相控疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演在剩余油預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

王朋，徐立恒，楊會(huì)東，黃勇，周鐵軍

（中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712）

0 引言

中國(guó)陸上油田大多處于開(kāi)發(fā)中后期，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，剩余油呈整體離散、局部富集分布特征，尚有大量剩余油滯留地下。精準(zhǔn)描述剩余油分布位置對(duì)于提高油田采收率、實(shí)現(xiàn)老油田穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。目前，一種方法是通過(guò)描述影響剩余油分布的主控因素，包括地質(zhì)因素（如儲(chǔ)層展布、存儲(chǔ)空間、斷層發(fā)育等）和開(kāi)發(fā)因素（水驅(qū)波及范圍、注采關(guān)系等）間接預(yù)測(cè)。由于影響剩余油分布的因素眾多、各種因素組合關(guān)系復(fù)雜，導(dǎo)致剩余油描述結(jié)果與實(shí)際情況常常不一致。另一種方法是基于開(kāi)發(fā)井?dāng)?shù)據(jù)的油藏?cái)?shù)值模擬方法，在三維模型基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬開(kāi)發(fā)井不同時(shí)期的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)剩余油分布預(yù)測(cè)。油藏?cái)?shù)值模擬方法的不足之處在于結(jié)果受參數(shù)影響大、混層開(kāi)采產(chǎn)量劈分難、井間多解性強(qiáng)，因此剩余油分布預(yù)測(cè)結(jié)果穩(wěn)定性差［1-3］。

疊前地震反演方法融合了不同入射角的道集信息，通過(guò)分析振幅隨入射角的變化特征，基于Zeoppritz 公式可得到與儲(chǔ)層巖性和流體緊密聯(lián)系的彈性參數(shù)［4］而用于預(yù)測(cè)剩余油分布特征。疊前反演方法在海相碳酸鹽巖、火山巖及致密砂巖天然氣預(yù)測(cè)及高效勘探與開(kāi)發(fā)中發(fā)揮了較大的作用［5-7］。近年來(lái)，理論研究和方法試驗(yàn)均證實(shí)了疊前地震反演方法預(yù)測(cè)剩余油分布范圍的可行性［8-9］。

本文以大慶長(zhǎng)垣高含水油田為例，在含流體巖石物理特征分析基礎(chǔ)上，結(jié)合井、震資料，應(yīng)用相控疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法預(yù)測(cè)剩余油分布范圍，以尋找潛力目標(biāo)，實(shí)施挖潛。

1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)垣油田北部 BSX 區(qū)塊面積約為16 km2，發(fā)育大型河流—三角洲相（可進(jìn)一步細(xì)分為三角洲平原、內(nèi)前緣和外前緣亞相）沉積。砂體窄、薄，平面上呈分叉狀、枝狀分布，垂向上表現(xiàn)為砂、泥巖薄互層，橫向連續(xù)性差。其中，三角洲分流平原多期河道疊加，砂巖相對(duì)較厚，單層厚度為2～7 m；內(nèi)前緣相發(fā)育眾多窄小的枝狀河道，砂巖單層厚度為2～4 m；三角洲前緣相河道不太發(fā)育，以席狀砂為主，砂巖單層厚度一般小于2 m［10-11］。

BSX 區(qū)塊構(gòu)造平緩，發(fā)育NE 向斷層。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育薩爾圖、葡萄花、高臺(tái)子油層，深度為700～1100 m，厚度約為380 m。進(jìn)一步可劃分為8 個(gè)油層組、35 個(gè)砂巖組、114個(gè)沉積單元。在縱向上呈砂、泥巖薄互層沉積，在平面上儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重。

自1964 年以來(lái)，BSX 區(qū)塊經(jīng)歷了基礎(chǔ)井、一次加密井、二次加密井、一類(lèi)油層聚驅(qū)井、三次加密井、二類(lèi)油層聚驅(qū)井六套井網(wǎng)開(kāi)發(fā)，目前剩余油整體分布零散、局部富集，綜合含水率達(dá)到96%以上，平均采收率為50%～54%。

2 含流體巖石物理特征分析

隨著注水開(kāi)發(fā)的推進(jìn)，儲(chǔ)層含水飽和度（Sw）逐漸增大。明確因Sw變化而引起的聲波響應(yīng)規(guī)律是相控疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演預(yù)測(cè)剩余油分布范圍的基礎(chǔ)。因此，通過(guò)聲波實(shí)驗(yàn)、密閉取心井聲波測(cè)井、巖石物理模擬及地震正演等技術(shù)，描述含水變化對(duì)地震波的影響，并建立含流體巖石物理定量解釋圖板。

2.1 聲波實(shí)驗(yàn)分析

根據(jù)施行覺(jué)等［12］對(duì)大慶砂巖樣品的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表1、圖1）可知：縱波速度（VP）與Sw曲線關(guān)系分為兩段，當(dāng)Sw由0 增至55%時(shí)，VP基本不變；當(dāng)Sw從55%增加至100%時(shí)，VP由3300 m/s 增加至4000 m/s，變化幅度約為20%。分析認(rèn)為，縱波在介質(zhì)中傳播時(shí)，當(dāng)Sw很小時(shí)，無(wú)法對(duì)原有的儲(chǔ)層狀態(tài)形成足夠“擾動(dòng)”，其體積模量和速度主要為巖心樣品原有狀態(tài)的反映；當(dāng)Sw足夠大時(shí)，此時(shí)的體積模量和速度受Sw的變化影響較大。

圖1 VP、VS與SW的關(guān)系

橫波速度（VS）隨著Sw的增大沒(méi)有明顯變化，這與橫波不能在流體中傳播的認(rèn)識(shí)一致。長(zhǎng)垣油田儲(chǔ)層Sw為20%～80%，這就為聯(lián)合縱、橫波進(jìn)行含水（油）飽和度的預(yù)測(cè)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)室聲波是由超聲換能器激發(fā)得到的，其頻率為500 Hz，而地震波的頻率在100 Hz 以下，存在頻散現(xiàn)象，故其波速值不能直接用于低頻，但其變化規(guī)律可作為參考。

2.2 密閉取心井聲波測(cè)井曲線分析

利用密閉取心井的巖心Sw分析數(shù)據(jù)，結(jié)合縱、橫波測(cè)井曲線，可進(jìn)一步明確Sw的變化所引起的聲波響應(yīng)特征。實(shí)際上VP、VS曲線與孔隙度的關(guān)系較密切，隨著孔隙度增大，VP、VS均減小，且減小幅度基本一致，因此可以利用VP/VS分析SW的變化，排除因孔隙度變化而產(chǎn)生的干擾。

圖2 為Q731 密閉取心井的巖性解釋、深側(cè)向電阻率測(cè)井（RLLD）曲線、SW（巖心分析）、VP/VS的縱向分布圖。由圖可見(jiàn)，鈣質(zhì)層電阻率值最大，呈尖峰狀，泥巖最小，砂巖介于二者之間。在砂巖段中，整體上SW較高處，電阻率較低、VP/VS較大，局部受采樣間隔和測(cè)量誤差的影響會(huì)有波動(dòng)。

圖2 Q731 井測(cè)井曲線

圖3 為Q731 密閉取心井的Sw與VP/VS相關(guān)分析。由圖可見(jiàn)，隨著Sw的增大，VP/VS也變大，二者呈正相關(guān)，這為聯(lián)合縱、橫波進(jìn)行含水（油）飽和度的預(yù)測(cè)提供了支撐。

圖3 Q731 井SW與VP / VS交會(huì)圖

2.3 巖石物理模擬及正演分析

本文應(yīng)用PRD 典型混合模型 （基于XU-White的改進(jìn)型模型，適用于膠結(jié)程度不高或注水開(kāi)發(fā)改造程度較大的砂、泥巖地層）進(jìn)行模擬分析。首先，輸入油藏實(shí)際壓力、溫度、流體性質(zhì)等參數(shù)；其次，以Wyllie時(shí)間平均方程［13］建立等效礦物的彈性模型，假設(shè)巖石骨架的泊松比近似常量，以基于DEM 理論的Kuster-Toksoz方程［14］求取巖石骨架體積模量和剪切模量；然后，基于Gassmann 方程［15］計(jì)算飽含孔隙流體巖石的等效體積模量和剪切模量；最后，通過(guò)體積模量、剪切模量與VP、VS的關(guān)系計(jì)算得到VP和VS曲線。

據(jù)此模擬了Sw分別為0、25%、50%、75%、100%時(shí)的縱波速度、密度及縱波阻抗曲線（圖4）。由圖可見(jiàn)，隨著Sw的增大，縱波速度、密度和縱波阻抗值均增大。其中，密度均勻增大，Sw每增加25%，密度增加0.5%。而VP變化幅度有差異，Sw為0～50%時(shí)，VP變化??；Sw為50%～100%時(shí)，VP變化相對(duì)較大。巖石物理模擬結(jié)果與聲波實(shí)驗(yàn)結(jié)果整體趨勢(shì)一致，但巖石物理模擬的VP變化幅度沒(méi)有實(shí)驗(yàn)室條件下大，這是由于在實(shí)驗(yàn)室條件下采用對(duì)干燥巖心注水，而在巖石物理模擬條件下采用模擬水驅(qū)油以增大Sw。

圖4 不同SW時(shí)砂巖的縱波速度、密度、縱波阻抗曲線及合成地震記錄

同時(shí)，根據(jù)不同SW的縱波阻抗求取反射系數(shù)，再分別與地震子波褶積得到合成地震記錄（圖4）。采用零相位子波，主頻為45 Hz（與研究區(qū)實(shí)際地震資料主頻一致），長(zhǎng)度為100 ms。由圖4 可見(jiàn)，隨著SW的增大，合成地震反射振幅（紅色虛線框處）逐漸減弱，SW每增加25%，減弱幅度為5%～10%。SW在50%～100%時(shí)地震反射振幅變化較大，證實(shí)了高含水期利用高密度地震資料預(yù)測(cè)剩余油具有可行性［16］。

通過(guò)上述模型，可模擬得到VP、VS曲線。結(jié)合巖心實(shí)測(cè)分析數(shù)據(jù)，可建立VP/VS與縱波阻抗關(guān)系圖板（圖5）。通過(guò)圖板可以定量表征不同SW砂體的彈性參數(shù)響應(yīng)特征，這為相控疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演預(yù)測(cè)剩余油分布提供了基礎(chǔ)。

圖5 含流體巖石物理圖板

3 相控疊前地震反演

3.1 技術(shù)流程

根據(jù)含流體巖石物理圖板，應(yīng)用相控疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法，利用縱、橫波速度測(cè)井曲線與不同入射角度疊加地震數(shù)據(jù)相結(jié)合，以Zeoppritz 公式為核心，采用相控蒙特卡洛算法模擬SW的空間分布［17-18］。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程（圖6）為：①通過(guò)保真去噪處理，得到不同入射角部分疊加地震資料；②基于鉆井巖相解釋數(shù)據(jù)，利用序貫指示模擬方法建立巖相模型；③在巖相控制下，采用蒙特卡洛算法建立縱、橫波彈性參數(shù)模型，并以縱、橫波彈性參數(shù)與含水（油）飽和度關(guān)系為紐帶，建立含水（油）飽和度模型；④提取不同入射角地震子波，與彈性參數(shù)模型褶積生成合成地震數(shù)據(jù)體；⑤將合成地震數(shù)據(jù)體與不同入射角疊加地震數(shù)據(jù)進(jìn)行殘差運(yùn)算，并以殘差為迭代終止條件，當(dāng)殘差較大時(shí)，重新計(jì)算巖性模型、彈性參數(shù)模型和SW模型，直至殘差降到符合預(yù)設(shè)條件，從而控制彈性參數(shù)、SW模型精度，實(shí)現(xiàn)含水（油）飽和度分布范圍預(yù)測(cè)。

圖6 相控疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法流程

3.2 部分角道集疊加及子波提取

BSX 區(qū)塊地震資料頻寬為6～80 Hz，主頻為45 Hz，網(wǎng)格大小為10 m×10 m，最大入射角為45o。疊前地震道集資料的質(zhì)量直接影響反演效果，進(jìn)而影響剩余油預(yù)測(cè)精度。采用疊前去噪保幅處理，包括疊前噪聲壓制、動(dòng)校正時(shí)差校正及一致性振幅補(bǔ)償?shù)?，可使振幅相?duì)平衡、保真［19-20］。

將地震道集按照近、中、遠(yuǎn)角度進(jìn)行部分疊加，即0o～15o、15o～30o、30o～45o的入射角疊加（圖7）。由圖可見(jiàn)，地震信噪比均較高，趨勢(shì)基本一致，局部存在規(guī)律性變化。圖8為根據(jù)不同入射角疊加地震資料提取的井旁地震子波，可見(jiàn)隨著地震道集入射角度的增大，子波振幅強(qiáng)度相應(yīng)減弱，間接反映出地震資料具有穩(wěn)定的AVO 效應(yīng)，為相控疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖7 不同角度疊加地震剖面

圖8 不同入射角疊加地震子波

3.3 相控疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演

將部分角度疊加地震數(shù)據(jù)和巖相、測(cè)井曲線、概率分布函數(shù)、變差函數(shù)等信息相結(jié)合，采用馬爾科夫鏈—蒙特卡洛算法可獲得可靠的儲(chǔ)層空間分布特征。通過(guò)分析井資料和地質(zhì)信息可獲得概率分布函數(shù)和變差函數(shù)，其中概率分布函數(shù)描述特定巖性對(duì)應(yīng)的巖石物理參數(shù)分布的可能性，而變差函數(shù)描述在橫向和縱向上地質(zhì)特征的結(jié)構(gòu)和特征尺度［21］。

在進(jìn)行高分辨率的巖性指示模擬時(shí)，應(yīng)用馬爾科夫鏈—蒙特卡洛算法模擬生成高分辨率的VP/VS、縱波阻抗彈性參數(shù)體，并以VP/VS、縱波阻抗與含水（油）飽和度關(guān)系圖板為紐帶，可生成含油飽和度體。

在運(yùn)算過(guò)程中，通過(guò)彈性參數(shù)與不同角度子波褶積正演，并利用與不同角度疊加地震體的殘差進(jìn)行控制，在巖相約束下實(shí)現(xiàn)彈性參數(shù)和含油飽和度空間模擬。其中，“相控”的作用主要體現(xiàn)在對(duì)含油飽和度模擬時(shí)采用巖相約束。研究區(qū)油氣存在于砂巖中，泥巖中沒(méi)有油氣充注，在相控作用下保證了含油飽和度只在砂巖中才有值；同時(shí)，在砂巖內(nèi)部，基于彈性參數(shù)與含油飽和度的關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)砂巖內(nèi)部的含油飽和度賦值。

由圖9可見(jiàn)，巖相、彈性參數(shù)及含油飽和度預(yù)測(cè)結(jié)果整體趨勢(shì)一致，泥巖區(qū)域含油飽和度接近0；在砂巖內(nèi)部，低縱波阻抗、低VP/VS區(qū)域含油飽和度較高，這保證了含油飽和度預(yù)測(cè)結(jié)果的合理性。

圖9 巖相、彈性參數(shù)及含油飽和度剖面

3.4 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

利用取心井的含油飽和度實(shí)測(cè)分析數(shù)據(jù)，對(duì)相控疊前反演含油飽和度預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)。由圖10可見(jiàn)，厚砂體頂部含油飽和度高、底部含油飽和度低，這與油田注水開(kāi)發(fā)實(shí)際情況相吻合。厚砂體的底部一般物性較好，屬于優(yōu)勢(shì)水進(jìn)通道，在長(zhǎng)期注水沖刷下容易形成水淹層，導(dǎo)致厚砂體上部的油氣無(wú)法得到有效驅(qū)動(dòng)而形成剩余油富集。

圖10 含油飽和度預(yù)測(cè)剖面

剩余油預(yù)測(cè)結(jié)果與同時(shí)期的取心井實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)一致。研究區(qū)6口井作為后驗(yàn)井用于檢驗(yàn)剩余油預(yù)測(cè)精度，按相對(duì)誤差<20%進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)，含油飽和度預(yù)測(cè)符合率預(yù)（測(cè)樣點(diǎn)數(shù)（符合）/實(shí)測(cè)樣點(diǎn)數(shù)）平均達(dá)76.5%（表2）。

表2 含油飽和度實(shí)測(cè)結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果分析

圖11 為基于相控疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演得到的單層砂體厚度及含油飽和度，可見(jiàn)含油飽和度分布趨勢(shì)與南北走向的砂體展布特征一致，整體剩余油分布零散、局部富集，表明了預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)于精準(zhǔn)尋找剩余油潛力區(qū)具有實(shí)際價(jià)值。

圖11 砂體（上）及含油飽和度（下）平面展布

4 指導(dǎo)剩余油開(kāi)發(fā)

針對(duì)BSX 區(qū)塊剩余油整體分布零散、局部富集的特征，基于相控疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演剩余油預(yù)測(cè)結(jié)果，明確了5種剩余油分布類(lèi)型及挖潛對(duì)策，為指導(dǎo)剩余油的高效挖潛提供了依據(jù)。

井網(wǎng)控制精度不夠、注采不完善等導(dǎo)致局部區(qū)域剩余油相對(duì)富集，具體包括河道與斷層邊界封閉區(qū)域、井間窄河道、厚砂體頂部、河道邊部遮擋及河道間薄層砂等5種類(lèi)型（圖12），相應(yīng)地可采用補(bǔ)充直井、水平井、分支井及壓裂補(bǔ)孔調(diào)整等措施實(shí)施剩余油開(kāi)發(fā)。

圖12 BSX 區(qū)塊5 種剩余油分布類(lèi)型及挖潛對(duì)策

根據(jù)含油飽和度預(yù)測(cè)結(jié)果指導(dǎo)剩余油挖潛措施方案編制實(shí)例如圖13 所示。圖13a 為僅根據(jù)井資料而制作的沉積相圖，其中2 口油井（Y-1、Y-2）位于河道砂體，1 口水井（S-1）位于河間砂體，據(jù)此認(rèn)為油井與水井之間砂體薄、連通關(guān)系差，剩余潛力較小。但根據(jù)砂巖反演結(jié)果連井剖面（圖13b），油井與水井之間砂體連續(xù)性較好，厚度相對(duì)較大，屬于河道沉積。據(jù)此對(duì)沉積相圖進(jìn)行了修改、完善（圖13c），并根據(jù)含油飽和度平面預(yù)測(cè)結(jié)果（圖13d），認(rèn)為該處含油飽和度較高，存在剩余油潛力。結(jié)合注采關(guān)系，對(duì)3口井進(jìn)行補(bǔ)孔，利用水井驅(qū)動(dòng)2口油井挖潛河道邊部剩余油，2口油井日產(chǎn)油分別為5.3 t和4.2 t。按照此方法，目前已在 BSX 區(qū)塊發(fā)現(xiàn) 128 個(gè)潛力部位，指導(dǎo)了 17 口井措施方案的編制，取得了較好的挖潛效果。

圖13 巖性及含油飽和度預(yù)測(cè)結(jié)果

5 結(jié)論

針對(duì)大慶長(zhǎng)垣河流—三角洲相砂體油藏，明確了含流體巖石物理特征，形成了相控疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演預(yù)測(cè)剩余油的方法，建立了5 種剩余油分布類(lèi)型及挖潛對(duì)策，在指導(dǎo)挖潛措施中效果顯著。

（1）明確了隨Sw逐漸增大引起的VP、VS響應(yīng)特征，即隨著SW的增大，VP整體逐漸變大，當(dāng)Sw由0 增至50%時(shí)，VP變化??；而Sw在50%～100%時(shí)，VP變化大。建立了VP/VS、縱波阻抗與SW的巖石物理關(guān)系圖板，可以定量描述不同SW的砂體的彈性參數(shù)響應(yīng)特征。

（2）相控疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法可以充分利用縱、橫波速度測(cè)井曲線與不同入射角部分疊加地震數(shù)據(jù)，以VP/VS、縱波阻抗與Sw關(guān)系圖板為紐帶，生成高分辨率的巖相體及相控下的含油飽和度體，保證了含油飽和度預(yù)測(cè)結(jié)果與巖相趨勢(shì)一致。通過(guò)后驗(yàn)井檢驗(yàn)，本文含油飽和度預(yù)測(cè)結(jié)果平均符合率達(dá)76.5%。

（3）基于相控疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演預(yù)測(cè)剩余油分布范圍，明確了長(zhǎng)垣5種剩余油分布類(lèi)型及挖潛對(duì)策，取得了較好的效果。同樣，本文方法適用于其他陸相油藏剩余油分布范圍預(yù)測(cè)及挖潛。