疊前疊后聯(lián)合反演技術在油氣藏精細描述中的應用
——以東營凹陷永安鎮(zhèn)油田永3井區(qū)為例

慎國強，湯 婕，王玉梅，鈕學民，陳松莉

（1.中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東青島266580；2.中國石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營257022）

疊前疊后聯(lián)合反演技術在油氣藏精細描述中的應用
——以東營凹陷永安鎮(zhèn)油田永3井區(qū)為例

慎國強1，2，湯 婕1，王玉梅2，鈕學民2，陳松莉2

（1.中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東青島266580；2.中國石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營257022）

不同的地震反演方法具有不同的適用范圍，疊前和疊后反演成果在單獨應用時存在一定的局限性。針對東營凹陷永安鎮(zhèn)油田永3井區(qū)地質情況復雜，油氣藏精細描述過程中的儲層發(fā)育特征難以識別的問題，在巖石物理特征分析、約束模型和算法應用、疊前及疊后成果綜合解釋分析的基礎上，根據(jù)疊前及疊后反演在儲層預測和流體描述方面的不同側重點，選用統(tǒng)一的地質約束模型和反演算法控制2種反演方法的關聯(lián)性，加強了疊前及疊后反演處理成果的一致性和可對比性。開展疊前疊后聯(lián)合反演技術的研究，實現(xiàn)了油氣藏儲層特征及流體特性的精細描述。在永3井區(qū)沙二段復雜斷塊油氣藏精細描術實際應用中取得了良好的效果，沙二段5砂層組的油層預測準確率達到80%以上。

疊前疊后聯(lián)合反演巖石物理特征約束模型地質統(tǒng)計學油氣藏精細描述

地震反演是油氣田勘探開發(fā)過程中重要的油氣藏描述技術，可分為疊前和疊后2種反演。其中，疊后反演側重于對儲層的識別，而疊前反演則更多地應用于對流體性質的判別。理論上二者具有一定的繼承性和融合性，但是由于資料不充分、反演算法不統(tǒng)一等因素的影響，目前疊前反演和疊后反演往往被作為2種獨立的反演方法分別加以應用，從而影響了反演的實際效果。

在東營凹陷永安鎮(zhèn)油田永3井區(qū)油氣藏開發(fā)過程中面臨著斷裂系統(tǒng)復雜、儲層厚度變化大以及儲層與圍巖速度差別小等難題，單純依靠疊后或疊前反演均難以實現(xiàn)對儲層特征及流體特性的精確描述。為此，在研究區(qū)以地質、測井及巖石物理特征綜合分析為基礎，建立統(tǒng)一的地質約束模型和反演算法控制，通過疊后巖性及疊前多參數(shù)反演的結合開展疊前疊后聯(lián)合反演技術的研究，得到多種巖石及流體參數(shù)，實現(xiàn)了疊前疊后聯(lián)合反演技術在油氣藏精細描述中的應用。

1 區(qū)域概況

永安鎮(zhèn)油田構造上位于東營凹陷中央隆起帶東端的環(huán)帶地區(qū)，自北向南被3條近東西向的二級斷層切割成4個臺階帶，總體上分為高、中、低3個構造帶，其內部四級斷層的切割作用使得油藏復雜化，形成了30多個含油小斷塊［1-2］。其中，永3井區(qū)作為永安鎮(zhèn)油田的開發(fā)主體，以三角洲沉積體系為主，主力含油層系為沙二段。沙二段可進一步劃分為11個砂層組共26個含油小層，其中5和6砂層組單砂體厚度一般大于12 m，其他砂層組單砂體厚度則小于8 m。

2 巖石物理特征分析

儲層和非儲層的巖石物理特征是否具有可識別的差異，是利用反演方法獲得相應巖石物理參數(shù)進而對儲層進行有效描述的基礎。為了分析永3井區(qū)進行地震反演的可行性，對其目的層儲層參數(shù)及巖石物理特征，特別是儲層及流體的參數(shù)敏感性進行了分析。

2.1 巖石電性特征

永3井區(qū)數(shù)10口井的測井資料中聲波時差和自然電位數(shù)據(jù)較齊全，但普遍缺乏密度數(shù)據(jù)。通過對所用的測井速度及波阻抗曲線進行標準化處理，得到研究區(qū)特征一致的基礎資料，同時對自然電位曲線進行泥巖基線校正和歸一化處理。在此基礎上，對測井數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，沙二段儲層與圍巖參數(shù)的對比結果顯示其自然電位曲線與砂、泥巖的對應關系較好，存在較好的儲層識別能力；但砂巖和泥巖的速度具有較大的重疊區(qū)域，儲層與圍巖的速度沒有明顯差別，表明利用波阻抗反演結果進行儲層描述會存在多解性?；谝陨戏治鼋Y果，選擇疊后巖性反演方法來描述儲層特征。

2.2 巖石物理參數(shù)正演模擬

為了進一步分析研究區(qū)儲層參數(shù)特征，開展了以巖石物理參數(shù)正演模擬為基礎的儲層參數(shù)分析。利用永3-檢1井的縱波聲波時差、密度、巖性、孔隙度和含水飽和度測井曲線，求取巖石的橫波速度，并應用縱波與橫波速度計算得到泊松比［3-4］。永3-檢1井巖石物理正演模擬道集顯示，油層底部的振幅隨偏移距增大而增大，該特征與實際井旁地震道集顯示的特征基本一致，表明疊前地震道集的振幅具有隨偏移距變化的特征。將求取的永3-92井巖石物理參數(shù)進行綜合交會分析，結果（圖1）表明，不同類型的地層和流體的泊松比存在較大差異。其中，油層具有相對較低的泊松比。

圖1 永3-92井巖石物理參數(shù)綜合交會

因此，根據(jù)疊前地震道集的振幅隨偏移距變化的特征以及泊松比等參數(shù)與巖性、流體具有良好對應關系的特性，可以通過疊前地震反演進行儲層和流體精細描述。

3 多參數(shù)約束模型建立

永3井區(qū)斷裂系統(tǒng)復雜，給疊前疊后聯(lián)合反演初始模型的建立和約束控制造成了很大的困擾。為此，在精細構造解釋和儲層標定的基礎上，開展了復雜斷層框架控制下的多參數(shù)約束模型的建立和研究［5］。

3.1 基于速度控制的儲層精細標定

地震地質標定作為儲層描述的基礎，主要目的是建立儲層的地震反射特征（時間域）與測井參數(shù)（深度域）之間的響應特征。針對永3井區(qū)儲層縱、橫向厚度變化快的問題，對反演所用測井數(shù)據(jù)進行了精細標定和對比分析，嚴格控制標定速度和小層對比關系，標定結果最終要求精細到儲層單元。首先，以研究區(qū)的區(qū)域速度背景為參考，對比地震合成記錄與實際地震道之間的波組對應關系，調整大套地層的平均速度，使得所有井標定的時深關系與區(qū)域速度關系保持一致，通過測井標定速度關系對比和平面速度分析，較好地控制標定的效果；其次，結合沉積研究和小層對比，在保證單井合成記錄以及時深關系合理的前提下進行調整，使得測井曲線的橫向特征符合地質規(guī)律。在穩(wěn)定的時深關系控制下，結合測井巖性參數(shù)，以砂層組為單元，精細調整速度關系，嚴格控制速度調整幅度，進而實現(xiàn)以砂層組為單元的儲層精細標定。在此基礎上，通過疊前、疊后單井標定相互驗證調整，將多口井的標定結果和地震剖面結合進行分析，進一步調整目的儲層空間地震響應特征以及構造變化特征之間的關系，使地震與測井信息的對應關系更加合理、準確。

通過單井—二維連井—三維連片實現(xiàn)由點到面、構造—地層—小層的由粗到細的一系列精細標定分析，在永3井區(qū)的三維空間形成統(tǒng)一的地震地質儲層精細標定結果，將地震與測井數(shù)據(jù)有機地結合在一起，為地質模型的建立奠定了良好的基礎。

3.2 復雜構造框架約束多參數(shù)地質模型

建立能夠充分反映地下構造、沉積特征的地質初始模型是影響反演結果的關鍵。永3井區(qū)斷層對儲層和成藏具有明顯的控制作用，在精細構造解釋的基礎上，分析研究區(qū)的構造特征及構造層位關系，利用基于地質建模的初始模型建立技術，針對研究區(qū)小斷層分布范圍有限，多為層間斷層的特點，采用斷層組合、趨勢面控制、斷面散點平滑等多種斷層模型技術，分析斷層的組合關系，建立研究區(qū)初始約束構造模型。在初始約束構造模型的基礎上，選擇合適的空間數(shù)據(jù)加權關系，對疊前及疊后反演需要的縱波速度、橫波速度和密度等參數(shù)在構造框架約束下的分布情況進行精細對比、調整，保證各項地層參數(shù)分布合理，進而獲得能夠反映目的層段的構造、地層及其橫向關系等特征的三維空間多斷層控制的多參數(shù)地質模型。

4 疊前疊后聯(lián)合反演

在疊前疊后聯(lián)合反演過程中，需要選擇相同的核心算法確保疊前及疊后反演效果的一致性，提高反演預測準確度。研究區(qū)地震反演采用的是基于貝葉斯推論［6-7］和馬爾科夫鏈的蒙特卡羅法的計算方法。利用該方法建立符合測井、地質和地震數(shù)據(jù)的地質模型［8-12］，將高分辨率的測井信息以及低分辨率的三維地震信息進行整合，所獲得的地質體細節(jié)不僅比常規(guī)地震反演豐富，而且能夠與地質特征充分吻合。基于這種地質統(tǒng)計學方法有助于在疊前疊后聯(lián)合反演過程中利用吸收地質模型和地震響應的有效信息，加強疊前和疊后反演的信息融合，進而有效地解決不同厚度儲層描述的難題。

4.1 聯(lián)合反演算法原理

基于馬爾科夫鏈的地質統(tǒng)計反演方法主要是應用已有數(shù)據(jù)信息建立概率密度函數(shù)（包括直方圖與變差函數(shù)），描述每一種輸入信息（比如測井曲線，地震數(shù)據(jù)）的空間概率分布。實際應用時，直方圖和變差函數(shù)是通過測井分析、巖石物理模型和地質分析來獲得。直方圖定義任意給定點的屬性值的概率分布，而變差函數(shù)則給出了地質體在橫向和垂向上的規(guī)模和分布特征。

在直方圖和變差函數(shù)分析的基礎上，應用貝葉斯推論將多個概率密度函數(shù)合并起來，得到基于所有已知和假設信息的后驗有條件概率分布函數(shù)，其表達式為

式中：P(θ |D )為后驗有條件概率分布函數(shù)；θ為模型參數(shù)；D為觀測數(shù)據(jù)；P(θ)為先驗概率函數(shù)；P()為似然函數(shù)；P(D)為模型化常量。

后驗有條件概率分布函數(shù)表征所有輸入概率分布函數(shù)的交集。在其控制下，利用基于馬爾科夫鏈的蒙特卡羅法，進行地質統(tǒng)計學協(xié)模擬運算，獲得統(tǒng)計意義上公平的數(shù)據(jù)結果，其表達式為

式中：X為隨機變量；t為隨機變量所處的位置。

由式（2）得到的下一個隨機變量只與當前的隨機變量有關，而與以前的變量無關，是一個平穩(wěn)隨機過程。

由于地質統(tǒng)計學反演以及協(xié)模擬的計算過程是迭代完成的，其迭代收斂條件是獲得的模型與所有的輸入地質信息吻合。因此，利用該方法得到的地震反演數(shù)據(jù)結果具有較高的分辨率和先驗數(shù)據(jù)吻合度。

4.2 基于地質統(tǒng)計學的疊前疊后聯(lián)合反演

4.2.1 疊后巖性參數(shù)反演

巖石物理參數(shù)分析結果表明，永3井區(qū)砂、泥巖速度差異不明顯，單純依靠疊后波阻抗反演不能解決巖性劃分問題，需進行疊后巖性參數(shù)反演。根據(jù)目的層的沉積特征，對各地層的測井泥質含量進行統(tǒng)計分析，得到相應的直方分布函數(shù)和變差函數(shù)，并在三維空間進行大量隨機模擬，同時加強地震波阻抗約束，進而實現(xiàn)隨機模擬波阻抗和巖性反演。疊后隨機反演成果（圖2）顯示，儲層識別的最薄厚度可達到4～6 m，特殊條件下（如上、下地層參數(shù)差異較大，圍巖較厚時）甚至可以分辨更薄的儲層且儲層橫向變化規(guī)律清楚。將反演結果與未參與反演的斜井數(shù)據(jù)進行對比結果表明，驗證井數(shù)據(jù)和井旁反演結果的對應情況良好，描述的砂體吻合程度達到87%。

圖2 永3井區(qū)疊后巖性隨機反演剖面

4.2.2 多參數(shù)疊前反演

結合永3井區(qū)沙二段的沉積特征，對其巖性、縱波速度、橫波速度及密度等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得到相應的直方分布函數(shù)和變差函數(shù)，在多個部分角度疊前地震數(shù)據(jù)的空間約束下，實現(xiàn)基于地質統(tǒng)計學的多參數(shù)疊前反演。對研究區(qū)各種物性參數(shù)進行分析發(fā)現(xiàn)，這些物性參數(shù)與測井數(shù)據(jù)吻合較好，其中泊松比、密度和縱橫波速度比等參數(shù)能夠較好地反映儲層和流體的變化情況。

從永3井區(qū)沙二段6砂組泊松比反演剖面（圖3）可以看出，油層泊松比較低，為0.1～0.22，對應的測井曲線的自然電位為負異常，可以作為含油氣識別的有效屬性；而水層泊松比為0.21～0.33，在測井曲線上也顯示為自然電位負異常，與實際情況相符合。

圖3 永3井區(qū)沙二段6砂組泊松比反演剖面

4.2.3 疊前疊后聯(lián)合反演

根據(jù)前期的巖石物理特征分析，通過剖面、平面和三維等多方面的油藏綜合描述，利用疊后巖性反演結果和疊前多參數(shù)反演獲得的泊松比參數(shù)進行綜合分析，得到永3井區(qū)沙二段5砂組有利儲層的平面分布特征（圖4）。自2007年以來，依據(jù)疊前疊后聯(lián)合反演預測結果，在永3井區(qū)部署新鉆井19井，其中永30-斜3井鉆遇油層5層8.6 m，表明反演預測結果與實鉆數(shù)據(jù)吻合較好，鉆井統(tǒng)計結果顯示油層預測準確率達到80%以上。

圖4 永3井區(qū)沙二段5砂組疊前與疊后聯(lián)合反演預測有利儲層平面分布

5 結論

東營凹陷永安鎮(zhèn)油田永3井區(qū)地質情況復雜，導致油氣藏精細描述過程中存在的儲層發(fā)育特征難以識別的問題。在巖石物理特征分析、約束模型和算法應用、疊前及疊后反演成果綜合分析的基礎上，明確了疊前及疊后反演在儲層和流體描述方面的不同側重點，選用統(tǒng)一的地質約束模型和反演算法控制2種反演方法的關聯(lián)性，加強了疊前和疊后反演處理成果的一致性和可對比性，通過疊前疊后聯(lián)合反演技術的研究，實現(xiàn)了對油氣藏儲層特征及流體特征的精細描述，并在永3井區(qū)沙二段復雜斷塊油氣藏精細描術的應用中取得了良好效果，沙二段5砂組的油層預測準確率達80%以上。

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編輯裴 磊

P631.44

A

1009-9603（2014）02-0087-04

2013-12-27。

慎國強，男，高級工程師，在讀博士研究生，從事地震資料處理及地震反演研究。聯(lián)系電話：（0546）8793310，E-mail：ffsshgq@163.com。

國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃“863”項目“油藏地球物理關鍵技術”（2011AA060300）。