代 玲, 萬 鈞, 羅 澤

(中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，深圳 518000)

0 引言

地震儲層預(yù)測的主要手段是反演，方法主要有稀疏脈沖反演、測井約束反演和地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演[1]。目前主要流行的是地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演，其利用隨機建模有多個實現(xiàn)比確定性建模表達能力更強，而且隨機路徑有利于測井高頻信息合理加入，對儲層非均質(zhì)性表征有利。但地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演隨機建模基于變差函數(shù)，難以描述復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的地質(zhì)體[2]。地震沉積學(xué)強調(diào)用屬性和反演的形態(tài)特征-地震地貌分析微相，倡導(dǎo)相控預(yù)測儲層，為克服常規(guī)地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)建模橫向分辨率低、模糊沉積儲層構(gòu)形特征的局限，引入了相控預(yù)測思想用于反演建模，較好解決了這一問題[3]。

珠江口盆地X油田作為南海東部開發(fā)的新區(qū)域，近兩年連續(xù)為南海東部產(chǎn)量最高的油田，油田儲層主要發(fā)育三角洲前緣水下分流河道～河口壩沉積，沉積時期水動力弱、粒度細、砂巖疏松且泥質(zhì)含量高。該油田面臨儲層數(shù)量多且單層?。簧皫r疏松引起測井?dāng)U徑導(dǎo)致聲波時差和密度等測井曲線測量失真；砂泥疊置，有效儲層不易區(qū)分等難題。常規(guī)反演方法刻畫該油田儲層空間展布特征效果不佳，嚴重制約著此油田的高效開發(fā)。針對這一難題，筆者提出遺傳化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)重構(gòu)還原真實測井曲線，優(yōu)選儲層特征敏感參數(shù)，并基于地震波形實現(xiàn)地震相約束，分頻反演實現(xiàn)高分辨率反演，最終形成一套完整的針對高泥質(zhì)疏松砂巖薄儲層的識別技術(shù)系列，期望實現(xiàn)薄儲層精細刻畫，助推油田高效開發(fā)。

1 反演原理

觀測計算得到的屬性量可以用公式(1)表示[4]。

G=R+S

(1)

其中：G為觀測計算得到的屬性量；R為實際屬性量；S為隨機噪聲。采用公式(2)來表示目標函數(shù)[5]。

(2)

其中：M1為目標函數(shù)；σ為隨機噪聲S的協(xié)方差。求取反演的過程就是讓目標函數(shù)M1達到最小值。由于采用公式(2)求取反演最優(yōu)解存在多解性與不穩(wěn)定性，因此加入先驗信息進行約束，這樣目標函數(shù)可以表示為公式(3)[6]。

M(Z)=M1(Z)+λ2M2(Z)

(3)

其中：Z為屬性量；λ為平滑參數(shù)；M2(Z)為先驗項，是勢函數(shù)之和。最終反演采用的目標函數(shù)能夠進一步改寫為公式(4)[7]:

(4)

其中：φ為勢函數(shù)；δ為刻度參數(shù)，用來調(diào)節(jié)不連續(xù)處梯度值。

2 高泥質(zhì)疏松砂巖薄儲層預(yù)測

針對高泥質(zhì)疏松砂巖薄儲層預(yù)測和精細描述，采用了以下關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 遺傳化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)測井曲線技術(shù)

X油田由于受高泥質(zhì)疏松砂巖影響，引起測井?dāng)U徑導(dǎo)致聲波時差和密度等測井曲線測量失真(圖1)，影響儲層預(yù)測的準確性。針對這一問題采用遺傳化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，重構(gòu)得到新的測井曲線。為了保證遺傳化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的穩(wěn)定性和可靠性，輸入數(shù)據(jù)采用伽馬、電阻率、油飽、中子和溫壓曲線等多種參數(shù)，并且這些參數(shù)受測井?dāng)U徑影響極小[8]，最終遺傳化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測的聲波時差和密度曲線結(jié)果如圖1所示，在擴徑影響段，低伽馬砂巖區(qū)本應(yīng)該對應(yīng)低密度、高聲波時差測井值，由于擴徑影響使得該區(qū)段出現(xiàn)高密度、低聲波時差值這一矛盾現(xiàn)象(圖1矩形框中)，通過遺傳化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)密度和聲波時差測井曲線很好地解決了這個問題，恢復(fù)了測井曲線真實值。

圖1 X-1A井原始測井曲線與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)校正曲線對比

為了進一步驗證該方法的可靠性和準確性，將原始測井密度和聲波時差曲線(受擴徑影響)與遺傳化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測重構(gòu)得到的密度和聲波時差曲線，進行合成地震記錄，計算得到的相關(guān)系數(shù)結(jié)果分別為0.53與0.81，效果明顯提高，井、震匹配性更佳(圖2)。

圖2 X-1A井合成地震記錄

2.2 儲層敏感參數(shù)分析

泊松比與巖石物性關(guān)系緊密，采用泊松比屬性描述儲層特征越來越受到重視[9]。X油田目的層段巖石物理分析表明(圖3)：砂巖和泥巖的波阻抗值域比較接近，基于波阻抗屬性區(qū)分不開砂、泥巖。通過進一步巖石物理分析，將縱波速度、橫波速度、縱橫波速度比、密度、泊松比等儲層參數(shù)對比研究，比選出最優(yōu)的儲層識別敏感參數(shù)為泊松比，它能很好區(qū)分砂、泥巖，分析表明砂、泥巖區(qū)分門檻值是泊松比為0.3(圖4)。在此基礎(chǔ)上采用儲層特征敏感參數(shù)泊松比進行反演預(yù)測，實現(xiàn)好儲層空間展布精細刻畫。

圖3 X油田自然伽馬與波阻抗交會圖

圖4 X油田泊松比和泥質(zhì)含量交會圖

2.3 波形相控分頻高分辨率反演

儲層預(yù)測主要是從地震數(shù)據(jù)體中提取有限的地震屬性(如結(jié)構(gòu)、振幅、頻率、相位、波阻抗及吸收衰減等)，并利用地震屬性預(yù)測巖性，進而進行儲層預(yù)測[10]。地震沉積學(xué)的研究推動了地震和地質(zhì)的有機結(jié)合，相控技術(shù)是這種定量結(jié)合的重要銜接手段。相控的思想用于巖石物理研究產(chǎn)生了地質(zhì)統(tǒng)計巖石物理技術(shù)，促使人們在做巖石物理統(tǒng)計規(guī)律時，思考影響這些規(guī)律背后的地質(zhì)因素—沉積或成巖作用，再按成因?qū)ふ乙?guī)律進行分類統(tǒng)計[11]。

沉積儲層的構(gòu)形特征在塊狀介質(zhì)中是地質(zhì)體外形和結(jié)構(gòu)的反映，在層狀介質(zhì)中是儲層縱橫向非均質(zhì)性的表現(xiàn)。沉積儲層非均質(zhì)性的表現(xiàn)特征和探測頻率有關(guān)，探測頻率越高，儲層在橫向上呈現(xiàn)的非均質(zhì)性越強，呈現(xiàn)的隨機性也越強，利用分頻反演能很好表征儲層非均質(zhì)性特征[12-13]。

筆者基于此提出一種既有測井縱向高分辨率，又有地震橫向高分辨率，同時能保持地質(zhì)體構(gòu)形特征及儲層非均質(zhì)性特征的反演方法—波形相控分頻反演。該反演方法基于地震波形實現(xiàn)地震相約束，分頻反演實現(xiàn)高分辨率反演。通過格架約束井曲線插值得到低頻，由地震譜模擬反演獲得中頻，再由相控模擬結(jié)果得到確定性高頻，最后由貝葉斯隨機模擬得到隨機性高頻，對高頻成分進行無偏最優(yōu)估計。其技術(shù)流程如圖5所示，主要包括以下四個關(guān)鍵步驟：①神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測重構(gòu)得到正確的測井曲線；②巖石物理分析優(yōu)選出儲層敏感參數(shù)泊松比；③利用地震波形空間特征實現(xiàn)相控約束；④頻率域?qū)崿F(xiàn)分頻反演。

圖5 基于高泥質(zhì)疏松砂巖薄儲層相控分頻反演流程圖

在傳統(tǒng)反演建模中，僅利用測井結(jié)合構(gòu)造框架插值建模，這種建模方法在剖面上容易出現(xiàn)模型中，反映的地層產(chǎn)狀與地震所反映的地層產(chǎn)狀不一致，平面上容易出現(xiàn)“牛眼”現(xiàn)象，模糊了地質(zhì)體構(gòu)形特征或儲層非均質(zhì)性特征[14-16]。隨機建模雖然理論上可以通過概率密度函數(shù)產(chǎn)生既滿足反演(通常是稀疏脈沖反演)也滿足井的隨機實現(xiàn)，但它的隨機性較強，很難準確表征地質(zhì)體構(gòu)形或儲層非均質(zhì)性特征[17-19]。將地震數(shù)據(jù)參與建模，是提高反演構(gòu)形表征能力的關(guān)鍵，地震是一種帶限資料，加入地震缺乏的低頻和高頻信息成為井、震聯(lián)合分頻建模的關(guān)鍵，即不同頻帶采用不同的建模策略?；诖耍P者提出了波形相控分頻反演頻譜(圖6)，①0 Hz～10 Hz頻帶，地質(zhì)體構(gòu)形特征不明顯或儲層非均質(zhì)性不強，采用克里金插值建模實現(xiàn)；②10 Hz～100 Hz為地震頻帶，采用地震反演實現(xiàn)；③100 Hz～200 Hz儲層非均質(zhì)性較強，利用地震波形的空間特征，結(jié)合測井實現(xiàn)相控約束模擬;④>200 Hz儲層非均質(zhì)性表現(xiàn)很強，采用貝葉斯隨機模擬實現(xiàn)。這四部分能量的相對關(guān)系依次減弱，滿足指數(shù)規(guī)律?？梢钥闯龇诸l建模遵循頻率越高儲層非均質(zhì)性表現(xiàn)越強的規(guī)律，按分頻原則將克里金建模和隨機建模及地震波形空間特征有機結(jié)合。

圖6 波形相控分頻反演頻率成分分析圖

波形相控分頻反演針對常規(guī)建模方法容易損失地質(zhì)體構(gòu)形和沉積儲層橫向非均質(zhì)性表征能力的問題，采用分頻建模策略。低頻信息利用測井采用克里金插值獲得，中頻信息利用地震獲得，高頻信息利用地震結(jié)合測井獲得，采用構(gòu)形建模方法，使模型能反映地震反射的縱橫向構(gòu)形特征，再利用貝葉斯隨機模擬修改構(gòu)形模型，在地震相約束下合理加入井的高頻信息，減小反演的隨機性，形成一種新的反演方法。

反演初始模型的優(yōu)劣很大程度影響著最終反演效果[20-22]，筆者將常規(guī)反演與波形相控分頻反演的初始模型結(jié)果進行對比，研究發(fā)現(xiàn)：①平面上，常規(guī)反演得到的初始模型在井點處有明顯“牛眼”現(xiàn)象(圖7(a))，這對儲層非均質(zhì)性表征非常不利，嚴重影響最終反演結(jié)果，而波形相控分頻反演的初始模型平面屬性帶有地震相約束，更符合實際地質(zhì)規(guī)律(圖7(b))；②剖面上，常規(guī)反演得到初始模型的地層產(chǎn)狀與地震所反映的地層產(chǎn)狀不一致(圖8(a))，而波形相控分頻反演初始模型有地震相約束，較好地規(guī)避了這一問題，結(jié)果與真實地層產(chǎn)狀更吻合(圖8(b))。

圖7 泊松比屬性平面圖

圖8 不同反演方法初始模型與地震波形疊合對比

3 實際應(yīng)用及效果分析

3.1 薄儲層精細預(yù)測

X油田儲層主要發(fā)育三角洲前緣水下分流河道～河口壩沉積，沉積時期水動力弱，粒度細，砂巖疏松且泥質(zhì)含量高。該油田面臨儲層數(shù)量多且單層薄，儲層厚度大部分在5 m以內(nèi)，砂巖疏松引起測井?dāng)U徑導(dǎo)致聲波時差和密度等測井曲線測量失真；砂泥疊置，有效儲層不易識別等難題，常規(guī)儲層反演方法對該油田薄儲層反演預(yù)測效果不佳，難以精細刻畫儲層空間展布特征，嚴重制約著此油田的高效開發(fā)。為了解決這一難題，筆者提出了波形相控分頻反演方法，最終反演結(jié)果對薄儲層空間展布特征刻畫清楚，儲層預(yù)測結(jié)果如圖9所示。

圖9 波形相控分頻反演剖面圖

3.2 精細刻畫優(yōu)質(zhì)儲層指導(dǎo)調(diào)整井優(yōu)化實施

X油田主力生產(chǎn)層為HJa儲層，油層含油面積大，但儲層厚度在5 m以內(nèi)，制約該儲層高效開發(fā)的關(guān)鍵因素為對儲層空間展布認識不清。油田開發(fā)早期，由于對該主力儲層分布特征認識不明確，僅考慮構(gòu)造因素在構(gòu)造高部位部署了X-A2H和X-A3H兩口水平生產(chǎn)井，產(chǎn)油指數(shù)低，分別為31nm3/d/Mpa和39nm3/d/Mpa(n指代某數(shù)值)，油藏生產(chǎn)動態(tài)差。后期利用該套基于高泥質(zhì)疏松砂巖薄儲層識別技術(shù)反演得到泊松比屬性平面圖(圖10(a)紅框)，通過分析認為，X-A2H井和X-A3H井之所以生產(chǎn)動態(tài)差，主要是因為水平生產(chǎn)段部署在差儲層區(qū)域?qū)е?。后期通過反演泊松比屬性精細刻畫了儲層空間展布特征(圖10(a)、圖10(b))，結(jié)合反演刻畫的好儲層區(qū)域部署了調(diào)整井(X-A17H)，該調(diào)整井油藏生產(chǎn)動態(tài)好，產(chǎn)油指數(shù)高(210nm3/d/Mpa)，并且低含水期維持時間長(圖10(c))。成功利用該套儲層預(yù)測技術(shù)精細刻畫了優(yōu)質(zhì)儲層空間展布特征，指導(dǎo)了調(diào)整井優(yōu)化實施。

圖10 反演結(jié)果指導(dǎo)調(diào)整井優(yōu)化實施效果圖

4 結(jié)論

筆者針對高泥質(zhì)疏松砂巖薄儲層空間展布特征難刻畫問題形成了一套完整的儲層精細預(yù)測技術(shù)系列，并成功應(yīng)用于珠江口盆地X油田薄儲層精細預(yù)測。研究表明：①遺傳化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)重構(gòu)得到新的測井曲線，解決了測井?dāng)U徑導(dǎo)致的聲波時差和密度曲線測量失真問題；②優(yōu)選的儲層特征敏感參數(shù)泊松比能很好區(qū)分儲層與非儲層；③波形相控分頻反演基于地震波形實現(xiàn)地震相約束，分頻反演實現(xiàn)高分辨率反演，實現(xiàn)了井、震協(xié)同高分辨率儲層預(yù)測。實際應(yīng)用證實該技術(shù)在X油田調(diào)整井優(yōu)化實施等方面取得了較好的應(yīng)用效果，解決了該油田3 m～5 m薄儲層精細描述的難題，形成了一套完整的針對高泥質(zhì)疏松砂巖薄儲層預(yù)測的技術(shù)流程。該技術(shù)對同類油藏表征和油田高效開發(fā)具有參考意義。