利用保持儲層結構的地震反演表征曲流河儲層構型

黃建廷 李 浩 潘廣明 吳金濤 黃 奇 趙澄圣

(1. 中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300459； 2. 武漢時代地智科技股份有限公司 湖北武漢 430000)

隨著油田開發進入中晚期高含水、特高含水階段，儲層內部結構控制的剩余油逐漸成為油田開發調整挖潛、提高油氣采收率的主要目標。儲層構型也稱為儲層建筑結構，是指不同級次儲層構成單元的形態、規模、方向及其疊置關系[1]。陸上油田基于密井網資料開展儲層構型研究，取得了較好的應用效果；而海上油田通常采用水平井開發，井距較大、井網稀疏，主要依靠地震資料和井資料，采用井震結合的思路開展儲層構型研究[2]。受限于地震垂向分辨率，常規地震資料及常規反演資料往往只能識別10～20 m的大套厚層復合河道砂體[3]。因此，近些年地質統計學反演高分辨率儲層預測方法得到快速發展并廣泛應用。儲層地質統計學反演通過結合測井數據的縱向分辨率和地震的橫向分辨率進行地質統計意義的儲層空間預測，大大提高了地震縱向分辨率。然而河流相儲層橫向相變快，河道遷移擺動隨機性強，復合河道砂體縱向多期疊置、橫向切疊，內部結構復雜。地質統計學反演高頻成分來自隨機模擬，反演結果隨機性強，橫向分辨率低[4]，反演結果往往表現為模型化較嚴重，儲層內部結構被掩蓋，并要求井控程度高且均勻分布，不利于海上稀井網條件下開展儲層構型解剖。因此，本文在曲流河沉積模式與定量知識庫的指導下，利用保持儲層結構的波形相控反演數據，采用“層次分析、井震結合、模式擬合、動態驗證”的思路開展儲層構型精細研究，提高縱向分辨率的同時保持儲層內部結構。該方法可為海上油田稀井網條件下河流相儲層構型精細表征提供借鑒。

1 研究區概況

研究區位于渤海海域石臼坨凸起中部，是在古隆起背景上發育的被斷層復雜化的斷裂背斜構造，整體向西抬升，表現為低幅構造特征。該油田地層自上而下分別為第四系平原組、新近系明化鎮組和館陶組、古近系和前古近系。油田的主要含油氣層系為新近系明化鎮組下段，也是本次研究的目的層段。明下段自上而下共劃分了Nm0、NmⅠ、NmⅡ、NmⅢ 4個油組，主要發育曲流河沉積，巖性主要為中粗、中細砂巖，巖性組合表現為大套泥巖夾薄層砂巖和砂泥巖互層的特征。該油田主力含油砂體為多期復合河道砂體，平面及縱向上各期河道砂體疊置關系與連通關系復雜，沉積儲層較薄，單層平均厚度5～8 m，地震資料分辨率較低，主頻40 Hz左右，地震視分辨率為12～15 m，常規地震資料或常規地震反演無法滿足儲層內部結構精細解剖和開發調整的需要。

2 井震結合儲層構型解剖方法

2.1 保持儲層結構的地震反演

傳統地質統計學反演建模采用地質統計學全頻帶井曲線插值建模方法，用變差函數模型描述數據空間結構的變異性，通過變差函數控制井間的插值建模。數據空間結構橫向變化是沉積地層巖性、物性及砂體空間展布關系等因素的綜合響應，且受井網分布影響，變差函數很難全面地表征這種復雜變化，很容易破壞對儲層空間結構的表征能力，降低反演的橫向分辨率。而地震波形是儲層巖性組合的調諧樣式的綜合響應，地震相在地震反射上具有明顯的外部形態及內部結構特征，其橫向變化反映了儲層空間結構的相變特征。波形相控反演利用地震波形的橫向變化代替傳統變差函數表征儲層的空間變異程度，同時提高了儲層預測的縱向分辨率和橫向分辨率，實現了高分辨率“相控”儲層預測[5]，反演結果保持和反映了儲層內部結構特征，更加適用于相變快、儲層內部結構復雜的曲流河沉積薄儲層的精細預測。因此，本文采用波形相控反演方法開展儲層精細預測，其原理是利用地震波形橫向相似性驅動高頻測井信息實現高分辨率反演。波形相控反演方法是基于多頻段建模、反演方法組合進行的，其中低頻段(0～10 Hz)部分無地震頻帶，利用測井的低頻信息采用井插值模型獲得；中頻段(10～100 Hz)是地震頻段，充分利用地震資料高橫向分辨率的特征，采用簡單的譜反演實現，其結果與地震吻合性好，保留了地震反射結構特征；地震之外的高頻段(100～300 Hz)通過對比井旁道地震的相似性，采用地震波形相控井插值建模實現，井間利用地震波形作為指示因子參與反演，使反演結果縱向上與測井高頻信息吻合，橫向上遵循地震波形的變化；超高頻段(>300 Hz)隨機性強，應用隨機模擬實現(圖1)。

2.2 井震結合儲層構型解剖

根據Miall(1996)曲流河儲層構型級次劃分方案[6]，復合河道沉積體、單一曲流帶、點壩分別對應6～4級構型單元。對于開發井距大 (一般超過 300 m)的海上油田來說，稀疏的井網資料并不足以支撐儲層構型研究尺度，盡管井點資料不足，但海上油田普遍有相對高品質的地震資料[3]，因此采用“層次分析、井震結合、模式擬合、動態驗證”的構型研究思路，開展海上稀井網條件下曲流河儲層構型解剖。首先建立全區精細等時地層格架，將地層劃分至最小等時沉積地層單元，即小層；然后在小層內部對多期疊置復合河道基于保持儲層結構的地震反演體井震結合開展河道期次劃分，進而結合生產動態、油水系統等資料分析復合河道砂體內部單一河道砂體疊置關系與連通性。在河道期次劃分基礎上進行單一河道平面側向劃界，弄清單一河道砂體(5級構型)空間展布；在5級構型單元刻畫基礎上，在沉積模式指導下，結合多井信息、地震數據，在地質知識庫規模約束下，識別與合理組合單一點壩(4級構型)空間組合，并利用油藏動態資料進行驗證與優化；點壩內部側積夾層(3級構型)地震無法識別，主要在單一點壩(4級構型)控制下，依賴對子井信息、動態資料與沉積模式指導下進行預測與等效表征。

圖1 保持儲層結構的波形相控分頻反演組合頻譜Fig.1 Combined spectrum of the waveform facies-controlled frequency division inversion with the preservation of the reservoir architecture

3 實例分析

按照上述井震結合儲層構型分析方法，以渤海Q油田南區NmⅡ-1237砂體為例，基于保持儲層結構的波形相控反演數據，開展研究區儲層構型精細研究。

3.1 精細地層劃分與對比

以高分辨率層序地層學理論為指導，開展精細地層劃分與對比，將目的層劃分至最小等時沉積地層單元，即小層或超短期基準面旋回地層，為后續儲層構型精細解剖構建等時地層格架。研究區主力含油氣層系明下段4個油組劃分為27個小層(表1)，其中目的砂體NmⅡ-1237砂體位于NmⅡ-2小層。

表1 研究區小層劃分方案Table 1 Sublayer division scheme of the study area

3.2 垂向分期與側向劃界

儲層構型研究的本質在于垂向分期與側向劃界[7]。在曲流河沉積模式與定量知識庫的指導下，利用保持儲層結構的波形相控反演數據，采用“層次分析、井震結合、模式擬合、動態驗證”的思路開展儲層構型精細解剖。

3.2.1單一河道識別與劃分

復合河道砂體(6級構型)內部單一河道(5級構型)識別與劃分是儲層構型精細解剖的關鍵，有利于構建更準確的地質模型和挖潛剩余油，對儲層連通性分析、油田井位部署及開發調整起著至關重要的作用。根據多井對比、波形相控反演剖面特征并結合地層切片沉積演化分析結果，在地質知識庫的規模約束下開展單一河道識別與劃分。

1) 井震結合多井對比。

河道邊界的準確識別是識別單一河道的關鍵，密井網構型解剖中已形成較成熟的單一河道邊界識別標志，包括廢棄河道、河道砂體高程差異、河道砂體厚度差異以及不連續分布的薄層細粒河間沉積等。本文在結合密井網構型解剖法單一河道邊界識別標志的基礎上，井震結合、平剖互動識別與劃分單一曲流河帶。多井對比顯示河道砂體厚度規模與高程均存在差異，波形相控反演較好的保持了地震結構特征，反演剖面特征進一步論證了NmⅡ-1237砂體縱向上發育兩期單一河道砂體(圖2)。

2) 地層切片演繹分析。

地震沉積學研究基于下列兩個基本原理：一般沉積體系都具有寬度遠遠大于厚度的特征；用地震垂向分辨率在垂向上無法識別的地質體，在平面上有可能通過地震橫向分辨率被識別出來[8]。因此，針對常規解釋技術難以連續追蹤解釋的低級次層序地層單元，利用地層切片技術開展目的層單一河道識別與劃分及其沉積演化規律分析。利用研究區穩定分布、可連續追蹤解釋的NmⅡ與NmⅢ油組頂地震層位進行地層切片。單一曲流帶河道砂體在地震切片上表現為強振幅反射，平面上呈蛇曲狀展布，輪廓較清晰；單一曲流帶間發育泛濫平原細粒沉積。通過地層切片分析認為NmⅡ-1237砂體縱向發育兩期復合河道砂體，其中早期主體區發育2條單一曲流河道，地層切片顯示河道形態清晰，河道砂體強振幅區近NW—SE向展布(圖3a)；晚期北部主體區發育1條單一曲流河道，河道砂體強振幅區近W—E向展布(圖3b)。

圖2 多井對比與波形相控反演剖面Fig.2 Profile of multi-well comparison and waveform facies-controlled inversion

圖3 NmⅡ-1237砂體地層切片Fig.3 Stratigraphic section of NmⅡ-1237 sand body

3) 定量知識庫規模約束。

Leeder[9]認為曲河流滿岸深度h與滿岸寬度w具有較好的正相關關系，其中河道滿岸深度與單一向上正旋回砂體厚度近似相等(式(1))。

lgw=1.54lgh+0.83

(1)

Lorenz 等[10]通過對現代曲流河數據的統計分析，提出了滿岸寬度w與曲流帶寬度Wm的定量關系(式(2))。

Wm=7.44w1.01

(2)

在統計單井鉆遇點壩砂體厚度基礎上，根據式(1)和式(2)即可求得研究區單一曲流帶寬度分布范圍，進而為單一河道劃分提供規模約束。過路井鉆遇NmⅡ-1237砂體的點壩砂厚為5～11 m，通過以上經驗公式計算單一河道帶寬度范圍為850～2 300 m。研究區NmⅡ-1237砂體地震地層切片顯示單一河道帶邊界較清晰，通過實際量取地層切片單一河道帶寬度范圍900～2 400 m，與經驗公式計算得到的曲流帶寬度規模吻合性較好。因此，可利用經驗定量知識庫為單一河道的識別與劃分提供規模約束。

3.2.2多信息模式擬合點壩分布

在沉積模式與定量知識庫指導下，綜合運用地震資料、多井資料及動態資料進行井震結合、平剖互動，從單井一維點壩、廢棄河道識別——二維連井對比剖面、地震反演剖面特征、平面砂體分布特征，實現點壩砂體定量模式與實際井震資料的擬合，合理組合刻畫平面構型單元展布特征，使其符合地質模式，同時與井震資料、動態響應相吻合，實現地下曲流河點壩砂體儲層構型的定量表征。

3.3 河道砂體疊置模式與疊置關系分析

3.3.1河道砂體疊置模式

沉積體系通常是由不同級次、不同規模的沉積單元在空間上復合疊置而成[11]，關于碎屑巖沉積體系的構型級次劃分以河流相體系的研究最為成熟。Miall(1996)的儲層構型級次劃分方案[6]中將多期疊置復合河道沉積體與單期次復合河道沉積體(發育多條單一河道帶)統稱為6級構型單元。吳勝和 等[12](2013)的12級構型分級方案中將復合河道沉積體進一步劃分為疊置河流沉積體(5級)與河流沉積體(6級)。因此，本文將河道砂體疊置模式分為多期疊置復合河道砂體與單期次復合河道砂體疊置模式兩大類。

單期次復合河道砂體整體上是相對等時的，但如果進一步劃分為更小級次構型單元，其內部發育的單一河道也并非絕對同期形成，單一河道砂體的形成在時間上存在一定先后關系，在空間上存在縱、橫向切疊關系，形成曲流河復合河道砂體內部復雜的砂體疊置時空關系(圖4a—e)，包括同層同期不同位孤立式、同層不同期不同位孤立式、同層同期不同位切疊式、同層不同期不同位接觸式、同層不同期不同位切疊式。

圖4 曲流河單一河道砂體疊置模式Fig.4 Superposition relationship of single channel sand body in meandering river

多期疊置復合河道砂體縱向上發育多期復合河道砂體，其內部砂體疊置模式包括不同層(最小可劃分沉積地層單元)不同期同位孤立式、不同層不同期同位切疊式與復合式，如圖4f—h所示。

3.3.2砂體疊置關系與連通性分析

在上述河道砂體疊置模式指導下，利用保持儲層結構的波形相控反演數據，通過井震結合、平剖互動的方式對復合河道砂體內部結構精細解剖，弄清復合河道砂體內部單一河道砂體縱橫向疊置關系，并結合油水關系及生產動態分析砂體連通關系。NmⅡ-1237砂體早期探井1S-2井鉆遇5.5 m厚油水同層，油水界面-1 217 m，NmⅡ-1237砂體高部位具有一定開發潛力。但如前文所述，分析認為NmⅡ-1237砂體主要發育3條單一河道，其中早期北部A7HP井區與南部1S-2井區各發育一條曲流帶，中間被廣泛發育的泛濫平原泥分隔，為同期不同位孤立式接觸。另外晚期自A4P1井區發育1條單一曲流帶，其與早期兩條單一河道為不同期不同位孤立式接觸，與1S-2井區存在不連通風險(圖5)。

圖5 研究區NmⅡ-1237復合河道砂體沉積微相平面分布圖Fig.5 Plane distribution of sedimentary microfacies of NmⅡ-1237 composite channel sand bodies in the study area

3.3.3動態驗證

考慮到存在的砂體不連通風險，利用油(氣)水關系及生產動態資料分析和驗證砂體連通關系，在開發調整方案中優化了鉆井順序，借助過路井進一步評價砂體潛力。過路井A17H井鉆遇氣水同層，氣水界面為-1 209 m；過路井A4P1鉆遇10.4 m水層，水層頂面構造深度為-1 204 m；而探井1S-2井鉆遇5.5 m厚油水同層，油水界面為-1 217 m。因此，A17H井區、A4P1井區與探井1S-2井區為三套獨立流體系統。通過過路井油(氣)水關系進一步驗證了前文關于NmⅡ-1237復合河道砂體內部單一河道砂體疊置關系與連通性的認識，從而規避了5口風險調整井井位，為油田開發井位優化與潛力挖潛提供了地質依據。

4 結論

1) 波形相控反演利用地震波形的橫向變化代替傳統變差函數表征儲層的空間變異程度，實現了高分辨率“相控”儲層預測，反演結果保持和反映了儲層內部結構特征，更加適用于相變快、儲層內部結構復雜的曲流河沉積薄儲層的精細預測。

2) 在建立研究區精細等時地層格架的基礎上，利用保持儲層結構的波形相控反演數據，綜合運用井震結合多井對比、地層切片演繹分析、定量知識庫規模約束等技術手段，對復合河道內單一河道進行了識別與劃分，降低了井間儲層構型預測的不確定性。

3) 分析總結了復合河道砂體內部單一河道砂體疊置模式，河道砂體疊置模式分為多期疊置復合河道砂體與單期次復合河道砂體疊置模式兩大類。單一河道砂體的形成在時間上存在一定先后關系，在空間上存在縱、橫向切疊關系，形成曲流河復合河道砂體內部復雜的砂體疊置時空關系。