施尚明,　王　杰,　段彥清

(1.東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 黑龍江 大慶 163318; 2.大慶油田井下作業(yè)分公司, 黑龍江 大慶 163511)

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測井約束地震反演在儲層預(yù)測中的應(yīng)用

施尚明1,王杰1,段彥清2

(1.東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 黑龍江 大慶 163318; 2.大慶油田井下作業(yè)分公司, 黑龍江 大慶 163511)

常規(guī)儲層預(yù)測方法的精確度和分辨率已無法滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。針對這一情況,從測井約束地震反演的基本原理出發(fā),結(jié)合某油田研究區(qū)塊的實(shí)際地質(zhì)資料和地質(zhì)特點(diǎn),對儲層的分布規(guī)律和砂體厚度進(jìn)行預(yù)測,并討論反演過程中的關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)果表明:反演剖面具有較高的分辨率,能夠識別厚度較薄的砂體;研究區(qū)碎屑流砂體主要分布在南西部和中部地區(qū)。反演結(jié)果與實(shí)際鉆井資料具有良好的一致性,為研究區(qū)下一步的油氣開發(fā)指明了方向。

測井約束地震反演; 波阻抗; 地震子波; 儲層預(yù)測

隨著油田勘探開發(fā)程度的不斷深入,許多油田的勘探目標(biāo)已經(jīng)由尋找構(gòu)造油氣藏逐漸向隱蔽的巖性油氣藏轉(zhuǎn)移,由尋找厚度大、連續(xù)性好的儲層逐漸向厚度較小、橫向連續(xù)性差的儲層過渡[1]。對地震技術(shù)的要求也從不僅能夠解釋地下地層的構(gòu)造形態(tài),過渡到能夠描述地層的物理性質(zhì),并進(jìn)一步研究儲層的厚度和砂體的展布規(guī)律[2-4]。普通的地震資料通常受到地震頻帶寬度的限制,反演結(jié)果往往難以識別厚度較薄、橫向連續(xù)性較差的砂體,其精確度和分辨率都不能滿足油田在實(shí)際生產(chǎn)中的需要。為了滿足油田勘探開發(fā)的需求,要求我們提高地震儲層預(yù)測技術(shù),使其不斷向高精度和高分辨率的方向發(fā)展。目前,測井約束地震反演是儲層預(yù)測技術(shù)中比較適用和有效地提高地震分辨率的方法。該技術(shù)突破了地震頻帶的限制,可以充分利用測井資料豐富的高頻信息和完整的低頻成分,彌補(bǔ)地震資料有限帶寬的不足;以地質(zhì)鉆井和測井信息資料為約束條件,達(dá)到提高反演結(jié)果的精確度和分辨率的目的,為薄層砂體儲層的預(yù)測和精細(xì)描述提供有利條件[5]。

文中闡述了測井約束地震反演技術(shù)的基本原理,在對研究區(qū)塊所獲得的實(shí)際地質(zhì)資料綜合分析的基礎(chǔ)上,應(yīng)用JASON軟件中的測井約束稀疏脈沖反演技術(shù)進(jìn)行儲層反演,希望其反演結(jié)果與實(shí)際的鉆井情況具有較好的一致性,達(dá)到預(yù)期效果,為研究區(qū)塊的油氣開發(fā)指明方向。

1　測井約束波阻抗反演技術(shù)原理

利用地震資料進(jìn)行儲層預(yù)測的方法較多,其中波阻抗反演是目前應(yīng)用最廣泛的方法之一。常見的反演軟件主要有JASON、STRATER、EPS、ISIS、RICH和GEOBENCH等。JASON軟件主要包括測井約束稀疏脈沖反演和模型約束反演兩種方法。

研究中儲層預(yù)測方法采用的是JASON軟件中的測井約束稀疏脈沖反演。它的基本思路是假設(shè)地下地層的強(qiáng)反射系數(shù)是稀疏分布的,即地層反射系數(shù)是在高斯分布的一系列弱反射系數(shù)的背景上,疊加了一些稀疏分布的強(qiáng)反射系數(shù)。通過對每一道逐點(diǎn)增加脈沖,反射系數(shù)被逐漸改變,直到找到合適的位置,使該反射系數(shù)序列合成的地震道和實(shí)際地震道的誤差達(dá)到最小。這時的反射系數(shù)序列模型就是最終的反射系數(shù)序列[6]。當(dāng)反射系數(shù)求出后,利用反射系數(shù)序列,再根據(jù)井點(diǎn)處波阻抗曲線的趨勢和約束,求得與地震剖面配套的反映地下巖性變化的波阻抗模型。約束稀疏脈沖反演的核心是優(yōu)化如下目標(biāo)函數(shù):

E=∑(ri)p+λq∑(di-si)q+a2∑(ti-zi)2，

式中:ri——反射系數(shù)序列;

di——地震道序列;

si——合成地震道序列;

ti——用戶提供的趨勢序列;

zi——聲阻抗序列;

λ——?dú)埐顧?quán)重因子;

α——趨勢權(quán)重因子;

p、q——L模因子。

在質(zhì)量控制下可以找到一個合適的λ值,在一定的可信度下提高剖面的分辨率。

2　地震反演儲層預(yù)測與分析

經(jīng)鉆探證實(shí),研究區(qū)下第三系沙河街組一段(Es1)是主要的含油層段,也是研究的目的層。其中,沙一段可細(xì)分為沙一上段和沙一下段兩個亞段,油層主要分布在沙一上段。研究區(qū)目的層沙一段上部的塊狀砂巖屬于深水重力流沉積,具有典型的砂質(zhì)碎屑流沉積特征。為了預(yù)測儲層在空間上的展布規(guī)律以及砂體的形態(tài)特征,根據(jù)研究區(qū)塊的實(shí)際資料和地質(zhì)情況，以及油田勘探開發(fā)的需要,以測井約束地震反演為技術(shù)手段,對該區(qū)主要發(fā)育的砂質(zhì)碎屑流儲層進(jìn)行波阻抗反演,并在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行地震反演儲層預(yù)測效果分析。

2.1反演砂巖分布

對比波阻抗反演的結(jié)果與井信息,不僅可以對反演工作的效果進(jìn)行評價,還可以通過剖面分析,更為直觀地識別研究區(qū)富砂區(qū)域的剖面分布特征。

圖1a為過M井的順物源稀疏脈沖反演剖面,其中，高波阻抗值為砂體發(fā)育部位;低波阻抗值對應(yīng)于泥巖。從圖1a可以看出,反演剖面具有較高的分辨率,能夠識別厚度較薄的砂體,且可以清晰地界定地層的邊界。剖面中,在M井處單個砂體呈蠕蟲狀、透鏡狀結(jié)構(gòu)以及上傾、下傾巖性尖滅現(xiàn)象,砂體呈現(xiàn)明顯的多期性,且多期砂體為相互疊置關(guān)系。圖中B井剛好處于大套砂體發(fā)育的邊緣。反演結(jié)果表明,研究區(qū)沙一段砂質(zhì)碎屑流砂體發(fā)育,但每套砂體厚度不均一、橫向連續(xù)性較差。局部發(fā)育的砂體呈孤立狀,外延較少。另外,砂體尖滅點(diǎn)明顯,砂體之間隔、夾層識別較清楚。筆者對未參加反演且過剖面的A井、N井資料進(jìn)行分析,以此驗(yàn)證反演剖面對井間砂體的預(yù)測作用。結(jié)果顯示,井間預(yù)測砂體與單井砂體較好地吻合。圖1b為垂向剖面,高值區(qū)域延伸較遠(yuǎn),砂體在剖面上亦有較好顯示。該反演結(jié)果與測井解釋相符。

圖1　過M井反演剖面

2.2反演砂巖厚度預(yù)測

砂體厚度是儲層評價的重要參數(shù),采用測井約束波阻抗反演技術(shù),落實(shí)有利儲層優(yōu)勢砂體分布規(guī)律,對儲層進(jìn)行定量化預(yù)測[7]。

求取物性參數(shù)的方法:首先,提取工區(qū)井旁反演波阻抗的數(shù)值,其次,統(tǒng)計井中物性預(yù)測層段的物性參數(shù),然后,應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的原理,求取井旁反演波阻抗的數(shù)值和井中統(tǒng)計的物性數(shù)值的對應(yīng)關(guān)系和相關(guān)性,計算全區(qū)在某一層段的物性變化范圍。這一過程實(shí)際也相當(dāng)于用井資料物性參數(shù)進(jìn)行約束,參考反演資料和井中物性參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系,得到物性參數(shù)的相應(yīng)結(jié)果。

根據(jù)砂泥巖與波阻抗之間的對應(yīng)關(guān)系,利用測井約束反演,能夠?qū)崿F(xiàn)儲層物性數(shù)據(jù)由有井區(qū)到無井區(qū)的外推。由此,繪制研究區(qū)沙一段砂巖等厚圖,見圖2。

由圖2可知,砂質(zhì)碎屑流砂體主要分布在研究區(qū)南西部和中部地區(qū),全區(qū)最大累計厚度220 m,最小厚度12 m;砂體厚度多集中于50～110 m。其中,在M井處砂體累計厚度120 m,測井解釋累計厚度115 m,誤差4%。統(tǒng)計分析研究區(qū)沒有參加反演的井資料,共13個樣點(diǎn),研究資料表明,沙一段反演砂體厚度預(yù)測效果較好,大部分井點(diǎn)的預(yù)測結(jié)果與實(shí)際厚度值誤差較小,最大誤差為9.5 m。預(yù)測精度相對較高,平均預(yù)測精度為81.6%。反演結(jié)果基本能夠反映研究區(qū)砂體分布情況。砂體厚度實(shí)測與預(yù)測值見表1。

圖2　沙一段反演砂巖厚度等值線

Table 1Measured and predicted sand body thickness in well point of Es1

樣本d/m實(shí)測預(yù)測誤差144.039.05.0241.440.41.0380.676.73.9476.466.99.558.012.2-4.2671.869.82.0794.692.71.9863.871.1-7.39109.6118.4-8.81049.245.63.61187.279.08.21279.285.5-6.313101.095.16.9

3　反演過程的關(guān)鍵技術(shù)

波阻抗反演結(jié)果的準(zhǔn)確度和精確性不僅有賴于研究區(qū)的儲層特征、鉆井資料、地震資料的主頻、井位信息等,同時,還取決于是否采取了合適的工作方法、原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及人為分析的因素等[8]。為了得到高質(zhì)量、可靠的反演結(jié)果,在研究中,必須處理好反演過程中的關(guān)鍵技術(shù):

(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料一定要準(zhǔn)確、可靠。在進(jìn)行地震反演之前,必須對研究區(qū)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,對測井曲線一定要進(jìn)行環(huán)境校正,去除異常值。特別是聲波和密度測井資料,它們是建立初始波阻抗模型的基礎(chǔ)資料,它們的精確與否對初始波阻抗模型的精度影響較大。在實(shí)際生產(chǎn)中,聲波測井通常會受到井壁坍塌、泥漿浸泡等環(huán)境因素的干擾，產(chǎn)生較大誤差,這些誤差對于波阻抗的求取甚至可能出現(xiàn)與實(shí)際情況完全相反的結(jié)果[9]。因此,為了得到高精度的波阻抗資料,用于制作初始波阻抗模型的測井資料必須經(jīng)過環(huán)境校正。

(2)綜合分析和總結(jié)現(xiàn)有的研究數(shù)據(jù)資料,針對研究區(qū)的實(shí)際情況,選用最為合適、最為可靠的反演方式,使建立的波阻抗模型盡可能地符合實(shí)際的地層條件,從根本上降低反演結(jié)果的多解性。

(3)制作精準(zhǔn)的合成地震記錄,完成層位的準(zhǔn)確標(biāo)定,盡量將誤差控制在半個相位以內(nèi)。合成地震記錄是地震資料和測井資料之間聯(lián)系的橋梁,它最終將抽象的地震資料與實(shí)際的地質(zhì)模型結(jié)合起來。合成地震記錄的精確度對層位標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性有著直接關(guān)系。圖3是研究區(qū)M井的地震合成記錄,其井旁地震道與合成記錄之間的擬合相關(guān)系數(shù)大于0.85,為研究區(qū)取得正確的時深轉(zhuǎn)換關(guān)系提供了有力的依據(jù)。

圖3　M井地震合成記錄

(4)測井約束反演的效果不僅依賴于地震資料的質(zhì)量和地震子波的精確程度,還取決于波阻抗模型的準(zhǔn)確性[10]。要得到高精度的儲層反演結(jié)果,除了要求高信噪比的地震資料和精確的地震子波以外,還需要根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際地質(zhì)資料,以地質(zhì)理論為指導(dǎo),建立符合地質(zhì)規(guī)律的波阻抗模型,盡可能地提高波阻抗模型的準(zhǔn)確性,從而提高反演效果。

4　結(jié)　論

運(yùn)用測井約束地震反演對研究區(qū)塊進(jìn)行儲層預(yù)測,并在分析儲層反演效果的基礎(chǔ)上,得出如下結(jié)論:

(1)地震反演技術(shù)是儲層預(yù)測的一種重要技術(shù)手段。在應(yīng)用測井約束稀疏脈沖反演技術(shù)對研究區(qū)有利儲層研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合鉆井等地質(zhì)資料的分析,明確了研究區(qū)目的層沙一段地層中砂質(zhì)碎屑流儲層發(fā)育的有利區(qū)帶。

(2)采用測井約束波阻抗反演技術(shù),能將測井信息的垂向高分辨率特性與地震數(shù)據(jù)橫向預(yù)測的優(yōu)勢有效地結(jié)合起來,形成具有高分辨率的融合數(shù)據(jù)體,有利于落實(shí)儲層優(yōu)勢砂體分布規(guī)律,對儲層進(jìn)行定量化預(yù)測。

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(編輯徐巖)

Application of logging constrained seismic inversion in reservoir prediction

SHIShangming1,WANGJie1,DUANYanqing2

(1.School of Geosciences, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China; 2.Downhole Operation Branch of Daqing Oilfield, Daqing 163511, China)

This paper is a study in response to a need for an improved alternative to conventional reservoir prediction methods unable to meet production needs due to the lower accuracy and resolution inherent in them. This study builds on the basic principle of logging constrained seismic inversion, is combined with the actual geological data and characteristics of study area in an oilfield, and involves predicting the distribution regularities of reservoir and the thickness of sand body, and discussing the key techniques in inversion procedure. The result shows that the inversion profile with a higher resolution has a demonstrated ability to identify the sand body of a smaller thickness and the debris flow sand body in research area is mainly distributed in the south western and central regions. The inversion results have a better consistency with the actual drilling data, opening up the direction for oil and gas development in the study area.

log-constrained seismic inversion; wave impedance; seismic wavelet; reservoir prediction

2015-08-14

施尚明(1956-),男,遼寧省鐵嶺人,教授,博士,研究方向:油氣田開發(fā)地質(zhì)和地?zé)豳Y源勘探開發(fā),E-mail:ssm@nepu.edu.cn。

10.3969/j.issn.2095-7262.2015.05.015

TE122.2

2095-7262(2015)05-0537-04

A