復雜河流相儲層內夾層識別方法及其應用

陳文雄 胡治華 李 超 田 濤 張鵬志

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300452)

陳文雄，胡治華，李超，等.復雜河流相儲層內夾層識別方法及其應用［J］.中國海上油氣，2015，27(5)：37-42.

為了使地質模型更加直觀化，通常采用多種地球物理研究手段(如濾波、地震反演、地震相位轉換等)對地震波形數據進行處理，得到能合理反映構造或巖性的新數據體，但該新數據體往往會丟失原始地震數據的很多有效信息，應用于復雜儲層研究往往會遇到很多困難。理論和實踐都證明，作為波的動力學特征，反射波的形態結構含有大量的地下地質信息，除了振幅、頻率等數值信息外，還含有許多結構性質的信息，如波形中峰與峰、峰與谷的相對規模和相對位置關系等，這些數值和結構信息不同程度地反映了地下地質現象，預示了某些潛在的地球物理規律［1］。

20多年來，關于地震波形特征的研究不斷出現。1989年，鄧林［1］提出通過地震波形結構的樹描述來對比反射波組，實現地震層位的自動追蹤；1999年，劉文嶺等［2］提出通過地震波形的偏度和尖度實現地震波形特征的定量描述；2005年，師永民 等［3］利用地震道波形特征識別和預測裂縫；2012年，江青春等［4］利用地震波形分類技術預測沉積微相和砂體展布。然而，真正投入油田生產應用并取得顯著效果的地震波形特征方法并不多見。

實際生產中復雜河流相儲層研究的難點主要體現在儲層內夾層的識別，因此本文立足于油田生產對地震波形特征進行分類，總結出了一套行之有效的復雜河流相儲層內夾層識別方法，并在油田生產階段得到了較好應用。

1 復雜河流相儲層內夾層識別方法

地震波形按其對稱形態可以分為對稱、正偏態和負偏態等3種［2］，地震波具體形態的變化和波峰、波谷振幅的變化稱為地震波形特征。儲層內部隔夾層的發育情況與地震波形特征具有一定對應關系，這種對應關系是定性的。隔夾層分為隔層和夾層2類，其中隔層一般具有穩定地震反射，通過地震資料識別起來相對容易。復雜河流相儲層厚度變化較大，一般為5～40 m，地震資料頻率特別低或者特別高都無法有效識別內部夾層，只有地震資料頻率落在合適區段才能實現夾層識別，并且這個合適區段的頻率隨著主力儲層厚度的不同而變化［5-8］。

1.1 頻率對地震波形特征的影響

給定非儲層(泥巖)縱波速度為2 500 m/s、密度為2.2 g/cm3，儲層(砂巖)縱波速度為2 250 m/s、密度為2.0 g/cm3，構建2個典型模型：模型一是將10 m砂巖植入大套泥巖中；模型二是將10 m砂巖植入大套泥巖中，同時將3 m泥巖夾層植入該砂巖。分頻正演結果(圖1)顯示：地震子波主頻低于45 Hz時，地震波形無法識別3 m泥巖夾層。地震子波主頻位于45～70 Hz時，地震波形可以識別3 m泥巖夾層，并且地震子波主頻位于45～55 Hz時，含有3 m泥巖夾層時地震波形為復波特征，不含3 m泥巖夾層時則為對稱單一波形特征；當地震子波主頻位于55～70 Hz時，該夾層能形成明顯反射軸；當地震子波主頻高于70 Hz時，地震子波的低頻成分不足，子波旁瓣較大，導致地震波相互疊加而形成干涉，從而在儲層內部形成地震反射軸，但這類反射并非地下介質真實反射，干擾了夾層的識別。

圖1 地震反射波頻率與地震波形識別能力關系Fig.1 Relationship between seism ic wave frequency and seism ic waveform identification ability

由此可知，儲層厚度、夾層厚度均一定時，地震反射波頻率變化直接影響地震波形特征變化，存在低頻段、適中頻段、高頻段等3個頻段范圍。其中，低頻段，儲層內部無論含夾層與否，內部都不形成地震反射，該頻段范圍無法識別夾層；適中頻段，可以通過地震波形特征識別夾層，地震波形表現為波形偏移、振幅變化、地震復波或明顯地震反射軸等；高頻段，出現明顯地震干涉現象，掩蓋夾層的有效反射，使得夾層難以識別。

1.2 3種類型夾層識別方法

綜合渤海新近系河流相油田的地質特征和地震資料的具體情況，按地震資料頻段范圍將夾層分3種類型，并給出了相應的地震波形特征識別方法(表1)。第1類，地震資料頻率(一般參考地震資料主頻)略低于夾層識別的最佳頻段，地震波形表現為波形偏移、地震復波、振幅變化。第2類，地震資料頻率位于夾層識別最佳頻段，此時夾層發育區形成較清晰地震反射軸，較易識別。第3類，地震資料頻率略高于夾層識別最佳頻段，地震干涉現象干擾夾層的有效地震反射，此時可通過鄰井對比來判別夾層是否存在。通常，地震反射軸振幅強于鄰井時，認為存在夾層所產生的有效地震反射貢獻量，夾層發育幾率大，否則不發育夾層。

表1 3種類型夾層識別方法Table 1 Identification method of three kinds of interlayers

2 在Q油田的應用

2.1 難點分析

Q油田地質條件相當復雜，目的層為典型曲流河沉積，河道擺動頻繁，疊置模式多樣，末期河道和廢棄河道較為發育，復雜的地質環境加大了利用地震資料識別地下介質的難度。由于目的儲層總體厚度并不薄，一般都是多期河道疊置形成的復合體，提高地震資料分辨率僅能對特定厚度夾層進行識別，但對厚度變化快的夾層識別起來仍舊困難。同時，地震資料缺低頻時，主頻過高使得厚層整體識別效果欠佳，常規地震手段很難有效識別這類厚儲層內部的夾層［9］，厚層內部夾層發育程度和發育規律難以確定。Q油田連井剖面顯示，厚層大多為復合結構，夾層發育程度高而且厚度和數量變化快，儲層厚度最厚達35m，內部夾層厚度從10m到2m快速變化(圖2)。

圖2 Q油田儲層橫向變化連井剖面Fig.2 Connected wells'profile of reservoir's lateral variations in Q oilfield

2.2 適用性分析

從井點出發，結合實鉆資料揭示的地質模式和儲層結構，模擬儲層內部夾層發育模式。Q油田現有地震資料主頻約為55 Hz，所以地震正演使用主頻55 Hz地震子波做褶積。結果表明，夾層發育處，正演地震波形和實際地震波形都出現不同程度的波形偏移、振幅變化、地震復波(圖3)，因此該資料的地震波形特征能夠在一定程度上指示夾層的發育情況。

如圖4所示，第1類地震波形特征在Q油田廣泛存在。A4井油層頂部發育泥巖夾層，頂面地震反射振幅比周圍明顯弱；A8井不發育夾層，地震反射振幅與周邊相當(圖4a)。B14井頂部發育夾層，表現為地震復波；A18井不發育夾層，地震反射振幅與周邊相當(圖4b)。D20井兩油層間發育夾層，地震波谷出現偏移；D17井不發育夾層，波形基本對稱(圖4c)。

另外，第2類、第3類地震波形特征在Q油田也普遍存在。例如，B12井處厚儲層中間發育薄夾層，形成明顯地震反射軸；B8井處夾層不發育，表現為強波峰拖弱波谷特征(圖5)。F6井處夾層發育，夾層的有效地震反射對理想地震反射有一定貢獻量，從而加劇地震干涉效應，形成較弱地震反射軸；13井處夾層不發育，表現為單純地震干涉(圖6)。

圖3 實際地質模型地震正演模擬Fig.3 Forward modeling of seism ic for actual geologicalm odel

圖4 Q油田第1類夾層實際地震波形特征Fig.4 Seism ic waveform's characteristics for interlayer of first class in Q oilfield

圖5 Q油田第2類夾層實際地震波形特征Fig.5 Seism ic waveform's characteristics for interlayer of second class in Q oilfield

圖6 Q油田第3類夾層實際地震波形特征Fig.6 Seism ic waveform's characteristics for interlayer of third class in Q oilfield

對Q油田已鉆300多口井的精細對比研究表明，3種類型地震波形特征和夾層發育程度吻合較好。同時發現，地震波形偏移和振幅突變處一般為夾層發育的起始點，穩定地震復波對應夾層穩定發育區。

2.3 應用效果

上述地震波形特征識別夾層方法有效指導了Q油田后續約100口井的順利實施。其中，G40H井和G9H井較為典型，地震波形出現明顯偏移、復波現象，鉆前認為發育夾層(圖7)，因此隨鉆中果斷調整了井眼軌跡，保障了2口井的順利實施，盡可能多地爭取了優質儲層鉆遇率。

利用3種類型夾層地震波形特征在地震波形剖面上對Q油田X砂體夾層分布進行了定性解釋與預測(地震波形特征的變化點僅能代表夾層發育的起始點，無法精確描述)，定性預測結果與實際井夾層分布情況吻合良好(圖8)。

圖7 Q油田新井實鉆情況與地震波形吻合效果Fig.7 Effect of anastom osis between actual drilling condition of new wells and seism ic waveform in Q oilfield

圖8 Q油田X砂體夾層定性預測結果(a)與實際分布情況(b)的對比Fig.8 Interlayer qualitative forecast(a)and actual distribution law(b)of X sandbody in Q oilfield

3 結束語

將夾層按地震反射波頻率段分為3種類型，分別總結了利用地震波形特征識別夾層的方法，即第1類夾層通過地震波形偏移、地震復波、地震振幅變化識別，第2類夾層通過明顯地震反射軸識別，第3類夾層通過分析夾層的有效地震反射貢獻量識別；同時發現，地震波形偏移和振幅突變處一般為夾層發育的起始點，穩定地震復波對應夾層穩定發育區。利用地震波形特征識別復雜河流相儲層內夾層的方法有效指導了Q油田后續井的鉆探及X砂體夾層分布的預測，均取得了較好的效果。

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［2］劉文嶺，李剛，夏海英.地震波形特征分析定量描述方法［J］.大慶石油地質與開發，1999，18(2)：44-46.Liu Wenling，Li Gang，Xia Haiying.Quantitative description method for characteristic analysis of seismic waveform［J］.Petroleum Geology ＆ Oilfield Development in Daqing，1999，18(2)：44-46.

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