張晶玉，范廷恩，王海峰，高玉飛，董洪超，何明薇

（1.中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京100028；2.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室，北京100028）

隨著中國海上油田陸續(xù)進入中—高含水期，對于油田儲層描述和剩余油預(yù)測的精度要求也明顯提高。國內(nèi)海上油田新近系儲層以河流相和三角洲相沉積類型為主，具有砂泥巖互層結(jié)構(gòu)特征，油田開發(fā)單元的儲層厚度常常小于或近似于地震資料的極限分辨率λ/4。在實際油田生產(chǎn)研究中，為實現(xiàn)油田的高效開發(fā)，需要解決以下幾個方面的問題，落實探明儲量、設(shè)計合理的開發(fā)方案、分析儲層內(nèi)部連通性及預(yù)測剩余油分布、薄儲層單元縱向及橫向展布特征、沉積微相精細刻畫。常規(guī)稀疏脈沖反演和平面屬性分析手段預(yù)測精度較低，對低于地震分辨能力的薄儲層預(yù)測問題難度較大，嚴重制約了油田的高效開發(fā)[1-3]。

地震反演是根據(jù)區(qū)域地質(zhì)規(guī)律，利用地震保真處理數(shù)據(jù)，以已鉆井資料作為約束，求取地下介質(zhì)的巖性物性參數(shù)，如速度、密度等，從而對地下含油氣性進行評價的一項重要手段。在過去的幾十年中，地震反演技術(shù)被普遍應(yīng)用于油氣勘探和開發(fā)，傳統(tǒng)的稀疏脈沖反演方法分辨率較低，薄儲層和隔夾層反演預(yù)測效果不佳，因此，疊后反演方法已從傳統(tǒng)稀疏脈沖反演發(fā)展到地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)隨機反演等多種方法[4-8]。目前，地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演已發(fā)展成為高分辨率儲層預(yù)測的一項代表技術(shù)，該技術(shù)利用變差函數(shù)隨機模擬方法獲得反演高頻成分，能夠突破地震分辨率限制，實現(xiàn)薄層的隨機模擬，且與井的對應(yīng)關(guān)系較好[9-11]。但由于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法在高頻段的預(yù)測是完全隨機的，因此，反演結(jié)果的橫向預(yù)測精度降低，平面規(guī)律性變差，與沉積模式常常不相符合。地震波形指示反演是在地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)基礎(chǔ)上改進、發(fā)展形成的新統(tǒng)計學(xué)反演方法。它利用地震波形橫向變化信息代替變差函數(shù)分析使儲層預(yù)測不受井位分布影響，建立的插值模型更符合地質(zhì)沉積特征，使井間預(yù)測能力提升，特別適用于具有橫向變化快、非均值性強、薄互層等特征儲層的高精度預(yù)測[12-15]。

地震沉積學(xué)方法是在等時地層格架指導(dǎo)下，綜合利用地層切片、地震屬性分析等手段，對儲層的橫向展布特征和沉積微相進行精細刻畫，對地質(zhì)體沉積規(guī)律進行演繹。自2000 年左右引入至今，地震沉積學(xué)方法的理論不斷完善，并在薄儲層識別的多個案例中取得了良好的應(yīng)用效果，對于垂向上不可分辨的薄儲層，地層切片上可以清晰地檢測到沉積現(xiàn)象。確保地層切片參考層的沉積等時性，以及根據(jù)井上沉積旋回發(fā)育期次合理地劈分時間單元，建立地層切片與井資料的對應(yīng)關(guān)系，是地震沉積學(xué)方法取得成功應(yīng)用的關(guān)鍵[16-18]。

在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，以海相薄砂巖儲層精細描述為目標，形成了基于地震波形指示反演和地震沉積學(xué)方法的組合技術(shù)流程，并在南海H 油田取得了良好的應(yīng)用效果，實現(xiàn)了薄儲層縱向、橫向展布特征的精確刻畫，為研究區(qū)剩余油預(yù)測和調(diào)整挖潛提供了有效的技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

H 油田位于南海珠江口盆地東沙隆起西北斜坡，靠近惠州凹陷南部，是發(fā)育在基底古隆起上的披覆背斜，構(gòu)造幅度較緩，構(gòu)造由深至淺繼承性較好，構(gòu)造高點相對穩(wěn)定，構(gòu)造走向主要為近東西向，構(gòu)造完整，含油范圍內(nèi)無斷層切割。含油層系為新近系中新統(tǒng)珠江組，縱向上共發(fā)育了13個油藏，油藏分布主要受構(gòu)造控制，局部受巖性控制。珠江組發(fā)育一套辮狀河三角洲沉積體系，隨著海平面逐漸上升，自下而上由三角洲平原向三角洲前緣、前三角洲演化，H油田區(qū)域沉積模式如圖1所示。

圖1 南海珠江口盆地H油田區(qū)域沉積模式Fig.1 Regional sedimentation mode of H Oilfield in the Pearl River Mouth Basin of the South China Sea

主力含油層系L30up 探明儲量占整個油田探明儲量的85 %，為該油田的重點研究對象。L30up為辮狀河三角洲前緣沉積，發(fā)育水下分流河道、河口壩、席狀砂等沉積微相，儲層埋深約2 600 m，井點鉆遇儲層厚度為2～13 m，平均厚度小于10 m。地震資料在L30up 層的頻帶寬度約為8～80 Hz，主頻約為40 Hz。測井統(tǒng)計此段地層平均層速度約為3 100～4 300 m/s，計算得到垂向可分辨地層厚度約為20～27 m，儲層的平均厚度小于地震垂向分辨能力，儲層預(yù)測難度較大。

油田采用天然能量開采，在開發(fā)井生產(chǎn)過程中，地層能量下降快，生產(chǎn)井產(chǎn)量降低。為更好地實現(xiàn)油藏高效開發(fā)，考慮部署注水井，實施注水開發(fā)方案。因此，對于該油藏單元的沉積微相和儲層結(jié)構(gòu)的精細刻畫需求迫切。

2 地震波形指示反演

2.1 方法技術(shù)

地震波形的橫向變化反映了沉積環(huán)境和巖性組合特征的變化，即能夠反映儲層空間的相變信息。相比傳統(tǒng)地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演基于變差函數(shù)的空間插值方法，地震波形指示反演利用波形橫向變化信息來進行井間插值，同時分析巖性的縱向組合特征，更好地體現(xiàn)了相控，提高了井間預(yù)測精度，擴大了方法適用的領(lǐng)域。

地震波形指示反演技術(shù)流程（圖2）主要包括以下3個步驟：①樣本井選擇：根據(jù)已鉆井的鉆遇巖性組合關(guān)系和井旁地震道的波形特征，結(jié)合波形相似性和距離優(yōu)選樣本井，然后計算樣本井位置的波阻抗。②匹配濾波處理：將地震頻帶范圍的反演阻抗與初始模型進行匹配濾波，計算似然函數(shù)。如果兩口井的相似性高，高頻成分可能因不同微相而存在較大差異，但采用該方法也限制了高頻段的取值范圍，反演結(jié)果的低頻部分確定性增強，說明沉積環(huán)境相似，反演低頻成分與地震有效頻道范圍一致。③求解期望輸出：根據(jù)貝葉斯理論，利用測井資料得到的先驗概率分布和似然函數(shù)，將目標函數(shù)設(shè)為后驗概率分布，并將目標函數(shù)最大的解作為一個有效實現(xiàn)，對求解模型進行擾動，獲得多次有效實現(xiàn)并將其平均值作為期望輸出[19-20]。

圖2 地震波形指示反演技術(shù)流程Fig.2 Flow of seismic waveform indication inversion technology

2.2 巖石物理分析

巖石物理分析是優(yōu)選反映儲層巖性、物性、流體性質(zhì)的彈性參數(shù)。通過建立關(guān)系圖版，可以輔助反演結(jié)果的定性和定量解釋。H油田測井資料較為齊全，地質(zhì)分層及測井解釋成果較完整，其中，工區(qū)內(nèi)聲波、密度曲線完整的井共9口，計算縱波阻抗，并采用直方圖法進行巖石物理分析（圖3a），縱波阻抗對巖性有一定的區(qū)分能力，砂巖整體表現(xiàn)為低阻抗的特征，但砂泥縱波阻抗有較大的疊置區(qū)，以疊后阻抗反演結(jié)果區(qū)分巖性具有一定的不確定性。

圖3 縱波阻抗重構(gòu)前和重構(gòu)后對比Fig.3 P-wave impedance-lithology histogram before and after reconstruction

為了提升反演結(jié)果識別巖性的能力，考慮原始聲波曲線對巖性區(qū)分能力較弱，因此，采用特征曲線對測井聲波曲線進行重構(gòu)。該方法是將原始聲波曲線作為低頻曲線，巖性敏感曲線作為高頻曲線，低頻和高頻的頻率界限為原始地震最大有效頻帶，然后將兩條曲線在頻率域合并。

利用原始聲波和伽馬曲線合并得到重構(gòu)聲波曲線，然后計算新的波阻抗曲線，從重構(gòu)后的縱波阻抗—巖性直方圖（圖3b）可以看出：重構(gòu)后的縱波阻抗對砂泥巖的識別能力明顯提升，同時，由于保持了原始曲線的中低頻成分，重構(gòu)后的測井曲線依然能保持與原始曲線相同的井震相關(guān)性。

2.3 關(guān)鍵參數(shù)選取

在地震波形指示反演的實際操作中，4個關(guān)鍵參數(shù)的選擇對于反演效果影響較大，即：有效樣本數(shù)、最佳截止頻率、平滑半徑和目標體采樣。

2.3.1 有效樣本數(shù)

有效樣本數(shù)反映地震波形的空間變化對儲層的影響程度，是控制地震波形指示反演和樣本優(yōu)選的關(guān)鍵參數(shù)。有效樣本數(shù)的大小反映了儲層橫向變化的程度和縱向結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，在設(shè)置時應(yīng)參考已鉆井所反映的研究區(qū)沉積特征。在儲層變化小、非均質(zhì)性弱的沉積穩(wěn)定地區(qū)，應(yīng)設(shè)置較多的樣本數(shù)；在橫向變化快、非均質(zhì)性強的地區(qū)，可適當(dāng)減少樣本數(shù)。對H油田9口井進行地震波形指示反演，綜合考慮參數(shù)的質(zhì)量控制窗口和沉積特征，得出有效樣本數(shù)優(yōu)選值為3。

2.3.2 最佳截止頻率

地震波形指示反演結(jié)果的高頻成分主要受具有相同沉積結(jié)構(gòu)的樣本控制，頻率越高，隨機性越強。設(shè)置合適的最佳截止頻率，即合理限定高頻和低頻的范圍，對反演效果具有重要意義。如果需要獲得一個確定性較強的結(jié)果，則應(yīng)降低對縱向分辨率的要求，截止頻率不宜設(shè)置太高；反之，如果不介意高頻成分是隨機獲得的，則可以設(shè)置較高的截止頻率。在H油田的應(yīng)用中更側(cè)重于獲得一個相對可靠的反演結(jié)果，不過于追求提高分辨率，因此，經(jīng)過試驗，最佳高截頻率優(yōu)選值為150 Hz。

2.3.3 平滑半徑

平滑半徑設(shè)置越大，則得到的反演結(jié)果橫向連續(xù)性越好，反演剖面越平滑，儲層的非均值特征也越不明顯。在對參數(shù)進行優(yōu)選時，需要綜合已鉆井和區(qū)域地質(zhì)背景，對研究區(qū)儲層非均值性進行預(yù)估。H油田主體區(qū)1 km2內(nèi)實鉆的多口井存在儲層發(fā)育特征差異明顯的情況，砂體厚度存在變化，因此，平滑半徑不宜設(shè)置過大。經(jīng)過反復(fù)試驗，平滑半徑優(yōu)選值為2 m。

2.3.4 目標體采樣

采樣時間越小，反演結(jié)果的分辨率越高，反演數(shù)據(jù)體越平滑，但對計算時間和存儲空間的要求也越高。根據(jù)H 油田儲層描述精度的需求，目標體采樣優(yōu)選值為0.5 ms。

2.4 反演效果分析

利用優(yōu)選的技術(shù)流程，以工區(qū)內(nèi)9口井的參數(shù)作為輸入，進行地震波形特征指示反演。從地震波形指示反演與原始地震波形疊合剖面可以看出：反演結(jié)果與地震波形的橫向變化具有顯著相關(guān)性，能夠準確反映儲層的橫向變化，反演剖面具有較高的縱向和橫向分辨率（圖4）。

圖4 地震波形指示反演剖面Fig.4 Seismic waveform indication inversion profile

從過某水平井的地震剖面和地震波形指示反演剖面（圖5）可以看出：地震波形指示反演結(jié)果能準確地反映水平井鉆遇的砂巖和泥巖段，說明對儲層橫向展布的預(yù)測結(jié)果準確可靠。

圖5 過水平井剖面Fig.5 Horizontal well profile

3 地震沉積學(xué)認識

3.1 儲層平面展布預(yù)測

L30up層屬于辮狀河三角洲前緣沉積，發(fā)育水下分流河道、河口壩、席狀砂等沉積微相。利用頂?shù)捉缑娼忉尦晒头囱輸?shù)據(jù)提取多個屬性進行對比分析，其中，平均振幅地震屬性與井上統(tǒng)計砂地比的相關(guān)性最好，因此，選取該屬性表征儲層平面分布（圖6）。平均振幅屬性對辮狀河三角洲沉積特征具有很好的刻畫效果，能夠比較清楚地反映辮狀河三角洲的整體沉積形態(tài)。結(jié)合平面屬性及井鉆遇砂體信息可以判斷，可能存在多期朵葉體的平面疊置，但無法區(qū)分單一朵葉體的分布范圍及沉積期次的早晚。

圖6 南海珠江口盆地H油田L(fēng)30up層振幅屬性平面Fig.6 Amplitude attribute of L30up layer in H Oilfield in the Pearl River Mouth Basin of the South China Sea

3.2 儲層沉積期次演繹

為進一步刻畫儲層內(nèi)部結(jié)構(gòu)，基于地震沉積學(xué)方法，針對目標層開展地震屬性分析研究。地震屬性切片演繹是利用地震數(shù)據(jù)描述儲層沉積規(guī)律，刻畫不同沉積時期儲層平面展布特征的一種常用手段。屬性切片的常用類型包括：時間切片、層位切片和地層切片（圖7）。其中，地層切片技術(shù)是在常規(guī)地震屬性切片演繹基礎(chǔ)上，重點強調(diào)了具有沉積等時地層意義的頂?shù)捉缑孢x取，以保證切片的等時地質(zhì)意義，是地震沉積學(xué)理論中的一項關(guān)鍵技術(shù)。

圖7 三維地震屬性切片對比Fig.7 Comparison of 3D seismic attribute slices

在油田實際應(yīng)用中，特別是在油田開發(fā)階段聚焦單一儲量單元的精細儲層預(yù)測時，往往存在沉積等時意義的頂?shù)捉缑孢x取困難，離目標砂體距離較遠，解釋誤差累積量較大等問題。為更貼近開發(fā)需求，在實際應(yīng)用中經(jīng)過反復(fù)試驗，對地層切片演繹方法進行了改進，具體步驟為：①選取目標儲層上部距離最近的，同時地震反射穩(wěn)定的短期或者中期旋回等時界面作為等時地層界面，再將等時地層界面下移若干毫秒至目的層上部作為地震屬性分析的頂界面；②目標儲層的底界面或其下部砂體的頂界面能夠反映沉積時的古地形，可作為屬性分析時窗的底界面；③頂?shù)捉缑嬷g劈分單元，則以已鉆井鉆遇砂體期次為參考，同時根據(jù)屬性切片演繹效果共同確定。

以研究區(qū)為例，H 油田珠江組發(fā)育一套辮狀河三角洲沉積體系，隨著海平面逐漸上升，自下而上由三角洲平原向三角洲前緣、前三角洲演化。主力油層L30up位于低位—海侵體系域內(nèi)，層序劃分結(jié)果和井震響應(yīng)特征分析表明，上部的最大海泛面L10層具有明顯的等時意義，且區(qū)域分布穩(wěn)定、地震同相軸全區(qū)可穩(wěn)定追蹤，因此，作為等時地層反射界面。將L10等時界面往下時移若干毫秒，形成若干地層切片層位，若地層切片層位超過目標儲層底界面深度，則將該位置的地層切片深度賦為儲層底界面的時間深度值，以保證地層切片層位始終位于儲層內(nèi)部，形成的2個切片之間即為1個時間單元，縱向時間單元個數(shù)對應(yīng)儲層縱向沉積期次。

油田范圍內(nèi)有2口定向井和4口直井在L30up儲層鉆遇2期砂體，而沉積地貌反映油田范圍存在2個低洼部位，其中，西部低洼部位深度和可容納空間較油田主體區(qū)更大。根據(jù)上述條件，生成3個等時地層切片，與沉積古地形界面共同形成3個縱向時間單元（圖8），再以2 個地層切片作為時窗范圍，利用地震數(shù)據(jù)提取層間地震屬性，用于反映每個時間單元沉積的儲層平面展布特征。從圖9a 到9c 為深度從深到淺各時間單元的地震屬性切片。

圖8 地層切片生成與縱向時間單元劃分Fig.8 Stratigraphic slice generation and longitudinal time unit division

圖9 地震屬性切片演繹平面Fig.9 Seismic attribute slice interpretation

分析不同時間單元的地震屬性特征，可以看出：目標儲層L30up 各期砂體由下至上具有自西向東的沉積順序，在第1 個時間單元主要發(fā)育2 個朵葉體；第2 個時間單元發(fā)育油田主體區(qū)的2 個朵葉體和油田東部的1個朵葉體；第3個時間單元主要發(fā)育東部的2個朵葉體。因此，油田及周邊在平面上可劃分4個朵葉體，其中，主體區(qū)主要發(fā)育2個朵葉體，且西部的朵葉體早于東部朵葉體，2 個朵葉體在油田主體區(qū)大范圍疊置，東部的第4 個朵葉體與相鄰油田屬于同1 個朵葉體沉積，經(jīng)過巖心證實該朵葉體為濁流沉積。根據(jù)以上認識繪制了目標儲層的平面沉積相圖（圖10）。

圖10 南海珠江口盆地H油田L(fēng)30up層平面沉積相圖Fig.10 Planar sedimentary facies of L30up layer in H Oilfield in the Pearl River Mouth Basin of the South China Sea

4 結(jié)論

以海相砂巖薄儲層的精細描述和沉積微相刻畫為目標，通過構(gòu)建地震波形指示反演和地震屬性切片演繹方法組合技術(shù)流程，實現(xiàn)了小于地震分辨能力的薄砂巖儲層空間展布預(yù)測和沉積規(guī)律認識。

1）地震波形指示反演方法充分利用地震波形橫向變化特征，具有較高的井間預(yù)測能力，更好地體現(xiàn)了“相控”思想，具有較高的預(yù)測精度和可靠程度。

2）以地震沉積學(xué)為指導(dǎo)，基于等時地層格架合理選取等時地層界面，通過對目標薄儲層合理劃分時間單元進行地震屬性切片演繹，能夠獲得儲層平面沉積規(guī)律認識。