綜合儲層預測技術在灘壩砂預測中的應用
——以潿西南凹陷東南斜坡帶流二段為例

2018-03-26 09:03:17何麗娟

西部探礦工程 2018年4期

張毅,何麗娟

（中海石油<中國>有限公司湛江分公司，廣東湛江524057）

寬帶約束反演是一種基于模型的波阻抗反演方法[1]，其終極目標是將測井垂向高分辨率與地震資料橫向高連續性相結合，得到垂向上高分辨率和橫向上高連續性的反演剖面[2]。該方法在地震資料、波阻抗曲線、層位解釋結果的基礎上，建立波阻抗初始模型，再通過非線性反演噪聲、模型協方差和測井條件的約束下對初始模型進行修正，最終得到高分辨率的反演結果。該方法簡單、方便、易實現，能較好地反映砂泥巖的物性特征，但是無法精細地區分在砂泥互層情況下砂巖的分布范圍。PNN（Probabilistic Neural Network）伽馬反演技術是一種基于PNN神經網絡的多屬性反演技術[3]，應用井約束反演提高地震縱向分辨率的同時，通過網絡訓練將多屬性分析與地震反演相結合，提高地震橫向分辨率，得到縱向和橫向上高分辨率的反演結果。該方法能很好地反映儲層的巖性特征，但是在物性預測方面具有一定的局限性。本文將寬帶約束反演與PNN伽馬反演相結合，反映儲層的物性特征與巖性特征，進而更好地預測有效儲層的分布情況。

潿西南凹陷東南斜坡帶A構造在流沙港組二段發育2套灘壩砂，內部為砂泥巖互層，其物性受地層壓實影響很大，隨著埋深增加而干層發育，有效儲層相對較薄，橫向變化較大有效儲層發育極為復雜，研究區灘壩砂成藏的關鍵在于厘清有效儲集砂體的分布范圍。為此，本文綜合采用寬帶約束反演與PNN伽馬反演對該區的A構造進行了儲層預測，有效地落實了該構造灘壩砂體的分布范圍，為該區的勘探研究提供有利的勘探目標，從而推進該區的勘探進程。

1 地質背景

潿西南凹陷位于南海西部北部灣盆地北部坳陷東北部[4]，是在前古近系基巖上發育起來的新生代斷陷盆地，具有北斷南超的特點，可劃分為北部隆起帶、一號斷裂帶、二號走滑斷裂帶、三號斷裂帶、潿西南低凸起和東南斜坡帶等6個構造帶。坳陷以新生代沉積為主，古近系沉積受一號斷層控制，沉積層序完整[5],自下而上發育古新世長流組、始新世流沙港組、漸新世潿洲組、下中新世下洋組、中中新世角尾組、上中新世燈樓角組、上新世望樓港組、更新世—全新世地層。東南斜坡帶緊鄰潿西南凹陷生烴總量較大的B洼，斷裂與構造脊發育，有效地溝通烴源，是潿西南凹陷有利的勘探區帶之一。

2 方法原理

2.1 寬帶約束反演

寬帶約束地震反演的基本思想是要尋找一個最佳的地球物理模型，使得該模型的響應與觀測數據（地震道）的殘差在最小二乘意義下達到最小。寬帶約束反演方法與以往的廣義線性方法（GLI）方法有本質上的不同：首先，它是嚴格意義上的非線性反演；其次，在反演過程中，它受地質、測井先驗知識的約束。

定義目標函數：

式中：D、F——實際地震記錄和合成記錄；

MI——波阻抗模型參數；——波阻抗模型參數的先驗值；

?x——橫向梯度；

WI、WC——波阻抗模型先驗值以及波阻抗橫向連續性的約束權系數；

‖·‖P——LP模。

在目標函數表達式中：第一項表示記錄殘差，即要使反演結果的模型響應(F)盡可能逼近實際記錄(D)；第二項表示先驗約束，即反演解不能偏離先驗值太遠；第三項是要保證反演結果具有一定的橫向連續性，使解更合理。采用模擬退火方法解上述約束最優化問題，使得無論在勘探初期只有少量鉆井，或在開發階段有很多鉆井的情況下，都可以得到穩定的反演結果。

2.2 PNN伽馬反演

地震多屬性反演是傳統地震疊后反演的一種擴展，其原理是首先在井旁道尋找測井屬性曲線（如巖性、物性、含油氣性等）和地震屬性數據之間的線性或非線性關系；然后把這種關系應用到地震數據體，實現地震體到測井屬性體的轉化；最后利用測井規律，完成區域的地層巖性、物性或者含油氣性的預測與評價。任何類型的測井曲線都可以作為屬性反演的目標曲線，但實際上常用曲線主要包括聲波、孔隙度、密度、GR、含水飽和度和泥質含量等曲線。

PNN伽馬反演預測技術是一種以GR曲線為目標函數，基于概率神經網絡（Probabilistic Neural Network）。PNN是一種適用于模式分類的徑向基神經網絡，通過計算樣點與類別間的屬性空間距離，加權后采用貝葉斯分類器進行分類。與傳統的BP神經網絡相比，PNN具有運算速度快、收斂、可信度高（能夠獲得全局最優解）等優點。但是PNN反演對預測的特征曲線的高頻部分比較敏感，不適合于預測其低頻成份，這點與基于線性的反演方法正好相反。因此，為了提高PNN屬性預測的精度，通常采用分頻預測的方法來完成屬性反演，即先使用多屬性預測技術預測目標曲線，從預測曲線中得到低頻趨勢；然后用原始曲線減去預測曲線中的低頻趨勢，使用PNN預測剩余的高頻成份；最后把預測的高頻成份與低頻趨勢相加獲得預測的特征曲線。

3 實例分析

研究區A構造流二段發育2期灘壩砂體，在地震剖面上表現為2組平行分布的低頻、強振幅、連續性較好的波組特征，被后期發育的北東、北西2組斷裂分割，形成斷塊圈閉群，資源潛力較大，是尋找中型油田的有利區域。針對A構造連續鉆探A-1、A-2、A-3、A-4共多口探井（圖1），均在2套灘壩砂體內鉆遇油層，其中早期砂體被劃分為L2Ⅱ油組，晚期砂體被劃分為L2Ⅰ油組。鉆探對比發現，4口井鉆遇的流二段砂體厚度和物性變化較大，導致每口井的探明儲量差異大，所以儲層預測工作是下步拓展勘探面臨的首要問題。

3.1 寬帶約束波阻抗反演巖性預測

地震反演是儲層預測的有效方法，本次針對L2Ⅱ油組進行了多種地震反演方法相結合的儲層預測研究。4口井的巖石物理分析表明，L2Ⅱ油組灘壩砂體具有2個敏感的巖石物理特征：（1）灘壩砂體相對于濱淺湖泥巖具有高阻抗特征；（2）灘壩砂體內發育有效儲層和干層，其中有效儲層相對于干層表現為低阻抗特征。根據巖石物理特征，制定了相應的儲層預測方法，即先使用波阻抗反演預測灘壩砂體分布特征，再根據灘壩砂體波阻抗門檻值預測有效儲層發育區。

沉積學研究認為，灘壩砂體是薄互層砂體的典型代表，前人對灘壩砂體進行了大量的研究，認為近岸的三角洲、扇三角洲或其他類型的淺水砂體類型是形成灘壩的重要物質基礎[6-7]。砂質灘壩多分布在湖泊邊緣、湖灣，以波浪較強的湖岸處發育較好[8-9]，是波浪、湖流或風暴將周緣近岸淺水沉積體系攜帶的砂質沉積物重新改造后，二次搬運到有利場所堆積下來形成，其沉積規模和展布形態主要受古地貌因素的控制，呈環帶中分布在濱淺湖向岸一側，而在中深湖區很少見到。此外湖盆的構造沉積演化時期、古水深條件、湖水動力條件、古岸線及其他沉積體系分布對灘壩砂體的形成，也起到一定的控制作用。

在A構造波阻抗反演剖面上，灘壩砂體表現為紅色的強阻抗分布區（圖2），從濱淺湖區一直到中深湖區都有分布，覆蓋了湖盆的所有區域，與灘壩砂體只分布在濱淺湖向岸一側沉積的地質認識存在較大差異。通過對反演過程的深入分析，發現問題主要出在低頻模型的建立過程中。由于建模的鉆井全部分布在濱淺湖向岸一側，而中深湖區沒有鉆井控制，在井點處波阻抗低頻模型向中深湖區沿層等比例內插的過程中，沒有鉆井控制，以至于中深湖與濱淺湖區的阻抗模型一致，最終導致代表濱淺湖砂體的高阻抗異常在整個湖盆范圍內分布的結果，所以研究區井點在不能形成正態分布的情況下，寬帶約束反演無法預測灘壩砂體的平面分布，必須要尋找一種不受模型約束的反演方法來預測灘壩砂體。

圖2 寬帶約束反演剖面對比圖

3.2 PNN伽馬反演巖性預測

PNN伽馬反演技術通過概率神經網絡，建立伽馬曲線與多種地震屬性間的非線性關系，將地震屬性體轉換成伽馬曲線體，從而達到預測巖性的目的。這種方法不需要低頻模型約束，只要學習樣本滿足要求，就可以達到預測巖性數據的目的，正好彌補了寬帶約束反演受井點分布影響的短板。

地震剖面上2期灘壩砂體（L2Ⅰ、L2Ⅱ）對應2套中頻、強振幅、連續性較好的同相軸，而在PNN伽馬反演剖面上對應2套低伽馬的異常體（圖3）。在從濱淺湖到中深湖方向對比剖面中，地震剖面上2套地震同相軸一直都很穩定，而在PNN伽馬反演剖面上低伽馬異常體在濱淺湖與中深湖交界處迅速減薄、分散、直到消失。對比發現，PNN伽馬預測的砂體分布規律與灘壩砂沉積特征吻合度高，較為合理。

將實際鉆探灘壩砂與PNN伽馬反演結果對比分析發現，PNN伽馬反演能夠有效識別灘壩砂體，所有鉆井鉆遇的灘壩砂體都與PNN反演體上的低伽馬異常對應，但無法識別有效儲層，無論是有效儲層，還是干層，都對應低伽馬異常，所以從勘探成效方面看，還不能滿足生產的需要。

3.3 PNN聯合寬帶約束反演預測有效儲層

研究發現，寬帶約束波阻抗反演在井點分布不均時，無法準確預測灘壩砂體分布情況。進一步分析發現，目的層高阻抗異常體的平均阻抗值在不同沉積區存在差異，反映了不同的巖性組合特征，其中位于濱淺湖區的高阻抗異常體表現為較低的平均阻抗值，反映的是厚層灘壩砂有效儲層的特征，而位于深湖區的高阻抗異常體表現為較高的平均阻抗值，反映的是薄層灘壩砂干層與深湖相泥巖的特征，所以在落實灘壩砂體分布范圍的基礎上，使用目的層L2Ⅰ、L2Ⅱ的平均阻抗值可以預測有效儲層的分布范圍。

圖3 PNN多屬性反演剖面對比圖

PNN伽馬反演體能有效預測出灘壩砂體的空間展布，但無法區分灘壩砂體中的有效儲層和干層。根據2種方法的優缺點，使用PNN預測灘壩砂體分布范圍，并在落實的砂體范圍內使用平均阻抗值判斷儲層有效性，能有效提高儲層預測精度。

圖4是L2Ⅱ油組PNN伽馬反演體平面屬性，灘壩砂體表現為紅色低伽馬異常特征，主要分布在濱淺湖區，深湖相泥巖變現為綠色高伽馬異常特征，主要分布在深湖發育區。圖5是L2Ⅱ油組波阻抗平面分布圖，平均波阻抗值從濱淺湖發育區向深湖區呈增大的趨勢，反映出順物源方向，厚層灘壩砂有效儲層、薄層灘壩砂體干層到深湖泥巖的變化特征。將PNN預測的低伽馬灘壩砂體分布范圍與波阻抗反演預測的低平均阻抗范圍相疊合，最終得到了灘壩砂有效儲層的發育區（圖5）。