地質(zhì)統(tǒng)計學反演在輪古油田碳酸鹽巖儲層預測中的應用

張　磊,安海亭,但光箭, 梁國平,高緒永

(1.西安石油大學，陜西西安 710065；2.東方地球物理公司研究院庫爾勒分院)

地質(zhì)統(tǒng)計學反演在輪古油田碳酸鹽巖儲層預測中的應用

張磊1,2,安海亭2,但光箭2, 梁國平2,高緒永2

(1.西安石油大學，陜西西安 710065；2.東方地球物理公司研究院庫爾勒分院)

摘要：輪古油田碳酸鹽巖儲層以洞穴、孔洞、裂縫孔洞型儲集體為主要儲集空間，具有不規(guī)則形態(tài)、非均勻分布的特點，給儲層預測帶來極大的困難,常規(guī)的反演方法不能很好地描述其儲層分布的特征。利用基于馬爾科夫鏈-蒙特卡羅算法的地質(zhì)統(tǒng)計學反演對碳酸鹽巖儲層進行預測，能夠較為合理地描述碳酸鹽巖縫洞體系的變化特征，解決了該區(qū)碳酸鹽巖非均質(zhì)性儲層預測的地質(zhì)問題。

關(guān)鍵詞：輪古油田；地質(zhì)統(tǒng)計學反演；碳酸鹽巖；儲層預測

1概況

輪南古潛山位于塔里木盆地塔北隆起輪南低凸起中部地區(qū)，東接草湖凹陷，西接哈拉哈塘凹陷，南臨滿加爾凹陷，北靠輪臺古陸，是東、西、南三個凹陷油氣的長期運移指向區(qū)。輪古油田就位于輪南奧陶系古潛山上。輪古油田主要目的層為奧陶系碳酸鹽巖古潛山，儲層主要是經(jīng)過多期構(gòu)造運動與古巖溶共同作用形成的巖溶縫洞型儲層，儲層非均質(zhì)性強。碳酸鹽巖縫洞型儲層在地震上表現(xiàn)為串珠狀、雜亂狀及片狀的反射特征(圖1)，地震資料反映的儲層特征尺度較大，儲集體特征及形態(tài)難以精細描述[1]。隨著油氣勘探開發(fā)的發(fā)展和深入，對碳酸鹽巖儲層預測精度的要求越來越高[2]。

圖1　輪古地區(qū)不同儲層地震剖面圖

有效的儲層預測方法可以對儲層進行準確的描述，而地震反演是儲層預測的主要技術(shù)之一。目前常用以下幾種反演方法：道積分(相對波阻抗反演)、遞推反演、基于地質(zhì)模型的反演、基于地質(zhì)統(tǒng)計的反演、基于疊前道集資料的疊前反演[3]；前兩種反演方法分辨率不高，不適合高分辨率儲層預測；基于地質(zhì)模型的反演分辨率高，但是距井遠，可靠性降低；而疊前反演主要針對油氣預測。基于地質(zhì)統(tǒng)計學的反演是利用地質(zhì)統(tǒng)計學原理[4-5]，以已知的儲層資料為基礎(chǔ)，應用隨機模擬的方法，產(chǎn)生多個可選的、等概率的儲層模型，結(jié)果分辨率高，能反映儲層的細微變化，其缺點是會產(chǎn)生多個反演結(jié)果，多解性強，同時對測井資料品質(zhì)要求高。通過各個反演方法的比較，認為在輪古油田地震資料、測井資料品質(zhì)較好和鉆井多的情況下，采用基于地質(zhì)統(tǒng)計學的反演方法來提高碳酸鹽巖巖溶縫洞儲層的預測精度，可以取得較好的效果。

本文利用地質(zhì)統(tǒng)計學反演技術(shù)進行儲層預測，以提高裂縫孔洞型及孔洞型等小尺度儲層的預測能力，為縫洞儲集體的定量預測提供一種切實可行的方法。

2方法原理

2.1地質(zhì)統(tǒng)計學反演技術(shù)基本原理及流程

地質(zhì)統(tǒng)計學反演方法是將空間隨機變量的統(tǒng)計技術(shù)與地震反演相結(jié)合的反演方法[6]，它通過對井資料和地質(zhì)信息的分析后，獲得先驗信息和由地球物理資料得到的新信息相結(jié)合，在模型空間中確定后驗概率分布。實際先驗信息總是極其復雜的，而且將資料與模型參數(shù)聯(lián)系起來的理論是非線性的。所有這些因素導致模型空間中的后驗概率分布可能是很難去描述的。當用優(yōu)化技術(shù)獲得最大似然模型時，常規(guī)的序貫高斯等模擬算法不能滿足地質(zhì)要求，而馬爾科夫鏈蒙特卡羅(MCMC)算法具有在實際時間界限內(nèi)收斂到總體最優(yōu)的特點。

本次地質(zhì)統(tǒng)計學反演采用MCMC算法。MCMC 算法是在貝葉斯框架下，利用已有資料和先驗信息進行約束，通過重復抽樣，為所求貝葉斯后驗分布的馬爾科夫鏈建立一個平穩(wěn)分布，對這些隨機樣本進行統(tǒng)計，間接得到后驗分布的一些性質(zhì)。由此不僅可以得到每個未知參數(shù)的估計值，而且可以得到與之相關(guān)的各種不確定性信息。由于目標函數(shù)并不限定為單一最優(yōu)解，所以結(jié)果對初始值的依賴性較小。同時尋優(yōu)過程可跳出局部最優(yōu)，得到全局最優(yōu)解。該過程在地震數(shù)據(jù)硬約束下，不僅提供了足夠的橫向信息，還提高了垂向分辨率[7]。地質(zhì)統(tǒng)計學方法可以提高縫洞儲集體的預測精度，使預測結(jié)果更好地與測井資料解釋成果相匹配，能夠為非均質(zhì)性縫洞儲集體精細描述與儲量計算提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

地質(zhì)統(tǒng)計學反演的流程：綜合利用研究區(qū)內(nèi)地震數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)和測井數(shù)據(jù)，進行精細的層位標定與子波的提取、合理低頻模型的建立，通過敏感參數(shù)的調(diào)整，最終得到高精度約束稀疏脈沖反演結(jié)果，了解儲層的大致分布規(guī)律，也可用于求取水平變差函數(shù)[6]。在此基礎(chǔ)上進行概率密度函數(shù)和變差函數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)分析，反復迭代模擬過程中的各種參數(shù)，直到最終結(jié)果符合地質(zhì)上的認識(圖2)。

反演中涉及到的重要技術(shù)包括：高質(zhì)量約束稀疏脈沖反演、地質(zhì)統(tǒng)計學反演關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)選與隨機反演。

2.2關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)選

基于MCMC算法的地質(zhì)統(tǒng)計學反演中的關(guān)鍵參數(shù)是對工區(qū)內(nèi)地質(zhì)資料分析得到的認識進行量化設(shè)置[8-11]，并分析其合理性，最終確定的參數(shù)作為先驗信息用于后續(xù)反演過程的約束。最重要的兩項參數(shù)為概率密度函數(shù)與變差函數(shù)[12]。

(1)概率密度函數(shù)是描述特定巖性對應的巖石物理參數(shù)分布的可能性。常用的概率密度函數(shù)有等分函數(shù)(Binned)、高斯型函數(shù)(Normal)、均勻分布函數(shù)(Uniform)、對數(shù)高斯型函數(shù)(LogNormal)四種。根據(jù)四種函數(shù)的數(shù)據(jù)特征分析：等分型函數(shù)是一系列的等子值或累計分布值，不能用參數(shù)描述；高斯型函數(shù)及均勻分布函數(shù)都能反映數(shù)據(jù)樣點的分布特征，比較適用于描述砂巖體儲層的展布，因此針對碳酸鹽巖非均質(zhì)性儲層分布的特點優(yōu)選對數(shù)高斯型函數(shù)。

圖2　地質(zhì)統(tǒng)計學反演流程圖

(2)變差函數(shù)描述的是橫向和縱向地質(zhì)特征的結(jié)構(gòu)和特征尺度。地質(zhì)統(tǒng)計學反演中常用的變差函數(shù)有指數(shù)型和高斯型兩種：高斯型常用于模擬非常連續(xù)的數(shù)據(jù)，模擬結(jié)果變化很慢，看起來很平滑，適用于砂巖儲層；而指數(shù)型用于模擬變化快的數(shù)據(jù)，模擬結(jié)果變化很快，看起來不平滑，適用于非均質(zhì)性的碳酸鹽巖儲層。本文采用指數(shù)型變差函數(shù)進行地質(zhì)統(tǒng)計學反演。

2.3質(zhì)量控制

研究過程中及時對每一步進行質(zhì)量控制，在地質(zhì)統(tǒng)計學模擬過程中，比較模擬剖面與約束稀疏脈沖反演剖面，如果模擬的縫洞體展布、規(guī)模、巖性比例等方面與反演剖面大體一致，那么就認為模擬結(jié)果是比較合理的。在統(tǒng)計學反演過程中，除通過抽井檢查，看井周圍反演的巖性體與井是否吻合，同時還利用反演過程中產(chǎn)生的合成地震道與原始地震數(shù)據(jù)進行計算得到殘差，通過對殘差穩(wěn)定性和合理性的分析，對反演結(jié)果進行控制，實現(xiàn)模型和地震數(shù)據(jù)的匹配全局最優(yōu)化。

3反演應用效果分析

通過對輪古油田奧陶系碳酸鹽巖儲層進行地質(zhì)統(tǒng)計學反演，得到精細的儲層預測結(jié)果。從地震剖面與反演剖面對比圖上可以看出(圖3)，地震剖面上對于強振幅的串珠狀地震反射，在反演波阻抗剖面上表現(xiàn)為低阻抗特征，統(tǒng)計學反演結(jié)果與約束稀疏脈沖反演相比，主要強反射儲層都能在波阻抗剖面上反映，但常規(guī)約束稀疏脈沖反演剖面上串珠頂?shù)状嬖诟咦杩硅傔叺默F(xiàn)象，沒有反映洞穴儲層的真實特征。地質(zhì)統(tǒng)計學反演很好地消除了這種異常，預測的洞穴型儲層更準確。同時對于以裂縫孔洞型儲層為主的雜亂地震反射，在常規(guī)約束稀疏脈沖反演剖面上刻畫不清，而在地質(zhì)統(tǒng)計學反演剖面上對雜亂反射儲層刻畫更為精細。地質(zhì)統(tǒng)計學反演結(jié)果橫向上較好地反映了碳酸鹽巖非均質(zhì)性儲層波阻抗變化的特點，縱向上具有較高的分辨率，地質(zhì)信息豐富。

利用未參與反演的A井與B井對反演結(jié)果進行驗證。通過過A井約束稀疏脈沖反演與地質(zhì)統(tǒng)計學反演結(jié)果提取的偽波阻抗曲線與井的實際波阻抗曲線對比，約束稀疏脈沖反演波阻抗曲線僅僅反映波阻抗變化的趨勢，分辨率低，缺少細節(jié)信息；而地質(zhì)統(tǒng)計學反演結(jié)果與測井波阻抗曲線吻合較好，含有豐富的儲層細節(jié)信息(圖4)，這說明地質(zhì)統(tǒng)計學反演能夠提高碳酸鹽巖儲層預測的精度。

圖3　輪古油田區(qū)原始地震(上)及其疊后反演(中)與地質(zhì)統(tǒng)計學(下)反演剖面對比

圖5所示B井為輪古油田鉆遇奧陶系鷹山組的一口井，該井鉆入目的層后即鉆遇裂縫孔洞型儲層，在5 240～5 261 m發(fā)生放空，地震表現(xiàn)為強串珠狀反射，同時對應的反演剖面上為低阻抗洞穴型儲層；地質(zhì)統(tǒng)計學反演能夠精細刻畫裂縫型、裂縫孔洞型儲層及洞穴型等各種儲層的發(fā)育特征，為儲量計算和設(shè)計定井提供了可靠的依據(jù)[13-15]。

圖5　過B井地震剖面與地質(zhì)統(tǒng)計學反演剖面對比

4結(jié)論

(1) 選擇合適的概率密度函數(shù)和變差函數(shù)是地質(zhì)統(tǒng)計學反演解決碳酸鹽巖非均質(zhì)性的關(guān)鍵。

(2) 準確的反演結(jié)果可以精細描述各類儲層，為油氣儲量的計算提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

(3) 地質(zhì)統(tǒng)計學反演可以解決碳酸鹽巖非均質(zhì)性比較強的問題，能夠有效提高儲層的預測精度。

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編輯：趙川喜

文章編號：1673-8217(2016)02-0001-04

收稿日期：2015-12-20

作者簡介：張磊，工程師，1984年生，2007年畢業(yè)于石油大學(華東)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事塔里木盆地地震解釋研究工作。

基金項目：中國石油重大科技專項研究“新區(qū)新領(lǐng)域區(qū)帶評價與目標優(yōu)選”(2014E-2109JT)資助。

中圖分類號：P631.445

文獻標識碼：A