渤海BZ油田儲層定量預(yù)測研究

邊立恩，屈　勇，于　茜，王國強(qiáng)，薛明星

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452；2.四川省地震預(yù)報研究中心)

渤海BZ油田儲層定量預(yù)測研究

邊立恩1，屈勇2，于茜1，王國強(qiáng)1，薛明星1

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452；2.四川省地震預(yù)報研究中心)

摘要：渤海BZ油田位于石臼坨凸起南部的斷階帶，成藏條件優(yōu)越，在中深層的古近系東營組地層發(fā)育了大套優(yōu)質(zhì)儲層。由于對目的層段的巖性組合特征認(rèn)識不清及地震資料分辨率低，儲層預(yù)測存在一定困難。通過聯(lián)合地震屬性和譜分解技術(shù)對BZ油田東營組儲層進(jìn)行了定量預(yù)測研究，從分析儲層物性與地震屬性的關(guān)聯(lián)程度出發(fā)，通過屬性優(yōu)選、聚類、融合方式預(yù)測儲層的平面展布。采用譜分解技術(shù)計算目標(biāo)儲層的第一峰值頻率，引入構(gòu)造約束下的速度場建模方法構(gòu)建速度模型，利用地層厚度與調(diào)諧頻率及地層速度之間的關(guān)系對儲層厚度進(jìn)行定量預(yù)測，最后利用實(shí)鉆資料進(jìn)行校正。該方法對BZ油田的儲層預(yù)測取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：渤海BZ油田；地震屬性；聚類分析；波形分類；譜分解；儲層定量預(yù)測

儲層預(yù)測一直是地球物理研究的熱點(diǎn)。隨著勘探、開發(fā)程度的不斷加深，對儲層預(yù)測的要求也越來越高，不僅需要對儲層的平面展布特征做出精細(xì)的刻畫，還需要對儲層的縱向分布即厚度做出定量化預(yù)測[1]。因此，儲層預(yù)測需要結(jié)合多種地球物理手段進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而降低解釋的多解性。地震屬性分析技術(shù)[2-5]是一項用于儲層預(yù)測的重要地球物理手段。常規(guī)的地震屬性主要包括能量、頻率、相位、幾何、統(tǒng)計五大類。各類屬性從不同的角度反映儲層的特征甚至含流體情況[6-9]，缺點(diǎn)是反映的地質(zhì)信息較片面，多解性強(qiáng)。而屬性優(yōu)化、聚類融合則克服了該缺點(diǎn)，它通過利用一系列數(shù)學(xué)變換方法優(yōu)選出對儲層反映敏感的屬性或?qū)傩越M合，對其進(jìn)行降維處理，去除冗余屬性，最后對剩余屬性進(jìn)行聚類融合，為儲層的平面展布特征研究提供了有效的手段[10-13]。譜分解技術(shù)作為一項新型的儲層研究技術(shù)，它將地震資料由時間域轉(zhuǎn)換到頻率域，通過對不同頻率成分調(diào)諧體的研究提高地震資料識別地質(zhì)體的能力[14-15]，克服了時間域內(nèi)不同頻率成分間的相互影響。

前人的大量研究工作表明,屬性分析和譜分解技術(shù)對儲層預(yù)測有較好的效果，但研究目的主要局限于儲層橫向展布范圍的刻畫。本文以渤海BZ油田為靶區(qū)，嘗試將該兩項技術(shù)結(jié)合起來,從橫向和縱向上對儲層進(jìn)行定量化預(yù)測。

1研究區(qū)概況

BZ油田位于渤海中部海域，構(gòu)造上位于石臼坨凸起南部斷階帶上，為受控于斷層的半背斜構(gòu)造，地層整體南傾。主要含油層系為古近系東營組東二下段，共劃分為5個油組，其中Ⅱ油組為主力油組。目前油田區(qū)共鉆井3口，分別為A1、A2和A3井，3口井在目的層段均有良好的油氣發(fā)現(xiàn)。但該區(qū)的儲層預(yù)測依然存在困難，主要表現(xiàn)為以下兩點(diǎn)：

(1)東營組地層埋藏較深，一般在3 000 m以上，目的層段地震資料頻率較低，主頻不足25 Hz，地震分辨率偏低，按照四分之一波長計算，分辨率約為35 m。

(2)東二下段II油組分2個砂層組，砂巖總厚度55.3 m，單砂層厚度分布不均(1.1～21.0 m)，砂泥巖互層現(xiàn)象明顯，造成地震剖面呈低頻弱反射特征，反射波同相軸與巖性界面相關(guān)性差。

2儲層平面展布預(yù)測

2.1儲層預(yù)測思路

基于上述儲層預(yù)測中存在的問題，本文從油田實(shí)際出發(fā)，綜合地震、地質(zhì)、測井資料，制定了以下儲層預(yù)測思路：首先精細(xì)制作合成地震記錄標(biāo)定儲層，在建立儲層與地震同相軸間對應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，對儲層頂面進(jìn)行追蹤解釋；然后結(jié)合儲層巖性、物性及地震響應(yīng)特征，優(yōu)選各類屬性評價儲層，并結(jié)合沉積相分析對儲層范圍進(jìn)行平面預(yù)測；再利用解釋層位、斷層、鉆井等數(shù)據(jù)建立全區(qū)速度模型，針對目的層提取平面速度場。利用譜分解技術(shù)第一峰值頻率與儲層厚度、速度間的關(guān)系對儲層厚度進(jìn)行預(yù)測；最終在平面和厚度上完成儲層預(yù)測，為后續(xù)的儲層評價和儲量計算提供可靠的依據(jù)。

2.2層位標(biāo)定與解釋

制作合成記錄是層位標(biāo)定的關(guān)鍵，也是地震屬性分析的基礎(chǔ)。本次標(biāo)定選取了與目的層段頻率相同的25 Hz雷克子波制作合成記錄(圖1)，精細(xì)對比后建立起井資料與地震資料之間的對應(yīng)關(guān)系。標(biāo)定后確認(rèn)目的層?xùn)|二下段II油組頂對應(yīng)地震反射波谷，II油組底對應(yīng)地震反射波峰。砂巖儲層內(nèi)部砂泥巖互層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表現(xiàn)為低頻、中-弱振幅、較連續(xù)的地震反射特征。由于主力油層主要集中在II油組1、2小層中，因此針對2小層頂進(jìn)行解釋。

2.3利用屬性聚類刻畫儲層平面展布

地震屬性種類和數(shù)量繁多，每種屬性對不同類型儲層的適用性及敏感程度各異，若不優(yōu)選必然會降低儲層預(yù)測的精度甚至混淆預(yù)測范圍。針對油田儲層地質(zhì)特征，以東二下段II油組2小層頂為參考層，時窗長度40 ms(參考層向上15 ms、向下25 ms)，共提取振幅、頻率、相位、幾何四大類三十余種屬性，依據(jù)屬性物理意義與儲層地質(zhì)特征對應(yīng)性和剔除冗余屬性的原則進(jìn)行兩種方式的優(yōu)選：

(1)經(jīng)驗(yàn)優(yōu)選。BZ油田目的層段儲層中孔低滲，非均值性強(qiáng)，砂泥巖互層特征明顯。因此本次優(yōu)選提取了所有屬性進(jìn)行分析，結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識，最終選取反射強(qiáng)度斜率、平均瞬時相位、能量半衰時和波形分類四種代表性屬性。反射強(qiáng)度斜率(圖2a)較好地刻畫了儲層發(fā)育的范圍，屬性的強(qiáng)弱也在一定程度上反映了儲層內(nèi)部的非均值性。平均瞬時相位(圖2b)對儲層邊界的刻畫尤為明顯，屬性中不連續(xù)的地方基本反映了儲層的邊界范圍。能量半衰時(圖2c)從一定程度上反映了儲層的橫向連通情況。波形分類應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)刻畫地震波形的橫向變化，通過對地震波形進(jìn)行分類、訓(xùn)練和對比，將目的層的地震波形分為四大類(圖2d)，其中儲層的波形特征主要以第二類為主。

圖1　合成記錄層位標(biāo)定

圖2　目的層地震屬性圖(時窗:向上15 ms;向下25 ms)

(2)數(shù)學(xué)方法自動優(yōu)選。由于單一屬性只能從一個側(cè)面反映地震反射波的某一特征，但地下地質(zhì)情況復(fù)雜，地震波形態(tài)往往是多種因素的綜合響應(yīng)，任意一種儲層參數(shù)的改變均會導(dǎo)致地震波形的變化。本文利用交會方法對多屬性進(jìn)行分析，選取有地質(zhì)意義且相互獨(dú)立的屬性進(jìn)行聚類，進(jìn)一步降低儲層預(yù)測的多解性。本次交會優(yōu)選建立在經(jīng)驗(yàn)優(yōu)選的基礎(chǔ)上，篩選出10種屬性進(jìn)行了交會分析，這些屬性分別為：弧長、平均瞬時相位、反射強(qiáng)度、能量半衰時、最大波峰振幅，最大波谷振幅、峰值頻率、均方根振幅、反射強(qiáng)度斜率、振幅方差。同一種屬性在交會圖45°線上呈對稱分布，且交會成一條直線，表明兩者完全相關(guān)。任意兩種不同屬性在交會圖上均形成一個交會面，屬性相似程度越高，所反映的地質(zhì)信息越相近，交會面就越趨近為一條45°斜線。反之，交會面上的點(diǎn)則呈整體均勻分布。從交會結(jié)果可以看出，平均瞬時頻率與能量半衰時、最大波峰振幅、最大波谷振幅、均方根振幅、反射強(qiáng)度斜率5個屬性相似程度較低，而反射強(qiáng)度斜率與最大波峰振幅、最大波谷振幅、均方根振幅三種振幅類屬性相似程度較高。因此舍棄最大波峰振幅、最大波谷振幅、均方根振幅屬性，將剩余三種屬性(平均瞬時頻率、能量半衰時、反射強(qiáng)度斜率)進(jìn)行聚類融合。

3儲層厚度定量預(yù)測

要實(shí)現(xiàn)儲層定量預(yù)測，不僅需要在橫向上刻畫儲層展布范圍，還要在垂向上刻畫儲層厚度。本次厚度預(yù)測主要利用譜分解技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。譜分解技術(shù)是通過短時傅里葉變換將地震資料由時間域轉(zhuǎn)換到頻率域調(diào)諧體，基于時窗的限制，反射系數(shù)就限定在有限的薄層之內(nèi)，一方面可避免頻譜白噪化，另一方面可利用頻譜產(chǎn)生的頻陷特征分析儲層的厚度變化。由于在調(diào)諧厚度內(nèi)地層的頻譜為周期譜，其頻陷周期為地層時間厚度的倒數(shù)[1]，即：

(1)

其中，Tf為頻陷周期，τ為地層的時間厚度。

時間厚度τ與地層厚度z、地層速度v有如下關(guān)系：

(2)

將式(2)代入式(1)得到：

(3)

實(shí)際應(yīng)用中，頻陷周期Tf的求取不是根據(jù)兩個相鄰頻陷的頻率差獲得，而是利用第一峰值頻率f0即第一個振幅譜峰值對應(yīng)的頻率來求得，根據(jù)頻陷譜的周期性可知：

Tf=2f0

(4)

將式(4)代入式(3)可得，

(5)

由式(5)可知，儲層厚度預(yù)測的精度取決于地層速度和第一峰值頻率的精度。為獲取目的層較精確的速度場，采用DSD模塊來進(jìn)行速度場建模。該模塊的優(yōu)勢是在探井時深關(guān)系水平插值的基礎(chǔ)上，加入地震層位和斷層對速度建模的空間約束，提高了速度模型的精度。本次研究以油田內(nèi)A1、A2、A3三口井的時深關(guān)系為基礎(chǔ)進(jìn)行空間水平插值，利用館陶組頂、東二下段II油組頂、III油組頂、IV油組頂和V油組頂5個地震層位及斷層進(jìn)行控制約束，并利用相應(yīng)鉆井分層數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，得到最終速度體模型(圖3a)。基于該速度體，提取目的層?xùn)|二下段II油組2小層頂?shù)乃俣绕矫娣植?圖3b)。第一峰值頻率的求取則重點(diǎn)考慮了目的層厚度與上、下圍巖的巖性關(guān)系，選取時窗確保將目的層包括在內(nèi)。因此以東二下段II油組2小層頂為參考，上、下各取長度為30 ms的高斯窗函數(shù)進(jìn)行短時傅里葉變換，得到第一峰值頻率(圖3c)。利用公式(5)進(jìn)行計算求得目標(biāo)儲層的厚度分布，最后利用實(shí)鉆厚度進(jìn)行校正，便得到最終的厚度預(yù)測結(jié)果(圖3d)。

4結(jié)論

(1)屬性分析是儲層平面預(yù)測的有效手段，但地震屬性種類繁多、影響屬性結(jié)果的因素也較多，通過對多屬性進(jìn)行聚類分析與優(yōu)選，可進(jìn)一步降低屬性解釋的多解性、提高儲層預(yù)測的精度。

(2)譜分解技術(shù)突破了傳統(tǒng)地震分辨率的限制，將地震數(shù)據(jù)由時間域轉(zhuǎn)換到頻率域，利用頻譜的頻陷特征進(jìn)行儲層厚度預(yù)測，效果顯著。但要想進(jìn)一步提高預(yù)測的精度，不僅需要建立更精確的速度場，還需考慮地下儲層的復(fù)雜性及砂泥巖的不同組合關(guān)系等，這些因素還有待于進(jìn)一步研究。

(3)本文在對渤海BZ油田東營組儲層地質(zhì)情況和地震反射特征精細(xì)分析的基礎(chǔ)上，通過聯(lián)合屬性分析與譜分解技術(shù)并結(jié)合精細(xì)的地震解釋，綜合預(yù)測了儲層平面展布范圍及縱向厚度分布，為油田的儲量評價及開發(fā)方案設(shè)計提供了重要的依據(jù)，也為類似油田的儲層研究提供了借鑒。

圖3　儲層厚度預(yù)測

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編輯：王金旗

文章編號：1673-8217(2016)03-0077-04

收稿日期：2015-12-10

作者簡介：邊立恩，碩士，工程師，1982年生，2009年畢業(yè)于成都理工大學(xué)地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)從事地震資料解釋與儲層預(yù)測研究工作。

基金項目：中國海洋石油總公司“十二五”科技重大專項(CNOOC-KJ125 ZDXM 06 LTD-10-KFSC-14)資助。

中圖分類號：P631.44

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A