史文英 但志偉 嚴(yán)浩雁 張興巖

(中海油能源發(fā)展股份有限公司物探技術(shù)研究所， 廣東 湛江 524057)

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地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演在海上地震資料處理中的應(yīng)用

史文英 但志偉 嚴(yán)浩雁 張興巖

(中海油能源發(fā)展股份有限公司物探技術(shù)研究所， 廣東 湛江 524057)

面對(duì)海上地震資料頻帶有限、測(cè)井稀少且分布特殊的問(wèn)題，以珠江口盆地惠州凹陷A油田為例，研究了用于儲(chǔ)層精細(xì)描述的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的應(yīng)用技巧，客觀(guān)評(píng)價(jià)其識(shí)別效果。最終證明了在提高地震分辨率和合理選取變差函數(shù)的基礎(chǔ)上，可以取得符合油藏研究精度的地球物理反演結(jié)果，推進(jìn)了地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法在海洋環(huán)境下的應(yīng)用。

海洋油氣開(kāi)發(fā)； 分辨率； 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)； 變差函數(shù)； 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

地震資料反演是目前進(jìn)行油氣勘察最為普遍的一種方法，但由于分辨能力的問(wèn)題，經(jīng)常無(wú)法滿(mǎn)足油藏精細(xì)描述的需要。為了更精細(xì)地描述勘探目標(biāo)的分布，20世紀(jì)60年代，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)概念應(yīng)運(yùn)而生[1-2]，1994年Haas將此概念引入到地震反演過(guò)程中[3]，隨后Dubrule等人又將其加以發(fā)展[4]。地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演技術(shù)將隨機(jī)模擬和地震反演相結(jié)合，以變差函數(shù)為基礎(chǔ)，考慮了儲(chǔ)層空間的不確定性及變異性，建立的儲(chǔ)層模型更精確，適用于測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分布均勻且井間距不大的地震工區(qū)[4-8]。對(duì)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法在陸地勘探中精度的描述的文獻(xiàn)較多。在杏北西斜坡區(qū)扶余油層研究中，針對(duì)3～11 m儲(chǔ)層，相對(duì)誤差僅0.15%[7]，在松遼盆地大慶長(zhǎng)垣上的薩爾圖油田，針對(duì)1～3 m薄層，相對(duì)誤差介于2.0%～4.8%[9]。這都說(shuō)明地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演技術(shù)的精度極高。

由于海上采用拖纜的采集方式，地震資料頻帶較窄，而地震資料品質(zhì)直接影響反演效果，導(dǎo)致地震資料反演成果存在一定的局限性[10]。為了客觀(guān)有效地評(píng)價(jià)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法應(yīng)用，必須針對(duì)海上資料的特點(diǎn)提高處理的分辨率，另外就是井資料的問(wèn)題。測(cè)井資料決定了對(duì)工區(qū)的基本認(rèn)識(shí)，是包括地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演在內(nèi)的所有反演的基礎(chǔ)。海上開(kāi)發(fā)油田鉆井?dāng)?shù)量遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的需要，并且其井型基本都是斜井和大角度斜井2種模式，其對(duì)含油氣層的空間描述程度遠(yuǎn)不及陸地完井模式。少井情況下如何開(kāi)展合理反演？反演精度如何？不同井網(wǎng)模式是否對(duì)反演精度有影響？針對(duì)上述問(wèn)題，選取了位于珠江口盆地北部坳陷帶惠州凹陷南部的A油田作為靶區(qū)，進(jìn)行了相關(guān)應(yīng)用研究。

1 反演方法簡(jiǎn)介

地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演是以變差函數(shù)為基本工具，將隨機(jī)模擬理論與地震反演相結(jié)合的方法。變差函數(shù)用來(lái)描述隨著距離的改變，已知點(diǎn)對(duì)未知點(diǎn)預(yù)測(cè)的影響[1，3-5]。

一維變差函數(shù)的定義為：假設(shè)空間點(diǎn)x只在一維X軸上變化, 把區(qū)域化變量Z(x)在x,x+h處的差值之半徑定義為區(qū)域化變量Z(x)在X方向上的變差函數(shù)[1-4]。在二階平穩(wěn)假設(shè)和本征假設(shè)的基礎(chǔ)上,假設(shè)N(h)是間距為h的所有點(diǎn)對(duì)的總數(shù), 則變差函數(shù)r*(h)的計(jì)算公式為[6-7]:

式中:N(h) —— 步長(zhǎng)為h數(shù)據(jù)對(duì)的數(shù)目;

Z(x)、Z(x+h) —— 相距為h的2點(diǎn)的采樣值[1，6]。

變差函數(shù)有3個(gè)基本參量: (1) 變程, 用來(lái)度量空間相關(guān)性的最大距離, 是變差函數(shù)達(dá)到某一穩(wěn)定值時(shí)的空間距離; (2) 基臺(tái)值, 是變差函數(shù)在變程處達(dá)到的平穩(wěn)值; (3) 塊金值, 表示h=0時(shí)的變差函數(shù)[2-3，6]。

變程是描述隨距離變化的核心參數(shù)，擴(kuò)展到三維概念，可以認(rèn)為變差函數(shù)是一個(gè)空間的三維函數(shù)，變程則需要進(jìn)行三維描述。結(jié)合地震資料，變程可以認(rèn)為包括地震數(shù)據(jù)的主測(cè)線(xiàn)方向X、聯(lián)絡(luò)測(cè)線(xiàn)方向Y以及縱向的Z方向。在地震資料中已知點(diǎn)為測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，理論上可以通過(guò)變差函數(shù)精細(xì)預(yù)測(cè)井間薄砂體的展布，預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)有直接關(guān)系[6-7]。當(dāng)工區(qū)井網(wǎng)疏松時(shí)，理論上反演結(jié)果隨機(jī)性會(huì)變大，誤差也會(huì)隨著變大[8]。

2 實(shí)際應(yīng)用及效果分析

2.1 儲(chǔ)層識(shí)別的精度要求

靶區(qū)A油田目前有2個(gè)相鄰的含油構(gòu)造：A-3區(qū)和A-1區(qū)。2個(gè)區(qū)域基本的地質(zhì)沉積類(lèi)似，開(kāi)采的地質(zhì)層段相同，這為對(duì)比提供了地質(zhì)基礎(chǔ)。2個(gè)含油構(gòu)造共用1個(gè)井架，井架架設(shè)于A(yíng)-3區(qū)?，F(xiàn)階段 A-3區(qū)有3口直井和24口井斜角小于55°的常規(guī)定向井資料可用，A-1區(qū)有1口直井、2口常規(guī)定向井和17口井斜角大于55°的大斜度大位移井資料可用(圖1)。圖中黑點(diǎn)為井軌跡最深處，黑色箭頭指向?yàn)橛蛥^(qū)構(gòu)造邊界。地震資料主測(cè)線(xiàn)方向?yàn)閄方向即北東-南西向。

A區(qū)的測(cè)井資料顯示，儲(chǔ)層識(shí)別的精度需達(dá)到3～5 m，否則難以滿(mǎn)足后續(xù)油藏建模的需要。采油段地層縱波速度為3 960 ms，常規(guī)處理地震資料頻率為40 Hz，地震調(diào)諧厚度(四分之一波長(zhǎng))為24.75 m，常規(guī)確定性地震預(yù)測(cè)方法極限分辨率為12.4 m。其預(yù)測(cè)精度不能解決含油儲(chǔ)層的識(shí)別要求，不能為高精度的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演提供條件。

2.2 針對(duì)性的研究措施

針對(duì)前述問(wèn)題，在A(yíng)油田的2個(gè)構(gòu)造研究中，使用提高分辨率技術(shù)處理地震基礎(chǔ)資料；在統(tǒng)計(jì)學(xué)反演關(guān)鍵參數(shù)選取上以不依賴(lài)于測(cè)井資料而盡量使用確定性反演和已有區(qū)域認(rèn)識(shí)成果為原則，具體處理方法如下。

(1) 提高地震分辨率處理。目前多使用反Q吸收衰減等技術(shù)來(lái)提高分辨率，但卻不適于海上地震資料的處理。海上拖纜采集資料頻帶較窄的原因主要在于獨(dú)特的鬼波干擾[10]。震源激發(fā)的能量在拖纜與海水層的多次反射會(huì)直接導(dǎo)致地震子波的相位發(fā)生較大變化。鬼波的存在極大地干擾了地震的子波和頻帶。以前的研究多從模型出發(fā)預(yù)測(cè)鬼波后再予以處理。本次使用Complex Sea Condition De-ghost(CSCDG)技術(shù)，從地震資料中直接提取鬼波特征進(jìn)行去除，相對(duì)而言更加客觀(guān)。以CSCDG技術(shù)為核心，在常規(guī)提高分辨率基礎(chǔ)上對(duì)A區(qū)進(jìn)行了去鬼波處理，去鬼波后地震的有效頻帶相對(duì)于反Q濾波處理有了進(jìn)一步的提升(圖2)。原始地震主頻40 Hz，提頻后主頻60 Hz，理論計(jì)算地震分辨率由24.75 m提高到了16.50 m。

在提高分辨率基礎(chǔ)上開(kāi)展反演，可以更加真實(shí)地反映地下地質(zhì)體的信息，同時(shí)也可以通過(guò)反演的測(cè)井資料對(duì)比來(lái)評(píng)價(jià)其保幅保真性。圖3a為常規(guī)地震資料反演，由于存在鬼波干擾，缺乏低頻和高頻信息，箭頭指向的一厚一薄2套地層雖然有一定的反演特征，但描述不夠準(zhǔn)確；圖3b為使用去鬼波方法提高分辨率之后的地震記錄及其反演結(jié)果，井上的厚層和薄層特征明顯改善，對(duì)儲(chǔ)層的表征更加準(zhǔn)確。提高分辨率后更高精度的反演結(jié)果可以為本區(qū)砂體的橫向展布特征、縱向規(guī)模及相互的接觸關(guān)系提供更加準(zhǔn)確的依據(jù)，為后續(xù)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)試及質(zhì)控提供可靠基礎(chǔ)。

(2) 地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演參數(shù)分析。變差函數(shù)是反演方法的核心，其三方向的變程選取是關(guān)鍵?？v向的變差函數(shù)變程可直接由井曲線(xiàn)求取，但橫向變程對(duì)井網(wǎng)密度要求較高[3-4]，海洋鉆井難以達(dá)到該要求。圖4為A-3區(qū)儲(chǔ)層變差函數(shù)分析。由圖可知縱向變差函數(shù)可以統(tǒng)計(jì)到數(shù)值(圖4a)，橫向變差函數(shù)統(tǒng)計(jì)不到數(shù)值(圖4b)。統(tǒng)計(jì)時(shí)最好使用統(tǒng)計(jì)結(jié)果的前面3～4個(gè)點(diǎn)值進(jìn)行函數(shù)擬合，這是因?yàn)樵?1～4 ms的變差距離內(nèi)，可以統(tǒng)計(jì)到的數(shù)據(jù)對(duì)由 3 500 急劇下降到2 000(圖4a)，而數(shù)據(jù)對(duì)的下降將增加統(tǒng)計(jì)結(jié)果的不確定性。通過(guò)測(cè)井結(jié)果統(tǒng)計(jì)，A區(qū)縱向變差為4 ms，這與測(cè)井解釋的儲(chǔ)層平均時(shí)間厚度接近，說(shuō)明該結(jié)果較可靠。

由于從測(cè)井資料無(wú)法統(tǒng)計(jì)橫向的變差函數(shù)，因此以地質(zhì)認(rèn)識(shí)及確定性反演結(jié)果作為切入點(diǎn)，進(jìn)行巖性地質(zhì)規(guī)模和分布分析，得到初始變差范圍[1，3-4]，然后在這個(gè)范圍內(nèi)再進(jìn)行測(cè)試，最后選擇合適變程。由圖1中含油構(gòu)造范圍可以推斷，圈閉的X軸長(zhǎng)度為 1 300 m左右，Y軸長(zhǎng)度和X軸長(zhǎng)度大致相同。該結(jié)果與常規(guī)反演結(jié)果一致，同時(shí)考慮到三角洲沉積體系下巖性的穩(wěn)定特征，選取1 300 m作為變差測(cè)試的出發(fā)值。通過(guò)在1 300 m左右進(jìn)行擾動(dòng)測(cè)試，對(duì)比統(tǒng)計(jì)學(xué)反演結(jié)果。經(jīng)過(guò)若干輪測(cè)試后，A油田儲(chǔ)層變差函數(shù)的變程為：A-3區(qū)橫向變程X軸方向?yàn)? 300 m，Y軸方向?yàn)? 300 m，縱向變程4 ms；A-1區(qū)橫向變程X軸方向?yàn)? 000 m，Y軸方向?yàn)? 000 m，縱向變程4 ms。2區(qū)的油層厚度相近，但A-1區(qū)橫向變程偏小，這與A-1區(qū)含油構(gòu)造面積小于A(yíng)-3區(qū)的實(shí)際情況一致。

圖2 提高分辨率效果對(duì)比圖

圖3 提高分辨率前后反演效果對(duì)比

在以上分析基礎(chǔ)上，開(kāi)展隨機(jī)模擬可以得到若干個(gè)反演實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)階段，一般采用2種方法進(jìn)行質(zhì)控：一是將隨機(jī)反演的結(jié)果和確定性反演結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，A-3區(qū)H3A砂體在統(tǒng)計(jì)學(xué)和確定性阻抗反演中展布趨勢(shì)一致，且統(tǒng)計(jì)學(xué)反演結(jié)果描述更精細(xì)，因此認(rèn)為反演結(jié)果整體上是穩(wěn)定可信的；二是盲井檢查，在A(yíng)-1區(qū)將1口直井和2口常規(guī)定向井作為盲井不參與反演，使用17口大角度定向井參與反演，盲井檢查顯示3X井沿井軌跡線(xiàn)巖性預(yù)測(cè)亦有部分薄層反演效果較差，但整體吻合度較高，井段相關(guān)度大于85%，亦證明了前述參數(shù)選取的準(zhǔn)確性。

圖4 A-3區(qū)儲(chǔ)層變差函數(shù)分析

為了對(duì)比A-3區(qū)和A-1區(qū)反演效果，皆隨機(jī)生成了10個(gè)實(shí)現(xiàn)用于巖性概率估算，在估算的結(jié)果上提取厚度為5 m左右的薄層進(jìn)行精度分析。在 A-3區(qū)選取H2砂體共統(tǒng)計(jì)41口井，誤差小于20.0%的有32口井，平均誤差18.0%；在A(yíng)-1區(qū)選取H8砂體共統(tǒng)計(jì)20口井，誤差小于20.0%的有17口井，平均誤差13.5%。值得注意的是，A-3區(qū)的反演結(jié)果顯示，厚度小于4 m的3個(gè)井點(diǎn)，誤差均達(dá)到了60.0%以上；在A(yíng)-1區(qū)，厚度小于4 m的2個(gè)井點(diǎn)中有1個(gè)點(diǎn)誤差亦大于60.0%。厚層誤差小，薄層誤差大。層越薄誤差越大的規(guī)律符合反演的普遍認(rèn)識(shí)。

統(tǒng)計(jì)A區(qū)的反演識(shí)別極限在3～4 m，相對(duì)于地震識(shí)別精度16.5 m而言，提高了4倍。分析認(rèn)為：在工區(qū)內(nèi)，若現(xiàn)有認(rèn)識(shí)已經(jīng)足以描述儲(chǔ)層的大致分布形態(tài)，那么不同的鉆井分布形態(tài)和數(shù)量對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的效果則沒(méi)有明顯的影響，即井的數(shù)量與反演精度之間沒(méi)有直接的關(guān)系。

3 結(jié) 語(yǔ)

以常規(guī)反演為基礎(chǔ)，參考測(cè)井資料選取統(tǒng)計(jì)學(xué)反演中各關(guān)鍵參數(shù)，是海上地震資料統(tǒng)計(jì)學(xué)反演的有效方法。處理海上地震資料時(shí)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演預(yù)測(cè)精度較高，其精度是地震分辨率的4倍，更適用于油藏地質(zhì)建模，但每一個(gè)具體區(qū)域在實(shí)際條件下是有識(shí)別極限的，建議通過(guò)實(shí)際結(jié)果進(jìn)行確定，降低后續(xù)分析的風(fēng)險(xiǎn)。

[1] 侯景儒,黃競(jìng)先.地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)在固體礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量分類(lèi)中的應(yīng)用[J].地質(zhì)與勘探,2001,37(6):16-19.

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SHIWenyinDANZhiweiYANHaoyanZHANGXingyan

(Research Institute of Geophysical, CNOOC Energy Development Limited, Zhanjiang Guangdong 524057, China)

With the facts that we have limited band frequency of marine seismic data, scarce well logging data and special distribution, in this paper we take A oilfield of the Pearl River Mouth basin in Huizhou depression as an example to study the application techniques of geo-statistical methods for reservoir fine description, and achieve objective evaluation of its recognition results. Eventually it is proved that by improving seismic resolution and reasonable selection on geophysical inversion results can we obtain geophysical inversion results in accordance with the accuracy of reservoir research, and promote the application of geostatistical methods in the marine environment.

oilfield development in the ocean; the resolution; geo-statistical; variation function; reservoir prediction

2016-02-18

“十二五”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)子課題“十二五南海北部中生界地震技術(shù)綜合研究”(20011ZX05023-003-002)；中海油總公司科研項(xiàng)目“海上震源子波處理技術(shù)研究與應(yīng)用”(CKJF JDCJF 006-2009)

史文英(1980 — ),男, 廣東湛江人，碩士,工程師,研究方向?yàn)榈卣饠?shù)據(jù)處理及正反演技術(shù)。

P631.4+6

A

1673-1980(2016)05-0023-04