松遼盆地葡南油田西緣薄砂體儲層地震預測

尹兵祥， 邱長星， 劉洪濤

(1.中國石油大學(華東) 地球科學與技術學院,青島 266580；2.大慶油田有限公司 第七采油廠,大慶 163517)

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松遼盆地葡南油田西緣薄砂體儲層地震預測

尹兵祥1， 邱長星1， 劉洪濤2

(1.中國石油大學(華東) 地球科學與技術學院,青島 266580；2.大慶油田有限公司 第七采油廠,大慶 163517)

葡南油田開發層屬姚一段葡萄花油層，儲層為三角洲前緣亞相的水下分流河道砂體、席狀砂沉積和湖相濱湖砂沉積，砂體儲層窄小，橫向變化快，連續性差，地震預測是必不可少的方法。通過建立精細地質模型，進行多井約束波阻抗反演，采用多屬性儲層預測技術，結合測井解釋結果，對葡南油田西部邊緣葡331-1區塊的儲層橫向分布進行了預測，預測結果符合砂體分布特征，井點符合率高，對于認識該區油氣分布規律和開發井位部署提供了直接的技術支持，對相鄰地區的勘探開發具有參考意義。

葡南油田； 葡萄花油層； 薄砂體儲層； 地震預測

0 引言

由于地震資料在橫向上具有較強的連續性，且地震資料中包含著豐富的儲層物性信息，相比之下，鉆井、測井資料則因為橫向稀疏而在井間對比和預測中不具有優勢，因此地震技術在儲層預測中發揮著重要的作用[1-6]。作為儲層預測的核心技術之一的井約束波阻抗地震反演基于構造地質模型，以井點阻抗為約束條件，從地震波數據求取地層波速或波阻抗數據，進而根據層間或是層內波速和/或波阻抗差異進行不同巖性的區分[5-10]。將反演阻抗和波速甚至其他類型的數據體類比于地震屬性，將其與原始地震數據的屬性類型共同進行儲層預測，可以進一步提高儲層地震預測的效果，更準確地描述儲層分布狀態和油藏儲量規模[10-12]。

1 研究區概況

葡南油田在構造上位于松遼盆地大慶長垣南部的葡萄花構造北部，主要開發目的層為下白堊統姚家組一段葡一組油層組，該層組為一套典型的砂泥巖薄互層，厚度約45 m～55 m，自上而下分為11個小層，儲層為三角洲前緣亞相的水下分流河道砂體、席狀砂沉積和湖相濱湖砂沉積，單層最大厚度在1 m～2 m之間。圖1為葡154-28井的單井綜合圖，葡I油層組厚度為55.4 m，其中砂巖厚度為11.7 m，共7層，單層最大2.8 m。砂體橫向變化快，規律性差，整個層組則表現為疊合連片的狀態[13]。葡331-1區塊位于葡南油田西緣，已于2011年提交控制儲量，面積為7.3 km2，控制儲量58×104t，表現出一定的資源潛力。構造位置相對較低的葡148-16井PI1、PI3、PI4號層為水層，PI5-PI10號層為高含水低產工業油層，呈現明顯的上水下油情況，表明該區油水關系較為復雜。同時該區儲層橫向變化快，連續性差，單純依靠井間對比難以滿足儲層預測的需要，必須借助于地震數據開展儲層預測工作[14-16]。

圖2 葡331-1區塊東西向典型地震剖面

圖1 葡158-28單井綜合圖

圖2為研究區內一條東西向地震剖面及目的層構造解釋，顯示構造趨勢為東高西低，發育有若干正斷層，最大落差超過一個地震子波周期，不同斷層的組合將目的層切割成地壘、地塹、斷階等斷塊，局部也具有微幅度構造的顯示，為油氣聚集提供了不同的場所和條件。圖3為研究區葡I油層組頂面構造圖，顯示總體構造形態為東南高、西北低，被若干條斷層切割。最顯著的構造高點在研究區東南角，界面海拔深度小于900 m；在東部南北向大斷層以西的斷層上升盤有兩個斷塊高點，具有形成油氣藏的構造條件，是現有井網外擴的有利位置。

2 井約束波阻抗反演

2.1 波阻抗反演的基本原理

井約束地震反演采用地震資料構造解釋成果建立地質模型，通過合成地震記錄實現層位的準確標定，根據相鄰地震道之間的相關性質，利用神經網絡方法自適應地外推地震子波[3]，井旁道以測井資料為約束條件，實現阻抗等數據的計算，并在直接反演的中頻相對阻抗數據的基礎上，補充測井數據所包含的低頻和高頻信息，拓展阻抗數據體的頻寬，以便提高分辨率并得出巖層絕對波阻抗。由于砂體儲層一般比圍/泥巖阻抗值大，因此有利于巖性識別，地震反演已經成為儲層預測的重要技術[8-9]。圖4為測井約束地震反演的具體流程。

圖3 葡331-1區塊葡I油層組頂面構造圖

圖4 測井約束地震反演方法流程

波阻抗反演的原理為：給定多層地質模型中各層的波速、密度、厚度等參數分別為：

v(i)，ρ(i)，d(i)，i=1,2,3,…,N

各層中地震波垂直傳播的時間為τ(i)=2d(i)/v(i)，目的層界面的反射時間為其上各層內時間的累加即

(1)

由此可以將地震記錄描述為

i=1,2,3,…,M

(2)

其中：s(i)為實際地震信號；r為地層界面的反射系數；w為地震子波；M為樣點總個數；i為地震記錄內的樣點序號。式(2)的矩陣表示形式為式(3)。

S=W·R

(3)

式中：S=(s(1)s(2)…s(m))T；

R=(r(1)r(2)…r(n))T；

W為M×N階子波矩陣：

(4)

地層反射系數與其對數波阻抗的關系用矩陣表示為式(5)。

R=D·L

(5)

其中：R=[r(1)r(2) …r(N)]T；

L=[l(1)l(2) …l(N)]T；

D為N行，N+1列的系數矩陣；l(i)為地層模型中各層波阻抗的對數值，將式(5)帶入式(3)得式(6)。

S=WDL

(6)

設實際測量的地震記錄為：T=[t(1)t(2)…t(M)]T，模型道S與實際地震道T之間的差為E=T-S，而誤差能量可以表示為式(7)。

J=ETE=(T-WDL)T(T-WDL)

(7)

這樣目標函數J使待求波阻抗與實際地震觀測資料發生直接聯系，使J達到最小的物理含義是：尋求一個最佳的地質模型，使由此模型計算的合成地震數據與實際觀測資料的誤差能量最小。

式(7)的最小平方解為式(8)。

L=(DTWTWD)-1DTWTT

(8)

由于式(8)無法引入約束條件，所以實際地震記錄中的噪音會嚴重地影響反演結果，可以考慮用共軛梯度法求解來避免此問題[5]，該方法的主要優點是①算法精確、穩定；②不需做矩陣反演計算，避免了大矩陣處理中的病態問題；③具有比較強的抗干擾能力；④求解過程中能容易地執行約束條件。因此井約束波阻抗反演通常采用該方法，通過多次迭代和修改參數、逐次逼近地層模型來求取地層的波阻抗[6-7]。

2.2 地震子波估算

地震子波估算是反演的關鍵步驟之一，合理的子波是高精度反演的前提[9]。獲取子波的方式一般有標準理論子波、統計估算子波和地震提取子波等三種。從地震資料中提取的子波與地震數據匹配良好，可以很好地實現合成記錄與井旁道的相關性。本次反演在各井提取到的子波都非常接近于主頻為50 Hz的Ricker子波，因此直接采用了50 Hz的Ricker子波。

2.3 地層框架模型的建立

建立地層框架模型就是定義各地層界面及斷層面之間的相互關系，構建地層空間格架，為將測井曲線數據通過內插外推形成三維數據體提供約束和控制，使其橫向內插外推沿層進行，而不是以等深為原則，這樣得到的測井曲線類型的數據體才更合理。同時該框架模型也對地震數據的反演計算具有模型控制作用。本次解釋的目的層頂、層底反射的時間厚度約為30 ms～40 ms，只有兩個界面，為保證目的層反演的效果，將頂界面、底界面分別向上和向下推移10 ms，分別形成另外的兩個層用作模型的頂、底界面。

2.4 高低頻分量補充

相對于地震反演計算直接得到的阻抗數據，井點的測井曲線計算的阻抗數據具有顯著的分辨率優勢，而且其垂向的緩慢變化趨勢也是相對清楚的，從各井的鉆井阻抗內插外推得到的測井阻抗數據體，也同樣具有很寬的頻帶范圍和很高的垂向分辨率[11]。

地震反演阻抗數據的高低頻分量補充就是將其與測井阻抗數據體按道進行合并，將地震數據缺失的低頻和高頻成分從測井阻抗數據體中提取合并到地震反演阻抗數據體中來[5,9]。根據原始地震資料及直接反演阻抗的頻譜范圍，確定低頻補償的閾值為20 Hz，高頻補償的頻段確定為90 Hz ～220 Hz，高、低頻率補償后就得到能反映地層波阻抗的數據體。

2.5 三維地震反演效果分析

反演效果主要從以下幾個方面分析：①阻抗數據的縱橫向分布變化是否符合地質規律；②井旁道與鉆井數據之間的吻合程度；③阻抗數據比原始地震數據的分辨率要有明顯的提高[9]。由于反演過程中的多個環節都加強了質量控制，保證了反演阻抗數據具有較高的分辨率，能夠較好地反映目的層巖性變化特征。從圖5可以看出，目的層相對于上、下地層是一套高阻抗的地層，這與實際地質情況是符合的。

3 砂巖儲層地震預測

3.1 多屬性儲層地震預測

儲層地震預測以地震資料為主，綜合地質、測井、試井等多種資料分析研究油氣儲層的空間分布、巖性物性、流體性質等油氣藏特征[10]。為此需要分析待預測的地質目標數據與各種地震屬性之間的相關關系，不僅從原始地震數據提取屬性，而且從反演成果數據提取屬性，幾種典型屬性如圖6所示，由于地震資料是多種地質因素的綜合效應，單個屬性難以有效反應儲層分布。

圖7為多屬性儲層地震預測的技術思路，首先是將井點的儲層厚度數據與多種地震(包括反演阻抗)屬性進行相關分析，確定建立預測模型所需的屬性類型，選取的原則首先是相關系數的大小，其次是選取的屬性應該相互之間不相關，屬性的數量不宜太多，此次預測選擇了3種不同的屬性，根據所選擇的屬性類型，采用最小二乘法確定預測模型各屬性的系數，得到本次儲層預測的模型關系為：儲層厚度=1.82+0.316×10-6×阻抗+0.418×10-4×均方根振幅-0.264×能量半衰時，這樣就可以根據該模型做預測了，但是初次預測結果在井點的預測值與真實值難免存在誤差，將各井點的偏差分別求出，進行網格化對應到各個地震道點，然后將該偏差從初步預測數據中對應相減，得到最后的預測結果。除上述根據屬性回歸模型的預測方法外，還可以采用地質統計學和協克里金的方法進行預測。由于地震數據的最小有效單元為一個同相軸，厚度更小的薄層預測可信度降低，因此這里最多只能做到層組的預測。

3.2 儲層厚度預測結果

采用前述儲層地震預測技術，我們對葡331-1區塊的砂巖厚度進行了預測。圖8為整個葡I油層組的儲層厚度預測，按照0.3 m誤差為限，井點符合率大于80 %。從中可以看出，研究區葡I油層組儲層厚度在0 m～9 m之間，分布比較零散，符合該區單個砂體儲層面積小、厚度薄的特征，在多層砂體疊合的情況下，仍然難有明顯的分布規律性，而是呈現出眾多小的厚度中心。盡管砂體厚度不大，但是由于該區域油氣地質條件好，油源充分，在構造條件的配合下，砂體成藏幾率非常大，加上埋藏深度只有1 000 m 左右，即使比較小的含油砂體也是具有開發價值的。

圖5 反演阻抗數據體的剖面顯示

圖6 典型屬性示例

圖7 多屬性儲層預測技術示意圖

表1 葡331-1區塊潛力區有利目標評價

3.3 有利目標優選

綜合構造、儲層、油氣顯示等因素，在葡南油田西緣區塊開發井網以外的潛力區，篩選了3個局部的有利目標區(如圖8中點線區域所示)，評價的相關參數及評價結果列于表1，同時給出了葡I油層及分層組預測的儲層厚度數據。

圖8 葡331-1區塊儲層地震預測

4 結論

針對砂巖儲層與泥巖在地震反射波屬性及波阻抗等方面的差異，通過三維地震資料和鉆井、測井資料在模型框架下的有機結合，利用井約束波阻抗反演和多屬性分析技術預測了目的層的薄互層砂巖的橫向分布，深化了對油藏特征和規律的認識，有助于增儲潛力區塊優選和油藏地質評價。地震反演效果與軟件的方法技術和資料的品質好壞有著極為重要的關系，也受井位數量及分布情況等因素的影響。實踐中應根據研究區的地質特征及具體資料情況，選擇合適的反演方法及流程和參數，在單一阻抗數據預測效果不佳的情況下，可以考慮綜合波速、密度等多種數據類型進行綜合預測。

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Seismic prediction of thin sand body reservoir in west margin of Punan oilfield in Songliao basin

YIN Bing-xiang1,QIU Chang-xing1,LIU Hong-tao2

(1.School of geosciences, China University of Petroleum, Qingdao 266580,China;2.Daqing Oil Field Co., Ltd. No.7 Oil Extraction Factory, Daqing,163517,China)

In Punan oilfield, the development layer is Putaohua reservoir of the first member of Yaojia formation, the reservoir include sub-channel branch sand, sheet sand, and offshore sand, which are formed in Delta front sub-face.The reservoir drastic variation laterally results in poor continuity. So that, seismic technique is indispensable in reservoir prediction. In the reservoir prediction of Pu331-1 Block which located at the west margin of Punan oilfield, multiple technique or data are integrated together such as the establishment of fine geological model, well constrained impedance inversion, multiple seismic attribute analysis and logging interpretation result. The predicted reservoir distribution meets the state in this area and fit the data at well site. The study provides data for distribution of oil and gas directly, which is used to locating exploitation well. The technique is also helpful to exploration and exploitation of petroleum in adjacent area.

Punan oilfield; Putaohua oil formation; thin sand reservoir; seismic prediction

2014-08-29 改回日期：2015-03-18

國家重大科學工程建設項目計劃(2011ZX05009-002-3)

尹兵祥(1970-)，男，博士，副教授，從事儲層地震預測和綜合地球物理教學與研究工作,E-mail：Yinbx@upc.edu.cn。

1001-1749(2015)04-0494-08

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.04.13