小河道薄砂層井震聯合識別技術及應用
——以大慶長垣西部AGL地區為例

楊春生 姜 巖 宋寶權 王高文 張秀麗

(①東北石油大學地球科學學院，黑龍江大慶 163318； ②中國石油大慶油田公司勘探開發研究院，黑龍江大慶 163712)

0 引言

近年來，地震沉積學作為層序地層學、地震地層學之后的又一新興交叉學科，它的核心思想和研究思路逐漸被接受和認可。地震屬性分析是地震沉積學中廣泛采用的一種較成熟的方法[1-5]，應用效果比較顯著。隨著地震勘探技術的不斷發展，學者們研究了陸相沉積體系的儲層[6-9]，尤其在近岸扇、深水重力流等方面取得了豐富的成果，而針對淺水湖盆三角洲前緣亞相方面的研究卻較少。受砂泥薄互層結構、水下河道窄、儲層薄的不利影響，利用地震資料精細預測砂體分布及厚度的效果較差，無法滿足油氣藏開發階段的井位部署要求。大慶長垣西部AGL地區薩零油層組位于上白堊統嫩江組一段上部，為河控三角洲沉積，三角洲前緣亞相小型水下分流河道砂體為有利儲層。本文以地震沉積學理論為指導[10-12]，結合沉積特征，采用井震聯合的研究思路，運用模型正演、地震波組特征分析、地震屬性優選和地層等時切片等方法，按照點→面→體逐級預測、逐步提高窄小河道砂體預測精度的技術路線，精細預測三角洲前緣窄小河道砂體的展布特征； 最后基于波形模式識別技術實現了對無井控制區的窄小河道砂體厚度的定量預測，在實際資料應用中取得了較好的效果。

1 研究區概況

AGL地區TA2區塊位于松遼盆地泰康隆起帶與龍虎泡—大安階地交會處 (圖1)。目的層薩零油層組發育三角洲前緣沉積厚度大約35m，為砂泥巖薄互層。水下分流河道窄(河道砂體寬度一般小于300m)、砂體厚度小、相變快。薩零油層組從上至下劃分為S01～S05共計5個小層，其中S02小層、S05小層分別對應上、下兩套河道砂體(圖2a)。S05小層河道砂體厚度相對較大，單井平均鉆遇砂巖厚度為6.6m，為主力產油層。1971年針對S05小層投產開發，截至1988年共投產18口井。之后該區塊一直沒有發現新儲層。

圖1 大慶長垣西部AGL地區TA2區塊位置

在已鉆井中，僅T37-22井鉆遇S02小層砂體，含油砂巖厚度為4.6m(圖2a)，揭示了S02小層河道砂體同樣具有較大的油氣勘探潛力。因此，有必要開展小河道薄砂層井震聯合識別技術研究，針對S02小層部署開發井位，實現新層位的投入開發。

圖2 T37-22井柱狀圖(a)及河道砂體地震反射特征(b)

2 小河道井震聯合識別

2.1 地震正演模擬

在精細地層格架控制下，通過逼近地下地質結構的正演模擬，建立河道砂體的地震反射模式，是提高薩零油層組河道砂體儲層地震識別精度的關鍵。

T37-22井(圖2a)兩套砂體之間隔層為粉砂質泥巖，厚度約10m； S02小層、S05小層河道砂體厚度分別為5.6、8.4m。從圖2b可以看出，S05小層河道砂體對應強波峰反射，而S02小層河道砂體振幅明顯變弱，波形特征不清楚，二者反射特征明顯不一致。這主要是由于小層砂體與薩零油層組頂面之間的距離不同，導致受薩零油層組頂面(波阻抗界面)產生的地震反射干涉的影響程度不同。

根據研究區內薩零油層組小層河道砂體發育特點，建立不同位置砂體的正演模型，分析對應的地震波形特征，可為無井區河道砂體識別及井位部署提供依據。

本文建立的速度模型如圖3a所示，綠色部分為薩零油層組上覆和下伏泥巖，速度、密度分別為2790m/s、2.21g/cm3； 黃色部分為薩零油層組(泥巖含粉砂)，速度、密度分別為3200m/s、2.11g/cm3； 紅色地質體代表河道砂體，寬度為140m，厚度約5m，與T37-22井S02小層厚度相同，速度、密度分別為3257m/s、2.37g/cm3； 設立6個窄小河道砂體，在縱向上以5m等距離分布。圖3b是應用35Hz(TA2區塊地震資料主頻)零相位Ricker子波時該模型正演模擬剖面。由圖可以看出，薩零油層組頂面呈波峰反射； 河道1砂體距離薩零油層組頂面最近(1m)，因而薩零油層組頂部波阻抗差增大，導致薩零油層組頂部波峰能量增強； 河道2、河道3砂體距離薩零組頂面分別為6、11m，隨著與薩零油層組頂面距離的增加，薩零油層組頂面和河道頂面兩個波峰發生干涉，導致薩零油層組頂部地震反射相位發生變化； 河道4、河道5、河道6與薩零油層組頂面距離分別為16、21、26m，隨著距離增至15m以上，薩零油層組頂面對小層砂體反射波形影響較小，如河道6砂體逐漸成為孤立的波峰反射特征。

圖3 窄小河道砂體地質模型(a)及其正演模擬結果(b)

2.2 地震波形特征分析

通過地震反射波形變化可以確定河道砂體在縱向上的發育位置，建立不同期次砂體地震響應模式，并可以根據模式預測河道平面寬度。

薩零油層組頂面(圖4中藍線)為波峰反射，是研究區的一個地震反射標志層，其下發育S05小層窄小河道砂體(圖4a，鉆井已證實)，距離薩零油層組頂面間隔為一個波谷，是薩零油層組早期發育的河道砂體。

依據已知的S05小層窄小河道砂體的地震波形特征和正演模擬分析結果，在平行于主測線方向尋找與正演模擬結果一致但尚無井鉆遇的窄小河道砂體地震反射特征，進一步識別出另外兩種模式：一是薩零油層組頂面波峰能量變強且明顯下拉，即薩零油層組頂面相位發生變化(圖4b)，對應河道3砂體(圖3)，發育期次為中期； 二是薩零油層組頂面波峰能量變強(圖4c)，對應河道1砂體(圖3)，發育期次為晚期。

圖4 薩零油層組窄小河道砂體地震反射模式(a)孤立“透鏡狀”； (b)相位變化； (c)同相軸能量增強

另外，如圖4a所示，S05小層窄小河道砂體橫向上范圍為18個地震道。按地震面元為20m×20m估算，可以預測河道寬度約360m。

2.3 地震屬性分析

地震屬性分析是儲層研究中廣泛采用的一種方法[13-21]。地震屬性與儲層參數之間的關系復雜，不同地區、不同儲層特征的敏感地震屬性不同。即使在同一區塊的不同層位，不同的砂、泥巖接觸關系對應的敏感地震屬性也有差異。針對薩零油層組砂泥巖薄互層特征，本文應用多元線性回歸的地震屬性分析方法。首先，分析多種地震屬性與井點砂巖厚度之間的相關性，優選相關性較高的地震屬性。相關系數為

(1)

式中：x為井點處地震屬性；y為井點處砂巖厚度；N為已鉆井數。

本文優選相關系數大于0.6的地震屬性，如振幅差異、總絕對值振幅、最大波峰振幅、均方根振幅，它們的井震相關系數分別為0.65、0.67、0.63、0.68。從圖5可以看出，不同地震屬性中，無井區1和無井區2都可見明顯的條帶狀，呈河道展布特征。但依靠單一屬性仍不能精準預測薩零油層組河道砂體的邊界和發育規模，也無法判斷無井控制區的窄小河道砂體的層位歸屬。還需要根據地震數據分析不同期次河道砂體垂向沉積演化規律。

圖5 薩零油層組不同地震屬性平面圖(a)振幅差異； (b)總絕對值振幅； (c)最大波峰振幅； (d)均方根振幅

2.4 地震等時切片分析

基于地震沉積學的切片方法主要有三種：時間切片、地層切片和沿層切片。本文采用地層切片方法，對優選出的敏感屬性體提取地層切片。薩零油層組底部泥巖分布穩定，可作為研究區內的另一個地震反射標志層。薩零油層組時間厚度約20ms，以薩零油層組頂部波峰與薩零油層組底部泥巖反射這兩個標志層為等時界面，按照1ms間隔內插20個小層(圖6)，內插出的地層切片可與地質上的小層相對應。

從圖6可以看出，從薩零油層組頂面之下15ms開始，河道a、河道b發育； 10～7ms時，河道a、河道b逐漸消亡，河道c、河道d和河道e發育； 3ms時，河道c、河道d、河道e和河道f展布特征清晰。據此推知，河道a、河道b對應薩零油層組下部河道； 河道c、河道d、河道e和河道f為薩零油層組上部河道。

圖6 基于等時地層切片分析薩零油層組河道發育期次薩零油層組頂面之下：(a)15ms； (b)11ms； (c)7ms； (d)3ms。圖中黑色線條為斷層

3 小河道薄砂層定量預測

按照點→面→體的研究思路，即由已知井標定窄小河道砂體的地震反射特征，應用地震屬性在平面上確定河道的邊界和規模。根據三維地震數據體分析水下窄小河道的發育期次和沉積演化規律，在宏觀上可定性分析窄小河道砂體空間展布特征和形成期次。而砂體厚度的定量預測是該類儲層提高開發效果、優化井位部署的關鍵。

3.1 方法原理

灰色系統既含有已知信息，又含有未知信息或不確定信息[22-24]，可用來預測井間儲層分布。灰色系統理論中，關聯度分析是將無限空間用有限數列取代，將連續概念用離散數列取代，根據曲線差異判斷關聯程度。正演模擬結果表明，當儲層發育部位發生變化時，地震波形特征也隨之變化。因此，可以利用關聯度分析建立井點地震波形與儲層參數之間的關系[25]，實現儲層預測。圖7為鉆遇河道井的井旁地震道，每道波形作為一個模式對應相應的井點目的層砂巖厚度。圖8為未鉆遇河道井的井旁地震道，每道波形作為一個模式對應相應的井點目的層泥巖厚度。

圖7 河道井旁地震道波形模式

圖8 非河道井旁地震道波形模式

設井旁地震道的特征參數序列Y為參考序列(母序列)，Y={Yi(k)|i=1，2，…，m；k=1，2，…，n}，其中，i為已知井旁地震道模式數，k為地震樣點數； 其他任一地震道的特征參數序列X為比較序列(子序列)，X={X(k)|k=1，2，…，n}。

(2)

特征參數序列Y與X在k點的關聯系數為式中ρ為分辨系數，范圍為0～1，一般取值為0.5。第i個模式曲線與預測曲線的關聯程度為

(3)

式中n為時窗內地震樣點總數。

當井數較少，已知樣點數不足時，無法僅根據已知井點建立地震反射模式。需要開展地震正演模擬分析，建立相應的儲層響應模式，然后應用灰色關聯度分析預測儲層發育情況。由于地震波形受噪聲、調諧效應等因素影響，導致局部預測結果仍存在不確定性。為了更好地表征地震數據的平穩特性，去除干擾信息，采用未確知信息濾波方法[25]對地震數據信噪比低的區域的預測結果進行濾波處理，可以較好地消除地震干擾信息的影響，合理預測河道砂體的展布特征。

3.2 實現步驟

首先提取典型井旁地震道的地震響應模式并將其作為母序列模板，而將其他井間地震道作為未知模式并將其作為子序列； 然后將井間子序列預測曲線與已知井母序列波形模式曲線做關聯度分析，再根據關聯程度預測井間河道砂體的厚度。具體流程如下。

(1)地震地質層位精細標定。根據河道砂體發育的厚度、深度和地震分辨能力，通過多井標定確定目的層頂、底對應的地震反射時窗，如研究區目的層地震反射時窗為12ms，地震縱向采樣間隔為1ms，對應式(3)地震樣點總數n=12。

(2)根據典型井測井相模式，分析目的層時窗內鉆遇河道和非河道的已知井井旁道的地震響應特征； 建立兩者模式曲線，將鉆遇河道和非河道井的井旁地震道響應模式作為母序列，井間待預測點提取地震波形模式預測曲線作為子序列。

(3)建立母序列井旁地震道波形模式曲線與子序列井間未知點預測曲線的關聯函數，用式(2)計算井間各點關聯系數，用式(3)計算關聯程度。

(4)在井間待預測點與已知井有效空間距離內，尋找預測點地震道特征與多個已知井旁地震道特征關聯程度最大者，并根據該井砂巖厚度、距離進行加權計算，從而求取待預測點的砂巖厚度。

(5)對砂巖厚度預測結果進行濾波處理。

4 應用效果

按照點→面→體的研究思路逐步定性分析薩零油層組窄小河道砂體，根據已知井鉆遇河道砂體的井旁道地震響應特征，建立已知井河道砂體厚度與地震響應特征的對應關系，以井點地震響應特征和井間未知點的地震響應特征為橋梁，利用井點與井間未知點地震反射特征橫向關聯性預測河道砂體平面分布特征，基于波形模式定量預測河道砂體厚度。在研究區共預測砂巖厚度大于2m、無井鉆遇的窄小河道砂體長度共12.4km(圖9)。

在砂體厚度預測結果大于2m的有利部位部署井位9口(圖9，表1)。從表1可以看出，新鉆井河道預測符合率為100%； 完鉆后單井平均鉆遇砂巖厚度3.84m，預測平均相對誤差為9.6%。截至2019年底，9口井投產1年，單井單層最高日產油4.1t，平均日產油1.6t，整體效果較好。

表1 新鉆井S02小層砂體厚度預測與實鉆結果對比

圖9 基于波形模式的儲層厚度定量預測結果

從連井剖面(圖10)可以看出，新鉆井T30-S22、T32-S22井鉆遇S02小層晚期河道砂體，砂體厚度分別為1.5、1.9m； 以T30-S22井為代表(圖11a)，砂體為同相軸能量增強的波峰反射(類似于圖4b模式)。T38-S23、T39-S24、T4-S25、T41-S26井鉆遇河道砂體厚度較大，分別為4.9、2.9、6.7、3.8m； 以T38-S23井為代表，同相軸相位發生變化(圖11b，類似于圖4c模式)。新鉆井驗證了本文方法的實用性和有效性，可為老油田加密、擴邊和挖潛提供參考。

圖10 新鉆井河道砂體對比

圖11 新鉆井T30-S22和T38-S23窄小河道砂體地震反射特征(a)同相軸能量增強； (b)同相軸相位發生變化

5 結論與認識

針對三角洲前緣窄小河道薄砂層，本文采用井震聯合識別技術，獲得以下幾點認識：

(1)基于地震正演模擬，建立薩零油層組不同期次河道砂體三種地震響應模式，有助于利用地震波形特征識別窄小河道砂體；

(2)基于標準層控制的地震等時切片分析技術和多元線性回歸方法能更合理地解剖水下窄小河道砂體的形成期次、展布特征和演化規律；

(3)關聯度分析方法定量預測窄小河道砂體厚度，可以發揮井點的控制優勢，又可以發揮地震空間分辨率的優勢，可為后續老油田井位加密和擴邊挖潛提供參考。