商偉,張?jiān)沏y,孔省吾,劉峰

(中石化勝利油田物探研究院，山東 東營(yíng) 257000)

0 引言

濁積巖油藏一直是勘探研究的重要對(duì)象，地震反射特征明顯、易識(shí)別的濁積巖大部分已被發(fā)現(xiàn)[1]，目前勘探面臨的濁積巖砂巖儲(chǔ)層巖性與非儲(chǔ)層泥巖、灰質(zhì)泥巖等巖性具有相近的密度和縱波速度，常規(guī)地震剖面上表現(xiàn)為“異質(zhì)同像”特型，識(shí)別難度大。主要表現(xiàn)在：濁積巖與非儲(chǔ)層具有類似的地震反射特征和縱波阻抗特征，均表現(xiàn)為短軸狀強(qiáng)反射，常規(guī)地震屬性和波阻抗反演很難區(qū)分。

前人針對(duì)濁積巖儲(chǔ)層描述方法在疊后技術(shù)方面已經(jīng)形成和發(fā)展了地震屬性分析[2]、分序級(jí)地震描述技術(shù)[3-4]、疊后波阻抗反演技術(shù)等[5-6]，這些技術(shù)多是以地震振幅能量特征為依據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)層識(shí)別及描述，對(duì)“異質(zhì)同像”型濁積巖，儲(chǔ)層與圍巖地震反射特征類似，現(xiàn)有技術(shù)難以對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行有效識(shí)別；而疊前技術(shù)在濁積巖儲(chǔ)層描述方面，大量學(xué)者也做了相當(dāng)多的研究，陳昌通過(guò)多種彈性屬性交匯分析，指出泊松比屬性能夠有效地識(shí)別濁積巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層[7]；周游等在疊前三參數(shù)反演過(guò)程中引入巖性識(shí)別因子區(qū)分不同巖性[8]；于正軍、商偉提出通過(guò)地震屬性融合的方法識(shí)別和劃分濁積巖儲(chǔ)層[9-10]。前人的研究成果在預(yù)測(cè)“異質(zhì)同像”型濁積巖中存在一定的多解性，鑒于“異質(zhì)同像”型濁積巖的特點(diǎn)，應(yīng)充分利用不同巖性間的彈性性質(zhì)和彈性特征差異，這是解決巖性特征重疊，降低儲(chǔ)層預(yù)測(cè)多解性的主要途徑。本文以疊前地震資料為基礎(chǔ)，從巖石物理特征分析入手，建立了基于疊前多參數(shù)敏感巖性反演的濁積巖儲(chǔ)層描述技術(shù)，解決“異質(zhì)同像”型濁積巖描述難題，在實(shí)際應(yīng)用中提高了濁積巖油藏勘探成功率。

1 巖石物理特征研究

“異質(zhì)同像”型濁積巖儲(chǔ)層發(fā)育層段含有多種巖性，儲(chǔ)層巖性為砂巖、含礫砂巖、粉砂巖和細(xì)砂巖；圍巖巖性為泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、灰質(zhì)油泥巖、灰質(zhì)泥巖以及油泥巖等，前期應(yīng)用Xu-White砂泥巖模型對(duì)工區(qū)目的層段進(jìn)行橫波估算，發(fā)現(xiàn)誤差較大。因此需要對(duì)影響橫波估算精度的因素進(jìn)行分析，明確關(guān)鍵要素，修正巖石物理模型，進(jìn)一步提高橫波估算精度。

1.1 影響橫波估算精度的因素分析

本次重點(diǎn)討論礦物含量、孔隙度以及流體參數(shù)對(duì)估算橫波速度的影響。測(cè)試數(shù)據(jù)如表1、表2所示。具體實(shí)現(xiàn)是在固定和變化的孔隙縱橫比的兩種情況下，分別改變灰質(zhì)含量、孔隙度以及含水飽和度，計(jì)算各參數(shù)變化時(shí)對(duì)縱、橫波速度和密度的影響，灰質(zhì)含量由0～60%，孔隙度由10%～50%，含水飽和度由10%～100%，砂巖孔隙縱橫比由0.06～0.12，泥巖孔隙縱橫比0.03～0.07，灰?guī)r孔隙縱橫比由0～0.2。結(jié)果如圖1、圖2、圖3所示(圖中虛線表示采用固定的孔隙縱橫比計(jì)算的結(jié)果，實(shí)線代表采用變化的孔隙縱橫比計(jì)算的結(jié)果)。

表1 模型試算數(shù)據(jù)

表2 橫波預(yù)測(cè)參數(shù)設(shè)置

圖1 灰質(zhì)含量對(duì)縱波速度、橫波速度以及密度的影響

圖2 孔隙度對(duì)縱波速度、橫波速度以及密度的影響

圖3 含水飽和度對(duì)縱波速度、橫波速度以及密度的影響

通過(guò)模擬得出，灰質(zhì)含量和孔隙度的變化均對(duì)縱、橫波速度影響程度較大，含水飽和度影響較小。在固定的孔隙縱橫比的情形下，灰質(zhì)含量誤差越大，估算出的縱、橫波速度誤差越大；采用變化的孔隙縱橫比后，灰質(zhì)含量在一定誤差范圍內(nèi)，可以找到一組孔隙縱橫比，得到接近真實(shí)縱、橫波速度的最優(yōu)解，在一定程度上校正灰質(zhì)含量的誤差對(duì)橫波估算帶來(lái)的影響，但若忽略灰質(zhì)的存在，即將含有灰質(zhì)的砂泥巖利用Xu-White兩相模型來(lái)估算橫波速度，得到的橫波速度具有較大的誤差，嚴(yán)重影響后續(xù)儲(chǔ)層及流體預(yù)測(cè)。因此，需要建立含灰質(zhì)巖性的巖石物理模型，提高橫波估算精度。

1.2 基于修正Xu-White模型多礦物組分橫波預(yù)測(cè)技術(shù)

基于上述分析，本文提出了基于修正Xu-White模型多礦物組分橫波預(yù)測(cè)技術(shù)。該技術(shù)是在傳統(tǒng)的Xu-White砂泥巖模型基礎(chǔ)上，將K-T(Kuster-Toks?z)模型與微分等效截至模型DEM(differentialeffectivemedium)充分結(jié)合起來(lái)，能有效解決砂泥巖與碳酸鹽巖混合成巖的巖性耦合問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)濁積巖儲(chǔ)層彈性參數(shù)的精細(xì)預(yù)測(cè)。

1.2.1 具體實(shí)現(xiàn)

用Kuster-Toks?z方程和微分等效介質(zhì)理論(DEM)估算干巖石的彈性模量，用Voigt-Reuss-Hill模型或Hashin-Shtrikman界限估算巖石基質(zhì)的彈性模量的上下限，用Wood方程計(jì)算混合流體的等效體積模量，用Gassmann方程計(jì)算飽和巖石體積模量，通過(guò)模擬退火算法，采用變化的砂巖、泥巖、灰?guī)r孔隙縱橫比和泊松比，反演出模型的縱波速度，以實(shí)測(cè)縱波曲線為約束，確定使縱波速度誤差最小的巖石物理參數(shù)組合，最后估算含灰質(zhì)的砂泥巖地層的橫波速度。其橫波預(yù)測(cè)基本思路和流程如圖4。

圖4 巖石物理建模流程

1.2.2 實(shí)際工區(qū)橫波預(yù)測(cè)效果分析

通過(guò)以上模型分析，對(duì)研究區(qū)內(nèi)的有橫波數(shù)據(jù)的Y926-x1井，采用該方法進(jìn)行橫波預(yù)測(cè)，所得效果如圖5所示。從圖中可以看出改進(jìn)的Xu-White方法預(yù)測(cè)的橫波結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合性較好。通過(guò)預(yù)測(cè)橫波曲線與實(shí)測(cè)橫波曲線進(jìn)行交匯并計(jì)算相關(guān)系數(shù)，得到應(yīng)用改進(jìn)Xu-White方法計(jì)算的橫波曲線與實(shí)測(cè)曲線的相關(guān)系數(shù)可達(dá)91%，而傳統(tǒng)Xu-White方法估算的橫波曲線與實(shí)測(cè)曲線的相關(guān)系數(shù)僅為85%，新方法橫波估算精度提高了6%，表明該巖石物理建模方法是可行的，為后續(xù)的有效儲(chǔ)層敏感因子優(yōu)選與疊前反演提供了高質(zhì)量的橫波速度。

圖5 Y926-x1井橫波速度預(yù)測(cè)效果

2 敏感參數(shù)定量評(píng)價(jià)技術(shù)

儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的目的是將儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層區(qū)分開(kāi)來(lái)，因此選擇的巖石物理因子對(duì)儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層應(yīng)表現(xiàn)出明顯的差異(最好是一個(gè)正值和一個(gè)負(fù)值，或是差異較大的2個(gè)正值)。傳統(tǒng)的儲(chǔ)層敏感因子優(yōu)選方法主要是通過(guò)直方圖及交會(huì)圖來(lái)區(qū)分不同彈性參數(shù)對(duì)砂泥巖識(shí)別能力，往往這種交匯方法優(yōu)選出的彈性參數(shù)存在著重疊部分，而這部分對(duì)地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果的影響權(quán)重并不明確。為此本文借鑒反射系數(shù)公式，提出了一種反射能量比來(lái)定量評(píng)價(jià)敏感因子[11-12]。

2.1 技術(shù)原理

依據(jù)流體或巖性識(shí)別因子，采用R來(lái)代表每一種識(shí)別因子區(qū)分兩類巖石的能力，R表達(dá)式如下：

(1)

其中：X2、X1分別代表不同巖性的彈性參數(shù)；R代表不同巖性彈性模量的反射強(qiáng)度。R值越大，代表巖性彈性差異越明顯，意味著彈性參數(shù)對(duì)巖性差異越敏感；R值越小，代表巖石彈性差異越小，意味著彈性參數(shù)巖性差異越模糊，不適于巖性預(yù)測(cè)。

2.2 應(yīng)用效果

通過(guò)測(cè)井統(tǒng)計(jì)得出砂巖、泥巖和灰質(zhì)泥巖的巖石物理參數(shù)。利用式(1)計(jì)算了14種不同彈性參數(shù)的識(shí)別能力R值，表3為主要彈性參數(shù)針對(duì)濁積砂巖的巖性敏感因子，從表中可以看出拉梅阻抗對(duì)濁積砂巖最為敏感，其次為體積模量和縱波阻抗。

表3 砂巖和泥巖、灰質(zhì)泥巖的13種巖性識(shí)別因子

2.3 構(gòu)建多參數(shù)敏感因子融合指數(shù)F

為了降低單參數(shù)預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的多解性，前人提出了許多儲(chǔ)層識(shí)別因子，通常表達(dá)成巖石密度與縱橫波速度的組合形式，并通過(guò)這種有意義的組合來(lái)降低單一參數(shù)的多解性，提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度。不帶參數(shù)的儲(chǔ)層識(shí)別因子，由縱橫波速度以及密度三參數(shù)直接通過(guò)巖石物理公式計(jì)算得到，如:縱橫波阻抗Zp和Zs、泊松比σ、體積模量K、拉梅常數(shù)λ等；帶參數(shù)的儲(chǔ)層識(shí)別因子，由三參數(shù)與第4個(gè)可變參數(shù)的結(jié)合得到。本文為了更好地提取巖性信息融合體的砂巖信息，引入敏感因子融合指數(shù)F：

F=C1A1+C2A2+C3A3,

(2)

其中，C1、C2、C3分別對(duì)應(yīng)拉梅阻抗、體積模量和縱波阻抗的巖性信息指數(shù)，Ai為歸一化的彈性參數(shù)。

(3)

Ri為彈性參數(shù)Ai的巖性敏感因子。

F參數(shù)主要是基于前面分析得到濁積巖最為敏感的3個(gè)彈性參數(shù)為：拉梅阻抗、體積模量和縱波阻抗，采用基于RGB三元色信息融合模型，對(duì)3種彈性參數(shù)進(jìn)行信息融合處理[13]，得到砂巖融合指數(shù)、泥巖融合指數(shù)以及灰質(zhì)泥巖融合指數(shù)。為了進(jìn)一步證實(shí)巖性信息融合指數(shù)F的巖性識(shí)別能力，利用巖性敏感因子R公式進(jìn)行敏感性計(jì)算。通過(guò)巖性敏感因子R分析表明(表4)，巖性信息融合指數(shù)F對(duì)砂巖—泥巖的分辨能力達(dá)到0.61，砂巖—灰質(zhì)泥巖的分辨能力達(dá)到0.408，與之前的單參數(shù)的巖性敏感因子拉梅阻抗、體積模量和縱波阻抗的識(shí)別能力有大幅提高，充分說(shuō)明巖性信息融合指數(shù)F的巖性識(shí)別能力得到大幅增強(qiáng)。

表4 不同參數(shù)巖性敏感性識(shí)別對(duì)比

3 疊前敏感因子融合的儲(chǔ)層識(shí)別

振幅隨偏移距變化(AVO)技術(shù)允許地球物理學(xué)家從疊前地震數(shù)據(jù)分析中提取流體與巖性信息。疊前反演技術(shù)一般是得到巖石的密度、縱波速度和橫波速度，根據(jù)測(cè)井約束疊前地震反演基本方法和原理，開(kāi)展疊前地震反演參數(shù)測(cè)試和反演方法測(cè)試，具體包括疊前道集分析、精細(xì)儲(chǔ)層標(biāo)定、地震子波提取、測(cè)井趨勢(shì)約束以及反演參數(shù)選擇等幾方面內(nèi)容。

3.1 單參數(shù)疊前反演效果分析

在測(cè)井資料編輯校正、地震子波提取和精細(xì)儲(chǔ)層標(biāo)定、精細(xì)構(gòu)造模型建立基礎(chǔ)上，利用測(cè)井約束的井震聯(lián)合反演方法，得到具有良好分辨能力、符合地質(zhì)規(guī)律的疊前多參數(shù)反演結(jié)果。

根據(jù)疊前彈性參數(shù)巖性敏感性分析，按濁積砂巖敏感因子從大到小的順序，選取了3個(gè)最為敏感的彈性參數(shù)：拉梅阻抗、體積模量和縱波阻抗。圖6為疊前同時(shí)反演得到的3個(gè)敏感彈性參數(shù)拉梅阻抗、體積模量和縱波阻抗剖面。通過(guò)坨723—坨720—坨724—坨725連井剖面對(duì)敏感彈性參數(shù)敏感性測(cè)試，坨725井沙三段下段為灰質(zhì)泥巖，體積模量表現(xiàn)為低值、拉梅阻抗表現(xiàn)為高值、縱波阻抗表現(xiàn)為高值。坨724井沙三段下段為濁積砂巖，體積模量表現(xiàn)為高值、拉梅阻抗表現(xiàn)為高值、縱波阻抗表現(xiàn)為高值。與測(cè)井綜合巖性解釋結(jié)果和巖石物理分析結(jié)果一致。其具體展示如下：

圖6a為連井縱波阻抗剖面，縱波阻抗對(duì)砂巖邊界刻畫(huà)較為合理，橫向連續(xù)性好，對(duì)灰質(zhì)背景的泥巖刻畫(huà)還存在多解性，如坨725井、坨723井灰質(zhì)泥巖區(qū)分效果不明顯。

圖6b為連井體積模量剖面，體積模量對(duì)砂巖邊界刻畫(huà)也較為合理，井震吻合情況良好，同時(shí)對(duì)灰質(zhì)背景的泥巖區(qū)分明顯，但由于受到物性和流體的影響相對(duì)較大，砂體橫向展布相對(duì)不連續(xù)。

圖6c為連井拉梅阻抗剖面，拉梅阻抗對(duì)砂巖邊界刻畫(huà)也較為合理，與體積模量趨勢(shì)基本一致，井震吻合情況良好，但對(duì)灰質(zhì)背景的泥巖刻畫(huà)也存在多解性問(wèn)題。

a—縱波阻抗;b—體積模量剖面;c—拉梅阻抗剖面

從3個(gè)敏感彈性參數(shù)的均方根振幅平面分析，認(rèn)為拉梅阻抗、體積模量和縱波阻抗的展布規(guī)律與濁積巖分布相關(guān)性較好，與敏感因子定量評(píng)價(jià)結(jié)論一致，可見(jiàn)3個(gè)敏感屬性都能較好地預(yù)測(cè)儲(chǔ)層展布，但是對(duì)灰質(zhì)泥巖的識(shí)別效果不理想。因此，為了準(zhǔn)確識(shí)別砂巖儲(chǔ)層，有效地去除灰質(zhì)泥巖的影響，作者在單參數(shù)分析基礎(chǔ)上，開(kāi)展了敏感參數(shù)融合，以達(dá)到去灰的目的。

3.2 敏感因子融合儲(chǔ)層識(shí)別

利用單參數(shù)來(lái)對(duì)巖性進(jìn)行解釋都存在一定的多解性，這些多解性對(duì)于巖性的識(shí)別是相當(dāng)不利的。因此，基于巖石物理分析成果，對(duì)濁積巖最為敏感的3個(gè)彈性參數(shù)為：拉梅阻抗、體積模量和縱波阻抗，應(yīng)用基RGB三元色信息融合模型，對(duì)3種彈性參數(shù)進(jìn)行砂巖信息融合處理，最終得到F多參數(shù)巖性信息融合體[13]。從連井效果來(lái)看，在地震剖面(圖7a)和波阻抗剖面(圖7b)上灰質(zhì)泥巖響應(yīng)明顯，而敏感巖性因子剖面(圖7c)灰質(zhì)泥巖無(wú)響應(yīng)，儲(chǔ)層響應(yīng)特征明顯，橫向上砂體展布也較為清楚，能夠有效地刻畫(huà)砂巖儲(chǔ)層，去除灰質(zhì)的影響。與實(shí)際鉆井對(duì)比，統(tǒng)計(jì)未參與反演井的儲(chǔ)層吻合率達(dá)到85%，說(shuō)明融合指數(shù)F可以有效地識(shí)別“異質(zhì)同像”型濁積巖儲(chǔ)層，為研究區(qū)濁積巖油藏的勘探開(kāi)發(fā)提供了有力的數(shù)據(jù)支持。

圖7 剖面效果對(duì)比

4 應(yīng)用效果

坨71井區(qū)位于東營(yíng)凹陷北部陡坡帶勝北斷層下降盤(pán)，沙四上時(shí)期主要發(fā)育來(lái)著北部陳家莊凸起物源的深水濁積扇體，在扇體前端發(fā)育一系列規(guī)模不等的濁積砂體。從實(shí)際鉆井地震反射特征分析顯示較厚的濁積砂體呈中—強(qiáng)振幅，透鏡體狀反射特征，與灰質(zhì)泥巖與泥巖巖性組合特征類似，常規(guī)地震資料無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別砂巖儲(chǔ)層，疊后波阻抗反演亦無(wú)法區(qū)分砂巖與灰質(zhì)泥巖巖性。通過(guò)應(yīng)用疊前多參數(shù)敏感因子融合的儲(chǔ)層描述方法，精確識(shí)別了砂巖儲(chǔ)層，有效地壓制了灰質(zhì)泥巖的響應(yīng)。在原始地震資料上無(wú)法分辨的儲(chǔ)層，在疊前多參數(shù)敏感因子融合反演結(jié)果中得到很好的突出，砂巖儲(chǔ)層橫向尖滅點(diǎn)更加清晰(圖8)，準(zhǔn)確地識(shí)別了儲(chǔ)層平面分布(圖9)。分析認(rèn)為有效儲(chǔ)層為單層厚度大于10 m，巖性融合參數(shù)值表現(xiàn)為高值，顯示為亮黃色，地震反射為強(qiáng)振幅，透鏡狀。一般儲(chǔ)層單砂體厚度在2～10 m不等，巖性融合參數(shù)值表現(xiàn)為較高值，顯示為紅色，地震反射為中振幅，不連續(xù)。而差儲(chǔ)層巖性信息融合參數(shù)值表現(xiàn)為中高值，顯示為深綠色，地震反射為中振幅、不連續(xù)反射。依據(jù)反演結(jié)果對(duì)目的層段沙四純上1砂組進(jìn)行了砂體的精細(xì)描述，描述有利面積9.5 km2，部署探井和開(kāi)發(fā)井10余口，其中5口井完鉆投產(chǎn)后均獲工業(yè)油流，TX726井在設(shè)計(jì)目的層測(cè)井解釋油層34.8 m/4層，獲日油峰值164 t高產(chǎn)工業(yè)油流，預(yù)計(jì)新建產(chǎn)能近2×104t，取得了良好的勘探開(kāi)發(fā)效果。

圖8 剖面效果對(duì)比

圖9 有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

5 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

鑒于“異質(zhì)同像”型濁積巖的特點(diǎn)，充分利用不同巖性間的彈性性質(zhì)和彈性特征差異，是解決巖性特征重疊、降低儲(chǔ)層預(yù)測(cè)多解性的主要途徑。本文研發(fā)的疊前多參數(shù)敏感因子融合的儲(chǔ)層識(shí)別技術(shù)，能夠提高砂巖儲(chǔ)層識(shí)別精度，而且能有效壓制灰質(zhì)影響，準(zhǔn)確地識(shí)別儲(chǔ)層。該方法有更多的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。綜上所述，可以得到以下3個(gè)結(jié)論：

1)精細(xì)物理建模是提高疊前地震反演精度的基礎(chǔ)，基于有效介質(zhì)理論的(K-T/DEN)干巖石骨架模型提高了“異質(zhì)同像”型濁積儲(chǔ)層橫波預(yù)測(cè)的精度；

2)敏感彈性參數(shù)優(yōu)選是多參數(shù)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，基于能量反射強(qiáng)度的敏感因子R，實(shí)現(xiàn)了彈性參數(shù)敏感性的定量評(píng)價(jià)；

3)基于多參數(shù)敏感因子融合指數(shù)F疊前反演，有效降低了單參數(shù)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的多解性，提高了巖性識(shí)別精度。