王九拴,楊 靜,荊 英,馬 寧

(東方地球物理公司研究院資料處理中心,河北涿州 072750)

目前油氣地震勘探仍然以縱波勘探為主,儲(chǔ)層與油氣檢測(cè)方法主要基于縱波地震數(shù)據(jù),利用縱波疊前AVO反演技術(shù)獲取縱波阻抗、橫波阻抗、密度等巖石物理參數(shù)。但受縱波疊前資料品質(zhì)及反演近似式假設(shè)條件的限制,縱波疊前AVO反演很難得到穩(wěn)定的密度參數(shù),而巖石密度的估算對(duì)于儲(chǔ)層描述和流體檢測(cè)尤為重要[1-2]。橫波地震對(duì)橫波速度和密度最為敏感,因此將橫波數(shù)據(jù)引入地震反演有助于更好地反演密度信息,從而提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度[3-5]。

基于上述原因,提出了多波聯(lián)合反演技術(shù)。多波聯(lián)合反演分為疊后聯(lián)合反演與疊前聯(lián)合反演兩種,即參與反演的地震數(shù)據(jù)為疊后數(shù)據(jù)和疊前道集數(shù)據(jù),兩者計(jì)算量差別較大,現(xiàn)行的多波聯(lián)合反演以疊后聯(lián)合反演為主。但是疊后聯(lián)合反演數(shù)據(jù)缺少了縱、橫波AVO信息,與野外實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)不符,沒有充分發(fā)揮出疊前地震數(shù)據(jù)對(duì)儲(chǔ)層與流體的識(shí)別能力。

多波疊前聯(lián)合反演技術(shù)是在多波多分量地震勘探技術(shù)和疊前AVO反演技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,該技術(shù)充分利用多波地震資料中的縱波和轉(zhuǎn)換橫波的疊前AVO信息,將全波列測(cè)井的縱波、橫波時(shí)差、密度數(shù)據(jù)聯(lián)合起來進(jìn)行反演[6],可以獲得更穩(wěn)定、更豐富的巖石物理參數(shù),如縱波阻抗、橫波阻抗、密度、泊松比、拉梅常數(shù)等彈性參數(shù),解決了單一縱波反演結(jié)果的多解性問題,有效提高了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度[7-8],并且越來越顯示出其優(yōu)越性。

研究區(qū)Junin4區(qū)塊位于委內(nèi)瑞拉奧里諾科重油帶,其主要含油層段新近系Merecure組疏松砂巖儲(chǔ)層具有埋藏淺、壓實(shí)成巖作用弱、巖石固結(jié)程度低、孔隙度滲透率極高的特征,受超重油影響,縱波在儲(chǔ)層中傳導(dǎo)性差,利用縱波速度難以區(qū)分儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層,基于縱波地震資料的反演方法無法獲得較好的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)效果[9]。在該區(qū),2012年開展了多波地震采集,2017年進(jìn)行了多波地震資料疊前保幅處理,獲得了高保真的縱波、轉(zhuǎn)換波地震數(shù)據(jù),且工區(qū)內(nèi)有多口井實(shí)測(cè)了橫波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),為多波疊前聯(lián)合反演奠定了資料基礎(chǔ)。

本文首先闡述了疊前聯(lián)合反演的基本原理,給出了疊前聯(lián)合反演的實(shí)現(xiàn)步驟,接著展示了疊前聯(lián)合反演技術(shù)在超重油疏松砂巖儲(chǔ)層、夾隔層預(yù)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用及效果,最后指出了應(yīng)用過程中的注意事項(xiàng),為其它研究人員提供借鑒。

1 方法簡(jiǎn)介

基于AVO理論的疊前地震反演應(yīng)用廣泛,直接利用信息豐富的疊前地震數(shù)據(jù),可以同步獲得縱波速度、橫波速度和密度等參數(shù)[10]?，F(xiàn)有的商業(yè)軟件多使用Zoeppritz方程的近似表達(dá)式計(jì)算地震反射系數(shù),如Aki-Richard近似式[11]、Shuey近似式[12]、Fatti近似式等[13],由于近似式均需要一定假設(shè)條件,因而會(huì)造成反演過程存在不適定性問題,產(chǎn)生計(jì)算誤差,特別不利于密度參數(shù)的穩(wěn)定反演和準(zhǔn)確提取[14]。

FATTI等[13]進(jìn)一步推導(dǎo)了Aki-Richards近似公式,將縱波反射系數(shù)表示成縱波阻抗、橫波阻抗以及密度之間的關(guān)系,STEWART[15]和LARSON[16]采用與FATTI等[13]同樣的處理方法得到了轉(zhuǎn)換波反射系數(shù)近似表達(dá)式,這為縱橫波聯(lián)合反演奠定了基礎(chǔ)。事實(shí)上,縱波速度與橫波速度存在線性關(guān)系[17],縱波速度與密度也存在密切聯(lián)系(Gardner公式)[18]?？v、橫波聯(lián)合反演將這3個(gè)重要的巖性參數(shù)和縱、橫波地震資料聯(lián)合起來,進(jìn)行同時(shí)反演,提高了反演的精度和可靠性,充分發(fā)揮了地震多波多分量預(yù)測(cè)巖性、識(shí)別流體的優(yōu)勢(shì)。

縱波反射系數(shù)表達(dá)式(1)與轉(zhuǎn)換波反射系數(shù)表達(dá)式(2)為:

RPP(θ)=A(θ)RP+B(θ)RS+C(θ)RD

(1)

RPS(θ)=E(θ,φ)RS+F(θ,φ)RD

(2)

其中:RP=1/2(ΔvP/vP+Δρ/ρ),RS=1/2(ΔvS/vS+(Δρ/ρ),RD=Δρ/ρ,A(θ)=1+tan2θ,B(θ)=-8(vS/vP)2sin2θ,C(θ)=-1/2tan2θ+2(vS/vP)2sin2θ,E(θ,φ)=vPtanφ/vS[4sin2φ-4(vS/vP)cosθcosφ],F(θ,φ)=-vPtanφ/2vS[1+2sin2φ-2(vS/vP)cosθcosφ],φ=sin-1[(vS/vP)sinθ]。

式中:vP,vS和ρ分別為反射界面兩側(cè)地層的縱波速度、橫波速度和密度的平均值;ΔvP,ΔvS和Δρ分別為反射界面兩側(cè)地層縱波速度、橫波速度和密度的差值;θ為縱波的入射角與透射角的平均值;φ為轉(zhuǎn)換橫波的透射角。

上述方程存在一個(gè)很大的問題,就是這些系數(shù)在數(shù)量級(jí)上不同,這會(huì)導(dǎo)致在小角度求解RS和RD時(shí)不穩(wěn)定。

根據(jù)Castagna關(guān)系式[18]和Gardner公式,縱波阻抗(ZP)、橫波阻抗(ZS)、密度(ρ)三者之間存在相關(guān)性,因此利用這種關(guān)系可以消除上述問題,使RS和RD求解更穩(wěn)定。

由上述關(guān)系,可以得到更一般的背景趨勢(shì)關(guān)系[19]:

(3)

式中:k和kc分別為工區(qū)內(nèi)已知井的lnZS與lnZP交會(huì)時(shí)含水背景趨勢(shì)的斜率與截距;m和mc分別為lnρ與lnZP交會(huì)時(shí)含水背景趨勢(shì)的斜率與截距,這里認(rèn)為ΔLS和ΔLP的變化由實(shí)際的含烴異常決定,為公式(3)中l(wèi)nZS與lnZP,lnρ與lnZP線性擬合的偏差,當(dāng)砂巖含水時(shí)其值為零。

令LP=lnZP,LS=lnZP,LD=lnρ,則有近似關(guān)系RP=1/2ΔLP,RS=1/2ΔLS,RD=1/2ΔLD。在上述推導(dǎo)基礎(chǔ)上,將公式(3)帶入公式(1)和公式(2)中,則Fatti縱波反射系數(shù)近似式方程與Larson轉(zhuǎn)換波反射系數(shù)近似式分別變形為(4)式和(5)式:

(4)

(5)

式中:S為疊前地震角道集;θ為入射角;Wθ為入射角為θ時(shí)的子波;D為微分算子。

(4)式和(5)式聯(lián)立可以得到不同入射角時(shí)縱波與轉(zhuǎn)換波聯(lián)合反演的矩陣表達(dá)式(6):

(6)

多波疊前聯(lián)合反演的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:

第一步:分別輸入縱波、轉(zhuǎn)換波角道集數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的子波組以及利用測(cè)井資料建立的縱波阻抗、橫波阻抗及密度的初始模型;

第二步:基于實(shí)際測(cè)井資料計(jì)算出最佳的k和m以及kc和mc;

第三步:基于公式(7)設(shè)置初始猜想,

(7)

第四步:利用共軛梯度法求解方程組,計(jì)算出縱波阻抗,橫波阻抗和密度等彈性參數(shù),見公式(8)。

(8)

2 實(shí)際應(yīng)用

2.1 研究區(qū)地質(zhì)背景

Junin4區(qū)塊位于委內(nèi)瑞拉奧里諾科重油帶,新近系早中新統(tǒng)Merecure組E層段為本區(qū)的主要含油層段[20]。主力層埋深小于500m,儲(chǔ)層巖性為細(xì)砂巖-砂礫巖,疏松、弱—未固結(jié),具有高孔、高滲、高飽和度特點(diǎn)[21]。E層段由淺至深分為E1,E2,E3小層,其中E1,E2是研究區(qū)主力層中的兩套重點(diǎn)含油層系,之間有泥巖隔層。統(tǒng)計(jì)全區(qū)各井砂巖發(fā)育情況,其中E1小層單砂體平均厚度最大,大于14m,單井砂體厚14～46m;E2小層的單砂體厚度7～30m;泥巖隔層形成于砂巖儲(chǔ)層內(nèi)部,受河道的快速遷移控制,厚度薄、橫向變化快、縱向上具有封堵兩套油藏的能力,厚度0～8m。

圖1為研究區(qū)實(shí)際測(cè)井曲線。由鉆井取心的巖性資料可知該井鉆遇Merecure組E層E1段砂巖厚度為22.25m、E2段砂巖厚度為13.11m,兩套砂巖之間泥巖隔層厚度為6.0m。測(cè)井曲線響應(yīng)特征分析表明:E層砂巖儲(chǔ)層表現(xiàn)為低伽馬和低密度電性特征;泥巖隔層則為高伽馬和較高密度電性特征。疏松沉積層受重油包裹影響,砂巖和泥巖在縱波阻抗、橫波阻抗屬性上疊置嚴(yán)重;密度屬性則可以較好地區(qū)分砂泥巖,反映目的層段巖性變化。如圖2測(cè)井曲線交會(huì)分析圖所示,低密度對(duì)應(yīng)砂巖,較高密度對(duì)應(yīng)泥巖,密度屬性對(duì)重油區(qū)砂巖及泥巖具有較好的分異性。

圖1 實(shí)際測(cè)井曲線

圖2 測(cè)井曲線交會(huì)分析a 縱波阻抗與密度; b 橫波阻抗與密度

2.2 多波疊前聯(lián)合反演

在進(jìn)行縱波、轉(zhuǎn)換波疊前聯(lián)合反演之前,首先利用實(shí)測(cè)的全波列測(cè)井資料分別開展縱波、轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)的精細(xì)時(shí)深標(biāo)定,完成縱波轉(zhuǎn)換波對(duì)應(yīng)標(biāo)志層層位解釋,通過井震標(biāo)定結(jié)果和解釋層位建立疊前反演初始模型,此模型也用于反演過程中縱波和轉(zhuǎn)換波資料的匹配和兩者不同時(shí)間域的相互轉(zhuǎn)換。

縱波、轉(zhuǎn)換波資料的匹配是多波聯(lián)合反演的關(guān)鍵,只有達(dá)到高精度的匹配效果才能真正發(fā)揮多波地震資料的優(yōu)勢(shì)、得到正確的反演結(jié)果。縱波轉(zhuǎn)換波疊前聯(lián)合反演的輸入地震數(shù)據(jù)為縱波、轉(zhuǎn)換波各自時(shí)間域角道集數(shù)據(jù),不需要做部分疊加,保留了真實(shí)的AVO信息。圖3為縱波轉(zhuǎn)換波匹配后在縱波時(shí)間域顯示的縱波實(shí)際角道集與井點(diǎn)正演AVO角道集、轉(zhuǎn)換波實(shí)際角道集與井點(diǎn)正演AVO角道集數(shù)據(jù),目的層Merecure組E層時(shí)深為450～550ms;無論是縱波還是轉(zhuǎn)換波實(shí)際角道集與正演AVO角道集具有較高的相關(guān)性,目的層AVO響應(yīng)特征基本保持一致;用于反演的實(shí)際縱波、轉(zhuǎn)換波道集同相軸校平,角道集有效角度范圍保持一致;轉(zhuǎn)換波道集受流體影響小表現(xiàn)為信噪比更高的特征。

圖3 角道集數(shù)據(jù)a 縱波角道集; b 轉(zhuǎn)換波角道集

將以上數(shù)據(jù)作為反演輸入,利用實(shí)際測(cè)井曲線求解縱、橫波速度及密度之間的關(guān)系函數(shù),最后代入關(guān)系矩陣求解得到縱波阻抗、橫波阻抗及密度?？v波、轉(zhuǎn)換波疊前聯(lián)合反演過程中的參數(shù)主要是利用實(shí)際測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算出聯(lián)合反演過程中需要的k和m以及kc和mc值。圖4為利用001井實(shí)際測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)確定得到的lnZP,lnZS,lnρ三者之間的交會(huì)關(guān)系,可以看到三者之間具有一定的線性關(guān)系,通過測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)交會(huì)分析,得出了公式(3)中的參數(shù)k=1.236,m=0.379,kc=-2.923,mc=-2.451。

圖4 001井實(shí)際測(cè)井曲線擬合lnZP和lnZS(a)以及l(fā)nZP和lnρ(b)關(guān)系交會(huì)分析

2.3 反演結(jié)果分析

圖5為多波疊前聯(lián)合反演結(jié)果,其中圖5a為縱波阻抗、圖5b為橫波阻抗、圖5c為密度。反演屬性剖面中疊合的測(cè)井曲線為GR,由左向右曲線值增大。反演結(jié)果表明無論縱波阻抗還是橫波阻抗,都與GR曲線匹配性較差,兩者均不能反映目的層巖性的橫向變化;而多波疊前聯(lián)合反演得到的密度屬性不僅具有較高的信噪比,并且與GR曲線具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,準(zhǔn)確反映了目的層巖性的變化特征:紅色低密度區(qū)域?qū)?yīng)低GR曲線段,指示砂巖分布;藍(lán)綠色高密度區(qū)域?qū)?yīng)高GR曲線,指示泥巖分布;反演結(jié)果橫向及縱向分辨率較高,較好反映了儲(chǔ)層段巖性的橫向和縱向分布特征。

圖5 多波疊前聯(lián)合反演連井剖面a 縱波阻抗; b 橫波阻抗; c 密度

3 巖性預(yù)測(cè)結(jié)果分析

研究區(qū)主要儲(chǔ)層的古近系Merecure組地層,以河流-三角洲相砂巖沉積為主,沉積物源主要來源于南部,地層呈現(xiàn)北厚南薄沉積特征;儲(chǔ)層為多期河道相互疊置組成,具有相變快、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)[22-23]。巖石物理分析表明,巖石密度參數(shù)是區(qū)分該區(qū)Merecure組砂巖與泥巖的重要參數(shù),將多波疊前反演得到的密度參數(shù)數(shù)據(jù)體以2.16g/cm3為門檻值開展砂巖儲(chǔ)層定量研究,小于該值即為油砂儲(chǔ)層。圖6為Merecure組E1段(圖6a)與E2段(圖6b)油砂儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)平面分布,圖中橘黃色為砂體分布厚區(qū),藍(lán)色為砂體分布薄區(qū);油砂儲(chǔ)層整體表現(xiàn)為北厚南薄分布特征。受辮狀河流相沉積控制,厚度圖的薄厚差異表現(xiàn)為南北向河道展布特征。E1段油砂厚度預(yù)測(cè)分布范圍為16～46m,E2段油砂厚度預(yù)測(cè)分布范圍為6～27m。將預(yù)測(cè)厚度與實(shí)測(cè)鉆井厚度對(duì)比分析(表1),E1段油砂儲(chǔ)層預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)厚度最大誤差為4.38m、最小誤差僅為0.29m,E2段油砂儲(chǔ)層預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)厚度最大誤差為4.63m、最小誤差僅為0.12m,預(yù)測(cè)吻合率達(dá)到91%。

圖6 多波疊前聯(lián)合反演預(yù)測(cè)油砂儲(chǔ)層厚度平面分布a E1砂巖; b E2砂巖

表1 油砂儲(chǔ)層預(yù)測(cè)厚度與實(shí)鉆厚度統(tǒng)計(jì)

研究區(qū)泥巖隔層對(duì)整個(gè)砂體的規(guī)模以及垂向或者橫向滲透性都有很大影響,隔層的分布是影響單井產(chǎn)能和剩余油分布的主控因素[23-24]。泥巖隔層在密度屬性體上表現(xiàn)為高值特征,以密度為2.16g/cm3作為門檻值,對(duì)大于該密度值的泥巖隔層進(jìn)行雕刻,得到了E1和E2兩含油層系之間的泥巖隔層厚度平面分布如圖7所示,橘黃色為厚度分布厚區(qū)、藍(lán)色為厚度分布薄區(qū),預(yù)測(cè)泥巖隔層厚度變化范圍為0～9m;受河道遷移擺動(dòng)的控制,泥巖隔層厚度平面分布變化較大。預(yù)測(cè)結(jié)果說明E1和E2兩套油層之間的泥巖隔層穩(wěn)定性較差,在沒有隔層的區(qū)域(023井至005井之間藍(lán)色區(qū)域)兩套油層之間存在一定的連通性。將泥巖隔層預(yù)測(cè)厚度與實(shí)際鉆井厚度對(duì)比分析(表2),發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)厚度與實(shí)測(cè)厚度最大誤差為1.37m、最小誤差僅為0.1m,預(yù)測(cè)吻合率達(dá)到86%。

圖7 多波疊前聯(lián)合反演預(yù)測(cè)泥巖隔層厚度平面分布

表2 泥巖隔層預(yù)測(cè)厚度與實(shí)鉆厚度對(duì)比

油砂儲(chǔ)層與泥巖隔層預(yù)測(cè)結(jié)果均表明,多波疊前聯(lián)合反演能夠較好地刻畫目的層地質(zhì)情況,預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高精度,為后續(xù)水平井井軌跡優(yōu)化、提高油層鉆遇率提供了相對(duì)可靠的基礎(chǔ)資料。

4 結(jié)束語

1) 多波疊前聯(lián)合反演技術(shù)較縱波疊前AVO反演提高了反演結(jié)果的穩(wěn)定性、可靠性及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度。

2) 多波疊前聯(lián)合反演要求高品質(zhì)縱波、轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù),應(yīng)采用測(cè)井AVO正演檢查處理過程的保真、保幅性。

3) 巖石物理敏感參數(shù)分析與多波疊前聯(lián)合反演技術(shù)是儲(chǔ)層量化描述的關(guān)鍵技術(shù),地震資料的匹配是多波疊前聯(lián)合反演的關(guān)鍵步驟。