基于地震沉積學(xué)的窄小型河道砂體精細刻畫

(中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

地震沉積學(xué)1998年由曾洪流首次提出[1]，經(jīng)歷了近20年的發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者對其理論基礎(chǔ)、核心思想、研究內(nèi)容等方面都有較為統(tǒng)一的認識。地震沉積學(xué)繼承了層序地層學(xué)和地震地層學(xué)的主要思想，注重地震資料處理及解釋方法，強調(diào)地層切片的等時性和巖性標定，核心是地震資料的沉積學(xué)(沉積相和巖性)解釋[2～6]。近10年來，國內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用地震沉積學(xué)方法開展了面向勘探尺度的厚層河道砂體精細解釋與預(yù)測工作，但在面向開發(fā)尺度的密井網(wǎng)條件(最小井距60m)下，對基于地震屬性切片的、逼近“沉積單元級”的井震結(jié)合窄小型河道砂體刻畫方法研究較少。因此，筆者以大慶長垣油田北一區(qū)斷東區(qū)塊為例，開展了密井網(wǎng)條件下基于地震沉積學(xué)的窄小型河道砂體精細刻畫方法研究。

1 研究區(qū)概況

大慶長垣油田北一區(qū)斷東區(qū)塊位于薩爾圖構(gòu)造中部，構(gòu)造平緩，含油面積為5.1km2，井數(shù)為2250口，井網(wǎng)密度為130口/km2。2008年大慶長垣油田完成了全三維高密度地震資料的全覆蓋，測網(wǎng)密度為10m×10m，采樣間隔為1ms，信噪比高，資料品質(zhì)較好，經(jīng)過地震資料高保真處理有效降低了地表噪聲的影響，并拓寬了頻帶寬度(主頻為40～60Hz)，有利于開展地震儲層預(yù)測研究工作。

研究區(qū)從下至上發(fā)育有高臺子、葡萄花和薩爾圖3個主力油層，為松遼湖盆北部的一套大型河流-三角洲沉積體系，發(fā)育辮狀河砂體、曲流河砂體、三角洲分流平原砂體、三角洲內(nèi)前緣砂體、三角洲外前緣砂體。近年來，該區(qū)塊厚油層開采難度越來越大，水淹程度越來越高，窄小型河道砂體成為開采的主要對象，研究區(qū)近一半的層位發(fā)育三角洲分流平原末端和內(nèi)前緣窄小型河道，尤其是高臺子油層Ⅰ油組(GⅠ)。

2 窄小型河道沉積特征

窄小型河道主要發(fā)育在河流-三角洲沉積末端，以三角洲分流平原末端和內(nèi)前緣為主，均屬于三角洲分流體系末端能量衰竭型河流，骨架砂體以小型分流河道砂體和水下河道沉積為主，窄小型河道砂體具有“窄”“薄”“差”的特點，“窄”即河道砂體寬度窄，一般小于300m，井網(wǎng)控制程度低；“薄”即單一河道砂體厚度薄，一般為2m左右；“差”即河道砂體物性、含油性差。垂向上窄小型河道砂體在電測曲線上多表現(xiàn)為“泥包砂”型接觸關(guān)系(見圖1)。平面上因其規(guī)模小、水流強度不大、沖刷切割能力較弱、單一河道存在時間短等因素，一般不發(fā)生明顯的側(cè)向遷移，僅以切割充填式垂向加積作用形成的順直型窄小型河道為主。巖心上，底部滯留沉積物少見，沖刷面近于平直或不明顯，多以巖性突變?yōu)橹鳎瑤r性主要為細砂-粉砂巖為主，粒度中值平均為0.12～0.15mm，單層平均空氣滲透率300～1000mD，從分流平原末端到內(nèi)前緣水下窄小型河道砂體的泥質(zhì)含量逐漸增加，分選逐漸變差，河道砂體內(nèi)部韻律性逐漸變差。分流平原末端窄小型河道以小型槽狀或板狀交錯層理為主，內(nèi)前緣水下河道以小型波狀層理為主，偶見小型槽狀交錯層理。

3 窄小型河道地球物理響應(yīng)特征

3.1 地震響應(yīng)特征

地震波振幅和波形是地震波相位譜的函數(shù)。零相位數(shù)據(jù)體在地震解釋中具有主瓣中心(最大振幅)與反射界面一致、子波的對稱性以及較高的分辨率等優(yōu)點，但是，只有在厚層塊狀砂巖頂面等單一反射界面情況下上述優(yōu)點才能體現(xiàn)出來，且零相位地震數(shù)據(jù)中地震相位與地層巖性間不存在井震的對應(yīng)關(guān)系。對于薄互層，很難建立地震反射與巖性的對應(yīng)關(guān)系。現(xiàn)有技術(shù)條件下，實現(xiàn)常規(guī)地震資料巖性標定最有效的方法是地震相位調(diào)整技術(shù)(90°相移技術(shù))，即通過地震相位旋轉(zhuǎn) 90°，將地震響應(yīng)的最大振幅點轉(zhuǎn)移到薄層中間，把界面信息轉(zhuǎn)換為層信息，使得地震反射與巖性具有對應(yīng)關(guān)系，從而把地震剖面轉(zhuǎn)換為具有巖性意義的剖面，提高地震剖面的地質(zhì)可解釋性。

圖2 研究區(qū)原始地質(zhì)模型與90°相位地震正演剖面

圖3 研究區(qū)地震資料相位調(diào)整前、后剖面特征

研究區(qū)目的層具有泥巖高波阻抗、砂巖低波阻抗的特征，砂、泥巖波阻抗差異相對較大，采用90°相移技術(shù)可以使地震剖面上砂、泥巖與地震振幅強、弱的對應(yīng)效果更好，同時也使地震相位具有地層巖性意義。地震正演模型研究發(fā)現(xiàn)，波阻抗差異大小是利用地震信息區(qū)分砂、泥巖的關(guān)鍵。圖2為研究區(qū)原始地質(zhì)模型與90°相位地震正演剖面，河道寬度100m，河道厚度從1m逐漸增加為10m；正演時地震主頻45Hz，采用90°雷克子波，采樣率1ms，道距10m，自激自收。正演模擬結(jié)果表明，砂體寬度一定，砂巖厚度大于2m，振幅與砂巖具有較強的線性關(guān)系；窄小型河道砂體在與非河道相其他類型微相的巖性組合中，能夠得到較好地反映，地震波形變化特征可以識別出窄小型河道砂體的井間邊界。

90°相移技術(shù)可以有效提高窄小型河道砂體與地震反射的對應(yīng)關(guān)系。首先，目標井優(yōu)選，將井震匹配相關(guān)性90%以上的井作為目標井；其次，提取子波，分析該子波相位，為地震數(shù)據(jù)體估算相位角；在該基礎(chǔ)上，進行地震數(shù)據(jù)90°相移，得到砂體與地震反射對應(yīng)關(guān)系更好的三維地震數(shù)據(jù)體。

在0°相位時，地震剖面上窄小型河道砂體對應(yīng)的既有波峰又有波谷(見圖3(a))，而在90°相位地震剖面上基本對應(yīng)波峰(見圖3(b))，便于窄小型河道砂體的精細追蹤解釋。圖3中藍色區(qū)域主要反映的是泥巖信息，紅色區(qū)域主要反映的是砂巖信息。窄小型河道砂體在垂向上呈“泥包砂”的接觸關(guān)系，在平面上向兩側(cè)井間迅速尖滅，該地質(zhì)特征反映在地震剖面上主要是反射波振幅的變化，在90°相位地震剖面中，表現(xiàn)為振幅減弱、發(fā)生突變或連續(xù)性變差等波形特征(見圖3(b))，可以利用該特征判斷河道砂體在井間尖滅的位置，幫助識別窄小型河道砂體在井間的規(guī)模、邊界和走向。

3.2 地震資料識別窄小型河道砂體的橫向優(yōu)勢

圖4 測井資料與地震資料預(yù)測曲流河形態(tài)精度對比

地震資料縱向分辨率較低，但河流-三角洲砂體的寬度遠大于其沉積厚度(200∶1)，因此可利用其橫向分辨率彌補縱向分辨率的不足，反映砂體空間變化。地震資料的優(yōu)勢在于平面覆蓋密度大，地震與測井在平面上對曲流河形態(tài)的描述精度對比可由圖4說明。圖4(a)井點采樣較稀疏，很難實現(xiàn)對曲流河形態(tài)的準確描述，存在多解性；圖4(b)為井點預(yù)測河道的一種形態(tài)，與現(xiàn)代沉積中河道形態(tài)差異較大；圖4(c)中地震采樣密度較大，可以實現(xiàn)對曲流河形態(tài)的精細描述(見圖4(d))。

3.3 測井曲線特征

三角洲分流平原末端多以小型低彎-順直型河流為主，其形態(tài)是由于地形坡度逐漸增大、河道側(cè)向遷移能力弱造成的。剖面上呈頂平下凸或者透鏡狀，河道砂體規(guī)模小。窄小型河道砂體在測井曲線上表現(xiàn)為高電阻率、低自然伽馬、底部突變及正旋回組合特征，厚度多為1.5～3m。垂向上多呈“泥包砂”的接觸關(guān)系。

4 窄小型河道砂體精細刻畫

與泛濫平原、三角洲分流平原相比，三角洲分流平原末端和內(nèi)前緣在區(qū)域沉積環(huán)境上地勢較平坦，內(nèi)前緣沉積時水體較淺，河道為各類砂體沉積時的主要營力，河道窄小、砂體連續(xù)，呈枝狀或條帶狀展布。窄小型河道砂體在剖面上多呈“泥包砂”分布，經(jīng)高保真地震處理、解釋一體化后得到高密度三維地震資料，揭示的地質(zhì)信息更豐富、準確率更高。在密井網(wǎng)條件下，窄小型河道砂體井點處地震屬性的能量大小能夠反映出砂巖厚度，提高了地震信息預(yù)測窄小型河道砂體的精度，為密井網(wǎng)條件下利用振幅屬性切片分析窄小型河道井間展布特征奠定了基礎(chǔ)。

密井網(wǎng)條件下，井震結(jié)合刻畫窄小型河道砂體的核心問題是井和震如何匹配、地震干擾信息如何剝離、地震信息如何解讀[7～11]。為此，筆者提出由體到面、由面到線、由線到點的預(yù)測方法，從三維體開始逐步對窄小型河道砂體進行剝離，提高其刻畫精度。針對三角洲分流平原末端和內(nèi)前緣相發(fā)育的窄小型河道砂體，通過“泥中找砂”，即應(yīng)用強振幅信息預(yù)測窄小型河道砂體在井間的邊界、規(guī)模及走向，進而確定不同河道之間的接觸關(guān)系，逐步提高該類砂體的預(yù)測精度。

1)從三維體到二維面井震信息聯(lián)動剔除不同層位、不同期次河道干擾信息。密井網(wǎng)條件下，應(yīng)用井的巖相三維地質(zhì)模型信息，通過“泥中找砂”識別出目的層的主體河道信息。因此，以三維體優(yōu)選切片為中心，綜合分析時窗內(nèi)多張振幅切片，總結(jié)不同層位、不同期次河道砂體自下而上的沉積演化序列，進而輔助識別河道砂體的走向和邊界。以GⅠ4+5～ GⅠ8(高臺子油層Ⅰ油組8小層)為例，應(yīng)用基于井的巖相三維地質(zhì)模型識別出河道砂體，再與地震屬性體優(yōu)選出的相應(yīng)層位進行沉積演化分析，最終確定地震信息反映的河道砂體的層位歸屬，明確鄰近小層信息的干擾(見圖5)。

圖5 斷東區(qū)塊GⅠ8～GⅠ4+5地震信息反映的河道砂體層位歸屬

由圖5可以看出，GⅠ8的地震振幅屬性切片揭示該層發(fā)育6條河道，而基于井的巖相三維地質(zhì)模型揭示該單元只發(fā)育2條近南北向單一河道；GⅠ6+7的地震振幅屬性切片揭示該單元發(fā)育5條河道，基于井的巖相三維地質(zhì)模型揭示為1條北東-南西向展布河道和1條北西-南東向展布的河道相互切疊；GⅠ4+5地震振幅屬性切片揭示該層西部發(fā)育2條河道，而基于井的巖相三維地質(zhì)模型揭示只有東部的網(wǎng)狀河道為該小層信息；最終，應(yīng)用地震三維體和密井網(wǎng)條件下基于井的巖相三維地質(zhì)模型自下而上逐步對每個小層窄小型河道砂體進行剝離，精細確定了每個小層的河道砂體支數(shù)。

2)從二維面上分析不同厚度級別砂體與振幅能量的關(guān)系，確定河道砂體邊界線和展布趨勢。以取心井單井相分析為標準，密井網(wǎng)測井資料為基礎(chǔ)，建立研究區(qū)目的層的測井微相模式，按砂體厚度級別劃分為5個微相類型：河道為1.6m以上；河漫灘主體為0.8～1.5m；河漫灘非主體為0.5～0.7m；河漫灘表外為0.1～0.4m；尖滅區(qū)為0m。利用算法將5種微相在地震屬性切片上顯示出來，依據(jù)地震屬性切片上反映的河道規(guī)模、走向以及接觸關(guān)系等信息，以“地震整體趨勢為引導(dǎo)，井點測井微相為質(zhì)控、振幅能量突變定河道邊界”為刻畫原則，進一步確定目的層河道砂體平面組合面貌，河道走向、規(guī)模及展布特征。

3)從河道邊界線到井點微相精細匹配，確定窄小型河道在井間的規(guī)模、邊界和走向。在密井網(wǎng)地質(zhì)認知模式的基礎(chǔ)上，通過逐井判定微相，以井點微相為約束，進一步校正地震屬性反映的河道信息，井間以地震解釋的河道信息為引導(dǎo)，預(yù)測窄小型河道砂體的展布趨勢(見圖6)。

圖6 斷東區(qū)塊基于井的沉積相圖與井震結(jié)合的沉積相圖對比

由圖6可以看出，窄小型河道刻畫時應(yīng)分析周圍井的河間砂體發(fā)育情況，如果河間以河漫灘主體砂發(fā)育為主，可以應(yīng)用強振幅信息大膽預(yù)測組合井間河道砂體；經(jīng)后驗井證實，與基于井的沉積相圖相比，井震結(jié)合沉積相圖的井間砂體預(yù)測及邊界識別更加準確。

5 應(yīng)用效果

以GⅠ6+7為例，基于井的沉積相圖揭示油井G107-47井與水井G105-48井鉆遇同一條河道，屬于一級連通，為了避免該河道砂體快速水淹，投產(chǎn)時并未射孔。根據(jù)井震結(jié)合的沉積相圖所刻畫的窄小型河道砂體結(jié)果發(fā)現(xiàn)，油井G107-47井和水井G105-48井分屬2支不同河道，連通關(guān)系發(fā)生了變化(見圖7)。因此，根據(jù)新認識對油井G107-47井和水井G105-48井重新進行了注采關(guān)系分析，對油井G107-47井的GⅠ6+7補孔，補開砂巖厚度5.1m，有效厚度4.5m。措施后日產(chǎn)油由4.6t增加到11.9t，日增油7.3t，含水率由85.5%下降到85.1%。

圖7 斷東區(qū)塊高107-47井區(qū)GⅠ6+7沉積相圖

6 結(jié)論

1)在三角洲分流平原末端和內(nèi)前緣相沉積環(huán)境下，將90°相移技術(shù)應(yīng)用于垂向呈“泥包砂”接觸關(guān)系的地質(zhì)條件下，地震反射同相軸與砂體對應(yīng)較好，可以利用地震剖面識別出橫向變化快的窄小型河道砂體。

2)建立從地震三維體到屬性切片二維面到鉆遇井點的逐級刻畫方法，最大限度挖掘出能夠識別河道砂體的有效地震信息，提高了窄小型河道砂體的刻畫精度。

3)通過“泥中找砂”，即應(yīng)用強振幅信息識別窄小型河道砂體方法，有效地解決了窄小型河道砂體預(yù)測精度低的難題，為窄小型河道砂體剩余油預(yù)測及挖潛措施制定提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。