地震低頻異常屬性在渤海Q油田油氣檢測中的應(yīng)用研究

張鵬志， 陳華靖， 閆 濤， 陳文雄， 田 濤

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司渤海石油研究院,天津 300459)

地震低頻異常屬性在渤海Q油田油氣檢測中的應(yīng)用研究

張鵬志， 陳華靖， 閆 濤， 陳文雄， 田 濤

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司渤海石油研究院,天津 300459)

渤海Q油田含油層系主要發(fā)育在明化鎮(zhèn)組下段和館陶組上段。油田進(jìn)入大規(guī)模調(diào)整以來，為應(yīng)對風(fēng)險(xiǎn)井位快速實(shí)施以及精細(xì)挖潛，需對部分潛力砂體快速進(jìn)行含油性定性評價(jià)。通過地震波吸收衰減分析技術(shù)，對油田西區(qū)X潛力砂體的含氣性預(yù)測進(jìn)行了應(yīng)用研究。研究區(qū)探井的油水層的頻譜分析表明，存在“低頻增加、高頻衰減”，且油層的低頻增加更明顯的現(xiàn)象。在此認(rèn)識的基礎(chǔ)上，利用廣義S變換計(jì)算了潛力區(qū)的低頻增加梯度(LFG)，進(jìn)行了潛力區(qū)的含油氣性的綜合預(yù)測，預(yù)測結(jié)果跟實(shí)際鉆井結(jié)果對比具有很高的符合率，同時(shí)應(yīng)用該技術(shù)還指導(dǎo)了油田后續(xù)多口水平井的高效實(shí)施。

吸收衰減； 廣義S變換； 低頻異常梯度； 含油氣性

0 引言

渤海Q油田位于石臼坨凸起，是在前第三系古潛山(石臼坨凸起)背景上發(fā)育起來的、為斷裂復(fù)雜化了的大型低幅度披覆背斜構(gòu)造。周邊被渤中、南堡、秦南三個(gè)生油凹陷環(huán)繞，成藏條件十分有利。含油層系主要發(fā)育在明化鎮(zhèn)組下段和館陶組上段。受構(gòu)造、斷層、巖性的多重制約，油水系統(tǒng)復(fù)雜，油藏類型多樣，且變化大[1-2]。

由于疊前數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析工作不僅量大，而且疊前數(shù)據(jù)還存在著反射能量弱、大偏移距拉伸畸變等缺陷[3]。但疊后地震數(shù)據(jù)信噪比較高，數(shù)據(jù)量小，其靈活、快速的油氣檢測特點(diǎn)，能夠適應(yīng)油田開發(fā)階段，井位實(shí)施快、潛力砂體快速評價(jià)的需求。因此，近年來疊后地震油氣檢測的技術(shù)，在油田高效開發(fā)以及滾動挖潛中得到了廣泛應(yīng)用。

目前疊后油田檢測技術(shù)主要基于地震頻譜衰減分析，從大量的文獻(xiàn)調(diào)研來看，前人對于該理論的應(yīng)用主要集中在含油氣高頻衰減來提高油氣預(yù)測精度上。黃中玉等[4]應(yīng)用地震信號能量衰減EAA(Energy Absorption Analysis)技術(shù)，表明高頻衰減系數(shù)異常變化值與地層含油氣有關(guān)；張益明等[5]根據(jù)含氣層高頻成分的頻譜衰減劇烈性質(zhì)，采用瞬時(shí)子波吸收分析技術(shù)從復(fù)賽譜中分離地震子波和反射系數(shù)，提高油氣預(yù)測精度；張會星等[6]、杜藝可[7]從雙相介質(zhì)的地震波衰減特性研究出發(fā)，在模型試算取得有效結(jié)果的基礎(chǔ)上，對實(shí)際工區(qū)的樊131區(qū)塊的目的層進(jìn)行油氣檢測，取得了良好的應(yīng)用效果；劉立峰等[8]借助非正交小波變換優(yōu)良特性，引入非正交Gabor-Morlet小波變換的時(shí)頻分析方法，對縫洞型碳酸鹽巖儲層的含油性進(jìn)行預(yù)測。筆者在基于地震波吸收衰減分析技術(shù)的基本原理和方法的基礎(chǔ)上，通過對實(shí)際研究區(qū)探井的主力油層的頻譜分析表明：研究區(qū)油氣存在“低頻增加、高頻衰減”現(xiàn)象，且油層的低頻增加現(xiàn)象更明顯。在此認(rèn)識的基礎(chǔ)上，利用廣義S變換算法計(jì)算了潛力區(qū)的低頻增加梯度(LFG)，并據(jù)此進(jìn)行了潛力區(qū)的含油氣性的綜合預(yù)測，經(jīng)過后續(xù)所有已鉆井證實(shí)，油氣預(yù)測吻合率達(dá)80%以上，同時(shí)應(yīng)用該成果成功指導(dǎo)了綜合調(diào)整后續(xù)多口水平井實(shí)施。

1 地震波吸收衰減分析技術(shù)方法

1.1 基本原理

地震波吸收衰減是指地震波在地下介質(zhì)傳播中總能量的損失，是介質(zhì)內(nèi)在的屬性[3-4]。由地震波的吸收衰減引起的振幅、頻率和吸收系數(shù)等地震波特性參數(shù)的變化，是目前石油地球物理勘探領(lǐng)域在疊后地震資料上進(jìn)行儲層中的流體預(yù)測的理論基礎(chǔ)，也是當(dāng)下熱門研究課題之一[9]。

實(shí)驗(yàn)室研究證明：地層的吸收性質(zhì)對巖性的變化具有很高的靈敏性，尤其是對于介質(zhì)內(nèi)流體性質(zhì)的變化具有明顯的反應(yīng)。郭棟等[10]指出地震波經(jīng)過含油氣儲層時(shí)發(fā)生衰減，且高頻成分比低頻成分的衰減程度高。地層吸收的不一致性使地震信號的譜結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，頻譜上表現(xiàn)為低頻能量相對增加，高頻能量相對減弱[11]。在地質(zhì)體中,如果孔隙發(fā)育，充填油、氣、水時(shí)，地震反射吸收加大,高頻吸收衰減加劇[12-15]。含油氣地層吸收系數(shù)可比相同巖性不含油氣地層高幾倍甚至一個(gè)數(shù)量級。從已有的文獻(xiàn)[3,15-17]調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，地層吸收性質(zhì)與巖相、孔隙度、含油氣成分等有密切關(guān)系，因此，利用地震波在特定地層中衰減信息，可以預(yù)測該地層的巖性、含流體類型等信息。

張會星等[6]、杜藝可[7]、李勇等[18]人通過模擬雙相介質(zhì)實(shí)驗(yàn)得出，當(dāng)介質(zhì)中含油氣時(shí)，地震記錄上的低頻共振、高頻衰減現(xiàn)象十分明顯(圖1)。而且油和氣的“低頻共振，高頻衰減”現(xiàn)象有所不同，油的“共振”現(xiàn)象明顯，而氣的“衰減”現(xiàn)象明顯。

同時(shí)刁瑞等[17]通過應(yīng)用物理模型分別建立含水、含氣的地震記錄模型(圖2(a)、圖2(b))，分析含水和含氣區(qū)域的頻譜特征(圖2(c)、圖2(d))，得出“含氣區(qū)域的低頻成分有所增加，高頻成分有所衰減，且衰減量較大”的結(jié)論。雖然目前“高頻衰減”現(xiàn)象已為人們所熟悉，前人對于地震波穿過含油氣砂巖時(shí)，引起高頻衰減現(xiàn)象進(jìn)行含油氣檢測的研究較多[19-21]，但對于“低頻共振”卻是一個(gè)新發(fā)現(xiàn)，因此利用低頻信息進(jìn)行油氣檢測的研究相對較少。

1.2 廣義S變換

隨著地震勘探技術(shù)的發(fā)展，利用時(shí)頻分析技術(shù)在疊后地震資料直接進(jìn)行烴類檢測，已成為快速實(shí)現(xiàn)儲層含油氣性分析的重要手段之一。其中，如何將地震資料的時(shí)間域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻率域，是實(shí)現(xiàn)疊后烴類檢測的關(guān)鍵。眾所周知，要實(shí)現(xiàn)地震信號的時(shí)間域轉(zhuǎn)化到頻率域，有效的時(shí)頻分析方法成為影響分析地震波吸收衰減的主要因素。為此，近年來，許多學(xué)者提出了不同的時(shí)頻分析的方法(如：短時(shí)傅立葉變換(STFT)、Gabor變換、小波變換、S變換等)。

圖1 含油區(qū)域特征曲線圖Fig.1 Oil-bearing zone ‘low-frequency increase, high-frequency attenuation’(a)無油氣區(qū)頻譜特征；(b)有油氣區(qū)頻譜特征

圖2 氣水層高低頻頻譜特征[17]Fig.2 Frequency spectrum characteristics of gas-bearing and water-bearing(a)含氣地震模型；(b)含水地震模型；(c)含氣層模型振幅譜；(d)含水層模型振幅譜

與連續(xù)小波變換、短時(shí)Fourier變換等時(shí)間-頻率域分析方法相比，S變換有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)(如：信號的S變換的時(shí)-頻譜的分辨率與頻率(即尺度)有關(guān),且與其Fourier譜保持直接的聯(lián)系，基本小波不必滿足容許性條件等[22])。然而常規(guī)S變換的窗函數(shù)是以固定的趨勢隨頻率變化，不能根據(jù)具體的需要進(jìn)行調(diào)整，在應(yīng)用中受到了一定地限制。

4) 人機(jī)界面友好。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、歷史報(bào)警查詢、參數(shù)變化查詢、報(bào)告查詢、儀表參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)趨勢、歷史趨勢、儀表高級診斷功能、運(yùn)行診斷、零點(diǎn)驗(yàn)證、零點(diǎn)標(biāo)定、智能儀表自校驗(yàn)(SMV)、大數(shù)據(jù)全生命周期診斷、安全管理、設(shè)備管理等。

調(diào)節(jié)廣義S變換的參數(shù)能夠獲得不同的時(shí)頻分辨率，在獲得較高的時(shí)間分辨率的同時(shí)，頻率分辨率會明顯降低，而且時(shí)頻譜中高頻能量異常突出，這是因?yàn)閺V義S變換的窗函數(shù)不能滿足能量歸一化條件。隨著頻率的增加，窗函數(shù)的幅值會迅速增大，對時(shí)頻分布的能量產(chǎn)生明顯的加權(quán)效應(yīng)，就會得到錯(cuò)誤的時(shí)頻譜能量分布特征。為解決這一問題，提出了窗函數(shù)能量歸一化的廣義S變換。

定義窗函數(shù)為[17]：

(1)

p(τ,f)=h(τ)e-i2πfτ

(2)

式中：窗函數(shù)的時(shí)間寬度隨著頻率f的增加而減?。沪佑糜诖_定窗函數(shù)的時(shí)間位置；p和λ分別是用于調(diào)節(jié)窗函數(shù)的時(shí)間延續(xù)度和衰減趨勢的參數(shù)。

信號h(t)的改進(jìn)廣義S變換表達(dá)式為：

p(τ,f)*w(τ,f)

調(diào)節(jié)廣義S變換的窗函數(shù)的時(shí)寬與頻率成反比變化，振幅值與頻率成正比變化，因此克服了小波基函數(shù)變化趨勢固定不變的缺陷，具有較高的適應(yīng)性和靈活性[17,23]。

為了對調(diào)節(jié)廣義S變換在時(shí)頻分析中的優(yōu)勢有更直觀地認(rèn)識，分別從合成地震記錄和實(shí)際地震數(shù)據(jù)兩方面對小波變換和廣義S變換的時(shí)頻譜進(jìn)行了對比分析(圖3、圖4)。圖3(b)是合成地震記錄的傅里葉振幅譜，頻譜的主頻在48 Hz附近；圖3(c)是廣義S變換的時(shí)頻譜，參數(shù)λ=1.0，p=2.0；圖3(d)是基于16點(diǎn)Morlet小波的小波變換時(shí)頻譜。圖4(a)是實(shí)際地震記錄；圖4(b)是實(shí)際地震記錄的傅里葉振幅譜，頻譜的主頻在48 Hz附近；圖4(c)是廣義S變換的時(shí)頻譜，參數(shù)λ=1.0，p=2.0；圖4(d)是基于16點(diǎn)Morlet小波的小波變換時(shí)頻譜。通過對比圖3和圖4可見，基于小波變換的時(shí)頻譜，頻率分辨率較高，但時(shí)間分辨率較低，而廣義S變換時(shí)頻譜與之比較，時(shí)間分辨率明顯提高，分辨率也相對較好，對細(xì)節(jié)的分辨能力更強(qiáng)。

圖3 合成地震記錄不同時(shí)頻譜的對比Fig.3 Comparison of different time - frequency spectra of synthetic seismic records(a)合成地震記錄；(b)傅里葉振幅譜；(c)小波變換時(shí)頻譜；(d)廣義S變換的時(shí)頻譜

圖4 實(shí)際地震記錄的不同時(shí)頻譜對比Fig.4 Comparison of different time - frequency spectra of real seismic records(a)實(shí)際地震記錄；(b)傅里葉振幅譜；(c)小波變換時(shí)頻譜；(d)廣義S變換時(shí)頻譜

2 應(yīng)用實(shí)例

Q油田含油層段在縱向上相對集中，主要分布在新近系的明化鎮(zhèn)組和館陶組，時(shí)間段分別為950 ms～1 300 ms,1 300 ms～1 400 ms。其中950 ms～1 300 ms范圍(相當(dāng)于工區(qū)內(nèi)的明化鎮(zhèn)組)的頻譜圖(圖5)，頻帶寬度為20 Hz～90 Hz，主頻約60 Hz，該地區(qū)地層平均層速度2 450 m/s,根據(jù)1/4波長分辨原理，地震資料垂向分辨率約為7 m?？傮w而言，油田區(qū)含油層段地震資料的信噪比較高，地震同相軸比較連續(xù)，各層系波組特征清楚，層間反射信息豐富，地震偏移成像效果較好，構(gòu)造特征清晰，斷點(diǎn)表現(xiàn)清楚，滿足構(gòu)造解釋和儲層研究的需要。

圖5 Q油田地震資料頻譜分析Fig.5 Spectrum analysis of seismic data in Q oilfield(a)地震剖面；(b)頻譜分析

圖6 含油層頻譜時(shí)頻分析圖Fig.6 Time - frequency spectrum of oil - bearing layer in Q oilfield(a)Q1井旁道時(shí)頻譜；(b)Q2井旁道時(shí)頻譜；(c)Q1井頻譜分析；(d)Q2井頻譜分析

油田西區(qū)X砂體通過已鉆開發(fā)井過路發(fā)現(xiàn)部分潛力。為了對該潛力區(qū)域的含油氣性進(jìn)行落實(shí)，利用三維地震保幅疊加偏移剖面，以及測井、地質(zhì)、試油等資料，在對目的層進(jìn)行精細(xì)解釋和利用疊后波阻抗反演進(jìn)行儲層預(yù)測的基礎(chǔ)上，采用基于地震波吸收衰減技術(shù)的疊后地震油氣檢測。對含油氣有利區(qū)域進(jìn)行了預(yù)測，最后在該成果的指導(dǎo)下，成功地指導(dǎo)了目標(biāo)區(qū)開發(fā)井的隨鉆跟蹤工作。

首先從工區(qū)內(nèi)兩口探井Q1、Q2井的鉆井出發(fā)，結(jié)合疊后地震資料進(jìn)行時(shí)頻分析，結(jié)果顯示：①本區(qū)油層頻率異?，F(xiàn)象明顯，主要表現(xiàn)低頻增加，高頻衰減快；②從頻譜能量上看，油層10 Hz～60 Hz低頻能量增強(qiáng)，油、水層區(qū)別大(圖6)。通過對井上的油氣層的高低頻頻率、振幅以及能量等參數(shù)進(jìn)行分析后，我們得出，研究區(qū)內(nèi)油氣層的低頻增加現(xiàn)象較為明顯，可以作為區(qū)別油氣層與非油氣層的重要參數(shù)。

基于上述分析，對工區(qū)的潛力砂體西區(qū)X砂體進(jìn)行基于廣義S變換的低頻異常梯度檢測，對有利油氣區(qū)域進(jìn)行了預(yù)測(圖7)。

為了驗(yàn)證其正確性，從已鉆井的情況來對低頻異常梯度揭示的油氣響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。首先從儲層預(yù)測的角度進(jìn)行分析，從反演和常規(guī)地震屬性剖面上看(圖8(a)、圖8(c))，Q3儲層響應(yīng)特征明顯，存在油氣的可能性比較大；Q4井平面屬性顯示水平段位于砂體邊部，物性可能會變差，反演反映為差儲層響應(yīng)。但從疊后低頻異常梯度剖面及切片上(圖8(b)、圖8(d))油氣響應(yīng)特征與反演相反，Q3水平段低頻異常響應(yīng)很弱，為水層或泥巖，Q4水平段低頻異常梯度響應(yīng)明顯，存在油氣的可能性非常大。最終實(shí)鉆結(jié)果與低頻異常梯度的解釋情況幾乎完全一致。該套技術(shù)最終指導(dǎo)油田西區(qū)X砂體新增儲量235×104t。

同時(shí)，利用低頻異常梯度檢測結(jié)果，對工區(qū)內(nèi)另外一口水平井W1的隨鉆跟蹤進(jìn)行指導(dǎo)?？梢钥闯霪B后烴類檢測結(jié)果顯示(圖9)，W1井水平段處低頻異常梯度變化較大，低頻增加現(xiàn)象明顯，存在油氣的可能性很大，但末端異常變小，油氣響應(yīng)變?nèi)酢?/p>

最終鉆井資料顯示，W1井鉆遇有工業(yè)價(jià)值的油流。實(shí)鉆水平段長度299 m，其中鉆遇優(yōu)質(zhì)儲層268.4 m，差油層30.6 m(圖10)，預(yù)測結(jié)果與鉆井實(shí)際情況高度吻合。投產(chǎn)初期產(chǎn)油量90 m3/d，遠(yuǎn)超初期配產(chǎn)的55 m3/d，累計(jì)油氣產(chǎn)量超過了34 000 m3。

圖7 低頻異常梯度預(yù)測油氣有利區(qū)塊平面圖Fig.7 Prediction of oil favorable area by low frequency anomaly gradient

圖8 連井剖面上的地震反演與低頻異常梯度檢測結(jié)果對比圖Fig.8 Comparison of hydrocarbon detection between seismic inversion and low frequency anomaly gradient(LFG)(a)地震波阻抗反演連井剖面；(b)低頻異常梯度(LFG)連井剖面；(c)常規(guī)平面地震振幅屬性；(d)低頻異常梯度(LFG)切片

圖9 W1過井 LFG低頻異常剖面圖Fig.9 Low frequency abnormal(LFG) profile of well W1

圖10 W1水平段實(shí)鉆結(jié)果Fig.10 The real-drilled horizontal section results of well W1

3 結(jié)論

通過理論的分析和實(shí)際資料應(yīng)用，初步形成以下幾點(diǎn)認(rèn)識和結(jié)論：

1) 從本區(qū)探井的油水層的井震時(shí)頻譜特征分析來看，油水層在10 Hz～60 Hz部分的低頻增加現(xiàn)象比高頻80 Hz～120 Hz的吸收衰減現(xiàn)象更加易于區(qū)分。

2) 較疊前油氣檢測AVO技術(shù)及疊前地震反演，地震波低頻異常梯度(LFG)屬性油氣檢測更加快速，同時(shí)也能夠?qū)τ吞镂鲄^(qū)X砂體的含油性進(jìn)行比較準(zhǔn)確地識別，對油田該潛力砂體的含油性預(yù)測及井位部署起著重要指示作用。

3) 利用油氣的低頻增加特點(diǎn)來進(jìn)行疊后油氣檢測，從一個(gè)全新的角度進(jìn)行烴類檢測研究，雖然在實(shí)際地震資料處理過程中，地震的低頻部分會受到削弱或人為破壞造成烴類檢測結(jié)果與實(shí)際不符，但這無疑為今后進(jìn)行烴類檢測工作提供了新的思路。

筆者有針對性的將地震波吸收衰減中的“低頻增加異?！崩碚搼?yīng)用到油田潛力砂體的含油性檢測和水平井的調(diào)整實(shí)施，取得了較好的應(yīng)用效果,為油田的下一步調(diào)整方案的部署具有重要的指導(dǎo)意義。

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ApplicationoflowfrequencyabnormalseismicattributeanalysisforhydrocarbonidentificationinBohaiQoilfield

ZHANG Pengzhi, CHEN Huajing, YAN Tao, CHEN Wenxiong, TIAN Tao

(CNOOC (China) Co., Ltd. Tianjin Branch Bohai Petroleum Institute,Tianjin 300459,China)

The oil-bearing layers of Bohai Q oilfield is mainly developed in Minghuazhen and lower Guantao formation. In response to the rapid implementation of oil wells drilling and fine potential tapping, it needs to qualitatively evaluate the potential of the oil sands rapidly. For this reason, we conduct the research on predicting gas-bearing reservoirs by the seismic wave absorption and attenuation analysis techniques. This paper mainly expounds the basic principles and methods of seismic wave attenuation analysis, discusses the advance of the generalized S transform algorithm by spectrum analysis. By studying the main oil layers' spectrum analysis for the exploration wells, it shows the phenomenon of the low-frequency increases, the high-frequency attenuation and low-frequency increase more obvious in the oil reservoirs. With this understanding, this paper calculated the low-frequency increase gradient (LFG)in the potential region based on the use of the generalized S transform, and give a comprehensive prediction for the potential hydrocarbon zones. According to the comparison between the predictions and drilling results, it has a high compliance rate. At the same time, the application of the technology also guided the efficient implementation of the subsequent horizontal wells.

absorption and attenuation; generalized S transform; low-frequency abnormal gradient; hydrocarbon

2016-11-19 改回日期： 2017-01-23

科技重大專項(xiàng)(2011ZX05024-002-007)

張鵬志(1986-)，男，碩士，物探工程師，從事油田儲層預(yù)測研究工作，E-mail：zhangpz5566@163.com。

1001-1749(2017)06-0816-09

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2017.06.15