桑塔木地區(qū)三疊系深部地震薄儲集層預(yù)測

汪佳蓓，黃捍東，張文珠

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083；2.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；3.中國石油大學(xué)（北京）提高采收率研究院，北京 102249；4.中海石油深圳分公司研究院，廣東 廣州 510240）

桑塔木地區(qū)三疊系深部地震薄儲集層預(yù)測

汪佳蓓1，黃捍東2，3，張文珠4

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083；2.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；3.中國石油大學(xué)（北京）提高采收率研究院，北京 102249；4.中海石油深圳分公司研究院，廣東 廣州 510240）

深部隱蔽油氣藏逐步成為現(xiàn)階段油氣勘探的重難點，其具有埋深大、地震信號弱、構(gòu)造復(fù)雜等特征。埋藏深度的增大使得地震反射信息量減少，識別儲集層尤其是薄儲集層的難度加大。文中采用地震相控非線性隨機反演方法，融入測井和層序界面等地質(zhì)類信息，對桑塔木油田三疊系近5 000 m埋深的薄儲集層進行了鉆前預(yù)測，成功刻畫了深層薄儲集層的縱橫向連通性及平面展布特征。通過未參與反演井預(yù)測效果分析，少井反演與多井反演效果對比，預(yù)測吻合率統(tǒng)計分析和新鉆井與預(yù)測結(jié)果對比等方面來評價本次地震資料儲集層預(yù)測的可信度。預(yù)測結(jié)果與實鉆情況吻合程度較好，說明該方法在深層薄儲集層預(yù)測中有很好的應(yīng)用前景。

深層；薄儲集層；相控反演；桑塔木油田

0　引言

隨著油氣勘探研究的不斷深入，研究重點已經(jīng)從尋找淺層、構(gòu)造油氣藏向深層、巖性油氣藏方向發(fā)展［1-3］。深部地層一般埋深超過4 000 m，地質(zhì)條件復(fù)雜，地震反射弱、主頻低、品質(zhì)差，因此，深部地震儲集層，特別是薄層預(yù)測有很大難度。

對于薄砂體儲層預(yù)測，基于20世紀(jì)80年代提出的Widess準(zhǔn)則［4］，能識別大于1/4地震波長的薄儲層。此后許多研究發(fā)現(xiàn)，薄層描述可以突破傳統(tǒng)分辨率的極限［5-13］。

塔里木盆地桑塔木油田三疊系地層埋深近5 000m，目的層油組含油砂巖的單層厚度在10 m左右，是典型的深部薄層油藏。常規(guī)反演方法在該地區(qū)的應(yīng)用遇到了2個問題：1）砂泥巖聲波測井速度差異小，反演剖面上儲集層特征得不到清晰展現(xiàn)；2）含油砂巖厚度低于地震資料分辨率，無法有效地識別薄層。以上問題導(dǎo)致三疊系油藏的地質(zhì)模型認(rèn)識不清，井間油層砂體規(guī)模、縱橫向連通性、平面展布及尖滅等不明。

針對以上難題，本文采用地震相控非線性隨機反演方法，對塔里木盆地桑塔木地區(qū)三疊系地層進行儲集層預(yù)測。

1　地震相控非線性隨機反演方法原理

地震相控非線性隨機反演是在反演的過程中，融入地震相界面和沉積特征等地質(zhì)類信息，在相模型的約束和指導(dǎo)下，結(jié)合鉆探得到的測井資料，采用非線性隨機反演算法，在計算過程中逐道進行外推反演［14］。具體實現(xiàn)過程可以分為地震相控約束外推計算、隨機模擬處理和非線性反演3個部分。

1.1地震相控約束外推計算

地震相是地震反射時間剖面上所表現(xiàn)出的反射波的面貌，是沉積相在地震剖面上的反映［15］。在反演之前劃分出相界面可以用來控制反演的低頻趨勢。反演中通過“相界面”控制的同時，結(jié)合“井約束”外推算法，可很好地解決反演所需的低頻趨勢問題，又能克服反演中構(gòu)建的初始模型精度對最終反演結(jié)果的影響等。

實際應(yīng)用中，首先，利用鉆井、綜合錄井資料編制工區(qū)內(nèi)井的層序劃分與地層界面解釋對比圖；然后，利用這個結(jié)果，在對應(yīng)的連井地震剖面上解釋出層序界面，建立三維層序和相控模型，從而可以將該層序和相控模型運用到反演的約束條件中去，將宏觀模型的特征融入到反演中，為地震相控約束反演奠定約束條件。

由于地下地質(zhì)情況具有強不確定性，在相控外推計算過程中，可以運用多項式相位時間擬合的方法來建立地震道間的外推關(guān)系。具體實現(xiàn)方法如下：在層序和相控模型控制的特定地震時窗范圍約束下，將從測井信息中或井旁地震道中獲取的先驗?zāi)Ｐ蛥?shù)向量從井點處，開始往外推計算。

1.2隨機模擬處理

考慮到地質(zhì)條件的隨機特性，首先利用測井巖石物理統(tǒng)計分析，建立速度、密度等模型參數(shù)點之間的統(tǒng)計關(guān)系；然后采用高斯隨機函數(shù)把模型參數(shù)作為區(qū)域化變量來進行隨機模擬。

具體需要利用變差函數(shù)來描述空間數(shù)據(jù)場中數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，從而建立起空間儲層參數(shù)點之間的統(tǒng)計相關(guān)函數(shù)關(guān)系式［16-17］。變差函數(shù)描述的是不同位置變量的不相似性。

1.3非線性反演

目前廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)的線性反演算法，計算速度快，穩(wěn)定性強。然而，在實際情況中遇到的反演問題基本都屬于非線性的，如果直接轉(zhuǎn)成線性問題來求解，會導(dǎo)致最終的反演結(jié)果精度低，反映不出薄層特征，計算結(jié)果也容易陷入局部極小等問題［18-19］。非線性反演算法直接求解非線性問題，解的精度高，但穩(wěn)定性差。本文采用非線性最優(yōu)化算法，求解過程采用截斷奇異值分解法并加入約束條件來提高解的穩(wěn)定性與精度。

若假定密度為常數(shù)，則波阻抗反演就直接轉(zhuǎn)換為速度反演［20］。先定義目標(biāo)函數(shù)為式（1），需要求解m使目標(biāo)函數(shù)在最小二乘意義下取得極小值。

式中：m為速度；uobs為實際地震數(shù)據(jù)；umbd為模型響應(yīng)。

然后，將式（1）在初始模型響應(yīng)mi處按Taylor公式展開，忽略二次以上的高階項得：

式中：D為f（m）的二次偏導(dǎo)數(shù)矩陣。

令m=mi+1，則有：

將式（3）對mi+1求一階導(dǎo)數(shù)，并令該導(dǎo)數(shù)為0，可得迭代公式為

在求取D-1時往往存在計算量大、矩陣病態(tài)等問題，為了增強解的穩(wěn)定性，本文運用了截斷奇異值分解法，避免直接求逆存在。同時在迭代過程中，通過加入最大最小值、參數(shù)包絡(luò)等約束，進一步提高解的穩(wěn)定性和精度。通過式（4）迭代計算，可得到最終反演速度體。

2　實際應(yīng)用

2.1地質(zhì)背景

桑塔木地區(qū)位于塔里木盆地塔北隆起輪南低凸起的斜坡帶上，三疊系地層是主力油氣產(chǎn)層之一，包含3套含油儲集層，分別為上三疊統(tǒng)黃山街組T1油組、中三疊統(tǒng)克拉瑪依組T2油組和T3油組，埋深為4 600～5 000 m，除T3油組含油薄砂體儲集層的厚度有部分大于10 m外，其他T1油組和T2油組含油砂層的厚度均較薄，一般在3～5 m。該區(qū)沉積體系已經(jīng)進行了大量研究，整體為辮狀河三角洲沉積模式［21-22］，但通過地震地質(zhì)重新研究和認(rèn)識，發(fā)現(xiàn)該區(qū)還存在部分曲流河三角洲沉積模式。該模式位于克拉瑪依組，橫向變化大，在地震剖面上表現(xiàn)為強振幅、中低頻、中—連續(xù)性特征。

由于目標(biāo)薄儲集層中單砂體厚度很薄，只能在測井曲線上看到測井響應(yīng)，而在地震剖面上無法看到單砂體地震響應(yīng)。因此，本文嘗試采用地震相控非線性隨機反演方法對塔里木油田三疊系進行儲集層預(yù)測，期望在反演剖面中能夠預(yù)測出多套薄層砂體，解決該區(qū)深層薄儲集層預(yù)測的難題。

2.2速度反演效果分析

2.2.1未參與反演井預(yù)測結(jié)果

LN23井約束反演的反演速度連井剖面見圖1，LN23井為參與反演的約束井，JF121井（距LN23井2.9 km）和JF123井（距LN23井9.5 km）為未參與反演的驗證井。可以看出，T1，T2油組砂層厚度大致分布在2.5～6.5 m，T3油組砂層厚度主要分布在7～14 m。反演結(jié)果中的3個油組特征明顯，與該區(qū)完鉆井吻合。JF121井和JF123井上3個油組的厚、薄儲集層均得到了較好的預(yù)測，與測井解釋成果吻合程度較高，說明該反演方法在該區(qū)預(yù)測效果很好。

2.2.2少井反演與多井反演效果對比

檢驗反演方法預(yù)測性的有效方法之一，是不論初始約束井多或少，只要基于相同的地震資料其最終反演結(jié)果應(yīng)該趨于一個方向［23-24］。圖2a為26口約束井（不包括LN48井）的反演剖面，圖2b為46口約束井（包括LN48井）的反演剖面。通過對比發(fā)現(xiàn)，兩者在地層結(jié)構(gòu)、巖性組合等方面非常相近，只是在一些微觀細(xì)節(jié)處存在差異。這說明參與反演的約束井的數(shù)量對反演結(jié)果的影響不大，對初始模型的依賴程度也不高，反演結(jié)果穩(wěn)定可靠。

2.2.3預(yù)測吻合率統(tǒng)計分析

工區(qū)內(nèi)，選取未參與反演的50口井的綜合測井解釋及巖性錄井資料，與利用反演剖面預(yù)測的砂體厚度進行對比統(tǒng)計。50口井預(yù)測結(jié)果中有6口井不符合實鉆情況，吻合率為88%。說明地震預(yù)測與實際鉆井之間差異性較小，可將該反演成果用于儲集層分布預(yù)測研究。

2.2.4新鉆井驗證結(jié)果分析

反演工作完成后，在工區(qū)北部LN30井東約700 m處鉆了一口新井LN302h，圖3為LN30井至LN302h井在LN302h井鉆探之前的反演剖面。

圖中：1）老井LN30井T3油組1小層井段為4 869～4 875 m的油層向LN302h井方向，速度降低，趨于泥巖速度。可以明顯看到1小層連井處，反演剖面從暖色偏高值區(qū)域漸變?yōu)槔渖椭祬^(qū)域，反演剖面上含油砂體的厚度逐漸變薄直至尖滅，盡管砂泥巖聲波測井速度差異小，反演剖面上依然可以看到砂體尖滅處的細(xì)微差別，較好地解決了砂泥巖常規(guī)反演區(qū)分不清的問題。2）LN30井2小層井段4 873.5～4 882.5 m橫向較穩(wěn)定。LN302h井完鉆結(jié)果顯示，在1小層井段4 864.0～4 866 m鉆遇2 m差油層，在2小層4 870.0～4884 m鉆遇14 m水層，2小層之間（即4 866～4 870 m）為4 m的泥巖隔層，預(yù)測情況與實際鉆探結(jié)果吻合。新井預(yù)測結(jié)果表明，本文研究方法可用于新區(qū)滾動勘探指導(dǎo)新井井位的部署。

2.3儲集層平面特征預(yù)測

T1油組1小層砂體厚度見圖4。該小層一直是桑塔木地區(qū)主力產(chǎn)層，50多口井的鉆探顯示均有油氣。

從圖4中可以看出，砂體小層分布可分為東部及西北部2個體系：東南部及南部向北西發(fā)育的體系可看作東部物源的一支；西部自西向東的2個垛體及自西北部進入工區(qū)的小垛體構(gòu)成了西部體系。相比而言，東部體系占絕對優(yōu)勢，尤其是進入研究區(qū)中部的一支，進一步分為多個分支的大片砂體。砂體展布具有典型的曲流河三角洲平原及三角洲前緣沉積特點，符合該層實際沉積特征，為井位部署和后期鉆探提供依據(jù)。

綜上所述，相控反演的預(yù)測結(jié)果很好地突顯了儲集層的平面分布形態(tài)、厚度展布特征及沉積相特征，為本區(qū)深部巖性油氣藏的勘探部署提供了重要的依據(jù)。

3　結(jié)論

1）地震相控非線性隨機反演方法很好地融合了沉積層序等地質(zhì)類的信息，反演的砂體預(yù)測結(jié)果更加符合區(qū)域沉積背景，解釋性和預(yù)測性更強。

2）速度反演的效果對比分析表明，該反演方法不過分依賴于參與反演的約束井?dāng)?shù)量和初始模型，約束井參與反演前后對比圖非常一致，且新鉆井的實鉆結(jié)果和預(yù)測結(jié)果吻合度很好，說明反演方法的可靠程度高，該方法優(yōu)于常規(guī)反演方法，反演結(jié)果能為深部油氣藏的勘探部署提供可靠依據(jù)。

3）深部薄層預(yù)測一直是儲集層預(yù)測的難點，本文的反演方法清晰預(yù)測出了近5 000 m地層處的薄儲集層，為今后在深層、薄層以及巖性尖滅體等隱蔽油氣藏的勘探提供了解決思路。

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（編輯楊會朋）

Seismic thin reservoir prediction in deep zones:a case study of Triassic Formation in Tarim Basin

WANG Jiabei1，HUANG Handong2，3，ZHANG Wenzhu4
（1.School of Energy Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083，China；2.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；3.EOR Research Institute，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；4.Research Institute，Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.，Guangzhou 510240，China）

As the development of oil and gas exploration，people are gradually focusing on the prospecting of reservoir in deep zones. Seismic reflection information will decrease as the depth increases.The identification of reservoir especially thin-layer reservoir becomes much more difficult.In this paper，the seismic phase-controlled non-linear random inversion method is used to predict the Triassic Formation in Sangtamu Area，where depth is nearly 5000 m，before drilling by taking logging，geological information as constraints.The lateral connectivity and plane distribution characteristics in deep thin reservoir are successfully portrayed.Through the contrast of the inversion results in different constraints such as no drilled-well constraint and less well constraints，speed inversion profile characteristics are analyzed.With the new drilling information to authenticate the inversion results，which shows that the prediction coincides with the real drilling situation and the seismic prediction method has good creditability and applicability in the process ofdeep reservoir exploration and development.

deep layer；thin reservoir；phase-controlled inversion；Sangtamu Oilfield

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（“973”計劃）項目“深部有效碎屑巖儲層成因機制與發(fā)育模式”（2011CB201104）

TE132.1+4；P631

A

10.6056/dkyqt201604009

2015-10-10；改回日期：2016-05-07。

汪佳蓓，女，1986年生，在讀博士研究生，主要從事復(fù)雜油氣藏儲層預(yù)測研究。E-mail：lemon357@126.com。

引用格式：汪佳蓓，黃捍東，張文珠.桑塔木地區(qū)三疊系深部地震薄儲集層預(yù)測［J］.斷塊油氣田，2016，23（4）：447-450.

WANG Jiabei，HUANG Handong，ZHANG Wenzhu.Seismic thin reservoir prediction in deep zones：a case study of Triassic Formation in Tarim Basin［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（4）：447-450.