朝陽溝油田楊大城子油層楊二段致密薄砂巖的識別與預(yù)測

張金寶 楊 威 馬繼升 吳 勇 王旭旭 周 路 李廣興

（1. 中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探事業(yè)部，黑龍江 大慶 163453；2. 中國石油大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠，黑龍江 大慶 166405；3. 西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500）

0 引 言

近些年，鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾等盆地的致密油藏勘探開發(fā)取得了重要實(shí)質(zhì)性進(jìn)展［1-4］，松遼盆地也將致密油藏作為增儲上產(chǎn)的重要接替資源，其中扶余、楊大城子油層為主要目標(biāo)層系［5-6］。楊大城子油層是朝陽溝油田的次要含油層系，隨著朝陽溝油田勘探開發(fā)的逐漸深入，楊大城子油層逐漸凸顯出重要的開采價(jià)值。前人對楊大城子油層的沉積微相、儲層、物性及原油地球化學(xué)特征等進(jìn)行了大量研究：鮑俊馳［7］通過分析巖心、測井、地震等資料認(rèn)為朝94 區(qū)塊主要發(fā)育主體河道、非主體河道、廢棄河道、主體溢岸砂、溢岸砂及泛濫平原6 種微相，并對朝94 區(qū)塊沉積微相垂向演化進(jìn)行了系統(tǒng)分析；王建華［8］在密集井網(wǎng)條件下，利用井下測井資料分析認(rèn)為朝948 區(qū)塊各類砂體形態(tài)及分布特征均顯示出陸相沉積復(fù)雜多變的特征；王海云等［9］對楊大城子油層物性特征進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為楊大城子油層以低孔、特低孔微滲儲層和中孔、低孔特低滲儲層為主，少量為中孔低滲儲層；殷代印等［10］認(rèn)為相較于扶余油層，在相同滲透率級別下，楊大城子油層的喉道半徑、孔喉比及配位數(shù)等儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征明顯偏差，這是導(dǎo)致楊大城子油層開發(fā)效果差的主要原因；馮子輝等［11］通過地球化學(xué)特征認(rèn)為朝陽溝油田的油氣主要來自其西北部的三肇凹陷青一段生油巖。

盡管前人對朝陽溝油田的楊大城子油層進(jìn)行了多方面分析，但對楊大城子油層砂巖展布特征尚未做系統(tǒng)的研究。CHX9402 井在楊大城子油層試油獲得高產(chǎn)工業(yè)油流，展示了該油層良好的增儲建產(chǎn)潛力及開發(fā)前景。朝長地區(qū)扶楊油層經(jīng)過多年勘探開發(fā)，明確了其砂巖具有縱向上多期砂體發(fā)育、橫向上變化快、厚度薄、連續(xù)性差的特點(diǎn)。隨著勘探開發(fā)的逐漸深入，所面臨的儲層越來越復(fù)雜，因此提高儲層的地震反演預(yù)測精度已成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。因此，精細(xì)刻畫該區(qū)砂巖空間的分布特征是扶楊油層下步滾動(dòng)開發(fā)評價(jià)的關(guān)鍵［12］。為準(zhǔn)確預(yù)測該區(qū)楊大城子油層致密薄砂巖分布，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以楊大城子油層楊二段為研究對象，充分利用鉆井、測井及三維地震資料，引入符合該區(qū)楊大城子油層砂體特征的波形指示模擬薄砂層預(yù)測方法，基于敏感測井曲線，利用波形指示模擬，對該區(qū)砂巖的分布特征進(jìn)行刻畫，明確砂體的有利分布范圍，指導(dǎo)開發(fā)區(qū)的調(diào)整挖潛及水平井部署。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

朝陽溝油田位于松遼盆地中央坳陷區(qū)東南部的朝陽溝階地上［13-14］（圖1），朝長地區(qū)構(gòu)造的形成主要經(jīng)歷了構(gòu)造形成期及構(gòu)造定形期2 個(gè)階段，泉頭組至姚家組末期以伸展作用為主，受青一段早期強(qiáng)構(gòu)造作用的影響，在區(qū)內(nèi)形成多條斷裂密集帶，地層呈壘塹相間組合特征。嫩江組末期，開始發(fā)生擠壓運(yùn)動(dòng)，褶皺和隆起出現(xiàn)，朝長地區(qū)形成正向構(gòu)造雛形，且長春嶺背斜帶構(gòu)造幅度明顯大于朝陽溝階地。明水期末，構(gòu)造擠壓作用進(jìn)一步增強(qiáng)，造成該地區(qū)構(gòu)造起伏增大，朝長地區(qū)構(gòu)造在該期成形。古近紀(jì)末，經(jīng)歷了又一次擠壓運(yùn)動(dòng)，朝長地區(qū)構(gòu)造進(jìn)一步完善、定形，形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局［5，15］。朝陽溝油田整體呈現(xiàn)北東—南西向“S”形的斷背斜構(gòu)造特征并局部發(fā)育斷塊和斷鼻構(gòu)造（圖2）。

圖1 松遼盆地中央坳陷區(qū)構(gòu)造單元及研究區(qū)位置Fig. 1 Structural units and studied area location of central depression in Songliao Basin

朝長地區(qū)的沉積受盆地古構(gòu)造、古地理和古氣候背景控制。早白堊世晚期（泉三、四段）氣候干旱，盆地快速沉降、充填，形成淺水—三角洲沉積體系，其中泉三段、泉四段主要發(fā)育分流平原相、三角洲前緣相和淺湖相沉積［5，7，16］。楊大城子油層位于泉三段下部，巖性主要為紫紅色泥巖夾厚層棕灰色、灰綠色富含油粉砂巖，儲層類型主要為分流河道砂體，砂體呈斷續(xù)條帶狀或透鏡狀鑲嵌于分流間灣的泥質(zhì)沉積之中，砂地比一般小于25%，砂巖具有縱向上多期發(fā)育、橫向變化快、厚度薄、連續(xù)性差的特點(diǎn)，多以單河道砂體或透鏡狀砂體為主（圖3）。

圖3 楊二段連井砂體對比Fig. 3 Well-tie correlation of sand bodies in Yang-2 Member

對朝陽溝油田楊大城子油層楊二段鉆遇砂體統(tǒng)計(jì)分析表明，砂體單層厚度薄，為1～10 m，平均厚度4 m。楊二上段砂體發(fā)育較差，且砂體厚度較薄，0～5 m 砂層占楊二上段砂層總數(shù)的66.3%。楊二下段砂體發(fā)育，且厚度相對較大，以2～8 m 為主，0～5 m 砂層占比69.6%。受壓實(shí)作用及黏土礦物充填的影響，砂巖儲層以原生粒間縮小孔及少量長石粒內(nèi)溶蝕孔為主，儲層物性差，平均孔隙度為12.89%，平均滲透率為1.73×10-3μm2，為典型的薄層致密砂巖儲層［9-10］。

前人［7，12］研究認(rèn)為，研究區(qū)在沉積演化過程中水體能量變化頻繁，河道擺動(dòng)及河道的規(guī)模、數(shù)量變化頻繁，從而導(dǎo)致了砂體分布復(fù)雜，厚度不均，橫向連續(xù)性差，因此需要開展砂體精細(xì)刻畫，摸清有利砂體分布。

2 薄砂層識別預(yù)測方法

朝陽溝油田楊大城子油層二段單砂體厚度薄，橫向變化快，其地震響應(yīng)特征為多套薄互層組合調(diào)諧作用下的結(jié)果，利用地震響應(yīng)特征無法有效識別砂體分布。但地震波形的橫向變化可以反映沉積環(huán)境的變化，因此引入基于波形相控的地震波形指示反演方法，利用地震波形空間變化信息約束井模擬，通過選取對薄砂巖敏感的測井曲線進(jìn)行井-震聯(lián)合模擬，提高砂體反演的精度，以此來實(shí)現(xiàn)楊二段薄砂層的高精度預(yù)測。

2.1 地震響應(yīng)特征

地震層位精細(xì)解釋是儲層地球物理分析及地震反演的重要基礎(chǔ)。利用已鉆井地質(zhì)分層結(jié)果，結(jié)合聲波、密度等測井資料，建立井下地質(zhì)分層與地震反射界面之間的對應(yīng)關(guān)系。通過C942 井單井正演模擬分析：楊二段頂界面的縱波阻抗、自然伽馬增大，地震響應(yīng)特征為中-強(qiáng)振幅波峰反射，楊二段底界表現(xiàn)為中振幅波谷反射，楊二上段薄砂體較發(fā)育，下段薄砂層較少，其地震響應(yīng)特征表現(xiàn)為上強(qiáng)下弱的振幅差異變化，縱向上多層薄砂層疊置產(chǎn)生強(qiáng)振幅或弱振幅的單波響應(yīng)，可表征多層砂體的綜合響應(yīng)（圖4（a））?；跅疃紊绑w連井對比剖面，井下薄層砂體數(shù)量及組合方式從C948 井到L90 井差異明顯，造成地震響應(yīng)從弱振幅復(fù)波—弱振幅單波—強(qiáng)振幅單波—強(qiáng)振幅單波的變化（圖4（b）），且相似縱向巖性組合方式地震響應(yīng)同樣具有差異性，弱振幅復(fù)波與強(qiáng)振幅單波的對比，揭示了砂體的本質(zhì)差異（流體特征）。同時(shí)研究區(qū)地震資料主頻為42 Hz，頻帶寬度為20～70 Hz，楊大城子油層砂巖縱波速度約為3 950 m/s，泥巖縱波速度約為4 900 m/s，根據(jù)地震資料有效分辨率λ/4計(jì)算，有效分辨的層厚為23 m，結(jié)合楊大城子油層砂巖厚度薄，砂、泥巖互層的地質(zhì)特點(diǎn)（圖3）與當(dāng)前地震資料的分辨能力，對研究區(qū)砂層的預(yù)測增加了難度，同時(shí)目的層斷層相對發(fā)育，這些特征均造成了楊大城子油層地震響應(yīng)特征復(fù)雜化，因此利用地震響應(yīng)特征刻畫砂體特征具有較大難度。

圖4 楊大城子油層單井正演模擬及連井地震解釋剖面Fig. 4 Single well forward modeling and well- tie seismic interpretation section of Yangdachengzi reservoir

2.2 敏感參數(shù)

巖石物理分析和儲層敏感參數(shù)分析是開展儲層預(yù)測的基礎(chǔ)［17］。根據(jù)測井資料分析結(jié)果（圖5），楊大城子油層楊二段砂巖測井響應(yīng)特征整體主要表現(xiàn)為“三低兩高”的特征，即低自然伽馬、低自然電位、低聲波時(shí)差，高深側(cè)向電阻率及高縱波阻抗。通過建立各測井曲線砂、泥巖直方圖，分析各曲線對巖性的敏感性結(jié)果可知，縱波阻抗對研究區(qū)砂、泥巖具有一定的區(qū)分度，但在縱波阻抗大于8.76 Gg/（m2·s）且砂、泥巖疊置較為嚴(yán)重時(shí)難以區(qū)分。

圖5 C9403井楊二段測井響應(yīng)特征Fig. 5 Logging response characteristics of Yang-2 Member in Well C9403

因此，縱波阻抗能夠識別一部分砂巖，其反演結(jié)果必然摻雜著一部分泥巖或粉砂質(zhì)泥巖等。自然伽馬曲線對楊二段砂、泥巖區(qū)分度較高，其門檻值為88 API；深側(cè)向電阻率曲線對砂巖響應(yīng)較為明顯，呈高值異常，整體區(qū)分度較好，其門檻值為9 Ω·m；自然電位曲線與縱波阻抗特征相似，同樣能在一定程度上區(qū)分砂、泥巖，但在自然電位大于44 mV 時(shí)，砂、泥巖重疊現(xiàn)象較為明顯?；诿舾袇?shù)分析，認(rèn)為自然伽馬與深側(cè)向電阻率曲線對砂、泥巖敏感性較高，易于識別，自然電位及縱波阻抗曲線對砂體敏感性較低，但具有一定的識別效果。

2.3 地震波形指示反演

近年來，地震波形指示反演方法在薄儲層高分辨率預(yù)測方面被廣泛應(yīng)用。地震波形指示反演是基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)思想的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展而來的一類反演方法。通過波形相控的理念，充分利用地震資料與測井資料之間的相關(guān)性，利用地震波形驅(qū)動(dòng)測井曲線進(jìn)行儲層反演及預(yù)測，反演結(jié)果具有更高的分辨率，對于薄互層儲層更加適用［18-26］。

地震波形指示反演基于“地震波形指示馬爾科夫鏈蒙特卡洛隨機(jī)模擬算法”［21］，采用相控隨機(jī)模擬的思路，在地震波形分類的基礎(chǔ)上，將與預(yù)測點(diǎn)波形相似性高、關(guān)聯(lián)度高、距離近的井設(shè)置為初始模型（圖6），然后依據(jù)不同地震波形所表征的不同沉積環(huán)境，利用其橫向變化來表征相變特征，進(jìn)一步反映巖性的組合特征，體現(xiàn)波形相控的優(yōu)勢，增強(qiáng)反演結(jié)果的可靠性，同時(shí)也可在一定程度上消除鉆井分布不均對反演結(jié)果的影響。該方法的反演結(jié)果主要分為低頻部分（［0，8） Hz）、中頻部分（［8，80） Hz）以及高頻部分（大于80 Hz），低頻結(jié)果主要來源于測井資料，中頻結(jié)果主要依賴于地震數(shù)據(jù)，而高頻結(jié)果來自于波形相控模擬與隨機(jī)模擬兩部分［19］。波形指示反演之所以能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率反演，其關(guān)鍵在于利用地震波形特征驅(qū)動(dòng)高頻測井信息，獲取高于地震頻帶的確定性高頻成分，該成分的使用可以突破地震分辨率λ/4 的限制，提高反演結(jié)果的縱向分辨率，從而達(dá)到識別薄層的目的［27］。

圖6 地震波形特征分析Fig. 6 Seismic waveform characteristics analysis

波形指示反演具體流程如圖7 所示（據(jù)文獻(xiàn)［19］，有修改），優(yōu)選樣本井最為關(guān)鍵，選取與待判別地震波形相關(guān)性高的樣本井作為有效樣本建立初始模型，將其有效樣本井的縱波阻抗作為先驗(yàn)信息，將初始模型與地震波阻抗通過匹配濾波得到似然函數(shù)。基于貝葉斯理論，根據(jù)先驗(yàn)概率和似然函數(shù)得到后驗(yàn)概率分布，取后驗(yàn)概率密度最大時(shí)解的平均值作為最終的期望值。

圖7 波形指示反演流程示意Fig. 7 Schematic diagram of waveform indication inversion workflow

波形指示模擬與波形指示反演的原理相同，地震反射波形特征相似的井，其對應(yīng)的巖性曲線同樣具有一定的可比性是波形指示模擬的基本依據(jù)。因此波形指示模擬可以利用任何能夠表征儲層的非阻抗敏感參數(shù)曲線進(jìn)行全頻帶地震波形約束下的參數(shù)模擬。根據(jù)地震波形相似性優(yōu)選樣本的方式，研究區(qū)內(nèi)多數(shù)井在楊二段具有相似的波形特征，表明其沉積環(huán)境相似，但表征巖性的自然伽馬曲線具有較大的差異。因此，認(rèn)為楊二段地質(zhì)條件符合波形相控反演的條件。通過對該區(qū)巖石物理敏感參數(shù)分析，表明波形指示模擬更加適用于刻畫研究區(qū)楊大城子油層的砂體分布特征。

3 反演結(jié)果

基于巖石物理敏感參數(shù)分析，自然伽馬、深側(cè)向電阻率、縱波阻抗以及自然電位對研究區(qū)楊大城子組楊二段均有一定的區(qū)分度，因此利用敏感參數(shù)曲線，對縱波阻抗曲線采用波形指示反演方法，對自然伽馬、深側(cè)向電阻率及自然電位曲線進(jìn)行波形指示模擬，以求尋找適用于該區(qū)砂體預(yù)測的敏感參數(shù)與方法。通過反演結(jié)果剖面進(jìn)行反演效果分析：縱波阻抗反演結(jié)果與表征巖性的自然伽馬曲線對應(yīng)相對較差，在砂巖位置其結(jié)果吻合度較高，但部分較高阻抗的泥巖同樣有所反映，且縱波阻抗反演整體分辨率較低（圖8（a））；自然伽馬模擬結(jié)果與自然伽馬曲線具有較高的吻合度，與砂體符合率較高，同時(shí)反演結(jié)果的縱、橫分辨率高，砂體橫向變化規(guī)律較為清晰，更加符合砂體特征（圖8（b））。深側(cè)向電阻率曲線模擬結(jié)果同樣具有較好的吻合度，縱向上具有薄砂層的識別能力，但相較于自然伽馬模擬結(jié)果，砂體的橫向變化特征較差（圖8（c））；自然電位曲線模擬結(jié)果砂體符合率相對較高，但其中具有部分泥巖異常，且整體分辨率較低（圖8（d））。

圖8 楊二段波形指示模擬連井剖面（剖面位置見圖2A-A′）Fig. 8 Waveform indication simulating well-tie section of Yang-2 Member(section location see Fig. 2 A-A′)

本次共統(tǒng)計(jì)了研究區(qū)內(nèi)24 口的砂體特征，為滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，主要以厚度大于3 m 的砂體層數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過對比4 種參數(shù)反演結(jié)果與砂體層數(shù)的符合情況可知：砂體厚度大于3 m 有70層，其中縱波阻抗反演結(jié)果共識別砂層55 層，與實(shí)際鉆遇砂體符合率為78.5%，自然伽馬模擬結(jié)果預(yù)測砂層61 層，其符合率達(dá)到87.1%，深側(cè)向電阻率模擬結(jié)果共識別出砂層51 層，吻合率為72.9%，自然電位模擬結(jié)果共識別砂層50 層，符合率為71.4%。結(jié)合反演連井剖面特征與井下砂體符合率，綜合認(rèn)為自然伽馬參數(shù)模擬更能準(zhǔn)確預(yù)測砂體的空間分布特征，對該區(qū)楊大城子油層的砂體預(yù)測具有更好的適用性。

基于自然伽馬參數(shù)模擬結(jié)果，利用層位約束，分別提取了楊二上段與楊二下段波形指示模擬平面圖，其中黃紅色代表砂體發(fā)育區(qū)，楊二上段砂體發(fā)育較差，分布范圍有限，與實(shí)際鉆井特征相吻合，其砂體整體呈北西—南東向展布，主要呈條帶狀、塊狀，主要分布于研究區(qū)北部C17 井—C13 井—C52 井區(qū)域、中部及南部區(qū)域（圖9（a））。楊二下段砂體較上段發(fā)育明顯，同樣呈現(xiàn)北西—南東向展布，主要以條帶狀、塊狀分布于研究區(qū)中部及南部區(qū)域，北部區(qū)域發(fā)育相對較差，與實(shí)時(shí)鉆遇的砂體分布特征吻合度較高（圖9（b））。

圖9 楊二段砂體發(fā)育程度預(yù)測Fig. 9 Sand body development degree prediction of Yang-2 Member

基于自然伽馬參數(shù)模擬結(jié)果，以楊二上段及楊二下段為統(tǒng)計(jì)時(shí)窗、自然伽馬88 API 為砂巖門檻值，分別繪制了楊二上段及楊二下段砂體厚度平面圖（圖10（a）、（b）），同時(shí)根據(jù)地層殘余厚度表征了楊二段沉積前的微古地貌（圖10（c））。

圖10 楊二段砂體厚度及古地貌Fig. 10 Sand body thickness of Yang-2 Member and paleogeomorphology

根據(jù)沉積學(xué)特征，殘余厚度越大，表征為低古地貌特征，殘余厚度越小古地貌往往越高，圖10（c）中藍(lán)色區(qū)域表征低地貌區(qū)。盆地內(nèi)的微古地貌是控制沉積砂體的重要因素，通過影響局部的水動(dòng)力條件，一定程度上決定著儲集砂體的發(fā)育位置及分布規(guī)模［28-29］，從砂體厚度平面圖上分析可知：楊二段沉積時(shí)期，研究區(qū)中部和南部砂體相對發(fā)育，呈北西—南東向條帶狀分布。結(jié)合古地貌特征分析可知，楊二下段砂體厚度分布特征與古地貌特征相一致，表明此時(shí)期古地貌控制了楊二下段砂體的差異分布；而楊二上段砂體厚度分布特征與微古地貌吻合度較差，表明在楊二下段沉積之后，古地貌被填平補(bǔ)齊，此時(shí)地貌對砂體的分布控制作用減弱。結(jié)合前人研究成果［7，16］，在楊二段沉積伊始，河流水體能量逐漸增強(qiáng)，在研究區(qū)南部和中部河道規(guī)模逐漸增大，導(dǎo)致砂體在研究區(qū)范圍內(nèi)廣泛分布且厚度較大，向上到楊二上段，河流逐漸退去，水體能量減弱，河道發(fā)育程度變差，使得河道規(guī)模及數(shù)量降低，此時(shí)主要發(fā)育孤立型或單置型河道砂，砂體不發(fā)育，呈零星分布且厚度小。

4 結(jié) 論

（1）楊大城子油層楊二段砂體縱向上多期發(fā)育，多以單河道砂體或透鏡狀砂體為主，砂體單層厚度薄，橫向連續(xù)性差，非均質(zhì)性強(qiáng)。

（2）砂巖整體表現(xiàn)為“三低兩高”的特征，即低自然伽馬、低自然電位、低聲波時(shí)差、高深側(cè)向電阻率及較高縱波阻抗；地震波形指示模擬及反演結(jié)果表明自然伽馬反演結(jié)果更能反映楊二段砂體空間展布特征，其識別薄砂層的厚度精度可達(dá)3 m，反演符合率達(dá)87.1%，且縱、橫向具有較高分辨率，砂體橫向變化規(guī)律清晰。

（3）微古地貌起伏特征對砂體的分布規(guī)律具有明顯的控制作用，楊二下段受沉積環(huán)境及微古地貌控制，砂體分布廣泛且厚度大，楊二上段微古地貌控制作用減弱，河道規(guī)模及數(shù)量萎縮，砂體不發(fā)育，砂體零星分布且厚度小。