疊前同時反演技術(shù)在砂礫巖體有效儲層預(yù)測中的應(yīng)用

高 云，朱應(yīng)科，趙 華，代 磊

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京100083；2.勝利油田東勝精攻石油開發(fā)集團股份有限公司，山東東營257000；3.中國石油化工集團公司勝利石油管理局物探研究院，山東東營257200）

砂礫巖體油氣藏大量發(fā)育于東營凹陷北部陡坡帶（簡稱“東營北帶”），目前探明石油地質(zhì)儲量超過2×108t，隨著勘探開發(fā)向深層復(fù)雜油氣藏的轉(zhuǎn)變，砂礫巖體物性、含油性的橫向變化制約了該區(qū)產(chǎn)能建設(shè)。雖然應(yīng)用了多種技術(shù)手段，如疊后地震屬性、疊后測井約束反演、疊后吸收分析等技術(shù)，但還有很多方面需要進(jìn)行更深入的研究［1］。

近年來，疊前 AVO 反演技術(shù)［1－2］已被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜 油 氣 藏 的 儲 層 預(yù) 測［3－5］和 油 氣 檢 測［6－11］，對油氣發(fā)現(xiàn)和增儲上產(chǎn)起到明顯的促進(jìn)作用，但也存在反演結(jié)果的非唯一性和穩(wěn)定性問題。疊前同時反演技術(shù)利用多個不同角度疊加的地震數(shù)據(jù)體，將疊后波阻抗和疊前AVO屬性整合到反演流程中，通過地震、測井、地質(zhì)等多種信息的約束，同時反演出縱、橫波阻抗和密度等多種彈性參數(shù)，進(jìn)而獲得泊松比、vP／vS、孔隙度等屬性數(shù)據(jù)體，進(jìn)行儲層物性和含油氣性的綜合判別［12－14］。疊前同時反演保持了多種彈性參數(shù)反演的一致性，增強了反演結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性，可望實現(xiàn)對地下地質(zhì)體的最佳預(yù)測。本文應(yīng)用疊前同時反演技術(shù)對東營北帶中深層砂礫巖體儲層物性及含油氣性進(jìn)行橫向預(yù)測，取得了好的效果。

1 研究思路及技術(shù)流程

東營北帶中深層砂礫巖體儲層具有厚度大、橫向物性變化快的特點［15］，儲層物性好壞決定了油氣的富集程度。本次研究的思路（技術(shù)流程見圖1）是以巖石物理測試分析和AVO正演模擬為基礎(chǔ)，以多角度疊加地震數(shù)據(jù)和測井、地質(zhì)等信息為約束（背景模型）進(jìn)行疊前同時反演；再結(jié)合巖石彈性參數(shù)與儲層巖性、物性關(guān)系的分析及試油試采等數(shù)據(jù)，預(yù)測砂礫巖體有效儲層的空間分布，為下一步勘探開發(fā)提供依據(jù)。

圖1 砂礫巖體有效儲層預(yù)測流程

2 儲層地球物理特征分析

2.1 巖石物理參數(shù)測定

通過巖心樣品實際采集，分別在4口井（豐深1，豐深2，新利深1，鹽222）中采集了46塊巖心樣品，包括：泥巖19個、含礫砂巖11個、粗砂巖3個、中砂巖4個、細(xì)砂巖4個、鹽巖3個、片麻巖2個。經(jīng)過實驗室測定，得出以下幾點認(rèn)識：

1）在巖樣縱、橫波速度交會分析結(jié)果（圖2）上可以看到，不同的巖性樣品大致分布在不同的區(qū)域。對于碎屑巖，樣品顆粒越細(xì)，速度也越低。

2）砂礫巖、砂巖飽和油與飽和水情況下，vP有明顯的差異，隨著巖石孔隙度的增大，這種變化趨勢越明顯。

3）砂礫巖、砂巖飽和油與飽和水情況下，vS速度差異很小，隨著巖石孔隙度的增大，vS速度差異幾乎不變。

圖2 巖心樣品縱波與橫波速度交會分析結(jié)果

2.2 測井巖石物理分析

為了明確研究區(qū)內(nèi)不同流體儲層的巖石物理特征，對研究區(qū)內(nèi)15口關(guān)鍵井的測井解釋巖石物理參數(shù)進(jìn)行了交會分析（圖3）。交會結(jié)果表明，含油儲層的速度、密度明顯大于泥巖，在縱、橫波參數(shù)交會圖上，泥巖和含油砂礫巖體區(qū)分明顯。

圖3 永920井測井縱、橫波參數(shù)交會分析結(jié)果

2.3 測井AVO正演分析

對東營北帶中深層砂礫巖體，利用測井資料進(jìn)行了AVO疊前正演模擬。永920井目的層段Es64，油層厚度28m，試產(chǎn)油16.7t／d，永922井目的層段Es64，油層厚度15m，試產(chǎn)油18.3t／d。正演模擬結(jié)果（圖4）顯示永920井和永922井頂?shù)卣鸱瓷洳ㄕ穹茧S著偏移距的增大而減??；在儲層飽含流體時，砂巖儲層速度仍然大于上覆泥巖速度，但砂泥巖波阻抗差減小，目的層段具有明顯的I類AVO特征。

圖4 永920和永922井疊前AVO正演模擬

3 疊前同時反演關(guān)鍵環(huán)節(jié)

3.1 測井橫波速度估算

橫波資料在儲層預(yù)測及油氣藏描述中起著非常重要的作用，結(jié)合縱波資料和密度參數(shù)，可以計算出巖石的各種彈性參數(shù)，從而更好地反映地層巖石性質(zhì)和流體特征，減少單純地震縱波預(yù)測的多解性。研究區(qū)目前只有2口井具有橫波速度資料，如何估算好其它井的橫波速度也是這次疊前同時反演的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

目前求取橫波速度的方法大致分兩類：一是利用經(jīng)驗公式求取橫波速度；二是利用巖石物理模型計算橫波速度。經(jīng)驗公式法求橫波速度的局限在于利用某種特定的巖性及儲集層的經(jīng)驗統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行估算，不能揭示橫波速度與其它彈性模量間的關(guān)系，難以評估其普遍適用性?；趲r石物理的橫波速度求取方法，充分考慮了影響巖石速度的不同因素，如巖石基質(zhì)、孔隙大小及形狀和孔隙包含流體的性質(zhì)等。該方法求取的橫波速度通過與已有測井曲線的對比，保證了橫波速度估算的合理性，在該區(qū)主要利用巖石物理模型來估算橫波。

3.2 多角度道集子波提取

合成地震記錄是溝通地震資料與鉆、測井信息的橋梁，它關(guān)系到疊前同時反演子波提取的質(zhì)量。東營北帶砂礫巖體發(fā)育持續(xù)時間很長，從孔店組一直到東營組都有發(fā)育。由于砂礫巖體的大量發(fā)育，沉積過程中的主要地質(zhì)標(biāo)志層（如沙二段的生物灰?guī)r、沙三下的油頁巖）被砂礫巖體沉積所破壞，這給砂礫巖體的標(biāo)定帶來了困難。在長期的研究中發(fā)現(xiàn)，砂礫巖體頂面與上覆泥巖之間速度差異大，地震上為一個連續(xù)的強振幅，我們利用這個標(biāo)志層，完成了全區(qū)合成記錄的標(biāo)定工作，同時利用連井骨干剖面進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋_保標(biāo)定的合理性。

利用以上合成地震記錄標(biāo)定方法對每個角度疊加資料進(jìn)行標(biāo)定，獲得準(zhǔn)確的時深關(guān)系；再利用確定性子波求取算法，提取出每個角度疊加數(shù)據(jù)的子波，作為疊前同時反演的輸入子波。

3.3 背景模型建立

疊前同時反演背景模型的建立是在構(gòu)造格架的控制下，利用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的方法，在三維空間里對縱波速度、橫波速度和密度進(jìn)行空間內(nèi)插值，形成縱波速度體、橫波速度體和密度體，這些數(shù)據(jù)體的低頻部分就是同時反演的背景模型信息。由于東營北帶砂礫巖體沉積屬于近源快速堆積體，沉積物往往堆積湖岸的邊緣，延伸距離不遠(yuǎn)。而現(xiàn)有探井都是為鉆探砂礫巖體而設(shè)計鉆探的，在砂礫巖體富集區(qū)鉆井的密度大，砂礫巖體發(fā)育少的地方則鉆井稀少。所以，利用常規(guī)反演背景模型的建立方法存在著缺陷，砂礫巖體延展范圍得不到有效控制，與實際沉積模式相差很遠(yuǎn)。

圖5是疊前同時反演各資料頻譜分布圖，綠色低頻模型頻譜曲線是我們期望輸出的背景模型頻譜。由圖5可見，測井資料信息最全（頻譜0～500Hz以上），但井的不勻分布和內(nèi)插算法很難實現(xiàn)與地質(zhì)沉積模式吻合；黃色疊加速度場頻譜分布最窄（0～10Hz），但它的形態(tài)與實際沉積模式吻合。因此，要構(gòu)建期望輸出的背景模型，必須結(jié)合這兩種資料的優(yōu)勢，實現(xiàn)在疊加速度控制下進(jìn)行測井資料的融合。具體做法是在疊前速度背景上進(jìn)行協(xié)模擬，形成最終的背景模型數(shù)據(jù)（低頻模型）。

圖5 疊前同時反演各資料頻譜分布

4 砂礫巖體有效儲層預(yù)測

有效儲層是指孔隙度大于一定程度并具有油氣儲集能力的儲層，受烴源排替壓力的影響，有效儲層是一個相對的概念，它的孔隙度限值可從測井解釋為油氣層、油水同層或試油、試采見油氣顯示的層段中統(tǒng)計獲得。根據(jù)統(tǒng)計，東營凹陷不同層段砂礫巖體有效儲層的孔隙度限值不同，可分為沙三、沙四上和鹽下3個層段。沙三段有效儲層的孔隙度限值是8%，沙四上為5%，沙四下（相當(dāng)于鹽下段，深度大于4 200m）以深層裂解氣層為主，孔隙度限值是4%。

以地震多角度道集資料，測井縱波、密度數(shù)據(jù)和估算的橫波數(shù)據(jù)，以及構(gòu)造解釋信息作為約束條件（背景模型），經(jīng)疊前同時反演得到了縱波阻抗、橫波阻抗和密度數(shù)據(jù)體。根據(jù)巖石物理關(guān)系式計算可以獲得泊松比和vP／vS等彈性參數(shù)數(shù)據(jù)體。研究區(qū)多井巖石物理參數(shù)交會分析表明，砂礫巖體儲層的vP／vS與孔隙度之間有很好的對應(yīng)關(guān)系（圖6）。從圖6可以看出，目的層段vP／vS與孔隙度有明顯的線性關(guān)系，孔隙度越大vP／vS越小。利用vP／vS與孔隙度的擬合關(guān)系進(jìn)行孔隙度預(yù)測，得到了根據(jù)不同儲層段的孔隙度限值預(yù)測砂礫巖體有效儲層的孔隙度數(shù)據(jù)體。

圖6 砂礫巖體vP／vS與孔隙度交會分析結(jié)果

圖7是同時反演得到的過永92—永925井連井孔隙度預(yù)測剖面。從圖7右側(cè)的色標(biāo)可以看到，研究區(qū)孔隙度預(yù)測值分布范圍在8%以下。對圖7中3口鉆井鉆遇儲層段（箭頭所示）的預(yù)測結(jié)果與實測結(jié)果進(jìn)行對比：永92井鉆遇儲層段實測孔隙度值平均為8.5%，預(yù)測值是8%；永922井儲層段實測結(jié)果平均為8%，預(yù)測值在8%左右；永921井實測結(jié)果平均6%，預(yù)測結(jié)果為5.8%。對比可見，孔隙度反演預(yù)測結(jié)果與實測結(jié)果總體吻合較好，說明了本次疊前同時反演應(yīng)用研究整個實現(xiàn)過程的合理性。

為了進(jìn)一步驗證東營北帶砂礫巖體有效儲層預(yù)測結(jié)果的可靠性，我們對全區(qū)所有探井進(jìn)行了統(tǒng)計對比，表1是有效儲層段測井實測孔隙度與反演預(yù)測孔隙度對比表。從表1可以看出，相對于試油證實的有效儲層段實測孔隙度而言，5口探井8個儲層段反演孔隙度的預(yù)測誤差均值為8.04%。由此可見，利用疊前同時反演能夠很好地預(yù)測砂礫巖體儲層的有效性。預(yù)測成果為研究區(qū)下一步開發(fā)井的部署提供了可靠的依據(jù)。

圖7 過永92—永925井連井孔隙度預(yù)測剖面

表1 有效儲層段測井實測孔隙度與反演預(yù)測孔隙度對比

5 結(jié)束語

1）疊前同時反演是一個復(fù)雜的過程，受到多種因素影響，在實際應(yīng)用中要注重基礎(chǔ)資料的處理、分析及應(yīng)用。只有在正演模擬確認(rèn)存在AVO效應(yīng)和所有資料都滿足同時反演條件的前提下才能進(jìn)行疊前同時反演。

2）疊前同時反演以往多應(yīng)用于具有Ⅲ類AVO特征的油氣預(yù)測中，雖然理論上具有Ⅰ類AVO特征的含油氣儲層也可以預(yù)測，但是介紹實際應(yīng)用與試驗的文獻(xiàn)尚不多見。此次對東營北帶中深層砂礫巖體進(jìn)行預(yù)測，其預(yù)測結(jié)果與實鉆結(jié)果吻合程度較好，說明疊前同時反演不僅能對淺層的油氣進(jìn)行預(yù)測，對中深層儲層物性和含油氣性的預(yù)測同樣適用。

［1］黃新平.疊前地震反演綜述［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2009（14）：49－50 Huang X P.Summary of seismic pre－stack inversion［J］.Inner Mongolia Petrochemical Industry，2009（14）：49－50

［2］李艷玲.AVO疊前反演技術(shù)研究［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2006，25（5）：103－105 Li Y L.Research of AVO pre－stack inversion techniques［J］.Petroleum Geology ＆ Oilfield Development in DaQing，2006，25（5）：103－105

［3］姚云霞，劉江.利用疊前反演進(jìn)行薄儲層描述［J］.中國科技博覽，2011（34）：549－550 Yao Y X，Liu J.Pre－stack join－inversion technique in prediction of thin reserviors［J］.China Science and Technology Review，2011（34）：549－550

［4］顏學(xué)梅，張哨楠，蘇錦義.AVO疊前反演在中等阻抗儲層預(yù)測中的應(yīng)用［J］.物探化探計算技術(shù)，2012，34（1）：51－57 Yan X M，Zhang S N，Su J Y.The application of AVO pre－stack inversion in prediction of medium impedance reservoir［J］.Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration，2012，34（1）：51－57

［5］郭旭升，凡睿.AVO技術(shù)在普光氣田鮞灘儲層預(yù)測中的應(yīng)用［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2007，28（2）：198－201 Guo X S，F(xiàn)an R.The application of AVO techniques in the reservior prediction of Oolitic shoal of Puguang Gas Field［J］.Petroleum and Natural Gas Geology，2007，28（2）：198－201

［6］周英.AVO技術(shù)在東海西湖凹陷油氣預(yù)測中的應(yīng)用［J］.石油物探，2004，43（2）：94－97 Zhou Y.The application of AVO techniques in the oil and gas prediction of east china sea west lake depression［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2004，43（2）：94－97

［7］范興燕，鄭俊茂.疊前反演技術(shù)在利比亞K＆k區(qū)塊油氣檢測中的應(yīng)用［J］.石油天然氣學(xué)報（江漢石油學(xué)院報），2011，33（2）：74－77 Fan X Y，Zheng J M.The application of pre－stack inversion in K＆k area of Libya［J］.Journal of Oil and Gas Technology，2011，33（2）：74－77

［8］羅運先，趙憲生，郭大江.AVO技術(shù)在遼河盆地東部地區(qū)的應(yīng)用［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2006，25（4）：100－102 Luo Y X，Zhao X S，Guo D J.The application of AVO techniques in the eastern area of Liaohe Basin［J］.Petroleum Geology ＆ Oilfield Development in DaQing，2006，25（4）：100－102

［9］苑聞京.疊前反演和地震吸收技術(shù)在復(fù)雜天然氣藏地震預(yù)測中的應(yīng)用［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2012，27（3）：1107－1115 Yuan W J.The application of pre－stack inversion and seismic absorption techniques in complex gas reservoir seismic prediction［J］.Progress in Geophysics，2012，27（3）：1107－1115

［10］王霞，張延慶，于志龍，等.疊前反演結(jié)合地質(zhì)統(tǒng)計模擬預(yù)測薄儲層［J］.石油地球物理勘探，2011，46（5）：744－748 Wang X，Zhang Y Q，Yu Z L，et al.Prestack inversion in combination with geological statistical simulation techiniques in the prediction of thin reservoirs［J］.Oil Geophysical Prospecting，2011，46（5）：744－748

［11］歐陽明華，熊艷，王玉雪.廣安地區(qū)須四段氣藏疊前地震反演研究［J］.鉆采工藝，2010，33（S1）：79－82 Ouyang M H，Xiong Y，Wang Y X.The research of seismic pre－stack inversion in Xujiahe fourth layer gas reservoirs in Guang＇an area［J］.Drilling ＆Prodution Technology，2010，33（S1）：79－82

［12］唐曉花，成德安，呂金龍.疊前同步反演在徐家圍子斷陷火山巖氣藏預(yù)測中的應(yīng)用［J］.石油物探，2009，48（3）：285－289 Tang X H，Cheng D A，Lv J L.Application of prestack simultaneous inversion for predicting volcanics gas reservoirs in Xujiaweizi fault depression［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2009，48（3）：285－289

［13］郎曉玲，彭仕宓，康洪全，等.疊前同時反演方法在流體識別中的應(yīng)用［J］.石油物探，2010，49（2）：164－169 Lang X L，Peng S M，Kang H Q，et al.Application of prestack simultaneous inversion in fluid identification ［J］.Geophysical Prospecting for Peiroleum，2010，49（2）：164－169

［14］強敏，周義軍，鐘艷，等.基于部分疊加數(shù)據(jù)的疊前同時反演技術(shù)的應(yīng)用［J］.石油地球物理勘探，2010，45（6）：895－898 Qiang M，Zhou Y J，Zhong Y，et al.Application of pre－stack simultaneous inversion based on partial stack data［J］.Oil Geophysical Prospecting，2010，45（6）：895－898

［15］孟瑋，鐘建華，李勇，等.東營凹陷北部陡坡帶砂礫巖體分布規(guī)律［J］.特種油氣藏，2009，16（5）：17－20 Meng W，Zhong J h，Li Y，et al.Analysis of glutenite distribution regularity in north Dongying Depression［J］.Special Oil and Gas Reservoirs，2009，16（5）：17－20