王 波 聶其海 陳進(jìn)娥 王春燕 郭靜茹 劉 淵

(東方地球物理公司研究院，河北涿州 072751)

0 引言

隨著地球物理服務(wù)業(yè)務(wù)逐漸由勘探地球物理向油藏地球物理轉(zhuǎn)變，四維地震作為最重要的油藏開發(fā)地震技術(shù)之一，已成為油藏監(jiān)測、剩余油氣預(yù)測及提高采收率等的重要手段。四維地震通過求取兩期地震數(shù)據(jù)的差異獲得油藏動態(tài)變化信息[1-2]。多波地震通過縱、橫波震源激發(fā)、多分量檢波器接收，較常規(guī)地震可獲得更豐富的地質(zhì)信息，在氣云區(qū)構(gòu)造成像、裂縫檢測及巖相、流體識別等方面具有常規(guī)縱波無可比擬的優(yōu)勢[3-4]。

研究區(qū)位于加拿大阿薩巴斯卡油砂區(qū)，分別于開發(fā)前(2016年)和開發(fā)后(2018年)采集了兩期三維三分量(3D3C)地震資料。目的層為白堊系上MCMR組油砂段，埋深約為200m。儲層物性極好，但是流體物性極差，具有高密度和高黏度的特點(diǎn)，按照國際稠油分類標(biāo)準(zhǔn)，屬于超稠油范疇(API重度小于10)。常規(guī)開采技術(shù)難以直接挖潛，因此采用高效、環(huán)保的雙水平井(上部水平井注蒸汽，下部水平井生產(chǎn))蒸汽輔助重力泄油技術(shù)(Steam Assisted Gravity Drainage，SAGD)進(jìn)行開發(fā)。在SAGD開發(fā)過程中，隨著蒸汽的持續(xù)注入，蒸汽腔會隨之變化。根據(jù)該區(qū)開發(fā)數(shù)據(jù)估算，蒸汽腔內(nèi)部采收率可高達(dá)80%，蒸汽腔的變化直接揭示產(chǎn)量的變化[5]。因此，如何有效監(jiān)控蒸汽腔是SAGD開發(fā)中的關(guān)鍵問題。該區(qū)四維地震面臨以下問題：①目的層埋深極小，地表?xiàng)l件復(fù)雜，四維地震一致性處理難度大；②油藏開發(fā)僅歷時(shí)1年，兩期地震數(shù)據(jù)差異小，因此提取可靠的油藏變化信息難度大；③四維地震反演需要開發(fā)前、后兩次測井?dāng)?shù)據(jù)建模和約束反演，然而往往難以直接獲得二次測井?dāng)?shù)據(jù)，限制了四維地震反演方法的推廣、應(yīng)用[6]。

針對上述問題及四維地震本身的技術(shù)瓶頸，本文提出了一種基于低頻模型驅(qū)動的四維多波聯(lián)合反演方法，在反演模型中考慮了兩期轉(zhuǎn)換波的差異信息，在反演過程中加入轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)，利用四維三分量(4D3C)地震資料，充分融合“四維”和“多波”兩項(xiàng)前沿地震勘探技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了油藏精細(xì)描述及動態(tài)監(jiān)測，從而為油藏監(jiān)測奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 關(guān)鍵技術(shù)及原理

1.1 四維多波地震數(shù)據(jù)體匹配

研究區(qū)于2017年初投產(chǎn)，在2016年基礎(chǔ)地震數(shù)據(jù)采集時(shí)，在地下9m處埋置了永久三分量檢波器，并在2018年采集了監(jiān)測地震數(shù)據(jù)。同時(shí)，兩次采集參數(shù)保持一致，除環(huán)境及地表變化外，保證兩次采集的一致性。縱波資料頻帶較寬(10～260Hz)，信噪比高。轉(zhuǎn)換波資料頻率較低，頻帶為10～120Hz。在應(yīng)用四維多波地震監(jiān)測油藏變化前，必須進(jìn)行四維多波地震數(shù)據(jù)體匹配，主要包括四維地震一致性匹配和縱波、轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)體匹配。四維地震一致性匹配主要通過互均衡處理，實(shí)現(xiàn)兩期地震資料時(shí)間、振幅、相位和頻率的一致性?？v波、轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)體匹配主要通過準(zhǔn)確的縱橫波速度比，實(shí)現(xiàn)縱波與轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)在時(shí)間上的匹配。

1.1.1 一致性匹配

四維地震數(shù)據(jù)是在同一地區(qū)經(jīng)間隔性采集和處理得到的。為保證四維地震采集的可重復(fù)性，必須使采集和處理參數(shù)盡可能保持一致。然而受環(huán)境噪聲及近地表因素的影響，兩期地震數(shù)據(jù)非油藏信息難免會出現(xiàn)差異。一致性處理原則是在保留生產(chǎn)因素導(dǎo)致的油藏信息差異基礎(chǔ)上，盡可能消除非油藏信息的差異[7]。研究區(qū)由于目的層埋深極小，地表?xiàng)l件復(fù)雜，一致性處理難度極大。因此在四維地震一致性處理過程(地表一致性振幅補(bǔ)償、一致性反褶積、面元匹配、全局時(shí)差校正、基于標(biāo)志層互均衡處理)中，增加處理、解釋互動結(jié)合點(diǎn)，通過四維地震一致性定性或定量評價(jià)方法逐步質(zhì)控，盡可能確保油藏上覆地層(標(biāo)志層)地震數(shù)據(jù)的一致性，同時(shí)保護(hù)油藏生產(chǎn)引起的地震數(shù)據(jù)差異，從而反映油藏變化規(guī)律。

由一致性處理后的縱波和轉(zhuǎn)換波差異剖面(垂直于水平井走向)(圖1)可以看出：非油藏部分剩余反射能量幾乎為“零”或很小，實(shí)現(xiàn)了兩期數(shù)據(jù)的一致性；油藏部分的差異主要集中在油藏中、下部位，并且振幅變化主要集中于水平井井筒周圍，反映了油藏變化規(guī)律。

圖1 縱波(左)和轉(zhuǎn)換波(右)地震差異剖面

1.1.2 多波地震數(shù)據(jù)體匹配

多波多分量地震資料較純縱波資料能提供更豐富的地質(zhì)信息，可以有效降低構(gòu)造解釋、儲層流體識別及油藏監(jiān)測的多解性。由于縱、橫波速度的差異，同一地層反射在縱波和轉(zhuǎn)換波時(shí)間域地震剖面中出現(xiàn)的時(shí)刻不同，具有不同的動力學(xué)特征[8-9]。因此，要聯(lián)合使用縱波和轉(zhuǎn)換橫波的信息，并將兩者精確匹配，確保同一時(shí)刻地震信息來自同一地層界面。數(shù)據(jù)匹配是多波地震數(shù)據(jù)解釋與聯(lián)合反演的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，匹配精度直接決定多波技術(shù)應(yīng)用效果。

縱波與轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)匹配的關(guān)鍵是求取準(zhǔn)確的縱橫波速度比γ(γ=VP/VS)。本文通過三步實(shí)現(xiàn)縱波與轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)體的精細(xì)匹配：①通過縱橫波聯(lián)合標(biāo)定確定縱波與轉(zhuǎn)換波的相位差異，完成相位匹配；②利用純縱波疊前同時(shí)反演得到的γ實(shí)現(xiàn)縱波與轉(zhuǎn)換波的域轉(zhuǎn)換；③通過目的層位對齊精細(xì)匹配縱波與轉(zhuǎn)換波。匹配效果(圖2)表明，縱波(圖2a)與轉(zhuǎn)換波(圖2b)反射特征對應(yīng)關(guān)系良好，為引入轉(zhuǎn)換波信息奠定了基礎(chǔ)。采用相同方法匹配監(jiān)測縱波與轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)。

圖2 縱波與轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)匹配效果(a)縱波地震剖面； (b)轉(zhuǎn)換波地震剖面(匹配到縱波時(shí)間域)； (c)匹配立體圖(縱波時(shí)間域)

1.2 巖石物理分析

巖石物理是將地球物理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為儲層流體乃至油氣藏地質(zhì)參數(shù)的重要橋梁。常規(guī)靜態(tài)巖石物理分析從測井?dāng)?shù)據(jù)出發(fā)，通過直方統(tǒng)計(jì)或交會分析尋找彈性參數(shù)與儲層流體的關(guān)系。通過巖石物理分析，可以明確對巖性、物性以及流體敏感的彈性參數(shù)組合，從而建立精細(xì)、可信的巖石物理解釋模板，為地震反演提供參數(shù)指導(dǎo)。巖石物理動態(tài)分析是針對四維地震提出的，核心問題是了解油藏參數(shù)變化引起地震彈性參數(shù)、地震響應(yīng)變化的機(jī)理，進(jìn)而優(yōu)選油藏變化敏感參數(shù)[10-12]。

巖石物理模型基本參數(shù)包括環(huán)境參數(shù)、骨架參數(shù)及流體參數(shù)。研究區(qū)儲層巖石骨架主要為弱膠結(jié)的石英和黏土，孔隙度大于30%，原油API重度約為8，水礦化度為7000mg/L。根據(jù)研究區(qū)儲層流體性質(zhì)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，模擬了彈性參數(shù)隨油藏參數(shù)的變化。模擬結(jié)果(圖3)表明：①隨著含油飽和度從70%降到0，縱波速度略有下降，橫波速度和密度基本不變，油藏底界未出現(xiàn)明顯時(shí)移現(xiàn)象；②隨著壓力從0.4MPa增加到2.4MPa，縱波速度下降，橫波速度對壓力更敏感，下降幅度較大，密度基本不變，油藏底界時(shí)移量約為1ms；③隨著溫度從6℃增加到226℃，縱波速度明顯降低，橫波速度變化較小，密度明顯降低，油藏底界時(shí)移量明顯，最大時(shí)移量可達(dá)5ms。因此，溫度是彈性參數(shù)變化的主控因素。

圖3 縱(左)、橫(中)波速度及密度(右)隨含油飽和度(a)、壓力(b)、溫度(c)的變化開發(fā)前，地層溫度為6℃、壓力為0.4MPa、原始含油飽和度為70%；開發(fā)后，最大地層溫度達(dá)226℃、壓力約為2.4MPa、含油飽和度為0(理想情況)

由縱波阻抗、縱橫波速度比與溫度交會圖(圖4)可見：隨著溫度T升高，縱波阻抗一直下降，縱橫波速度比呈先急劇升高、后降低的趨勢。因此，縱橫波速度比是油藏變化的最敏感參數(shù)。根據(jù)縱橫波速度比的變化Δγ，結(jié)合實(shí)際溫度信息，可將整個(gè)油藏劃分為三個(gè)區(qū)域：①未受影響區(qū)域，Δγ=0，T=6℃，油藏未受注入蒸汽影響，保持原始油藏狀態(tài)；②蒸汽腔外圍，Δγ>0，T>30℃，油藏受蒸汽影響，油砂處于半固態(tài)到液態(tài)的相變階段，可動油飽和度較高，揭示未來產(chǎn)量；③蒸汽腔內(nèi)部，Δγ<0，T>180℃，位于蒸汽腔內(nèi)部，含氣飽和度高，可動油飽和度低，揭示過去產(chǎn)量。

圖4 縱波阻抗、縱橫波速度比與溫度交會圖

1.3 四維多波聯(lián)合反演

目前四維地震反演主要分為先反演再求差異、先求差異再反演[13]兩種方式。本文采用第一種方式，即分別在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)上進(jìn)行反演，然后求取反演屬性差異。

1.3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)縱橫波聯(lián)合反演

通過數(shù)據(jù)體匹配技術(shù)將基礎(chǔ)縱波與轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)體聯(lián)合，通過縱橫波聯(lián)合反演方法獲得對儲層或流體敏感的彈性參數(shù)，實(shí)現(xiàn)油藏精細(xì)描述。

本文采用縱橫波聯(lián)合疊前同時(shí)反演方法，與常規(guī)疊前同時(shí)反演方法原理及過程類似，唯一區(qū)別是本文方法在反演數(shù)據(jù)體中增加了轉(zhuǎn)換波信息，因此更利于求解Knott-Zoeppritz方程中的橫波模量，從而得到更穩(wěn)定的橫波阻抗、密度反演結(jié)果。另外，轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)包含更大的入射角信息，也更利于提高反演精度[14-16]。

1.3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)縱橫波聯(lián)合反演

巖石物理動態(tài)分析結(jié)果表明：縱橫波速度比γ的變化Δγ可以描述油藏動態(tài)變化。通過四維縱橫波聯(lián)合反演，可以獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)的γ。然而，監(jiān)測數(shù)據(jù)縱橫波聯(lián)合反演時(shí)，缺少建立低頻模型和約束反演的測井?dāng)?shù)據(jù)。另外，蒸汽沿水平井管道注入，油藏變化的非均質(zhì)性嚴(yán)重，難以建立準(zhǔn)確反映油藏變化規(guī)律的低頻模型[17-19]。因此，本文提出了一種低頻模型驅(qū)動的監(jiān)測數(shù)據(jù)地震反演方法，其基本思想是：①分別在基礎(chǔ)和監(jiān)測的縱波、轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)油藏底界精細(xì)拾取時(shí)間層位，并求取縱波、轉(zhuǎn)換波時(shí)移量；②將時(shí)移量信息轉(zhuǎn)化為縱波速度和橫波速度的變化信息；③將速度變化信息引入監(jiān)測低頻模型，使監(jiān)測低頻模型反映油藏變化的區(qū)域和趨勢。利用低頻模型驅(qū)動的監(jiān)測數(shù)據(jù)地震反演方法得到監(jiān)測數(shù)據(jù)的γ。對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(圖5a)與監(jiān)測數(shù)據(jù)(圖5b)的γ求差得到Δγ(圖5c)?？梢?，Δγ主要沿水平井展布，合理反映了油藏變化。

圖5 縱橫波速度比反演平面圖(a)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)γ； (b)監(jiān)測數(shù)據(jù)γ； (c)Δγ

2 應(yīng)用效果

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)縱橫波聯(lián)合反演結(jié)果表明，油藏上部存在大套優(yōu)質(zhì)油砂儲層，橫向連續(xù)性好，但油藏中、下部局部存在薄隔夾層(圖6中藍(lán)色)。隔夾層不僅影響蒸汽腔縱向擴(kuò)展，而且會影響垂向滲透率。在實(shí)際的雙水平井SAGD開發(fā)布井和鉆井過程中，須盡量避開隔夾層。分析該區(qū)生產(chǎn)水平井單井產(chǎn)能表明，部分井產(chǎn)能較低，蒸汽腔擴(kuò)展范圍較小。研究發(fā)現(xiàn)，在局部區(qū)域，注汽井和生產(chǎn)井中間存在隔夾層，這將對最終開發(fā)產(chǎn)生極其不利的影響，需借助隔夾層預(yù)測結(jié)果，調(diào)整部分低產(chǎn)井開發(fā)方案，可嘗試?yán)脝尉甋AGD的方式預(yù)熱地層[20]。

利用四維縱橫波聯(lián)合反演得到的縱橫波速度比差異，并結(jié)合實(shí)際溫度信息，準(zhǔn)確刻畫了蒸汽腔的展布范圍。根據(jù)巖石物理動態(tài)分析結(jié)果，設(shè)置不同門檻值，得到不同的油藏變化區(qū)域(圖7)。由預(yù)測蒸汽腔平面、剖面分布可見：①在平面上蒸汽腔主要沿著水平井展布，三個(gè)平臺蒸汽腔范圍差異較大，與實(shí)際生產(chǎn)情況吻合(圖7a)；②在垂直于水平井走向的蒸汽腔預(yù)測剖面上，蒸汽腔范圍與實(shí)測溫度曲線高度吻合，即在縱向上注采水平井井間形成連通，在橫向上蒸汽腔擴(kuò)展能力有限，主要局限在水平井周圍(圖7b)；③在沿水平井走向的蒸汽腔預(yù)測剖面上，部分井段的蒸汽腔擴(kuò)展能力仍然有限(圖7c)。因此，可以綜合隔夾層分布與蒸汽腔刻畫結(jié)果，分井段調(diào)整開發(fā)方案，以提高油藏動用程度，進(jìn)而提高最終采收率。

圖6 儲層預(yù)測剖面

圖7 預(yù)測蒸汽腔平面、剖面分布(a)平面； (b)剖面(垂直水平井走向)； (c)剖面(沿水平井走向)

3 結(jié)論

本文提出了一種基于低頻模型驅(qū)動的四維多波聯(lián)合反演方法，刻畫的油藏動態(tài)變化與實(shí)際生產(chǎn)情況高度吻合，獲得以下認(rèn)識：

(1)處理與解釋實(shí)時(shí)結(jié)合，逐步質(zhì)控，提高了非油藏信息的一致性，保留并突出了油藏信息真實(shí)差異。

(2)巖石物理分析結(jié)果表明，縱橫波速度比對油藏變化最敏感，可作為油藏動態(tài)監(jiān)測的敏感參數(shù)。

(3)充分利用縱波與轉(zhuǎn)換波時(shí)移量信息，建立了反映油藏變化趨勢的低頻模型，規(guī)避了缺少二次測井?dāng)?shù)據(jù)的限制，方法簡單易行，蒸汽腔預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。