疊前同時反演在碳酸鹽巖儲層流體識別中的應用
——以塔河油田6區和7區為例

劉俊州，孫贊東，劉正濤，孫永洋，董寧，夏紅敏

（1．中國石化石油勘探開發研究院，北京100083；2．中國石油大學（北京）地質地球物理綜合研究中心，北京102249）

技術方法

疊前同時反演在碳酸鹽巖儲層流體識別中的應用
——以塔河油田6區和7區為例

劉俊州1，孫贊東2，劉正濤2，孫永洋2，董寧1，夏紅敏1

（1．中國石化石油勘探開發研究院，北京100083；2．中國石油大學（北京）地質地球物理綜合研究中心，北京102249）

塔河油田6區和7區奧陶系次生碳酸鹽巖溶蝕孔洞儲層極其發育。無論溶蝕孔洞儲層內部包含流體與否，縱波阻抗都表現為低阻抗特征，所以疊后反演得到的單一縱波阻抗并不能有效識別流體。疊前同時反演能夠獲得除縱波信息外的橫波信息，縱橫波信息聯合更有利于對流體進行區分。將疊前同時反演應用到塔河油田6區和7區，得到縱波阻抗、橫波阻抗及縱橫波速度比（vp/vs）等彈性參數，經過巖石物理分析，最終選取縱波阻抗和vp/vs交會可劃分出含油儲層和含水儲層，從而得到該區流體分布特征。預測結果與實際鉆井信息吻合度達到72.7%，反演可靠性較強。

碳酸鹽巖；溶蝕孔洞；流體識別；疊前同時反演；縱橫波速度比

0　引言

疊后反演經歷了近30年的發展，已成為一門比較成熟的技術。然而疊后反演是在疊加資料的基礎上進行的，疊加隱藏了振幅隨偏移距變化（AVO）的重要信息，并可能會導致振幅解釋的許多假象。為了獲取潛在的AVO效應，Connolly［1］提出了彈性阻抗概念。隨后，Whitcombe等［2］對彈性阻抗進行了擴展，并應用于流體與巖性預測。近年來，隨著能夠獲取彈性參數的疊前同時反演商業軟件在石油勘探領域的迅速推廣和使用，疊前同時反演在油氣預測中的作用日益重要。在國內，疊前同時反演被廣泛應用于儲層和流體預測，并取得了較好的效果［3-5］。

疊后反演只能得到縱波阻抗信息，而疊前同時反演利用不同偏移距道集的地震資料，能得到縱、橫波阻抗，密度，縱橫波速度比（vp/vs）等多種彈性參數，降低了單純利用縱波阻抗信息進行儲層預測的多解性［6］，并提供了更多、更敏感的儲層物性和流體性質的有效信息，從而提高了反演結果的可靠性。

塔河油田奧陶系非均質性次生碳酸鹽巖溶洞是主要儲集空間，而裂縫提供的儲集空間有限，主要起滲濾作用?？p洞中的充填物約占全部縫洞空間的30%［7］，充填部位孔隙度極低，滲透性能極差，一般不具備流體特征。前人［8-10］主要針對非均質性儲層進行研究，但隨著勘探開發的深入，傳統的儲層預測已不能滿足要求，進一步對儲層流體進行識別就顯得尤為重要。疊后反演得到的單一波阻抗剖面能識別地震剖面上較為明顯的“串珠狀”反射［11］，但不能對溶洞內流體充填情況進行判別。筆者從巖石物理研究出發，在疊前道集修飾性處理的基礎上，利用疊前同時反演對塔河油田6區和7區奧陶系碳酸鹽巖溶洞儲層流體進行預測，所得結果與鉆井數據吻合度達72.7%。

1　研究區概況

塔河油田位于塔里木盆地北部沙雅隆起中段南翼阿克庫勒凸起中南端，西鄰哈拉哈塘凹陷，東鄰草湖凹陷，南接滿加爾坳陷和順托果勒隆起，北接雅克拉斷凸起，總面積約750 km2［12］［圖1（a）］。早奧陶世末的加里東中期運動使塔河地區形成一個向北抬升、向南傾沒的阿克庫勒鼻凸。海西早期地層整體大幅度抬升，剝蝕嚴重，可溶灰巖大面積出露，巖溶作用強烈，大型洞穴特別發育，多套洞穴儲層疊置連片分布。洞穴發育縱向上分布在海西早期不整合面以下約250 m（約80 ms）的范圍內。通過對塔河油田奧陶系600余口井鉆遇溶洞情況統計表明，未充填大中型洞穴頻率為44.9%，充填洞穴頻率為29.6%［13］。

圖1　塔河油田6區和7區位置（a）及奧陶系頂時間構造圖（b）Fig.1　Position of district 6-7 in Tahe Oilfiled（a）and time structure map of Ordovician top boundary（b）

6區和7區位于塔河油田西北部，表層奧陶系上統全部被剝蝕，處于凸起高部位的一間房組全部被剝蝕，鷹山組上段部分地層被剝蝕；中下統巖溶古水系特別豐富，有利于形成有效的巖溶儲層［14］［圖1（b）］。6區和7區儲集類型以溶洞為主，裂縫主要起改善和溝通溶洞的作用。大多數鉆井都能靠酸化、壓裂獲得工業油氣流，主要原因在于酸化、壓裂等措施能夠擴張或延伸原天然裂縫而使其有效溝通儲層，使本來未鉆遇溶洞儲層的井能有效溝通溶洞儲集體，從而獲得較大產能。

2　疊前同時反演

疊前同時反演的基本原理是在多個分角度疊加數據體基礎上，利用Zoeppritz方程或其近似方程進行同時反演，生成縱波阻抗、橫波阻抗和密度數據體，并由此求取vp/vs等反映地下介質巖性、物性和含油氣性的彈性參數［15-16］，從而對巖性和流體類型進行識別。

塔河油田6區和7區巖性為相對單一的純灰巖，溶蝕作用形成的次生碳酸鹽巖溶蝕孔洞與圍巖存在明顯阻抗差，在地震剖面上呈現“串珠狀”反射，能用縱波阻抗識別。然而單一縱波阻抗并不能判別溶洞的流體充填情況，只有通過縱波阻抗、橫波阻抗以及其他各種彈性參數之間的聯合，才能有效地識別和區分流體。當溶蝕孔洞儲層內部被泥質充填時，橫波阻抗表現為低值特征，vp/vs變化不明顯；當儲層內部包含流體時，橫波阻抗變化不明顯，vp/vs表現為低值特征。這即是運用疊前同時反演獲得彈性參數并進行流體識別的客觀依據。獲得彈性參數的步驟為：首先，通過對CRP道集作修飾性處理，在保證信噪比和反演穩定性的前提下，獲得3-13，13-23以及23-33共3個分角度疊加數據體；然后，分別求取這3個分角度疊加數據體的地震子波，并在測井資料約束下反演，從而得到縱波阻抗、橫波阻抗、密度、vp/vs等彈性參數。

2.1道集修飾性處理

研究區地表條件復雜，碳酸鹽巖儲層埋深多達5 000 m以上，非均質性強，地震資料品質低，各類干擾嚴重，常規處理后的CRP道集信噪比低，主要存在多次波、線性噪音以及低頻干擾等問題。在實際情況下，疊前CRP道集的品質對疊前同時反演的影響遠大于反演算法及其流程等因素的影響［17］。

為了獲得適合疊前同時反演的高品質CRP道集，筆者針對研究區存在的主要問題，對道集進行了一系列的修飾性處理，主要包括去隨機噪音，去多次波等處理。修飾性處理后的CRP道集同相軸更清晰，信噪比明顯提高（圖2）。

圖2　修飾性處理前后CRP道集對比Fig.2　Comparison of CRP gathers before and after data conditioning processing

2.2橫波速度預測

橫波速度是疊前同時反演必不可少的參數，但塔河油田6區和7區所有井都不含橫波資料。因此在巖石物理分析的基礎上，利用相關井曲線進行橫波預測顯得十分重要。

針對研究區孔隙結構復雜多變，縫洞組合形式多樣等特點，筆者最終選擇適合多種孔隙形態的DEM-Gassmann巖石物理模型［18-19］進行橫波預測。

2.3反演關鍵環節

2.3.1井震標定與子波提取

井震標定與子波提取作為疊前同時反演的關鍵環節，主要作用是提取反演子波和獲取時深關系。反演子波直接影響褶積的效果，進而影響反演結果的準確性。一般情況下，在保證子波能量能夠遞減到0的前提下，子波的長度越短越好，研究區選取100 ms作為子波長度。在選擇分析時窗時，為減小子波評估中的變化，分析時窗應盡可能長，但為了保持信號的穩定性，分析時窗又應盡可能短。所以一般情況下，選擇300～500 ms的分析時窗，且要盡可能地把目的層包含在內。塔河油田6區和7區奧陶系測井曲線長度較短，需要加入奧陶系以上的測井曲線參與提取子波。井震標定過程中，以中角度疊加道集為標準，通過時深標定和子波提取的反復疊代，提取每1口井的近、中、遠道子波，分別選取多口井中能量集中，旁瓣較小，相位穩定的近、中、遠道子波進行平均，最終得到適合反演的3個分角度道集的子波。

2.3.2低頻模型的建立

低頻信息的構建是波阻抗反演中極為重要的技術環節，低頻信息構建的準確與否，直接影響波阻抗反演結果的準確性［20］。疊前同時反演的低頻分量主要來自于初始模型（低頻模型）。傳統的低頻模型是通過標準化后的測井曲線進行內插而得到，但是巖溶作用導致研究區范圍內碳酸鹽巖非均質性強，鉆井放空漏失嚴重，部分井段測井曲線嚴重失真。如果使用常規井插值建模，很難得到真實反映地層情況的初始模型。另外，研究區鉆遇奧陶系的層段多小于250 m，目標層段時窗小，巖性相對單一。王曉梅等［21］針對類似的碳酸鹽巖儲層，提出了采用無井約束的單一值建模方法。綜合考慮后，筆者最終選擇采用單一值約束作為疊前同時反演的低頻模型。

3　反演結果分析

筆者依據塔河油田6區和7區的實際地質情況，進行了巖石物理分析，最終優選了縱波阻抗和vp/vs交會來區分流體。依據分析結果，使用反演得到的數據體提取偽井曲線進行交會（圖3），并在識別流體的過程中，參考了研究區的實際地質情況以及實際生產情況。

泥質充填井段無法用單一縱波阻抗區分，但橫波阻抗對巖性敏感，泥質充填井段多表現為低的縱、橫波阻抗，而vp/vs變化不明顯。TK734井5 637～5 642 m（距離奧陶系頂62～156 m）測井解釋結果為泥質充填，生產層段5 626～5 720 m為未建產（干層）。反演結果為低的縱波阻抗，vp/vs變化不大，不具備流體特征，反演結果與實際情況吻合（圖4）。

圖5（a）和圖5（b）是2口高產井的反演結果與流體識別對比圖，粉紅色為預測的油分布區域，藍色為預測的水分布區域。TK716井初期產油127.9 t/d，產水21.5 t/d，累計產油18.3萬t，產水0.6萬t（數據截止2011年6月），流體預測結果與實際情況吻合。TK745井5 572～5 678 m（距離奧陶系頂51～106 m）生產層段，初期產油158.3 t/d，產水0，累計產油9.72萬t，產水0.57萬t（數據截止2011年6月），流體預測結果與實際情況吻合。

圖3　疊前同時反演縱波阻抗和縱橫波速度比交會圖Fig.3　Cross-plots of P-wave impedance and vp/vsfrompre-stack simultaneous inversion

圖4　過TK734井反演剖面與井數據對比分析Fig.4　Comparison of inversion profile with well log data across TK734 well

圖5　反演剖面與流體識別對比Fig.5　Comparison of inversion profile with fluid identification result

TK736井5 670～5 740 m（距離奧陶系頂133～203 m）生產層段，生產情況為未建產（水層）。反演結果顯示為低的縱波阻抗和相對高的vp/vs，流體預測結果為水層［圖5（c）～5（d）］，與生產情況一致。

依據圖3的交會分析，通過計算得到研究區范圍內流體分布圖（圖6）。從圖6可以看出，相對構造高部位是油氣的主要聚集區，在巖溶高區域油水呈帶狀或片狀分布，多數鉆井位置處于相對構造高部位而沒有直接鉆遇溶洞；在構造斜坡部位油水呈點狀分布，鉆井大多以直接鉆遇溶洞為目的；在古水系發育的區域幾乎沒有油氣分布。

圖6　奧陶系頂向下0～80 ms預測流體分布（底圖為奧陶系頂時間構造圖）Fig.6　Predicted fluid distribution of 0～80 ms below Ordovician top boundary

塔河油田6區和7區70%以上油井完井后自然產能低或無自然產能，需要進行儲層改造［22］。對于儲集體距離井眼較遠的油井，酸化、壓裂后可獲得較好的增產效果，但對儲集體距離井筒大于160 m的井，酸化、壓裂效果不明顯［23］。在對反演結果進行統計的過程中，當溶洞距離井筒小于160 m，并且生產層段裂縫發育時，酸化、壓裂時視為溶洞與井筒連通。預測結果與研究區內88口井實際試油及生產情況對比，吻合58口，較吻合12口，不吻合18口，吻合度達到72.7%，預測結果可靠性較強。

4　結論

（1）疊后反演只能得到單一縱波阻抗，無法有效區分儲層流體。疊前同時反演能夠獲得除縱波信息外的橫波信息，并由此計算得到多個彈性參數。通過巖石物理分析，優選敏感彈性參數交會能夠更有效地進行流體識別。

（2）塔河油田6區和7區巖溶作用主要與古地貌、水動力條件有關，流體主要分布于巖溶相對較高部位，而在古水系發育的巖溶低洼部位，不是油氣分布的有利區域。

（3）塔河油田6區和7區儲集空間以碳酸鹽巖溶洞為主，裂縫主要起到溝通溶洞的作用，所以裂縫發育特征是井位部署的一個重要參考依據。在流體識別的基礎上進一步弄清裂縫發育情況有利于提高儲層流體預測的準確性。

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（本文編輯：郭言青）

Application of pre-stack simultaneous inversion to fluid identification of carbonate reservoir:A case study from district 6-7 in Tahe Oilfield

LIU Junzhou1，SUN Zandong2，LIU Zhengtao2，SUN Yongyang2，DONG Ning1，XIA Hongmin1
（1.Research Institute of Exploration and Development，Sinopec，Beijing 100083，China；2.Laboratory for Integration of Geology and Geophysics，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

Ordoviciancarbonatedissolvedcavereservoirsarewidelydevelopedinthedistrict 6-7of Tahe Oilfield.The P-waveimpedanceislowwhether or not there are fluids within cave reservoir，so P-impedance acquired frompost-stack inversion is not enough to identify the filled materials effectively.Pre-stack simultaneous inversion can be used to obtain S-wave information except P-wave information outside，and the combination of P-wave and S-wave information is in favor of distinguishing fluid.Pre-stack simultaneous inversion is applied in the district 6-7 of Tahe Oilfield.Multiple elastic parameters are acquired，including P-wave impedance，S-wave impedance and vp/vs.Based on rock physic analysis，cross-plots of P-wave impedance and vp/vs were used to distinguish oil-bearing reservoir and predict the fluid distribution.The fit rate between prediction results and actual drilling data is 72.7%，which indicates the pre-stack simultaneousinversionispractical andreliable.

carbonaterock；dissolvedcave；fluididentification；pre-stacksimultaneousinversion；P-Swavevelocityratio

P631.4

A

1673-8926（2015）01-0102-06

2014-09-23；

2014-10-26

國家“十二五”重大科技專項“不同古地貌單元縫洞儲集體定量描述研究”（編號：2011ZX05014-002-001）資助

劉俊州（1975-），男，碩士，高級工程師，主要從事儲層預測等方面的研究工作。地址：（100083）北京市海淀區學院路31號。電話：（010）82312740。E-mail：liujz.syky@sinopec.com。