基于井震結(jié)合的儲(chǔ)層厚度定量預(yù)測(cè)方法

趙明珠

(大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

引 言

目前，大慶油田的勘探開發(fā)已至中后期，進(jìn)入剩余油精準(zhǔn)挖潛階段，砂體預(yù)測(cè)和刻畫精度不高是制約剩余油精準(zhǔn)挖潛的重要因素。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用地震沉積學(xué)的方法開展了面向勘探尺度的儲(chǔ)層精細(xì)解釋與預(yù)測(cè)[1-12]，而井震結(jié)合提高河道砂體預(yù)測(cè)精度方面的研究較少。本文以大慶長(zhǎng)垣油田中區(qū)西部為例，在面向開發(fā)尺度、井網(wǎng)密度較大(248口/km2，最小井距60 m)、地質(zhì)模式認(rèn)知程度較高的條件下，充分發(fā)揮井信息縱向分辨率高和地震資料橫向信息量大的優(yōu)勢(shì)，開展密井網(wǎng)條件下基于井震結(jié)合的儲(chǔ)層厚度定量預(yù)測(cè)方法研究，以提高河道砂體的預(yù)測(cè)精度。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于大慶長(zhǎng)垣中央坳陷區(qū)(圖1)，總面積為10.2 km2，構(gòu)造平緩，地層傾角1°～2°，區(qū)域內(nèi)斷層不發(fā)育，縱向上發(fā)育薩爾圖、葡萄花、高臺(tái)子3套含油層系，目的層段包括SⅠ、SⅡ、SⅢ、PⅠ、PⅡ、GⅠ、GⅡ、GⅢ、GⅣ這9個(gè)油層組，136個(gè)小層，150個(gè)沉積單元，薩、葡、高目的層總厚度在300～430 m，平均厚度為380 m，屬于河流—三角洲沉積。目前薩葡油層分為5套層系井網(wǎng)開采，即基礎(chǔ)井網(wǎng)、一次加密調(diào)整井網(wǎng)、二次加密調(diào)整井網(wǎng)、薩葡二類油層聚驅(qū)井網(wǎng)、薩葡三類油層“兩三結(jié)合”井網(wǎng)，共有油水井 1 441 口。該區(qū)塊地震資料為三維高分辨率覆蓋區(qū)，信噪比高，測(cè)網(wǎng)密度為10 m×10 m，地震采樣間隔為1 ms，資料品質(zhì)較好。近年來(lái)，該區(qū)塊主力油層開發(fā)已進(jìn)入高含水后期，常規(guī)油開發(fā)全部進(jìn)入精準(zhǔn)挖潛階段，以尋找高產(chǎn)量、高豐度、小規(guī)模油藏為主要目標(biāo)的思想逐漸被接受。中期西部多發(fā)育三角洲前緣相沉積，具有典型“泥包砂”特點(diǎn)的水下分流河道砂體發(fā)育，該類砂體規(guī)模小、厚度薄，相變快，導(dǎo)致儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，多數(shù)窄小河道砂體無(wú)井或只有單井控制，存在井網(wǎng)控制不住的剩余潛力區(qū)域，迫切需要精細(xì)刻畫水下分流河道走向和邊界，指導(dǎo)開發(fā)調(diào)整措施。

圖1 長(zhǎng)垣油田密井網(wǎng)區(qū)塊區(qū)域位置

2 地震屬性優(yōu)選與優(yōu)化

地震屬性分析是儲(chǔ)層地球物理研究中廣泛采用的一種較為成熟的方法，應(yīng)用效果顯著[13-16]。地震屬性分析技術(shù)的核心思想是從地震資料中最大限度地挖掘地質(zhì)信息，注重于利用地震資料橫向分辨率高的優(yōu)勢(shì)來(lái)彌補(bǔ)縱向分辨率不足,解決了油田開發(fā)中的許多實(shí)際問(wèn)題。由于地震屬性與儲(chǔ)層參數(shù)之間的關(guān)系十分復(fù)雜，不同地區(qū)、不同儲(chǔ)層特征的敏感地震屬性也不同，即使在同一區(qū)塊的不同層位，不同的砂、泥巖接觸關(guān)系對(duì)應(yīng)的敏感地震屬性也有差異。目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，能夠提取的地震屬性種類有幾十種甚至上百種，地震屬性之間的相關(guān)性差異造成優(yōu)選砂、泥巖敏感地震屬性的難度大、效率低。地震屬性平面上受鄰層信息干擾，導(dǎo)致河道砂體預(yù)測(cè)存在多解性，有必要開展地震屬性優(yōu)選與優(yōu)化技術(shù)研究，通過(guò)井震結(jié)合提高地震屬性優(yōu)選及優(yōu)化的精度和效率。

2.1 地震屬性分析優(yōu)選

地震屬性分析方法主要有3種:時(shí)間切片法、地層切片法和沿層切片法。時(shí)間切片是沿某一固定地震旅行時(shí)對(duì)地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行切片顯示。沿層切片是沿某一特定地質(zhì)反射界面追蹤地震同相軸所得的層位進(jìn)行切片。地層切片是以解釋的2個(gè)等時(shí)沉積界面為頂?shù)?，在地層的頂?shù)捉缑骈g按照厚度等比例內(nèi)插出一系列的層面，沿這些內(nèi)插出的層面逐一生成地震屬性切片，地層切片法更加合理而且更接近等時(shí)沉積界面。研究區(qū)地層沉積較穩(wěn)定，采用地層屬性切片法開展地震屬性分析，提取了振幅、頻率、相位等97種地震屬性。

針對(duì)屬性優(yōu)選存在的工作效率低、色標(biāo)調(diào)整要求高、依賴專家經(jīng)驗(yàn)等問(wèn)題，研究了井震相關(guān)性分析方法，確定地震屬性與儲(chǔ)層參數(shù)之間的關(guān)系。為了確切地表明兩個(gè)變量之間的相關(guān)程度，著名統(tǒng)計(jì)學(xué)家卡爾·皮爾遜設(shè)計(jì)了統(tǒng)計(jì)指標(biāo)——相關(guān)系數(shù)(Correlation coefficient)。相關(guān)系數(shù)是用以反映變量之間的相關(guān)關(guān)系密切程度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。相關(guān)系數(shù)是按積差方法計(jì)算，以兩變量與各自平均值的離差為基礎(chǔ)，通過(guò)兩個(gè)離差相乘來(lái)反映兩變量之間相關(guān)程度，著重研究線性的單相關(guān)系數(shù)[17]。據(jù)此建立了地震屬性與砂巖厚度相關(guān)性，研發(fā)了地震屬性自動(dòng)優(yōu)選方法和算法程序。將提取的上百種地震屬性與井點(diǎn)砂巖厚度進(jìn)行相關(guān)性分析，優(yōu)選能夠反映儲(chǔ)層地質(zhì)特征而且與已鉆井點(diǎn)處砂巖厚度相關(guān)性較高的地震屬性，相關(guān)系數(shù)

(1)

式中：x為井點(diǎn)地震屬性；y為井點(diǎn)砂巖厚度，m；N為已鉆井?dāng)?shù)，口。

地震屬性分析優(yōu)選包含3個(gè)步驟：

(1)地震-地質(zhì)層位標(biāo)定及標(biāo)志層追蹤。利用全區(qū)1 441口井聲波曲線進(jìn)行合成記錄精細(xì)制作，精細(xì)追蹤油層組級(jí)標(biāo)志層，逐井逐層進(jìn)行層位精細(xì)標(biāo)定和追蹤。

(2)沉積單元級(jí)等時(shí)地層格架建立。研究區(qū)地層沉積厚度變化較小，在時(shí)間域頂?shù)讟?biāo)志層控制下進(jìn)行等比例剖分，保證地震層位與地質(zhì)沉積單元的等時(shí)性，建立逼近沉積單元級(jí)的井震結(jié)合等時(shí)地層格架。

(3)地震屬性制作和優(yōu)選。在沉積單元級(jí)井震結(jié)合等時(shí)地層格架基礎(chǔ)上，首先完成上百種地震屬性的提取，然后利用井點(diǎn)鉆遇砂巖厚度與地震屬性振幅能量值進(jìn)行分析，確定不同地震屬性與井點(diǎn)砂巖厚度的相關(guān)系數(shù)r的大小，優(yōu)選相關(guān)系數(shù)高即井震匹配效果最好的地震屬性進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和刻畫(圖2)。

圖2 地震屬性優(yōu)選流程

應(yīng)用上述方法，完成了研究區(qū)目的層97種地震屬性提取與優(yōu)選，共優(yōu)選出相關(guān)系數(shù)r大于0.5的地震振幅屬性7種，其中，振幅差異屬性為0.53，總絕對(duì)值振幅屬性為0.56，均方根振幅屬性為0.57，最大波峰振幅屬性為0.63，最大波峰振幅屬性效果最好。

2.2 地震屬性優(yōu)化

根據(jù)上述地震屬性與儲(chǔ)層參數(shù)的關(guān)系，研發(fā)了地震屬性的平面可信度算法，劃分不同級(jí)別、賦以不同權(quán)重、分區(qū)擬合、局部?jī)?yōu)化，給出優(yōu)選后的地震屬性平面上不同位置的可信度，按照數(shù)值大小將區(qū)域劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)(表1)。Ⅰ級(jí)為高可信區(qū)域，振幅能量的變化能夠反映河道砂體邊界、規(guī)模、走向及組合關(guān)系；Ⅱ級(jí)為中可信區(qū)域，振幅能量的變化能夠反映河道砂體整體展布趨勢(shì)，局部邊界、規(guī)模、走向，但組合關(guān)系不清晰；Ⅲ級(jí)為低可信區(qū)域，振幅能量的變化不能反映河道砂體整體展布趨勢(shì)(圖3)，局部能夠反映河道砂體邊界和規(guī)模。

圖3 地震屬性平面自動(dòng)分區(qū)優(yōu)化效果

表1 地震屬性平面可信度分類

3 基于井震結(jié)合的儲(chǔ)層厚度定量預(yù)測(cè)方法

在地震屬性縱向上優(yōu)選和平面上優(yōu)化分級(jí)的基礎(chǔ)上，開展基于井震結(jié)合的儲(chǔ)層厚度定量預(yù)測(cè)方法研究。線性回歸算法具有運(yùn)算快、算法穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域中已有較為廣泛應(yīng)用，而多元線性回歸方法應(yīng)用最為廣泛[18-19]，但該方法在井震結(jié)合儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)方面研究的較少，利用已知井點(diǎn)井震關(guān)系建立多元回歸數(shù)學(xué)模型，定量預(yù)測(cè)無(wú)井鉆遇的窄小河道砂體厚度方面的研究更少。油田開發(fā)中后期，油田穩(wěn)產(chǎn)的迫切需求是增儲(chǔ)，增儲(chǔ)的目標(biāo)之一就是研究區(qū)井控程度低的內(nèi)前緣相窄小河道砂體。因此，筆者將多元線性回歸方法應(yīng)用到井震結(jié)合窄小河道砂體定量預(yù)測(cè)中，建立井-震儲(chǔ)層參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無(wú)井區(qū)窄小河道砂體厚度的定量預(yù)測(cè)，為針對(duì)窄小型河道砂體的井位部署提供了地質(zhì)依據(jù)。

3.1 基于多元線性回歸的儲(chǔ)層厚度定量預(yù)測(cè)

多元線性回歸方程的一般形式如下：

設(shè)因變量y與自變量x1,x2,…,xm有線性關(guān)系，那么建立y的m元線性回歸模型

y=β0+β1x1+…+βmxm+ξ。

(2)

其中，β0，β1，…，βm分別為回歸系數(shù)，ξ是隨機(jī)誤差。

對(duì)于井震結(jié)合儲(chǔ)層厚度定量預(yù)測(cè)的實(shí)際問(wèn)題,假設(shè)在地震剖面第k道的第i個(gè)樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的砂巖厚度為y,影響砂巖厚度的因素為x1,x2,…,xm,m個(gè)自變量因素x和因變量y的n組觀測(cè)值為(x1i,x2i,…,xmi,yi)(i=1,2,…n)。

基于多元線性回歸分析的井震結(jié)合儲(chǔ)層參數(shù)定量預(yù)測(cè)，是依據(jù)多元線性回歸的數(shù)學(xué)模型編寫程序，建立已優(yōu)選及優(yōu)化后地震屬性與已知井點(diǎn)儲(chǔ)層參數(shù)之間的線性函數(shù)關(guān)系，根據(jù)這些參數(shù)可以判斷出多元線性回歸分析的效果。包含以下步驟：

(1)井點(diǎn)屬性值的提取

在提取井點(diǎn)處的屬性值時(shí)，按照井點(diǎn)坐標(biāo)，采用最近四點(diǎn)反距離加權(quán)平均法提取，該方法能夠真實(shí)地反映井點(diǎn)處的屬性值。利用井點(diǎn)坐標(biāo)尋找最近四點(diǎn)的屬性值，并計(jì)算出這四點(diǎn)與井點(diǎn)之間的距離，即

(3)

其中：P為任意井點(diǎn)處振幅屬性值；A1、A2、A3、A4分別是距離P點(diǎn)最近4點(diǎn)振幅屬性值；H1、H2、H3、H4對(duì)應(yīng)為A1、A2、A3、A4距離P點(diǎn)距離，m。

可根據(jù)式(3)計(jì)算出井點(diǎn)處的屬性估計(jì)值，但要控制距離上限，若井點(diǎn)與屬性值點(diǎn)最小距離超過(guò)距離上限，說(shuō)明井點(diǎn)坐標(biāo)附近沒有屬性值，井在工區(qū)外部。通過(guò)以上手段可以避免引入工區(qū)之外的井，也可在一定程度上避免引入井坐標(biāo)的錯(cuò)誤。同時(shí)，要結(jié)合地震屬性平面分級(jí)結(jié)果設(shè)置不同級(jí)別區(qū)域井信息和地震信息的權(quán)重。

(2)根據(jù)已知井點(diǎn)砂巖厚度(y)和井點(diǎn)處振幅屬性值(x1,x2,…,xm)，利用程序計(jì)算，求得該區(qū)塊的β0、β1、β2、β3、β4分別為3.106 3、0.468 1、-1.058 6、0.899 5、0.272 1。

(3)求得判別函數(shù)為

y=3.106 3+0.468 1x1-1.058 6x2+0.899 5x3+0.899 5x4。

(4)

(4)判別回歸效果，求取相關(guān)系數(shù)。

(5)平面成圖，地震面元為10 m×10 m，井間10 m一個(gè)點(diǎn)處都已定量預(yù)測(cè)出厚度值，利用雙狐地質(zhì)成圖軟件，定量預(yù)測(cè)砂體平面展布特征和厚度。

3.2 應(yīng)用效果分析

應(yīng)用上述方法，以中區(qū)西部高臺(tái)子油層為例，建立了地震振幅屬性與砂巖厚度的線性關(guān)系，定量預(yù)測(cè)了井間砂體分布。從預(yù)測(cè)結(jié)果局部(圖4)分析可以看出，G231-S345井鉆遇河道砂體，鄰井ZD6-S312井不發(fā)育砂體，基于井插值等值線預(yù)測(cè)結(jié)果在井間基本是按照井距進(jìn)行差值運(yùn)算，無(wú)井區(qū)河道的邊界、規(guī)模和走向無(wú)法控制，從井震結(jié)合預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，河道砂體在井間的邊界來(lái)自地震信息，過(guò)井剖面揭示原基于井預(yù)測(cè)的邊界在井距之半，井震結(jié)合河道邊界回收4個(gè)地震道(測(cè)網(wǎng)密度為10 m×10 m)，約40 m。對(duì)比結(jié)果表明：井震結(jié)合預(yù)測(cè)的河道邊界更客觀、井間砂體厚度更準(zhǔn)確，這是因?yàn)榈卣鹳Y料可以提供井間的信息，這是任何算法和經(jīng)驗(yàn)均無(wú)法代替的。

圖4 中區(qū)西部GⅠ2+3小層基于井與井震結(jié)合預(yù)測(cè)河道邊界信息對(duì)比

從平面預(yù)測(cè)效果來(lái)看，中區(qū)西部高臺(tái)子油層為三角洲內(nèi)前緣相沉積環(huán)境，水下分流河道砂體呈樹枝狀或網(wǎng)狀分布，是陸上分流河道向水下前緣相的自然延續(xù)[20-22]。鉆遇河道砂井點(diǎn)占總井?dāng)?shù)的25%，厚度在2.0～6.0 m。預(yù)留均勻分布的后驗(yàn)井485口，可有效控制河道、主體、非主體、尖滅、表外5種微相的精度。從基于井預(yù)測(cè)河道砂體分布圖(圖5)可以看出，當(dāng)井網(wǎng)密度由12.5 口/km2增加到100口/km2時(shí)，河道砂體分布形態(tài)變化較大，寬度逐漸變窄，呈連續(xù)的土豆?fàn)罘植迹划?dāng)井網(wǎng)密度由100 口/km2增加到248口/km2時(shí)，河道砂體分布形態(tài)變化相對(duì)較小。從井震結(jié)合預(yù)測(cè)河道砂體分布圖(圖4)可以看出，當(dāng)井網(wǎng)密度由12.5 口/km2增加50 口/km2時(shí)，河道砂體整體分布趨勢(shì)變化小、形態(tài)變化相對(duì)較大，窄河道砂體邊界逐漸清晰；當(dāng)井網(wǎng)密度由50 口/km2增加到248 口/km2時(shí)，河道砂體連續(xù)性逐漸變好，砂體組合關(guān)系明確。尤其是當(dāng)井網(wǎng)密度達(dá)到248 口/km2時(shí)，地震仍然約束著窄小河道砂體在井間的邊界、規(guī)模和走向，平面上砂體展布形態(tài)更符合沉積規(guī)律(圖6)。

圖5 基于井與井震結(jié)合砂體預(yù)測(cè)效果對(duì)比(井網(wǎng)密度12.5～248口/km2)

圖6 最大井網(wǎng)密度條件下預(yù)測(cè)效果對(duì)比

從精度分析結(jié)果可以看出(圖7)，與基于井預(yù)測(cè)結(jié)果相比，井網(wǎng)密度越小井震結(jié)合砂體預(yù)測(cè)方法應(yīng)用的空間越大，精度越高，但隨著井網(wǎng)密度的增加，基于井插值砂體預(yù)測(cè)的結(jié)果與井震結(jié)合砂體預(yù)測(cè)的結(jié)果越來(lái)越接近，從定量來(lái)看基于井的預(yù)測(cè)精度已經(jīng)可以反映砂體展布的宏觀特征，但從不同井網(wǎng)密度的定性分析看，隨著井網(wǎng)密度的增加，井震結(jié)合預(yù)測(cè)砂體形態(tài)變化趨勢(shì)逐漸變小、但砂體邊界形態(tài)越來(lái)越清晰、連續(xù)性變好，尤其是窄小河道砂體在井間的邊界、規(guī)模和走向更加清晰，使整體砂體組合關(guān)系更明確，當(dāng)井網(wǎng)密度由12.5 口/km2增加到248 口/km2時(shí)，井震結(jié)合儲(chǔ)層厚度定量預(yù)測(cè)方法使河道砂體的預(yù)測(cè)精度由原來(lái)的69.51%提高到81.72%。

圖7 GⅠ2+3儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度分析直方圖

4 結(jié) 論

(1)逼近沉積單元級(jí)的井震結(jié)合等時(shí)地層格架能夠保證地震層位與地質(zhì)沉積單元的等時(shí)性；井震結(jié)合相關(guān)系數(shù)法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地震屬性的快速優(yōu)選，保障優(yōu)選出的地震屬性能夠反映本層的地質(zhì)信息、井震相關(guān)性最高。

(2)優(yōu)選出的地震屬性在平面上按可信度劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)，能夠剔除掉臨層的干擾信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)優(yōu)選出的地震屬性在平面上進(jìn)一步優(yōu)化，為井震結(jié)合砂體厚度定量預(yù)測(cè)提夠井震權(quán)重。

(3)基于多元線性回歸的井震結(jié)合儲(chǔ)層厚度定量預(yù)測(cè)方法充分利用了地震橫向分辨率高的優(yōu)勢(shì)，能夠定量預(yù)測(cè)井間的河道砂體厚度和河道邊界，以及無(wú)井區(qū)的砂體厚度，保證了已知井點(diǎn)砂體厚度的準(zhǔn)確性。