基于地震反演與陣列聲波測井的縫洞發育區預測

李杰，賀川航，彭才，吳戰培，李雯琪，鄧瑛，王通

（中國石油東方地球物理公司，河北 涿州 072050）

0 引言

四川盆地龍女寺地區龍王廟組氣藏成藏條件優良，資源勘探開發潛力巨大。龍王廟組碳酸鹽巖儲層的基本特征為：1）原生孔隙、滲透率較低，有效儲層空間以巖溶產生的孔洞、裂縫為主；2）儲層孔洞長軸直徑為0.2～20.0 mm，主要為 4.0～10.0 mm，屬于小尺度縫洞；3）儲層空間非均質性較強，優質儲層分布規律較復雜；4）儲層埋深均在5 000 m以上，且上覆地層巖性與儲層厚度、分布組合多樣，儲層地震響應特征復雜，儲層預測難度較大［1-3］。

前人多利用常規波阻抗反演技術對縫洞型儲層開展預測工作［4-5］，通過井點儲層波阻抗信息引導井間儲層的預測，尋找厚度較大區域為儲層發育有利區，該方法在儲層分布均勻的區域較適用。研究區深部碳酸鹽巖儲集空間為小尺度縫洞，非均質性較強，因此，孔隙連通性是一個重要的儲層評價指標。

陣列聲波測井是研究區應用較為廣泛的測井信息，對地震縫洞連通性較為敏感［6-7］。因此，本文利用陣列聲波測井得到的聲波能量衰減信息來定量描述儲層連通性特征，并刻畫縫洞縱向分布位置。以此為約束，開展地質統計學反演，將縱向分辨率高的連通性曲線與橫向分辨率高的地震數據緊密結合，同時對測井資料校正等關鍵技術步驟進行質控，確保了反演結果具有較高的空間識別精度。

1 方法原理

陣列聲波測井可以采集在地層中傳播的縱波、橫波、斯通利波等能量信息。其中，斯通利波是一種管波，在井筒中以活塞運動形式傳播，垂直于井壁，產生交替的壓力和張力，使得井壁在垂向上發生膨脹和收縮。地層中的縫洞空間與井壁連通，斯通利波通過井壁傳播到縫洞空間，消耗了能量，降低了幅度［8］。總之，地層縫洞連通性越強，地層滲透性也越強，聲波能量衰減也越強，因此，聲波能量衰減大小可以反推地層整體的縫洞發育情況與連通性。高產井M16井巖心圖片及試氣資料顯示孔洞、裂縫發育段的面孔率較高，聲波能量衰減量也表現較高值（見圖1）。

圖1 M16井測井解釋柱狀圖

聲波能量衰減曲線不僅能夠定性描述縫洞發育位置，還可以定量表征縫洞大小以及連通性，因此，優選該曲線作為縫洞型儲層地震反演預測的基礎。基于地震與陣列聲波地質統計學的反演主要分為2個部分：隨機模擬，優化模擬結果。

運算過程中，可采用綜合不同尺度數據的隨機模擬技術。隨機反演不按固定路線進行，不同的路線得到不一樣的結果，這樣的差異就代表地層空間分布的各向異性。差異越大，各向異性越強［9-10］。綜合不同井的聲波能量衰減值來評價反演結果的可靠性，這也是對反演結果的有效質控。

2 井震聯合地質統計學反演

2.1 反演流程

井震聯合地質統計學反演基本流程見圖2。一般根據地層地震響應特征，基于巖性差異建立不同條件的概率分布函數和變差函數，得到儲層巖性初始地質模型。利用初始地質模型開展正演分析，反復與原始地震迭代以達到信噪比要求。

圖2 地質統計學反演基本流程

利用研究區內單井測井結果開展反演結果質控，最終得到的儲層反演三維數據體在井點與單井結論吻合［11-12］。為提高井震聯合地質統計學反演的質量，在反演過程中還進行的關鍵技術流程包括聲波能量曲線預處理、巖石物理分析和模型構建等。

2.2 聲波能量曲線預處理

儲層反演過程中，測井曲線是基礎，所用井資料的準確性尤為重要。測井數據常存在以下問題：單井測井儀器系列不統一，測井時間間隔較大，不同井的測井資料存在取值范圍的差異，以及井眼垮塌導致測井值不符合地質規律。

聲波能量衰減與儲層滲透性有著較密切的關系，為了更好地反映地層的滲透性，須進行聲波能量值的預處理，以消除非地層因素的影響。單井斯通利波能量進行直方圖統計分析，選取最大值作為斯通利波能量的基值，將目的層段的斯通利波能量值分別除以基值，將得到的數值作為歸一化后的斯通利波能量值。歸一化處理后的能量值基本上消除了測井儀器或測量方式不同造成的能量值的差別，從而將斯通利波能量值統一到0～1。同時，也進行了井眼校正，消除了非地層因素的影響。準確的聲波能量衰減曲線能夠為儲層巖石物理分析提供可靠的支撐［13］。

2.3 巖石物理分析

研究區為復雜碳酸鹽巖儲層，本次研究在測井資料分析的基礎上（見圖3），將巖心、成像測井資料獲得的單井縫洞發育區位置作為約束條件，對目的層開展了縱波波阻抗與聲波能量衰減曲線的巖石物理分析。

分析認為，基于密度、聲波曲線計算出的縱波波阻抗曲線對縫洞型儲層的識別能力有限，且縫洞段與致密層段重疊區域達到25%，對于縫洞發育特征卻沒有明顯響應；因此，單獨利用波阻抗曲線預測縫洞發育型儲層難以達到開發生產的要求（見圖3）。

縫洞段與致密層段聲波能量衰減曲線重疊區域只有6%，當聲波能量衰減值大于20%時為縫洞發育有利區，提高了縫洞型儲層的分辨能力，因此，采用聲波能量衰減曲線開展地質統計學反演預測縫洞展布，有利于精細刻畫縫洞型儲層（見圖3）。

圖3 縱波波阻抗曲線與聲波能量衰減曲線巖石物理分析對比

聲波能量地質統計學反演基于常規縱波波阻抗反演，是利用聲波能量衰減曲線和縱波波阻抗曲線的相關性進行的，所以較高的相關性是進行聲波能量地質統計學反演的基礎。本次開展的聲波能量衰減曲線和縱波阻抗曲線的相關性分析結果見圖4。由圖4可知，相關系數為0.72，滿足本次研究需求。

圖4 聲波能量衰減曲線與縱波波阻抗相關性分析

2.4 模型構建

地質統計學反演需要構建針對目標層段的高精度地質模型，這是保證真實反演結果的重要步驟。模型構建可以利用測井資料、井震標定、巖心、錄井成果對研究區內開展井震合成記錄精確標定，以此為基礎，應用地層地震資料響應特征，在縱向上針對目標層段開展加密網格精細解釋，再結合區域地質背景、斷裂發育特征的研究成果，對地層模型進行修正。這樣建立的模型，符合地質規律，可以提高反演精度［14-15］。

3 應用效果

四川盆地深部碳酸鹽巖巖性致密，波阻抗值較高，儲層儲集空間以縫洞為主。當縫洞溝通氣源、連通性較好時，波阻抗值會降低，更會影響聲波能量的變化。基于研究區沉積特點和小尺度縫洞預測要求，在地震資料分辨率不高的背景下，本文利用碳酸鹽巖儲層低聲波能量層段開展縫洞發育區的精細解釋，以獲得的高精度縫洞識別模板為約束，開展基于聲波能量衰減的地質統計學反演，實現了對小尺度縫洞有利區的預測。

本次研究中，在參與反演運算的28口井中，預測結果與實鉆解釋吻合較高的占85.3%，在作為論證井的5口井中，吻合度較高的占75%。本次研究認為，斯通利波測井可以定量描述縫洞發育尺度，應用地質統計學模擬得到的聲波能量衰減反演數據體，可精細刻畫縫洞發育空間展布特征。

川中龍王廟組氣田開發井井型以大斜度井和水平井為主。地質統計學反演較好地刻畫了縫洞的空間展布，有效地指導了開發井位部署，準確定位鉆井軌跡，提高了儲層鉆遇率和鉆井成功率。X29井為一口新開發井（見圖5），鉆前聲波能量衰減反演預測：該區域縫洞較發育，儲層連通性較好，在儲層中部有縫洞發育有利區，頂部儲層縫洞較發育。實鉆后測井解釋儲層厚度389.1 m（斜厚），顯示產氣段為中部，與預測結果相吻合。最終獲得高產，日產氣量為141×104m3。

圖5 過X29井軌跡聲波能量反演剖面

X206井的聲波能量衰減反演預測結果與實鉆解釋結論一致（見圖6）。

圖6 反演預測結果過井剖面

X41井為驗證井，反演結果顯示該區域縫洞不發育、地層連通性較差。實鉆解釋為干井，縫洞不發育，反演結果與實鉆解釋結論一致。在縫洞預測成果的基礎上設計了X23井，實鉆結果表明，頂部儲層裂縫發育，預測結果與實鉆成果一致。X206，X41，X23井縫洞與聲波能量衰減曲線的情況為：X206井縫洞較發育，聲波能量衰減值為18.2%；X41井縫洞不發育，聲波能量衰減值為3.8%；X23井縫洞發育，聲波能量衰減值為28.0%。試氣結果，X23井、X206井日產氣量分別為114×104，20×104m3，X23 井儲層優于 X206 井，單井縫洞發育情況與聲波能量衰減預測值吻合度較好。

4 結論

1）通過測井曲線預處理、多井一致性處理、歸一化處理以突出地層縫洞特征的研究，準確地提取聲波能量衰減曲線上的縫洞信息，形成了統一的縫洞解釋圖版，提高了研究區縫洞解釋精度。

2）基于測井縫洞解釋模型為約束的聲波能量地質統計學反演預測技術，能較好地把井資料的高分辨率與隨機模擬理論、反演方法緊密結合起來，明顯提高了對小尺度縫洞的縱向識別能力，對四川盆地碳酸鹽巖小尺度縫洞預測有較好的推廣價值。