖的識別精度，而且改善了井震結(jié)合的匹配度。對水平井直井段和大斜度段進(jìn)行聲波曲線重構(gòu)，能夠為后續(xù)地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)波阻抗反演奠定良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖5 LD-A-4井合成地震記錄Fig.5 Synthetic seismic record of LD-A-4

3.2 基于模型的稀疏脈沖確定性反演

基于模型反演的優(yōu)點在于不僅能夠為地震反演提供低頻模型，而且還能在完整的地質(zhì)框架下建立合理的初始波阻抗模型，使反演結(jié)果比較符合地震資料所具有的振幅、頻率、相位等特征，限制反演的多解性[3,16]。

在儲層精細(xì)標(biāo)定基礎(chǔ)上，將LD-A油田東塊館Ⅳ油組頂?shù)鬃鳛榭刂频皖l模型和稀疏脈沖反演的框架，利用探井、定向井以及水平井直井段和大斜度重構(gòu)波阻抗數(shù)據(jù)搭建低頻模型，補償?shù)卣鹚笔У?0 Hz以下的頻率段信息，通過多道地震記錄自相關(guān)統(tǒng)計的方法提取子波，保證合成記錄與實際記錄的頻帶一致。之后以地震數(shù)據(jù)體為背景，以低頻地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，利用重構(gòu)波阻抗曲線，實現(xiàn)基于模型的稀疏脈沖波阻抗地震反演。

過W13—W20井剖面上，實鉆井揭示館Ⅳ油組為大套厚油層，整體表現(xiàn)為強振幅低頻中等連續(xù)性的平行—亞平行地震相，內(nèi)部隔夾層響應(yīng)較差(圖6a)，在基于模型的稀疏脈沖反演剖面上，層間隔層有了較好的響應(yīng)，具有連續(xù)性較好的強波阻抗特征，且與井上吻合度較高，并且局部可追蹤(圖6b)。稀疏脈沖反演可以反映厚層巖性的空間變化特征，但是其縱向分辨率依然比較低，不能很好地反應(yīng)厚砂體內(nèi)薄隔夾層的空間變化，需要以此為約束體開展地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)波阻抗反演。

圖6 基于模型的稀疏脈沖反演層間隔層解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.6 Interlayer interpretation profile of sparse pulse inversion based on model(see Fig.1 for location)

3.3 變差參數(shù)求取

變差參數(shù)是表征變量的空間相關(guān)性與空間變異性的重要信息，包括變程方向、變程大小等，直接決定著隨機模擬結(jié)果的合理性和可靠性[17]。由于水平段會選擇性鉆遇砂巖，并且排布具有定向性，水平段數(shù)據(jù)的叢聚效應(yīng)會造成平面變差函數(shù)分析誤區(qū)，從而不能直接依靠井資料獲取反映地質(zhì)特征的變差函數(shù)[18]。

基于模型的稀疏脈沖反演數(shù)據(jù)充分融合了井和地震信息，本文依據(jù)確定性反演體的層間波阻抗屬性，分析變差橢圓的方法來間接得到不同層位的平面變差參數(shù)。以館Ⅳ油組1小層為例，圖7a為該小層的層間波阻抗地震屬性，屬性分布呈NW—SE方向，結(jié)合區(qū)域沉積背景，LD-A油田物源來自NW向，波阻抗屬性值較好反映了沉積體的分布規(guī)律；進(jìn)一步分析基于波阻抗屬性獲得的變差橢圓，其基臺值(最大閉合橢圓)較好收斂于1，由于屬性點在平面上分布較為密集，塊金值(橢圓中心)為0.16，橢圓長軸所代表的主變程方向為125°，主變程大小為750 m，次變程與主變程垂直，大小為300 m(圖7b)。對于少井鉆遇的2小層和3小層，依據(jù)上述方法求取平面變差參數(shù)更實用。

圖7 基于稀疏脈沖反演體的變差橢圓解釋及基于直井的垂向變差函數(shù)求取Fig.7 Variation ellipse interpretation based on sparse pulse inversion volume and vertical variation function based on vertical well

對于垂向變差函數(shù)，主要利用井區(qū)中心處的探井LD-A-4井的垂向重構(gòu)波阻抗粗化數(shù)據(jù)(圖7c)。以1小層為例，采樣點經(jīng)過擬合，垂向變程大小為6.53 m(圖7d)；統(tǒng)計各小層的變差參數(shù)(表1)，由1小層至3小層物源方向逐漸北偏，平面變程逐漸增大，表明沉積規(guī)模變大，垂向變程隨著小層厚度的增大也具有變大的趨勢。

表1 LD-A油田東塊館Ⅳ油組各小層平面變差參數(shù)統(tǒng)計表Table 1 Statistical table of plane variation parameters of each layer of N1gⅣ in east block of LD-A oilfield

3.4 隔夾層空間展布特征分析

重點針對LD-A油田東塊4井區(qū)館Ⅳ油組搭建三維地質(zhì)模型，將平面網(wǎng)格尺寸設(shè)計為10 m×10 m，縱向網(wǎng)格尺寸平均0.5 m。重構(gòu)后的波阻抗曲線作為硬數(shù)據(jù)進(jìn)行粗化，由確定性反演得到的波阻抗地震體作為隨機反演的井間約束條件，采用序貫高斯模擬算法得到地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演波阻抗地震體(圖8a),由圖4中的砂泥巖界限(6 400 kPa·s/m)作為閾值生成三維巖性模型(圖8b),依據(jù)隔夾層的連通規(guī)模差異，分別給定不同連通規(guī)模下限值拾取層間泥巖(圖8c)和層內(nèi)泥巖(圖8d)的三維體。

圖8c中頂部紅色隔夾層和底部藍(lán)色隔夾層分別為館Ⅳ油組頂?shù)椎母魧?，橙色、綠色隔夾層代表館Ⅳ油組內(nèi)部3個小層間的兩套泥巖隔夾層，可見層間泥巖隔夾層在空間上連片分布，穩(wěn)定性較好，能夠在縱向上起到較好的遮擋效果。層內(nèi)泥巖隔夾層呈零星分布的片狀，厚度較薄數(shù)量較多(圖8d)，對流體的運移能夠起到一定程度影響，但是不至于分隔流體系統(tǒng)。

由于采用了確定性反演體為約束，確定性反演和地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演對層間泥巖隔夾層的分布特征刻畫效果具有一定的相似性，過W13—W20井的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)波阻抗反演及隔夾層剖面上，層間泥巖的橫向連續(xù)性均較好(圖9a)。相對于直井和大斜度井而言，水平井水平段波阻抗信息的充分應(yīng)用，進(jìn)一步豐富了橫向上隔夾層展布的約束條件，對隔夾層產(chǎn)狀、厚度、延伸范圍起到了有效的控制作用。W13井水平段中部鉆遇1、2小層層間泥巖，鉆穿后W13井開發(fā)層位為館Ⅳ油組的1小層和2小層；W14井在水平段靠近趾部鉆遇橫向約80 m的泥巖，蹭到層間泥巖的頂部，未鉆穿，生產(chǎn)層位僅為1小層；W15井水平段跟部下探較深，未揭示層間泥巖，但趾部鉆遇泥巖，因此1、2小層間泥巖的尖滅位置發(fā)育在W15井的跟部，該井跟部開發(fā)層位為1小層，趾部開發(fā)層位為2小層(圖9b)。在地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演中縱向上高分辨率井信息的融入對層內(nèi)泥巖隔夾層的實現(xiàn)起到了重要作用，在變差參數(shù)的控制下，能夠?qū)⒑穸? m左右的落淤層有效模擬出來。

圖9 基于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演的隔夾層解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.9 Interpretation profile of interlayer based on geostatistical inversion(see Fig.1 for location)

地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演技術(shù)綜合利用地震資料、地質(zhì)知識和測井資料，通過隨機模擬反演出儲層或隔夾層表征參數(shù)，適用于各類復(fù)雜儲層或隔夾層的地震預(yù)測和描述，尤其是鉆井資料少，地震數(shù)據(jù)品質(zhì)較高的地區(qū)，對井間地質(zhì)體的預(yù)測具有較大優(yōu)勢[19]，有助于勘探井位部署和老油田的挖潛。由于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演技術(shù)算法運算量大，儲層或隔夾層規(guī)模表征受限于模型網(wǎng)格尺寸的大小，對于本次研究，實現(xiàn)橫向展布小于10 m，縱向薄于0.5 m的隔夾層刻畫難度較大，但10 m×10 m×0.5 m的網(wǎng)格精度足夠滿足LD-A油田的開發(fā)研究需求。

4 動態(tài)驗證及應(yīng)用效果

位于4井區(qū)高部位同一井排的W13和W14井在投產(chǎn)6個月后井底流壓下降差別較大，W13井位于4井區(qū)斷塊西側(cè)，井控儲量較小，W14位于4井區(qū)斷塊的東部，井控儲量相對較大；投產(chǎn)后W13井流壓下降2.08 MPa，而W14井流壓下降高達(dá)5.79 MPa，生產(chǎn)動態(tài)與井控儲量大小形成矛盾。依據(jù)隔夾層刻畫成果，分析W13井鉆穿館Ⅳ油組1、2小層間的泥巖，開發(fā)層位為1小層和2小層，而W14井未鉆穿層間泥巖，生產(chǎn)層位只有1小層，與W13井相比動用的儲量基礎(chǔ)有限，因此投產(chǎn)后井底流壓下降差別較大，這也表明了反演結(jié)果中1小層底部泥巖隔夾層穩(wěn)定分布的特征。

W20井進(jìn)行了隨鉆測壓，在深度和測壓數(shù)據(jù)交會圖上，館Ⅳ油組3小層和館Ⅴ油組仍維持原始地層壓力，館Ⅳ油組1、2小層作為主要生產(chǎn)層位，壓力下降了接近3.00 MPa(圖10)，進(jìn)一步驗證了層間泥巖平面上分布穩(wěn)定，縱向上具有較為明顯的遮擋效果。

圖10 W20井深度與測壓數(shù)據(jù)交會圖Fig.10 Cross plot of depth and pressure measurement data of W20

基于隔夾層的空間預(yù)測成果，4井區(qū)水平井在實施過程中有效規(guī)避了泥巖，水平段平均油層鉆遇率達(dá)到了85%。先期實施的開發(fā)井主要位于館Ⅳ油組1小層和2小層，在明確層間泥巖縱向上具有較好的遮擋效果后，在動用程度較差的館Ⅳ油組3小層內(nèi)部署的3口分層系挖潛水平調(diào)整井，目前日產(chǎn)油均超百噸，取得了較好的開發(fā)效果。

5 結(jié)論

1) LD-A油田主要識別出4種成因類型的隔夾層，分別為泛濫泥、落淤層、廢棄河道泥和底部滯留沉積，泛濫泥為層間泥巖，橫向連續(xù)性好，落淤層、廢棄河道泥和底部滯留沉積多為層內(nèi)泥巖，厚度薄，橫向連續(xù)性較差。

2) 在水平井網(wǎng)下，地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演能夠明顯提高隔夾層的識別精度，既遵循了確定性反演的趨勢，融入水平段信息后又對隔夾層的空間展布規(guī)模起到了有效的控制作用，充分發(fā)揮了地震反演和隨機建模的優(yōu)勢，反演結(jié)果表明LD-A油田東塊4井區(qū)的層間泥巖呈連片狀空間穩(wěn)定分布，層內(nèi)泥巖呈零星片狀分布。

3) 生產(chǎn)動態(tài)特征以及測壓結(jié)果證明，層間泥巖隔夾層具有較好的縱向遮擋性，依據(jù)隔夾層三維刻畫成果，有效規(guī)避泥巖提高了水平段油層鉆遇率，部署分層系挖潛的水平調(diào)整井取得了較好的開發(fā)效果。