單河道砂體地震響應(yīng)特征及精細(xì)描述
——以渤海灣盆地A油田為例

田 濤,李 久,唐何兵,王 波

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司,天津 300452)

0 引言

近年來渤海灣盆地渤海油田一舉成為中國最大的海上油田，也是繼長慶、大慶之后中國的第三大油田。目前渤海油田有三分之二的探明儲(chǔ)量分布在新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組河流相儲(chǔ)層中，由于河流頻繁的遷移改道、河流相儲(chǔ)層的非均質(zhì)性極強(qiáng)[1-2]，因此準(zhǔn)確預(yù)測有效儲(chǔ)層的發(fā)育范圍甚至儲(chǔ)層內(nèi)部的隔夾層，成為開發(fā)人員面臨的一大難題。一方面要預(yù)測出沉積體的展布規(guī)模和分布范圍，從而準(zhǔn)確計(jì)算儲(chǔ)量規(guī)模；另一方面要預(yù)測出儲(chǔ)層物性的橫向變化規(guī)律甚至隔夾層的展布范圍，從而制定合理高效的開發(fā)方案。

經(jīng)過多年的勘探開發(fā)，渤海油田已經(jīng)形成了一套比較完善的河流相砂體描述技術(shù)和儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測方法，通過疊后反演、90°相移、道積分等技術(shù)可以準(zhǔn)確刻畫河流相儲(chǔ)層的空間展布規(guī)律，但對于尺度小的單河道砂體或河道內(nèi)部非均質(zhì)體的識(shí)別與描述還存在一定的難度。筆者基于前人單河道砂體研究的基礎(chǔ)上[3-5]，首先明確了單河道砂體識(shí)別的主要標(biāo)志，其次建立了相應(yīng)的地質(zhì)模型并對地質(zhì)模型進(jìn)行正演模擬，然后根據(jù)地震相以及地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果進(jìn)行單河道砂體的劃分，最后采用油藏生產(chǎn)動(dòng)態(tài)及巖石物理資料驗(yàn)證并修正劃分結(jié)果(圖1)。

圖1 單河道砂體研究流程圖Fig.1 Research flow chart of single channel sand bodies

1 河道砂體的主要標(biāo)志

根據(jù)曲流河的沉積特點(diǎn)和演變規(guī)律，河道沉積微相主要有主河道、決口扇、決口水道、天然堤、廢棄河道、河漫灘等。不同沉積微相中沉積體的規(guī)模和類型具有較大的差異，因此準(zhǔn)確預(yù)測河道沉積微相是識(shí)別單一河道的關(guān)鍵所在，通過識(shí)別砂體類型和主河道的側(cè)向疊置關(guān)系實(shí)現(xiàn)單河道砂體的精細(xì)劃分，主要?jiǎng)澐至艘韵聨追N模式[6-7]：

1)河道砂體頂面高程差異。雖然都屬于河道型沉積，但是受各自沉積古地形、沉積能量的差別及河流改道或廢棄時(shí)間差異的影響,晚期河道與早期河道會(huì)出現(xiàn)明顯的差異(圖2(a))。當(dāng)兩個(gè)河道在側(cè)向上具有一定的疊置時(shí)差異更加明顯，深度較淺的晚期河道往往對早期河道具有一定的切割作用，因此通過切疊關(guān)系與河道砂體發(fā)育時(shí)間的橫向變化可以非常有效識(shí)別出單河道砂體。

2)主河道砂體厚度差異。同一河道的砂體在橫向上應(yīng)當(dāng)具有相近的厚度，但不同河道的分流能力受到水動(dòng)力條件、古地形、物源供給等很多因素的影響，這些因素的綜合作用導(dǎo)致了不同河道砂體在沉積厚度上具有一定的差異(圖2(b))。因此，河道厚度上的差異很可能就是不同河道單元的指示，可以作為單河道砂體邊界識(shí)別的標(biāo)志。

3)不連續(xù)河道間。大面積連片分布的砂體往往是多條河道或同一河道不斷側(cè)向遷移擺動(dòng)的結(jié)果，在河道遷移和擺動(dòng)過程中出現(xiàn)的分叉和改道現(xiàn)象將留下河道間沉積物的蹤跡(圖2(c))，從已鉆井來看不連續(xù)河道間主要表現(xiàn)為泥巖夾薄層粉砂巖的特征。因此沿河道縱向上不連續(xù)分布的河間砂體存在代表了兩條單一河道的存在，可以作為典型的單一河道分界標(biāo)志。

4)廢棄河道。在泛濫平原上，每次洪水事件河曲外側(cè)的凹岸產(chǎn)生掏蝕、河曲內(nèi)側(cè)凸岸發(fā)生沉積，曲流河發(fā)生側(cè)向遷移。每遷移一次都形成一個(gè)具有儲(chǔ)集能力的側(cè)積體，洪水周期性的發(fā)生，側(cè)積作用不斷進(jìn)行，河灣曲率逐漸增加，河道長度不斷增大，在某一次洪水期，發(fā)生截彎取直。原河道形成廢棄河道沉積，廢棄河道代表一個(gè)點(diǎn)壩的結(jié)束，廢棄河道中的沉積以泥或粉砂為主，因此也是單河道砂體邊界識(shí)別的重要標(biāo)志(圖2(d))。另外在測井資料上廢棄河道也有兩種類型：①突棄型；②漸棄型。突棄型廢棄河道測井曲線表現(xiàn)為底部自然電位和自然伽馬曲線呈箱形或鐘形；漸棄型廢棄河道底部測井曲線和突進(jìn)型基本相同，上部廢棄河道充填部位則表現(xiàn)為齒狀，反映砂泥交互充填。

圖2 單河道砂體側(cè)向疊置的典型標(biāo)志Fig.2 Typical indicators of lateral overlay of single channel sand bodies(a)河道砂體頂面層位高程差異;(b)河道砂體厚度差異;(c)不連續(xù)河道間;(d)廢棄河道

2 地震響應(yīng)特征分析

根據(jù)單河道砂體識(shí)別的幾個(gè)典型的標(biāo)志分別建立曲流河邊界識(shí)別的地質(zhì)模型，并對模型進(jìn)行正演分析，通過正演分析明確了不同典型標(biāo)志下單河道砂體的地震反射特征，從而更好地指導(dǎo)地震資料上單河道砂體的識(shí)別。根據(jù)本油田的實(shí)鉆井情況，對明化鎮(zhèn)組的泥巖和砂巖的速度和密度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，泥巖的縱波速度為2 400 m/s、密度為2.2 g/cm3，砂巖的速度為2 200 m/s、密度為2 g/cm3,以下各模型均采用此參數(shù)完成正演。

2.1 不同期次砂體地震反射特征

根據(jù)上面所介紹的模式建立了正演模型(圖3)，模型中的兩個(gè)河道砂體厚度基本一致，晚期河道的厚度為12 m，早期河道的厚度為10 m，但頂面深度相差5 m，兩個(gè)河道在橫向上具有一定的疊置區(qū)域。選取50 Hz雷克子波對其進(jìn)行正演分析，從正演的結(jié)果來看，早期河道與晚期河道的地震響應(yīng)基本一致，但早期河道的反射時(shí)間較晚期河道要長，在砂體疊置區(qū)域出現(xiàn)振幅減弱、頻率降低甚至復(fù)波的現(xiàn)象。因此我們可以通過地震反射時(shí)間的差異來判斷兩期砂體的存在，同時(shí)根據(jù)地震反射波是否出現(xiàn)振幅減弱或頻率降低等變化判斷砂體的疊置區(qū)域。

圖3 不同期次砂體地震反射特征Fig.3 Seismic reflection characteristics of sand body in different periods

2.2 不同厚度河道砂體地震反射特征

模型中(圖4)兩個(gè)主河道的厚度具有較大差異，主河道1的厚度為6 m，主河道2的厚度為12 m，兩個(gè)河道在邊部具有一定的疊置區(qū)域。選取50 Hz雷克子波對其進(jìn)行正演分析，從正演的結(jié)果看，兩個(gè)河道的地震反射特征較為相似，河道的頂面反射時(shí)間和反射強(qiáng)度基本一致，但較薄的主河道1的地震反射頻率相對較高，而較厚的主河道2的地震反射頻率較低，在兩個(gè)河道疊置區(qū)域振幅變化較小、砂底具有明顯的上凸特征。因此，可以通過地震同向軸的“胖瘦”以及反射層位底面的變化，定性地判斷單河道砂體的發(fā)育范圍。

圖4 不同厚度砂體地震反射特征Fig.4 Seismic reflection characteristics of sand body with different thickness

2.3 不連續(xù)河道間地震反射特征

模型中(圖5)兩個(gè)主河道的砂體厚度為8 m，橫向上具有一定的距離，在兩個(gè)河道之間為粒度較小的不連續(xù)河道間砂體。選取50 Hz的雷克子波對其進(jìn)行正演模擬可以看到，兩個(gè)主河道具有較強(qiáng)的反射能量，主河道邊部反射能量減弱，不連續(xù)河道間處振幅較弱、產(chǎn)狀下拉，地震資料上可以有效的區(qū)分出兩個(gè)河道砂體。

圖5 不連續(xù)河道間地震反射特征Fig.5 Seismic reflection characteristics between discontinuous channels

2.4廢棄河道地震反射特征

模型中(圖6)主河道1和主河道2的厚度均為8 m，兩個(gè)主河道橫向上不直接接觸，在河道之間存在著廢棄河道。選取50 Hz的雷克子波對其進(jìn)行正演模擬可以看到，兩個(gè)主河道的地震反射能量較強(qiáng)且反射特征總體一致。在廢棄河道處地震波出現(xiàn)振幅減弱、頻率升高的現(xiàn)象。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，這種模式下兩個(gè)主河道是否連通仍然具有較大的多解性，但通過地質(zhì)模式和地震響應(yīng)特征的指導(dǎo)，可以將兩個(gè)河道的邊界定性的刻畫出來，為砂體連通性以及河道進(jìn)一步解剖提供借鑒。

圖6 廢棄河道地震反射特征Fig.6 Seismic reflection characteristics of abandoned rivers

3 單河道的識(shí)別及應(yīng)用效果

根據(jù)單河道砂體的地震響應(yīng)特征、沿層切片并結(jié)合已鉆井資料，可以大致地刻畫單河道砂體的展布規(guī)模，但沿層切片上河道的寬度與選取的色標(biāo)具有較大的人為因素。為了降低人為因素的影響，本次研究將單河道砂體的地震響應(yīng)特征、地層切片以及地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)手段結(jié)合起來，共同完成單河道砂體的識(shí)別。

3.1 單河道砂體規(guī)模的確定

前人研究成果表明，高彎度曲流河的深度、寬度以及點(diǎn)壩規(guī)模具有一定的定量關(guān)系。Leader[8]對河道的寬度和厚度的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，提出了著名的Leader公式：logw=1.54logh+0.83(w為河流滿岸寬度,h為河流滿岸深度)；Lorenz[9-11]在研究單一曲流帶寬度與滿岸河道寬度關(guān)系時(shí),得出以下的關(guān)系式L=7.44w1.01(L為單一曲流帶長度,w為河流滿岸寬度)。應(yīng)用公式計(jì)算出來的值不可能很精確，但是數(shù)量級(jí)沒有問題，可以在對比過程中把握砂體的大體規(guī)模輔助進(jìn)行單河道砂體的劃分。

3.2 應(yīng)用

通過上面介紹的方法，針對A油田明化鎮(zhèn)2號(hào)砂體開展了針對性的研究工作。首先通過地層切片技術(shù)將復(fù)合砂體進(jìn)行定位，并在其指導(dǎo)下開展砂體發(fā)育范圍的精細(xì)刻畫。精細(xì)地層切片可以將復(fù)合砂體的整體范圍刻畫出來，在此基礎(chǔ)上可以對單河道開展進(jìn)一步精細(xì)研究；其次根據(jù)單河道砂體的地震響應(yīng)特征對復(fù)合砂體中河道疊置區(qū)域進(jìn)行識(shí)別和劃分，如圖7所示粉色河道的頂面反射時(shí)間要明顯小于黑色河道，因此粉色河道的發(fā)育時(shí)間較晚，對黑色河道具有一定的切割作用，因此應(yīng)為不同期次砂體橫向疊置的模式。同樣C15井南側(cè)表現(xiàn)為兩個(gè)獨(dú)立的強(qiáng)反射之間反射能量變?nèi)躅l率升高的現(xiàn)象，且強(qiáng)地震軸表現(xiàn)為“一胖”、“一廋”，因此應(yīng)為不同厚度河道砂體側(cè)向疊置的模式；然后通過地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律計(jì)算點(diǎn)壩的發(fā)育范圍，圖7中C13井右側(cè)的點(diǎn)壩，根據(jù)已鉆井的厚度預(yù)測該點(diǎn)壩的滿岸深度為7 m，從而計(jì)算出滿岸寬度約為135 m，點(diǎn)壩長度約為1 054 m；最后綜合參考地層切片、單河道砂體地震響應(yīng)特征以及地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律，劃分了若干個(gè)單河道砂體。

從劃分的結(jié)果來看，單河道砂體與已鉆井的物性參數(shù)具有較好的對應(yīng)關(guān)系，河道主體部位泥質(zhì)含量和滲透率等參數(shù)相近，河道邊部物性變差泥質(zhì)含量較重，孔隙度和滲透率變差。另外，已鉆井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)也充分說明了單河道砂體劃分的合理性，如果注水井位于單河道砂體邊部，則注采井組驅(qū)油效率偏低，注水能力受限，周邊生產(chǎn)井能量得不到有效補(bǔ)充。圖7(b)中C5井為一口注水井，從最新的劃分結(jié)果來看，該井位于主河道邊部，儲(chǔ)層的連通性較差，因此周邊生產(chǎn)井的能量得不到有效地補(bǔ)充，含水率普遍較低；如果注水井位于主河道砂體上，注水井的驅(qū)油效率較高，周邊井的生產(chǎn)效果較好，含水率也較高。圖7(b)中C15井也為一口注水井，該井正好位于主河道上，周邊井的能量都較為充足且含水率普遍較高。通過生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料可以較好地驗(yàn)證單河道砂體的劃分結(jié)果，并且根據(jù)動(dòng)態(tài)資料對河道砂體的劃分進(jìn)行調(diào)整。另外通過單河道砂體的劃分，可以有效指導(dǎo)砂體的井位部署，使注采井網(wǎng)更加合理，油田得到高效開發(fā)。

圖7 明化鎮(zhèn)2號(hào)砂體單河道劃分結(jié)果Fig.7 Single channel division of nm2 sand body(a)單河道劃分與滲透率泥質(zhì)含量的關(guān)系;(b)單河道劃分與含水率的關(guān)系

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

筆者通過多種技術(shù)的組合應(yīng)用成功劃分了單河道砂體，在A油田的剩余油挖潛中取得了較好的效果，主要有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

1)通過實(shí)地考察以及文獻(xiàn)調(diào)研明確了單河道砂體側(cè)向疊置的四種標(biāo)志：①河道砂體頂面高程差異;②主河道砂體厚度差異;③不連續(xù)河道間;④廢棄河道，為后續(xù)工作的展開提供借鑒。

2)識(shí)別單一河道砂體邊界的關(guān)鍵是建立正確的地質(zhì)模型，基于單河道砂體疊置的四種標(biāo)志,建立了河道間側(cè)向疊置關(guān)系的地質(zhì)模型,并在此基礎(chǔ)上開展正演模擬工作，有力指導(dǎo)了單河道砂體切割關(guān)系的分析和認(rèn)識(shí)。

3)以地震資料為基礎(chǔ)，緊密結(jié)合地質(zhì)-測井-油藏多個(gè)專業(yè)，驗(yàn)證并完善了單河道砂體的接觸關(guān)系和連通性認(rèn)識(shí)，為調(diào)整井部署和油田高效開發(fā)提供了有力的參考依據(jù)。

4)由于河道砂體極其復(fù)雜，地層切片、正演模擬、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)等靜態(tài)技術(shù)都存在較大的不確定性，實(shí)際工作中要不斷根據(jù)新的鉆探成果或生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料進(jìn)行修改和完善。