曙光地區(qū)杜家臺(tái)油層薄砂巖高精度預(yù)測(cè)

陳 昌，金 科，雷文文，王 衡，郭 峰，錢麗欣，秦喜春

(中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤(pán)錦 124010)

0 引 言

目前主流的地震反演技術(shù)包括稀疏脈沖反演、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演以及地震波形指示反演等。稀疏脈沖反演是基于脈沖反褶積基礎(chǔ)上的遞推反演方法，此方法能夠建立一個(gè)寬頻模型，但是算法只要求模型匹配地震數(shù)據(jù)，分辨率與地震資料基本相當(dāng)，縱向分辨率低，難以滿足薄砂巖油層預(yù)測(cè)的需求[1-2]。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演可以獲得高分辨率的反演結(jié)果[3]，但是其高頻成分來(lái)自隨機(jī)模擬，反演結(jié)果與地震趨勢(shì)吻合程度低，預(yù)測(cè)性較差[4]，同時(shí)對(duì)參與反演井的數(shù)量有較高的要求，少井情況下模擬結(jié)果往往與地質(zhì)規(guī)律吻合較差[5]。地震波形指示反演是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的薄層高分辨率反演技術(shù)[6]。研究發(fā)現(xiàn)，相似的地震波形直接反映其相似的波阻抗特征，間接反映其相似的電(巖)性特征，利用地震波形橫向相似性驅(qū)動(dòng)測(cè)井高頻信息，通過(guò)地震波形高效動(dòng)態(tài)聚類，建立地震波形結(jié)構(gòu)與高頻測(cè)井曲線結(jié)構(gòu)的映射關(guān)系。從井上提取的高頻信息不再是隨機(jī)高頻成分，而是基于地震波形約束的確定性高頻成分，提高了反演結(jié)果的縱向分辨率和橫向分辨率[7]。同時(shí)，地震波形指示模擬也利用地震波形橫向變化代替了變差函數(shù)，構(gòu)建了不同地震相類型的貝葉斯反演框架，實(shí)現(xiàn)了真正的相控反演，在薄層預(yù)測(cè)中取得了良好的效果[8]?；谝陨戏治?，地震波形指示模擬是解決陸相薄互層預(yù)測(cè)最有效的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)，因此，此次研究?jī)?yōu)選地震波形指示模擬方法開(kāi)展目標(biāo)區(qū)薄砂巖預(yù)測(cè)。

1 勘探目標(biāo)區(qū)概況

曙光地區(qū)古近系沙河街組沙四段杜家臺(tái)油層位于遼河西部凹陷西斜坡南段(圖1)[9]，北起曙112井區(qū)，南至齊12井區(qū)，東起興隆臺(tái)構(gòu)造帶西側(cè)，西至沙四段尖滅線，面積約為400 km2。古近系沙四段沉積時(shí)期，西斜坡發(fā)育了較大規(guī)模的扇三角洲沉積體系[10]，扇三角洲前緣—前扇三角洲沉積的薄層砂體發(fā)育，多口探井在薄砂層鉆遇良好油氣顯示，其中，杜309、杜古106等井在薄層砂巖中獲高產(chǎn)油氣流，證實(shí)了該區(qū)薄層砂巖的勘探潛力。但目前薄砂巖預(yù)測(cè)精度低，難以有效刻畫(huà)薄砂巖分布特征，在很大程度上制約了該區(qū)勘探開(kāi)發(fā)的深入。

圖1 研究區(qū)位置(據(jù)文獻(xiàn)[1]修改)

2 地震波形指示模擬效果分析

2.1 儲(chǔ)層特征分析

杜家臺(tái)油層沉積時(shí)期發(fā)育典型的扇三角洲沉積體系，主要發(fā)育水下分支流河道、分支流河道間、河口砂壩與席狀砂等微相。其中，水下分支流河道砂體和河口壩砂體面積大、儲(chǔ)層物性好，為油氣聚集提供了良好的儲(chǔ)集空間。從近似垂直物源方向的過(guò)曙102—曙56—曙100—曙66井杜一段和杜二段的連井砂體對(duì)比剖面可以看出(圖2，黃色代表砂巖)，杜一段和杜二段砂體累計(jì)厚度整體較薄，為28.8～34.3 m；從測(cè)井曲線對(duì)比特征上看，不同井之間砂體形態(tài)差異較大，砂體之間相互不連通，符合遠(yuǎn)端河口壩或席狀砂特征。縱向上，杜二段砂體累計(jì)厚度為24.2～33.5 m，杜一段砂體累計(jì)厚度為0.0～5.4 m，從杜二段到杜一段砂體厚度整體減薄。杜二段砂體較為發(fā)育，是杜家臺(tái)油層的主力含油砂體，但單砂體厚度薄，92%的砂體厚度分布在3.0～8.0 m，呈現(xiàn)出明顯的薄互層特征。

圖2 過(guò)曙102—曙56—曙100—曙66井連井砂體對(duì)比剖面

地震反演的基礎(chǔ)是尋找能夠區(qū)分儲(chǔ)層的測(cè)井彈性參數(shù)，通常利用測(cè)井曲線和巖性解釋結(jié)論建立直方圖實(shí)現(xiàn)。綜合應(yīng)用多種曲線建立杜家臺(tái)油層巖性識(shí)別直方圖(圖3)。由圖3a可以看出，砂巖和泥巖高度重合，因此，波阻抗曲線無(wú)法區(qū)分砂巖和泥巖。SP曲線能夠較好區(qū)分砂巖和泥巖，砂巖的SP小于7 mV(圖3b)。因此，可以通過(guò)地震波形指示模擬技術(shù)模擬SP參數(shù)識(shí)別砂巖。

圖3 杜家臺(tái)油層巖性識(shí)別直方圖

2.2 地震波形特征分析

結(jié)合區(qū)域沉積相特征，選取杜125主力河道區(qū)塊的3個(gè)樣本井，沿杜二段頂面向下垂向提取1個(gè)波長(zhǎng)的地震波形，同時(shí)為其匹配長(zhǎng)度相同的波阻抗曲線(Imp)和SP曲線，建立地震波形-波阻抗曲線-SP曲線組合(圖4)。針對(duì)1個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)的波形和測(cè)井曲線進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)地震波形變化的信息，驗(yàn)證沉積環(huán)境的變化。

圖4 波形曲線對(duì)比

由研究區(qū)沉積相分布可知，A井和B井位于同一河道沉積相內(nèi)，通過(guò)單井地震波形-波阻抗組合對(duì)比分析表明，相似的沉積環(huán)境下，A井與B井具有相似的曲線旋回特征(組合結(jié)構(gòu))；相似的組合結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生相似的地震波形。因此，在同一相帶內(nèi)，地震波形-波阻抗曲線特征相似，其SP曲線特征也基本相似。而C井位于河道間內(nèi)，地震波形特征與A、B井波形特征均有不同，其波阻抗、SP曲線均不相似。

2.3 不同方法反演效果對(duì)比

由于杜家臺(tái)油層砂體薄、橫向變化快，同時(shí)受多期斷層影響，地震同相軸連續(xù)性較差、反射特征橫向變化大。研究區(qū)三維地震數(shù)據(jù)主頻約為25 Hz，杜家臺(tái)油層速度約為3 200 m/s，按照地震資料1/4波長(zhǎng)的分辨率極限計(jì)算，地震資料可識(shí)別的最小砂體厚度為32.0 m。圖5為過(guò)曙102—曙56—曙100—曙66井連井地震特征和反演效果分析圖，圖中黑色曲線為SP曲線，紅色代表解釋結(jié)論為

圖5 過(guò)曙102—曙56—曙100—曙66井連井地震特征和反演效果分析

砂體。由圖5a可以看出，地震資料顯然無(wú)法識(shí)別杜家臺(tái)油層3.0～8.0 m的薄砂巖。利用三維地震資料和波阻抗曲線開(kāi)展稀疏脈沖反演，從得到的波阻抗剖面上圖5b可以看出，利用三維地震資料和波阻抗曲線開(kāi)展的稀疏脈沖反演結(jié)果分辨率與地震剖面相當(dāng)，仍無(wú)法分辨出杜家臺(tái)油層的薄砂巖。利用地震波形指示模擬技術(shù)開(kāi)展SP參數(shù)模擬，得到了高分辨率的SP模擬結(jié)果(圖5c)。由圖5c可以看出，相比于稀疏脈沖反演結(jié)果，地震波形指示模擬結(jié)果分辨率大幅提高，能夠清晰識(shí)別出杜二段和杜一段的薄砂巖，且不同井之間砂體互相不連通，呈現(xiàn)出孤立的透鏡狀單砂體特征，符合遠(yuǎn)端河口壩或席狀砂的特征。

為了進(jìn)一步定量論證波形指示模擬的精度，分別從稀疏脈沖反演波阻抗數(shù)據(jù)體和波形指示模擬SP數(shù)據(jù)體上提取曲線(以曙56井為例)。為了便于和反演結(jié)果對(duì)比，實(shí)際測(cè)井曲線以2 m采樣進(jìn)行了濾波，并利用圖2進(jìn)行巖性解釋。如圖6所示(圖中紅色砂體代表砂巖)，第3道為實(shí)際波阻抗曲

圖6 稀疏脈沖反演與波形指示反演精度對(duì)比

線和稀疏脈沖反演波阻抗曲線，兩者相關(guān)系數(shù)為0.251，第4道為實(shí)際SP曲線和利用波形指示模擬得到的SP曲線，兩者相關(guān)系數(shù)為0.815。由圖6可以看出，稀疏脈沖反演結(jié)果與測(cè)井解釋巖性吻合度低，可識(shí)別的最薄砂巖厚度為16.0 m，而波形指示模擬SP解釋的巖性與測(cè)井解釋巖性吻合度高，可識(shí)別的最薄砂巖厚度為3.0 m。通過(guò)以上分析可知，波形指示模擬結(jié)果無(wú)論是吻合率還是反演精度都遠(yuǎn)高于稀疏脈沖反演。

3 砂體分布特征

根據(jù)前人研究結(jié)果[9-11]，可將杜家臺(tái)油層縱向上劃分為3個(gè)砂層組，自上而下分別為杜三段、杜二段和杜一段?？v向上表現(xiàn)為中、細(xì)砂巖與泥巖互層沉積，河道部位含砂率高，砂泥巖分異性變好；橫向上單砂層延伸不遠(yuǎn)，多套砂體可迭合連片。

杜三段位于杜家臺(tái)油層底部，其下為高升油層或直接與潛山地層接觸。底部主要為特殊巖性段，上部為砂泥巖互層。在沉積早期，受古地貌及潛山隆起影響，水體只漫到斜坡較低部位，砂體沉積較少，僅在局部較深地區(qū)有沉積，且潛山上地層基本都被剝蝕。

杜二段以砂巖為主，夾薄層泥巖，是杜家臺(tái)油層主要的含油層系；砂巖厚度較大，一般大于20.0 m，分布穩(wěn)定、范圍廣。砂體的展布明顯受古地貌形態(tài)和沉積相展布所控制，表現(xiàn)為西北高部位及潛山間低部位的分支流河道發(fā)育區(qū)砂體較厚，含油性較好，局部砂地比達(dá)到70%，河道由北西—東南向斜坡和潛山方向的河間高地減薄、尖滅，砂地比逐漸降低。在分支流河道向湖盆方向延伸的前緣地帶，地形變得寬緩、開(kāi)闊，水體呈扇形散開(kāi)，為河口壩和席狀砂微相薄砂巖的主要分布區(qū)，砂地比降至30%～40%，存在杜130—杜144、杜300—曙100、曙66—曙古19—曙175井區(qū)3個(gè)砂體厚度中心(圖7)，砂體累計(jì)厚度超過(guò)40.0 m，3個(gè)區(qū)帶面積合計(jì)為26.0 km2。

圖7 曙光地區(qū)杜家臺(tái)油層杜二段砂地比

杜一段以砂泥巖為主，相對(duì)杜二段砂體范圍縮小，且厚度變化較杜二段大，河道明顯變窄。砂體的展布同樣受古地貌形態(tài)和沉積相展布所控制，表現(xiàn)為低部位的分支流河道發(fā)育區(qū)砂體較厚，向著斜坡和潛山方向的河間高地減薄、尖滅。向湖盆方向延伸的前緣地帶，水體散開(kāi)，為薄砂體的主要分布區(qū)，厚度最大。在前緣地帶的杜124-杜130、杜144井區(qū)存在2個(gè)厚度中心，砂體厚度超過(guò)30 m，2個(gè)區(qū)帶合計(jì)面積為15.6 km2。

杜家臺(tái)油層砂體分布特征決定了該油層具有形成多層次、廣泛分布的巖性油氣藏的地質(zhì)條件，砂巖透鏡體油氣藏和上傾尖滅油氣藏是最主要的巖性油氣藏類型[11]。其中，形成砂巖透鏡體油氣藏的主要砂體類型為河道砂、分支流河道砂、扇三角洲前緣的河口壩砂及席狀砂，特別是杜130—杜144、杜300—曙100、曙66—曙古19—曙175井區(qū)的3個(gè)扇三角洲前緣河口壩及席狀砂砂體厚度均比較大，同時(shí)被沙四段優(yōu)質(zhì)烴源巖包裹，生儲(chǔ)蓋條件優(yōu)越，是曙光地區(qū)杜家臺(tái)油層巖性油氣藏勘探的最有利區(qū)域。

根據(jù)波形指示薄層高精度預(yù)測(cè)的成果，在研究區(qū)內(nèi)部署了2口探井——杜古106、杜309。均有較好的油氣顯示。其中，杜309井杜二段頂部預(yù)測(cè)多套薄層砂體，試油(3 232～3 283 m)效果較好，折算日產(chǎn)油為52.78 m3/d，揭示了區(qū)域內(nèi)薄層砂體良好的油氣前景。

4 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

(1) 地震波形指示模擬及反演結(jié)果表明，曙光地區(qū)杜家臺(tái)油層發(fā)育典型的薄互層砂體，常規(guī)的稀疏脈沖反演技術(shù)無(wú)法識(shí)別杜家臺(tái)油層薄互層砂體，而地震波形指示模擬結(jié)果對(duì)杜家臺(tái)油層的識(shí)別精度達(dá)到3.0～8.0 m，反演吻合率達(dá)到81.5%。

(2) 曙光地區(qū)杜130—杜144、杜300—曙100、曙66—曙古19—曙175井區(qū)3個(gè)扇三角洲前緣河口壩和席狀砂微相薄砂巖發(fā)育區(qū)，面積合計(jì)為26.0 km2，發(fā)育巖性油氣藏的生儲(chǔ)蓋條件優(yōu)越，為曙光地區(qū)杜家臺(tái)油層巖性油氣藏的有利勘探區(qū)帶。

(3) 地震波形指示模擬技術(shù)解決了曙光地區(qū)薄儲(chǔ)層砂巖的預(yù)測(cè)精度，可以進(jìn)一步推廣到遼河坳陷以及其他地區(qū)的薄砂巖預(yù)測(cè)。因此，該方法具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和重要的現(xiàn)實(shí)意義。