零入射角地震資料在HX地區薄儲層預測中的應用

2022-10-05 08:59:36伍澤云

特種油氣藏 2022年4期

伍澤云

(中國石油遼河油田分公司，遼寧盤錦 124010)

0 引言

東部凹陷是遼河油田陸上資源探明程度最低的凹陷，探明率僅為35.8%，具有較大的勘探潛力[1]。HX地區位于東部凹陷中南段，地處黃金帶油田南側，屬于北東方向展布的黃金構造帶東部邊緣的一個次級構造[2]。以往研究證實，該區最有利的層系是烴源巖發育的沙三段，其中沙三上亞段的有利儲層為與火成巖互層的碎屑巖儲層，沙三中下亞段有利儲層為火成巖儲層。近年在該區火成巖勘探已取得了比較好的效果，成功部署了多口探井，并已形成了一系列針對火成巖勘探的技術方法。但是由于火成巖的屏蔽作用，對于與火成巖互層的碎屑巖薄儲層，地震剖面上難以識別，成為下一步勘探部署急需解決的問題。

為了明確薄儲層的空間分布規律，提高地震薄儲層的預測精度，國內外學者做了大量研究，王延光等[3]立足砂泥巖薄互層地質背景，提出了一種薄層和薄互層的地震預測方法，其結果不但與地層厚度具有比較好的線性關系，而且還可以對薄儲層砂體的累計厚度進行定量預測；那曉勛等[4]為了提高薄儲層的預測精度，采用井震結合的統計學反演方法，通過對反演過程的關鍵環節進行嚴格質控，實現了陸相薄儲層的精細描述；杜昕等[5]將多層感知深度學習技術引入薄儲層預測中，將其與多屬性回歸方法相結合，提高了預測結果的分辨率，增強了模型泛化的能力，有效地識別了砂巖薄儲層。目前，薄儲層預測方法仍受到很多因素影響，如地震數據的分辨率有限、橫向隨機性強、過于模型化、井資料要求高等[3-11]，這些方法都是利用常規水平疊加之后的地震純波資料來開展工作，經過長期的實踐應用，逐漸發現水平疊加技術的固有缺陷越來越突出[12-14]，歸納起來主要有如下3點：①疊加結果只是零炮檢距記錄的一種近似；②疊加會損失高頻信息；③疊加得到的振幅是各個炮檢距振幅的平均。由于零入射角地震記錄信噪比低，因此地震勘探工作不經常直接采集零炮檢距地震記錄，而是通過后續的處理手段來獲取[12-17]，但其工業化應用的實例仍較為少見。文中從地震解釋及儲層預測的應用角度出發，在測井曲線預處理、橫波速度預測、疊前CRP道集優化及分析的基礎上，開展了零入射角地震資料提取與分析，并利用該數據有效預測了遼河油田HX地區沙三上亞段的砂泥巖儲層的分布特征，開展井位部署取得了較好的應用效果。

1 基本原理

通常使用疊加地震數據進行地震構造解釋、地震屬性提取、地震反演等，疊加地震數據的計算公式一般如下：

(1)

式中：YA為疊加地震數據，即地震道集Ypp的平均；n為道集數量；i為角道集序號；φ為入射角度，°；Ypp為地震道集。

由式(1)可以看出，疊加地震數據具有一定的平均效應，盡管可以提高地震資料的信噪比，但會降低垂直入射時地震數據的分辨率，即疊加資料并不是真正意義上的零入射角地震資料，從而會影響后續地震解釋和儲層預測的準確性和可信度[17]。

完整的Zoeppritz方程給出了入射縱波和橫波產生的透射、反射縱波和橫波振幅的全部解，這是AVO技術的理論基礎[18]。與復雜的Zoeppritz方程相比，其簡化形式的物理意義比較明確且便于應用[19-21]，因此，基于平面波的理論可以將Zoeppritz方程進行簡化，具體公式如下：

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：Rpp為縱波反射系數；Rp為零入射角的縱波反射系數；vs為界面上下介質的平均橫波速度，m/s；vp為界面上下介質的平均縱波速度，m/s；Rs為零入射角的橫波反射系數；RD為零入射角的密度梯度；Δρ為界面上下介質的密度差值，g/cm3；ρ為界面上下介質的平均密度，g/cm3；Δvp為界面上下介質的縱波速度差值，m/s；Δvs為界面上下介質的橫波速度差值，m/s。

地震資料是反射系數和子波的褶積，將疊前CRP道集資料作為式(2)的輸入。為進一步壓制隨機噪音和短程多次波且求解方便，采用分角度疊加的思路，即通過入射角掃描遴選出角度范圍，開展分角度疊加提高地震資料信噪比，確定出中心角度，進而求取零入射角地震數據。式(2)改為：

(6)

式中：Spp為分角度疊加數據；θi為分角度疊加的中心角度，°；Sp為零入射角縱波地震數據；Ss為零入射角橫波地震數據；SD為零入射角密度數據。

當分角度疊加數據不小于3時，可以滿足式(6)的求解要求，獲取零入射角的地震數據。由于求解過程充分利用了AVO的變化關系，消除了疊加資料受AVO調諧效應的制約，是理論層面上地層界面垂直反射。

2 模型測試

常規地震數據疊加處理具有明顯的平均效應，獲得的地震數據并不是真正意義上的零入射角地震資料，會降低地震數據的分辨率，并會影響后續地震解釋和儲層預測的精度和可靠性[22-23]。零入射角地震數據為近似于自激自收的縱波信息，可以有效消除AVO的調諧效應，進而避免了常規疊加所導致的振幅失真以及地震分辨率降低的影響。為了驗證零入射角地震數據的有效性，文中利用wedge模型進行了波動方程正演，并且提取了近、中、遠道的疊加數據，再利用零入射角地震資料提取技術獲得零入射角地震數據。圖1為常規疊加數據剖面和零入射角地震數據(振幅經過歸一化處理，下同)，由圖1可知：零入射角地震數據的頻帶寬度明顯變大，分辨率也得到顯著提高；另外，通過與wedge模型比較可以發現，常規疊加數據上很難識別的尖滅點(紅色箭頭處)，在零入射角地震數據上可以有效地識別，同時其剖面上也展現了更多的構造細節。

3 實際應用

HX地區2014年采集了一塊“兩寬一高”(寬頻寬方位高密度)地震資料，面元為12.5 m×12.5 m，覆蓋次數為396次，橫縱比為0.82，面積為150 km2。以此為基礎，用零入射角地震數據代替傳統的疊加資料進行地震解釋和儲層預測。研究思路如圖2所示，具體涵蓋4部分內容：①測井曲線預處理，包括深度校正、擴徑校正、環境校正、標準化校正等；②橫波速度預測，包括橫波曲線提取與分析、巖石物理建模、橫波速度預測等；③疊前CRP道集優化及分析，包括資料品質分析、隨機噪音和多次波壓制、道集拉平、道集AVO分析等；④零入射角地震資料提取；⑤地震解釋及儲層預測。

圖2 零入射角地震資料提取及應用流程

3.1 測井曲線預處理

巖石物理模型研究最重要的方面就是將巖性、泥質含量、孔隙度、飽和度等測井解釋成果信息轉化為整個飽和巖石的彈性信息。因此，為得到高準確度的巖石彈性信息，精確的測井解釋是最基本的前提。然而測井時往往會受到環境、儀器、地層等因素的影響，需要對測井曲線進行預處理(包括深度校正、擴徑校正、環境校正、標準化校正等)，從而保證原始數據的準確性，這也是測井解釋結果可靠的前提。圖3為工區多口井的密度曲線標準化前后概率分布，由圖3可知，標準化之前密度曲線的概率分布圖正態分布性比較差，而經過標準化之后，概率分布基本上均呈正態分布，標準化效果好。測井曲線預處理可以為后面的橫波速度預測、地震解釋及儲層反演提供良好的數據基礎。

圖3 密度曲線概率分布

3.2 橫波速度預測

巖石物理參數作為連接儲層和地震數據特征的橋梁，其在測井分析、地震反演、油藏檢測等勘探開發的各個環節都起著重要的理論基礎作用。其中非常重要的方面就是如何準確地預測縱橫波速度。生產中由于諸多原因通常缺乏橫波資料，為此必須進行橫波預測。目前橫波預測方法主要有經驗公式法、統計法、直接測定法及巖石物理模型法等。巖石物理模型法考慮了影響巖石速度的各類型因素，其預測的橫波速度更為準確，加之HX地區沙三上亞段主要為砂、泥巖的碎屑巖沉積，在測井資料預處理的基礎之上，選取DEM-Gassmann巖石物理模型法進行橫波速度預測。圖4為J31井橫波預測結果，可以看出預測的縱波、橫波、密度曲線與實測曲線吻合程度較高。

圖4 J31井橫波速度預測結果

3.3 疊前CRP道集優化及分析

零入射角地震數據的提取是基于疊前CRP道集及分角度疊加數據體完成，因此疊前CRP道集的優化及其品質改善是影響提取結果的關鍵步驟。針對工區原始疊前CRP道集存在噪音嚴重、多次波干擾、道集間時差不平等問題，制訂了相應的工作思路，并對參數逐一進行測試，其中主要的處理環節包括：線性噪聲消除、多次波消除、隨機噪音衰減、道集拉平。其次，利用井資料監控整個處理流程的保幅性，主要是AVO曲線擬合及誤差分析。圖5為目的層段道集優化前后的道集AVO曲線擬合對比，由圖5可知，道集優化之后的擬合曲線更加接近實際AVO正演的結果，可以正確反應AVO的信息，說明保幅性較好，從而確保了零入射角數據提取的準確性。

圖5 道集優化前后道集AVO曲線擬合對比

3.4 零入射角地震數據提取與分析

對優化之后的疊前CRP道集進行角度劃分，方案為4～14 °、14～24 °、24～34 °、34～44 °，然后利用零入射角地震資料提取技術對4個角度的疊加道集進行處理，得到零入射角地震資料。圖6a為經過保幅保真處理后的常規疊加數據剖面，圖6b為提取的零入射角地震數據剖面，二者對比不難發現，零入射角地震資料有以下3個特點：①疊加剖面與零入射角剖面結構一致，波組關系清晰處地層產狀相同；②零入射角剖面分辨率更高，部分復合波得以展開，對薄層刻畫更加清晰(箭頭處所示)；③零入射角剖面斷點更加清晰，斷層上下盤接觸關系更加明顯。上述對比表明，零入射角資料消除了常規疊加因大射角(大偏移距)低頻信息的影響，恢復了地震資料采集處理中包含的高頻信息。另外，從頻譜分析的結果可以看出，零入射角數據的頻譜得到有效展寬，分辨率更高(圖7)。

圖6 遼河坳陷HX地區地震剖面

圖7 遼河坳陷HX地區地震剖面的頻譜分析

地震疊加對提升信噪比的貢獻毋庸置疑，但是存在固有弊端：得到的振幅值是各個(入射角)炮檢距振幅的平均，由于地震振幅是隨偏移距變化而變化的(AVO)，造成疊加資料與實際的零入射角資料存在偏差。井震標定是開展構造解釋和儲層預測中一項重要的工作，聲波測井僅能反映井周附近的情況，對應的地震資料相當于某一反射點處零入射角信息，由于地震資料經疊加處理得到的振幅是平均值，勢必會造成井震吻合關系變差。圖8a為H25井利用疊加資料井震標定的情況，圖8b為利用零偏移距資料標定情況，二者對比可以發現，零入射角地震資料波組強弱變化關系與合成記錄相關程度更好(暖色調表示相關性強)，而常規疊加資料與合成地震記錄要差一些，特別是在箭頭所示部位，出現了明顯的波組關系不吻合，如果利用該資料開展疊后儲層預測，勢必出現偏差。

圖8 H25井震標定對比

3.5 儲層預測

利用常規疊加和零入射角資料，采用相同的反演參數及低頻模型，開展了稀疏脈沖反演。圖9a為基于常規疊加所得到波阻抗反演剖面，圖9b為基于零炮檢距資料得到的波阻抗反演結果。從反演結果來看，圖9b在J21井處反演結果與井吻合性更好(曲線代表井上波阻抗)，且薄層的分辨能力明顯好于圖9a(箭頭所示處)，說明開展零入射角提取工作有助于提高儲層預測的精度，對于薄儲層的刻畫能力尤為突出。

圖9 遼河坳陷HX地區反演剖面對比

圖10為利用零入射角資料預測的沙三上亞段的砂泥巖厚度平面圖。由圖10可知：沙三上亞段每口井都有砂泥巖沉積，與實際的井資料情況符合；越靠近工區的西北部，沙三上亞段沉積巖越厚。雖然預測出較為發育的砂泥巖地帶，但是厚層的砂泥巖不一定為優質的儲層，后續還需要進行優質儲層中含油氣的預測，才能找到最優的目標帶。根據此次儲層預測的結果，在HX地區部署了H34井，鉆遇了預測的有利儲層，試油結果獲得高產，新增地質儲量超千萬噸，從而進一步驗證了零入射角地震資料提取在該區儲層預測中的準確性。