砂泥巖薄互儲層地震預測技術應用研究

張玲彥

（長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 武漢430100）

（中石油華北油田分公司地球物理勘探研究院，河北 任丘062552）

謝建榮，秦鳳啟，王孟華

袁炳芳，陳洪芝，馬紅巖 （中石油華北油田分公司地球物理勘探研究院，河北 任丘062552）

砂泥薄互儲層是陸相斷陷湖盆常見的沉積巖疊加模式。有效地提高儲層縱向分辨率，并預測砂體橫向變化規律，是落實巖性油氣藏圈閉的關鍵。

目前，已發展了多種儲層預測方法［1］，關于各種儲層預測方法適用性研究已成為熱門話題，但由于陸相斷陷湖盆沉積儲層的復雜性，準確預測儲層的分布特征，還面臨著幾個主要難點：一是地震資料品質較差，縱向分辨率較低，使得薄儲層分辨能力差；二是河道的頻繁變遷改道，砂泥薄互儲層疊置，巖性變化快，使巖性尖滅線位置預測的難度增大；三是儲層巖石物理參數不明顯，難以有效區分砂巖與泥巖；四是對比標志層分布范圍小或不明顯，地層等時對比難度大，影響井震精細標定。因此，在眾多的儲層預測方法中，找到適用于薄砂層地震預測的方法和關鍵技術，才能有效進行儲層預測，解決巖性油氣藏評價問題。下面，筆者以饒陽凹陷大王莊地區留99井區東營組河流相薄砂層為例，開展了地震預測方法技術的研究及應用。

1 基本地質概況

留西－大王莊地區東營組位于饒陽凹陷中部，為留西－大王莊繼承性鼻狀構造的主體部位。受西側同沉積斷層－大王莊東斷層控制，該區接受了近千米的東營組地層。在工區及周邊已發現9個東營組油藏，上交探明石油地質儲量1157×104t。尤其是工區南邊緊臨的路70井油藏揭示，該區地層東抬西傾，在鼻狀構造背景上發育上傾尖滅型構造～巖性圈閉（見圖1）。而同樣的油藏模式，向北擴展，留99井等卻效果欠佳，表明砂體橫向變化大。

圖1 實際地震剖面波形與測井響應特征

通過巖心、錄井、測井及地震等資料分析認為，留西－大王莊地區東營組地層主要發育來自西南方向物源控制的河道砂體，砂巖百分含量約15%～35%，砂巖層單層厚一般為2～5m，最厚可達到5～8m；通過物性分析，孔隙度最大23.1%，平均14.3%，滲透率最大達到84.6×10－3μm2，平均12×10－3μm2。沉積微相類型主要為曲流河道、分流河道、邊灘、洪泛沉積、河漫灘等。剖面上表現為典型的河流相砂泥薄互儲層特征，平面上表現為條帶形展布。

由于尖滅線的位置不易把握，難以有效布置井位，布低了則打在了油水邊界外，布高了則打在的砂體以外，如何有效預測河道砂體展布規律及砂體尖滅線，是筆者研究的主要目的之一。為此，筆者采用了基于層序地層學的多信息相控儲層預測思路，利用高精度擬聲波反演技術與頻譜成像等技術相結合的方法，開展了砂泥薄互儲層的地震預測工作。

圖2 研究思路示意圖

2 砂泥巖薄互儲層地震預測

通過地震、測井和地質資料分析，認為儲層預測主要存在4個難點問題：①現有地震分辨率不能夠分辨薄砂層。留西－大王莊地區最大砂層厚度為6～8m，顯然現有地震分辨率不能夠分辨單砂層，薄砂層縱向識別難度較大。②巖性變化快。河道頻繁變遷改道，砂泥薄互儲層疊置，巖性變化快，使巖性尖滅線位置預測的難度增大，并存在 “同相異期、同期異相”（見圖1）的客觀現象。所謂 “同相異期”，即不同時期的砂體在地震剖面上表現為同一地震軸；而 “同期異相”，即同一時期、不同相帶的砂體在地震剖面上表現為同一地震軸。③薄層巖石物理參數相互重疊，難以有效區分砂巖與泥巖。④對比標志層分布范圍小或不明顯，地層等時對比難度大，影響井震精細標定。河流相地層沉積韻律不完整 （河道下切、改道），缺少標志層。砂巖相變快、連通性差，對比常出現穿時現象。

針對以上主要預測難點，設計了研究思路（見圖2），即在層序地層對比基礎上，進行精細的層位解釋對比追蹤，構建合理的地質模型，然后開展地震反演與地震屬性的各種技術方法來預測河道疊置關系、砂層厚度變化。

2.1 應用層序地層學進行相控建模

在層序地層對比基礎上，細化層序單元，合理構建等時相控模型，實現油組、砂層組的等時對比，在精細模型約束下，可消除 “同相異期”現象，為下一步儲層預測奠定基礎。

考慮到構造演化旋回和沉積旋回特征，層序分級采用 “五級旋回”劃分，與不同級別層次含油氣地層單元相對應［1－2］。古近系斷陷為一個一級層序，沙二段－東營組為其中一個二級層序，東一、二、三段又各為其中一個三級層序 （準層序組），各砂組對應于四級層序 （準層序），單砂層對應于五級層序。

陸相斷陷盆地一個完整的二級層序可區分出4個構造沉積演化階段，其形成機制可根據二級裂陷幕沉降過程中產生的可容納空間與同期沉積物供給量的比值變化來確定［2］：①沖積扇體系域。②水進體系域。水進體系域晚期水體加深，是生油巖發育的主要時期。③水退體系域。是斷陷盆地儲油砂體發育的時期。該區東三段即以水退體系域為主，砂體發育。④曲流河－泛濫平原體系域。東一段即以曲流河－泛濫平原體系域為主，發育河道砂體。此外，由于堆積速度高，沉積分異程度低，三級層序 （即東一段、東二段、東三段）表現為 “半旋回”（見圖3），難以區分東二段的體系域類型，其應介于水退體系域和曲流河－泛濫平原體系域之間。地層共劃分為3段12個砂組，其中，東一段細分為3個準層序，即3個砂組，東二段細分為4個準層序，東三段細分為5個準層序 （見圖3和圖4）。

2.2 模型反演

地震反演具有較高縱向分辨率，是砂泥巖薄互儲層預測的首選。而疊后地震反演方法，目前可分為遞推反演、模型反演 （基于模型測井約束反演）2大類。鑒于2種反演類型的適用條件、技術優勢、應用效果等特征，針對研究區處于勘探中后期階段，鉆井較多，并且儲層厚度薄的特點，優選了模型反演方法來確定砂體的平面分布范圍及縱向展布特征。模型反演的工作流程如下。

圖3 留89井－留79井準層序對比剖面圖

圖4 大王莊地區東營組地震層序劃分剖面

1）預處理 對用于儲層預測的地震、測井資料進行分析、處理、校正，即得到可靠、精確的基礎資料，是儲層預測的基礎，也是得到正確反演結果的前提保障［3－4］。①地震數據重采樣。在不產生假頻的情況下，將原地震數據體2ms的采樣率重采為1ms。采樣點加密后，地震與測井資料匹配更精細，可以提高反演縱向分辨率，模型反演效果更明顯。②測井曲線校正處理。包括去野值、曲線拼接、曲線歸一化 （如SP泥巖歸零、GR等單位的統一）、環境校正 （以消除井徑變化對測井曲線的影響）、標準化校正 （以消除不同年代、不同儀器、不同處理方法等非地質因素造成的測井曲線異常）及巖電一致性校正 （主要是對老井數字化得到的測井曲線與巖性不一致的現象進行校正）。

2）層位標定與子波提取 ①層位標定。層位標定是井震結合的紐帶，在高精度儲層反演中尤為重要。層位標定中子波的提取，應盡量使所提取的子波波形主峰突出，旁瓣小而對稱，有效頻帶范圍內振幅譜單峰，峰頂平滑，相位譜近常相位。力求合成地震記錄與井旁地震記錄達到在正確的時深關系下匹配最佳、相關系數最高［5］。②子波極性判別。地震資料初至起跳情況很難判別剖面的極性，因此在層位標定時，首先選聲波測井質量較高的井進行層位鑒定。標定時若利用某一極性子波，井的相關系數較高且同一地質層位沒有串層現象，而采用相反極性的子波則相關系數較低且波阻抗分層與地質分層對應性差，則第一種極性子波可作為層位鑒定用子波。

3）優選反演參數 對砂巖與上、下泥巖測井數據進行交會分析，大部分井的自然電位曲線可有效區分砂巖與泥巖，是砂、泥巖的敏感曲線。個別井的自然伽馬曲線對砂巖與泥巖的也有較好分辨能力，當自然電位曲線不佳時，可使用自然伽馬曲線作為敏感曲線。利用反映砂泥變化比較敏感的曲線構建具有聲波量綱的新曲線，結合聲波的低頻模型，合成擬聲波曲線，使它既能反映地層速度和波阻抗的變化，又能反映巖性的細微差異。然后進行擬聲波波阻抗計算，結果發現由于該區東營組井段地層厚度為800～1000m，井段過長，難以確定統一的砂巖擬聲波波阻抗門檻值，因此，筆者采用分段的方法，將整個東營組地層劃分為東一段、東二段和東三段3個層段分別確定其砂巖擬聲波波阻抗門檻值，其砂巖門檻值分別為東一段大于9400（g／cm3）·（m／s），東二段大于9800（g／cm3）·（m／s），東三段大于10400（g／cm3）·（m／s），以不同門檻值計算砂巖儲層的厚度。

4）反演 采用的高精度反演思路是：點標定、線約束、體反演。①點標定。即井震標定正確可靠。采用離散合成記錄，研究每一套薄砂層反射強弱及其對地震總體反射同相軸貢獻大小，用以精細的標定，以及指導對反演結果的解釋。②線約束。即連井線反演，可修正由標定、建模等造成的反演誤差，使反演與井點的地質情況一致，并且可用抽井檢驗法來檢驗某些井不參與約束時，反演情況與該井的吻合情況，從而選取正確的運算參數，盡可能提高預測與未鉆井的吻合程度。③體反演。在線反演可靠的基礎上才可進行體反演，即準確的標定，合理模型，優選參數，優化方法，得到正確反演結果，并有效識別 “同期異相”現象。

以東一段Ⅱ砂組、東三段Ⅰ砂組為例展示了不同砂組主河道的遷移，并自西南向東北方向延伸，其旁有分支河道和廢棄河道。砂體厚度與已鉆井及古地貌圖 （見圖5）符合較好。表明反演參數選取合理。

2.3 地震屬性分析

地震屬性能直接反映地下地質情況的變化，但與儲層性質 （如物性、巖性、巖相）往往存在非線性統計關系，某種地震屬性可能是多種地質現象的反映［6］。所以，研究與儲層性質對應的地震屬性或屬性組合，是減少多解性和保證預測結果正確的關鍵。

1）頻譜分析技術 通過屬性標定分析和優選，振幅類屬性與薄砂層厚度具有較好的相關性。利用薄層干涉原理，使用頻譜成像技術，可較好預測河道砂體的空間展布規律。將東一段Ⅲ砂組42Hz分頻掃描結果 （見圖6）與地震反演結果及古地貌 （見圖5）對比，吻合情況較好，可以看出該時期曲流河的分布情況。

圖5 古地貌

圖6 東一段Ⅲ砂組分頻掃描 （42HZ）圖

2）地震波形分析技術 不同相帶巖性及巖性組合不同，地震波形變化明顯。利用地震波形分析技術，可解決砂體展布及有利相帶預測問題。通常4種類型較為常見：①中、強振幅鐘形地震反射；②弱振幅扁狀地震反射；③強振幅上旋反射波；④強振幅下旋反射波。從實際地震波形放大剖面上看：第①、②、④種類型多見，第③種類型少見，波形分析表明該區東營組地層地震波形以 “下旋鐘形”為主，利用地震波形分析技術，可解決河道展布問題。

該技術關鍵點如下：縱向時窗選擇時，考慮時窗大于半個相位以保證能反映波形特征，并且不太大，以避免包含過多非目的層信息。分類數選取，考慮構造、沉積特征以及目的層厚度、分布范圍等因素，選取合理分類數，避免分類數過大、結果過于詳細而使規律性差，以及分類數過小、結果過于粗糙。

除了選擇合理的參數，二次分類可細化地震相，精細刻畫河道砂體的展布規律。以東三段Ⅰ砂組二次波形分類為例，初次分類，畫出大王莊下降盤河道的外形，在此基礎上，縮小范圍，進行二次分類，可清楚地刻畫出該砂組河道砂體的分布情況，結果 （見圖7）與地震反演結果較符合。

圖7 東三段Ⅰ砂組2次波形分類圖

3）時頻三原色技術 為了有效利用地震頻率信息，合理顯示每個樣點的優勢頻率，用紅、綠、藍三種顏色，表示低、中、高分頻信息，低頻對應厚砂層，高頻對應薄砂層，此即時頻三原色。對不同砂組的頻率屬性變換成時頻三原色，紅色可反映不同時期河道的展布情況。

4）三維可視化技術 利用三維可視化技術對層拉平數據進行立體顯示，可展示由東三至東一段各個砂組沉積時期河道變遷改道情況。

表1 路斜井砂體預測與實鉆厚度誤差統計表

3 實施效果

經地震反演與地震屬性綜合預測結果：砂體縱向疊置關系、橫向尖滅位置及不同時期河道展布情況清楚可靠。以儲層預測結果為一項重要依據，布署并實施鉆探了路85斜井，預測砂體厚度與實鉆誤差 （見表1），絕對誤差小于14m，相對誤差小于14%，該井于東一段Ⅱ砂組2521.0～2540.4m井段2層6.6m砂層試油獲日產油5.52t。該井的鉆探成功，可帶動上1000×104t的規模儲量。儲層預測取得較好的預測效果。