基于波形指示反演在儲層預測中的研究及應用

吳景超 孔栓栓 喬 柱 郭 軒 張德龍

中海石油(中國)有限公司天津分公司, 天津 300452

0 前言

隨著渤海油田勘探的不斷深入,儲層預測的精度需求不斷提高。目前，新近系儲層研究面臨儲層品味差,薄層和非均質儲層占比大的難題。地震反演作為儲層預測的重要技術得到了廣泛應用[1]，其中地震波阻抗反演是綜合應用地震和測井資料進行儲層預測[2]。常規的波阻抗反演包括稀疏脈沖反演和地質統計學反演,稀疏脈沖反演是一種基于脈沖反褶積基礎上的遞推反演方法,認為地下反射系數序列是由少數大的反射系數疊加眾多小的反射系數構成的,反演結果分辨率低、多解性強,適合井少的勘探階段[3]。地質統計學反演是一種將隨機模擬理論與地震反演相結合的方法,但存在橫向分辨率低,對井數和井位分布要求高的缺陷[4-6]。國內學者盛述超等人首先提出了波形指示反演方法,并對該反演方法的原理進行了詳細的闡述[7-9];韓長城等人利用波形指示反演方法預測中深層儲層取得較好的效果[10-11]。在針對淺層新近系儲層的分辨率提高上,目前在具體工區中的研究及應用實例較少。針對上述問題,本文嘗試應用新的反演方法——波形指示反演,在地質統計學反演的基礎上,通過井震協同表征,即地震合理參與并協助完成井間高頻成分預測,進一步提高儲層預測的精度和可靠性。

1 波形指示反演方法原理

波阻抗反演的頻譜主要由三部分構成:低頻成分、中頻成分和高頻成分。其中低頻成分來自于井插值模型;中頻成分利用地震數據求取相對波阻抗獲得;高頻成分的估計是基于樣本井的統計,當利用貝葉斯理論進行反演時,反問題的解并不是單一解,而是一個后驗概率分布,最終得到的是一個最大概率結果,具有不確定性。

1.1 井震協同表征

地震波是一系列薄層組合結構調諧的結果,并不簡單代表兩個巖性的分界面,雖然薄層在地震上無法分辨,但會對地震波形產生影響。利用已鉆井統計地震波形所對應的儲層結構,對薄儲層預測具有重要意義。由于地震與井曲線并非逐點對應關系,因此通過結構化的模擬更符合垂向旋回特征。

統計學反演屬于井震聯合反演,本質上井和地震脫節,中頻和高頻各自獨立,高頻部分只用井,沒有用到地震信息。波形指示反演基于井震協同表征,即地震合理參與并協助完成井間高頻成分預測,從而進一步提高儲層預測的精度和可靠性。解決井震協同的關鍵是充分挖掘地震資料的潛力,傳統地震反演注重研究地震反射系數信息,忽視地震波形的變化信息。地震波形蘊含巖層的沉積旋回信息,其橫向變化與沉積環境相關,表現為:

1)相似的沉積環境下,具有相似的曲線旋回特征。

2)相似的巖性組合結構會產生相似的地震波形。

3)地震波形橫向變化可以指示儲層結構的分類,相似的波形所代表的儲層結構具有可類比性。因此基于地震波形橫向變化信息表征儲層空間變異結構,符合相控思想。

選取A、B兩口井研究層段的波阻抗曲線,如圖1所示分別進行500、200、100和70 Hz的頻率濾波,當頻率達到70 Hz時,兩口井的阻抗曲線相關度達到了94%。研究表明A、B兩口井研究層段的地震波形相似,表明這兩口井的沉積環境是相似的,雖然其高頻成分受不同沉積微相的影響差異較大,但其低頻具有共性,且共性頻帶范圍大幅度超出了地震有效頻帶。以A油田為例，其地震資料的有效頻帶為8～60 Hz,而基于波阻抗曲線檢測的頻率可達到70 Hz。有效增強反演結果中頻帶的確定性,使反演結果的確定性更強。

1.2 樣本優選

地震波形指示反演和傳統統計學反演的最大區別在于統計樣本的篩選。傳統方法是基于空間域的變差函數,受井位分布和變程的影響。波形指示反演優選統計樣本時采用波形對比的方法[12-14]。首先基于地震解釋層位建立等時格架模型,按照地震波形特征對已知井進行分析,優選與待判別道波形關聯度高的井作為空間估值樣本,利用樣本井的初始阻抗，采用分頻的方法反復濾除高頻段信息并在樣本間進行比對,保留確定性頻率成分。在貝葉斯框架下聯合似然函數分布和先驗分布,不斷擾動模型參數,對初始模型的高頻成分進行優化,使后驗概率分布函數最大時的解作為有效的隨機實現,取多次有效實現的均值作為期望值輸出[15-20]。

2 應用實例

渤中A油田在明下段Ⅳ、Ⅴ油組發育河流相沉積,儲層物性較好。由于地震資料分辨率低,砂包泥及砂泥互層型儲層結構井震響應差,地震剖面上難以對單砂體進行刻畫。由于儲層橫向物性變化快,砂泥波阻抗疊置嚴重,常規屬性對儲層展布不敏感,難以預測儲層分布。

2.1 儲層地震響應特征分析

渤中A油田新近系明下段廣泛發育河流相和極淺水三角洲,優質儲層集中在明下段Ⅳ、Ⅴ油組,儲層物性較好。通過完鉆井分析該目的層段均見到不同程度油氣顯示,儲蓋組合橫向比較穩定,是目前勘探的主要含油氣層段。

a)0～500 Hz濾波后A、B井波阻抗相關性31%

b)0～200 Hz濾波后A、B井波阻抗相關性57%

c)0～100 Hz濾波后A、B井波阻抗相關性82%

d)0～70 Hz濾波后A、B井波阻抗相關性94%圖1 不同頻率濾波后A、B井波阻抗相關性曲線圖

針對渤中A油田的18口已鉆井,通過制作合成記錄進行精細的時深標定。在此基礎上對儲層的地震響應特征進行統計分析。明下段Ⅳ、Ⅴ油組的儲層結構大體可以分為三種:

1)厚砂夾薄泥型,以圖2-a)為例,砂組位于明下段Ⅴ油組 1 275～1 350 m層段,砂巖厚56 m,砂地比高達75.9%,地震剖面上表現為:反射軸相互干涉嚴重,呈虛白弱反射,難以進行砂體追蹤解釋。

a)厚砂夾薄泥型儲層

b)厚層砂型儲層

c)泥巖背景下的單層砂圖2 不同類型儲層的地震響應特征圖

2)厚層砂型,其砂體厚度對應一個波長左右,砂體頂界面反射清晰,底界面不清晰,同樣難以進行砂體追蹤解釋，見圖2-b)。

3)泥巖背景下的“單層砂”型,砂泥巖的厚度比較適中,且井震對應關系較好,可以進行砂體解釋，見圖2-c)。

基于上述井震對比的分析結果,該區域主要解決的地質問題是針對厚砂夾薄泥型和厚層砂型的儲層刻畫問題。

2.2 聲波曲線重構

聲波曲線重構技術是針對波阻抗重疊的問題,以巖石物理學為基礎,利用和巖性相關的測井曲線重構出具有同量綱的擬聲波曲線,使得它既能反映地層速度和波阻抗特征,又能反映巖性差異,從而建立儲層特征與地震之間的聯系。

本次研究選取了自然電位曲線對聲波曲線進行重構。由于隨著地層深度的增加,聲波曲線存在明顯的壓實效應,因此需要將聲波曲線減去低頻濾波后的壓實曲線，即完成壓實校正。壓實校正后的聲波曲線能更客觀地反應儲層和非儲層的速度差異,而排除地層深度的干擾。此外由于不同測井儀器的電位值不同以及井況好壞等問題,還需對自然電位曲線進行基線校正和標準化等預處理。曲線重構過程中可以對參與重構的曲線權重進行設置,將重構后的聲波曲線與原始曲線對比,對儲層和非儲層的敏感性有較大提高，見圖3。關于重構曲線的合理性可以通過制作合成記錄進行驗證,利用重構后的聲波曲線制作合成記錄,井震關系對應良好且相關性有所提高,說明重構曲線并未改變聲波曲線中低頻的成分。利用重構聲波曲線計算波阻抗,交會結果見圖4,儲層和非儲層的波阻抗區分性明顯變好,為利用波阻抗進行高精度反演奠定了基礎。

圖3 基于自然電位曲線重構的聲波曲線圖

圖4 縱波阻抗和伽瑪交會圖

2.3 波形指示反演效果分析

針對研究區的20口探井,在貝葉斯框架下,首先實現先驗解的空間有效采樣,然后采用“地震波形指示馬爾科夫鏈蒙特卡洛隨機模擬(SMC-MC)”算法對后驗概率分布抽樣,從而實現波形指示反演。選取了其中3口井作為反演結果的后驗井,對明下段Ⅳ、Ⅴ油組儲層的驗證符合率進行統計,該方法對5～13 m的單砂體識別率達到85.7%。此外基于波形指示反演的結果與常規的地震剖面及90度相移剖面進行對比分析。

2.3.1 分辨率提高

A 1井是A井斷層上升盤的側鉆井,由于是斜井缺失聲波、密度測井資料,無法參與反演,作為驗證井對反演結果分析。井上鉆探結果顯示砂體A-1是一套頂部為4.7 m的砂體,中間為6 m的泥巖夾層,下部砂體A-2為7.3 m的砂巖,常規的地震剖面上形成一套相互干涉的復波,難以對兩套砂體進行區分,提取的振幅屬性為A砂層組的綜合響應,很難對兩個砂體的展布特征進行分別刻畫。基于波形指示反演的結果見圖5-a)；兩套砂體能夠有效的區分,通過提取地層切片屬性,可以看出砂體A-1為河道的邊灘,砂體呈片狀分布，見圖5-b)；而砂體A-2為典型的河流相,平面上發育為一狹長河道，見圖5-c)。該反演結果與井上鉆探儲層結果吻合,有效地提高了儲層識別的分辨率。反演結果表明波形指示反演在橫向上忠實于地震趨勢,垂向上忠實于井,分辨率得到有效提高,剖面吻合性好,井間砂體預測準確。

2.3.2 識別厚儲層底

B井位于兩條Y字形斷層所夾持的油氣富集塊,目的層段儲層比較發育,其中在1～2 m的層段內連續發育兩套厚儲層。地震剖面上儲層頂面對應強振幅波峰,儲層底面無響應,見圖6,難以確定儲層的發育程度。選取B井作為后驗井,得到的反演剖面顯示,砂體B的底界面與阻抗底界面基本一致,見圖7。基于波形指示反演的結果提取地層切片屬性,對厚砂體的平面展布精確刻畫,基本實現了厚儲層的半定量表征。

a)A-1井的波形指示反演結果

b)砂體A-1的最小振幅屬性

c)砂體A-2的最小振幅屬性圖5 波形指示反演效果分析圖

圖6 B井砂體的地震響應特征圖

圖7 B井的波形指示反演結果圖

3 結論

1)針對厚砂夾薄泥型的儲層結構,地震反射弱響應或無響應,地震波行指示反演難以實現儲層刻畫。

2)針對厚砂層,地震波行指示反演能夠有效地刻畫儲層底界面,基本實現半定量表征厚儲層。

3)針對泥巖背景下的“單層砂”,波形指示反演提高了分辨率;對相互疊置的砂體,實現單砂體的分別刻畫。