慎國(guó)強(qiáng)，湯 婕，王玉梅，鈕學(xué)民，陳松莉

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；2.中國(guó)石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營(yíng)257022）

疊前疊后聯(lián)合反演技術(shù)在油氣藏精細(xì)描述中的應(yīng)用
——以東營(yíng)凹陷永安鎮(zhèn)油田永3井區(qū)為例

慎國(guó)強(qiáng)1，2，湯 婕1，王玉梅2，鈕學(xué)民2，陳松莉2

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；2.中國(guó)石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營(yíng)257022）

不同的地震反演方法具有不同的適用范圍，疊前和疊后反演成果在單獨(dú)應(yīng)用時(shí)存在一定的局限性。針對(duì)東營(yíng)凹陷永安鎮(zhèn)油田永3井區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，油氣藏精細(xì)描述過(guò)程中的儲(chǔ)層發(fā)育特征難以識(shí)別的問(wèn)題，在巖石物理特征分析、約束模型和算法應(yīng)用、疊前及疊后成果綜合解釋分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)疊前及疊后反演在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和流體描述方面的不同側(cè)重點(diǎn)，選用統(tǒng)一的地質(zhì)約束模型和反演算法控制2種反演方法的關(guān)聯(lián)性，加強(qiáng)了疊前及疊后反演處理成果的一致性和可對(duì)比性。開(kāi)展疊前疊后聯(lián)合反演技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)了油氣藏儲(chǔ)層特征及流體特性的精細(xì)描述。在永3井區(qū)沙二段復(fù)雜斷塊油氣藏精細(xì)描術(shù)實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果，沙二段5砂層組的油層預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到80%以上。

疊前疊后聯(lián)合反演巖石物理特征約束模型地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)油氣藏精細(xì)描述

地震反演是油氣田勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中重要的油氣藏描述技術(shù)，可分為疊前和疊后2種反演。其中，疊后反演側(cè)重于對(duì)儲(chǔ)層的識(shí)別，而疊前反演則更多地應(yīng)用于對(duì)流體性質(zhì)的判別。理論上二者具有一定的繼承性和融合性，但是由于資料不充分、反演算法不統(tǒng)一等因素的影響，目前疊前反演和疊后反演往往被作為2種獨(dú)立的反演方法分別加以應(yīng)用，從而影響了反演的實(shí)際效果。

在東營(yíng)凹陷永安鎮(zhèn)油田永3井區(qū)油氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中面臨著斷裂系統(tǒng)復(fù)雜、儲(chǔ)層厚度變化大以及儲(chǔ)層與圍巖速度差別小等難題，單純依靠疊后或疊前反演均難以實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層特征及流體特性的精確描述。為此，在研究區(qū)以地質(zhì)、測(cè)井及巖石物理特征綜合分析為基礎(chǔ)，建立統(tǒng)一的地質(zhì)約束模型和反演算法控制，通過(guò)疊后巖性及疊前多參數(shù)反演的結(jié)合開(kāi)展疊前疊后聯(lián)合反演技術(shù)的研究，得到多種巖石及流體參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了疊前疊后聯(lián)合反演技術(shù)在油氣藏精細(xì)描述中的應(yīng)用。

1 區(qū)域概況

永安鎮(zhèn)油田構(gòu)造上位于東營(yíng)凹陷中央隆起帶東端的環(huán)帶地區(qū)，自北向南被3條近東西向的二級(jí)斷層切割成4個(gè)臺(tái)階帶，總體上分為高、中、低3個(gè)構(gòu)造帶，其內(nèi)部四級(jí)斷層的切割作用使得油藏復(fù)雜化，形成了30多個(gè)含油小斷塊［1-2］。其中，永3井區(qū)作為永安鎮(zhèn)油田的開(kāi)發(fā)主體，以三角洲沉積體系為主，主力含油層系為沙二段。沙二段可進(jìn)一步劃分為11個(gè)砂層組共26個(gè)含油小層，其中5和6砂層組單砂體厚度一般大于12 m，其他砂層組單砂體厚度則小于8 m。

2 巖石物理特征分析

儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層的巖石物理特征是否具有可識(shí)別的差異，是利用反演方法獲得相應(yīng)巖石物理參數(shù)進(jìn)而對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行有效描述的基礎(chǔ)。為了分析永3井區(qū)進(jìn)行地震反演的可行性，對(duì)其目的層儲(chǔ)層參數(shù)及巖石物理特征，特別是儲(chǔ)層及流體的參數(shù)敏感性進(jìn)行了分析。

2.1 巖石電性特征

永3井區(qū)數(shù)10口井的測(cè)井資料中聲波時(shí)差和自然電位數(shù)據(jù)較齊全，但普遍缺乏密度數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)所用的測(cè)井速度及波阻抗曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到研究區(qū)特征一致的基礎(chǔ)資料，同時(shí)對(duì)自然電位曲線進(jìn)行泥巖基線校正和歸一化處理。在此基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，沙二段儲(chǔ)層與圍巖參數(shù)的對(duì)比結(jié)果顯示其自然電位曲線與砂、泥巖的對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，存在較好的儲(chǔ)層識(shí)別能力；但砂巖和泥巖的速度具有較大的重疊區(qū)域，儲(chǔ)層與圍巖的速度沒(méi)有明顯差別，表明利用波阻抗反演結(jié)果進(jìn)行儲(chǔ)層描述會(huì)存在多解性。基于以上分析結(jié)果，選擇疊后巖性反演方法來(lái)描述儲(chǔ)層特征。

2.2 巖石物理參數(shù)正演模擬

為了進(jìn)一步分析研究區(qū)儲(chǔ)層參數(shù)特征，開(kāi)展了以巖石物理參數(shù)正演模擬為基礎(chǔ)的儲(chǔ)層參數(shù)分析。利用永3-檢1井的縱波聲波時(shí)差、密度、巖性、孔隙度和含水飽和度測(cè)井曲線，求取巖石的橫波速度，并應(yīng)用縱波與橫波速度計(jì)算得到泊松比［3-4］。永3-檢1井巖石物理正演模擬道集顯示，油層底部的振幅隨偏移距增大而增大，該特征與實(shí)際井旁地震道集顯示的特征基本一致，表明疊前地震道集的振幅具有隨偏移距變化的特征。將求取的永3-92井巖石物理參數(shù)進(jìn)行綜合交會(huì)分析，結(jié)果（圖1）表明，不同類型的地層和流體的泊松比存在較大差異。其中，油層具有相對(duì)較低的泊松比。

圖1 永3-92井巖石物理參數(shù)綜合交會(huì)

因此，根據(jù)疊前地震道集的振幅隨偏移距變化的特征以及泊松比等參數(shù)與巖性、流體具有良好對(duì)應(yīng)關(guān)系的特性，可以通過(guò)疊前地震反演進(jìn)行儲(chǔ)層和流體精細(xì)描述。

3 多參數(shù)約束模型建立

永3井區(qū)斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，給疊前疊后聯(lián)合反演初始模型的建立和約束控制造成了很大的困擾。為此，在精細(xì)構(gòu)造解釋和儲(chǔ)層標(biāo)定的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了復(fù)雜斷層框架控制下的多參數(shù)約束模型的建立和研究［5］。

3.1 基于速度控制的儲(chǔ)層精細(xì)標(biāo)定

地震地質(zhì)標(biāo)定作為儲(chǔ)層描述的基礎(chǔ)，主要目的是建立儲(chǔ)層的地震反射特征（時(shí)間域）與測(cè)井參數(shù)（深度域）之間的響應(yīng)特征。針對(duì)永3井區(qū)儲(chǔ)層縱、橫向厚度變化快的問(wèn)題，對(duì)反演所用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了精細(xì)標(biāo)定和對(duì)比分析，嚴(yán)格控制標(biāo)定速度和小層對(duì)比關(guān)系，標(biāo)定結(jié)果最終要求精細(xì)到儲(chǔ)層單元。首先，以研究區(qū)的區(qū)域速度背景為參考，對(duì)比地震合成記錄與實(shí)際地震道之間的波組對(duì)應(yīng)關(guān)系，調(diào)整大套地層的平均速度，使得所有井標(biāo)定的時(shí)深關(guān)系與區(qū)域速度關(guān)系保持一致，通過(guò)測(cè)井標(biāo)定速度關(guān)系對(duì)比和平面速度分析，較好地控制標(biāo)定的效果；其次，結(jié)合沉積研究和小層對(duì)比，在保證單井合成記錄以及時(shí)深關(guān)系合理的前提下進(jìn)行調(diào)整，使得測(cè)井曲線的橫向特征符合地質(zhì)規(guī)律。在穩(wěn)定的時(shí)深關(guān)系控制下，結(jié)合測(cè)井巖性參數(shù)，以砂層組為單元，精細(xì)調(diào)整速度關(guān)系，嚴(yán)格控制速度調(diào)整幅度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)以砂層組為單元的儲(chǔ)層精細(xì)標(biāo)定。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)疊前、疊后單井標(biāo)定相互驗(yàn)證調(diào)整，將多口井的標(biāo)定結(jié)果和地震剖面結(jié)合進(jìn)行分析，進(jìn)一步調(diào)整目的儲(chǔ)層空間地震響應(yīng)特征以及構(gòu)造變化特征之間的關(guān)系，使地震與測(cè)井信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系更加合理、準(zhǔn)確。

通過(guò)單井—二維連井—三維連片實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)到面、構(gòu)造—地層—小層的由粗到細(xì)的一系列精細(xì)標(biāo)定分析，在永3井區(qū)的三維空間形成統(tǒng)一的地震地質(zhì)儲(chǔ)層精細(xì)標(biāo)定結(jié)果，將地震與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合在一起，為地質(zhì)模型的建立奠定了良好的基礎(chǔ)。

3.2 復(fù)雜構(gòu)造框架約束多參數(shù)地質(zhì)模型

建立能夠充分反映地下構(gòu)造、沉積特征的地質(zhì)初始模型是影響反演結(jié)果的關(guān)鍵。永3井區(qū)斷層對(duì)儲(chǔ)層和成藏具有明顯的控制作用，在精細(xì)構(gòu)造解釋的基礎(chǔ)上，分析研究區(qū)的構(gòu)造特征及構(gòu)造層位關(guān)系，利用基于地質(zhì)建模的初始模型建立技術(shù)，針對(duì)研究區(qū)小斷層分布范圍有限，多為層間斷層的特點(diǎn)，采用斷層組合、趨勢(shì)面控制、斷面散點(diǎn)平滑等多種斷層模型技術(shù)，分析斷層的組合關(guān)系，建立研究區(qū)初始約束構(gòu)造模型。在初始約束構(gòu)造模型的基礎(chǔ)上，選擇合適的空間數(shù)據(jù)加權(quán)關(guān)系，對(duì)疊前及疊后反演需要的縱波速度、橫波速度和密度等參數(shù)在構(gòu)造框架約束下的分布情況進(jìn)行精細(xì)對(duì)比、調(diào)整，保證各項(xiàng)地層參數(shù)分布合理，進(jìn)而獲得能夠反映目的層段的構(gòu)造、地層及其橫向關(guān)系等特征的三維空間多斷層控制的多參數(shù)地質(zhì)模型。

4 疊前疊后聯(lián)合反演

在疊前疊后聯(lián)合反演過(guò)程中，需要選擇相同的核心算法確保疊前及疊后反演效果的一致性，提高反演預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。研究區(qū)地震反演采用的是基于貝葉斯推論［6-7］和馬爾科夫鏈的蒙特卡羅法的計(jì)算方法。利用該方法建立符合測(cè)井、地質(zhì)和地震數(shù)據(jù)的地質(zhì)模型［8-12］，將高分辨率的測(cè)井信息以及低分辨率的三維地震信息進(jìn)行整合，所獲得的地質(zhì)體細(xì)節(jié)不僅比常規(guī)地震反演豐富，而且能夠與地質(zhì)特征充分吻合?；谶@種地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法有助于在疊前疊后聯(lián)合反演過(guò)程中利用吸收地質(zhì)模型和地震響應(yīng)的有效信息，加強(qiáng)疊前和疊后反演的信息融合，進(jìn)而有效地解決不同厚度儲(chǔ)層描述的難題。

4.1 聯(lián)合反演算法原理

基于馬爾科夫鏈的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)反演方法主要是應(yīng)用已有數(shù)據(jù)信息建立概率密度函數(shù)（包括直方圖與變差函數(shù)），描述每一種輸入信息（比如測(cè)井曲線，地震數(shù)據(jù)）的空間概率分布。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，直方圖和變差函數(shù)是通過(guò)測(cè)井分析、巖石物理模型和地質(zhì)分析來(lái)獲得。直方圖定義任意給定點(diǎn)的屬性值的概率分布，而變差函數(shù)則給出了地質(zhì)體在橫向和垂向上的規(guī)模和分布特征。

在直方圖和變差函數(shù)分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用貝葉斯推論將多個(gè)概率密度函數(shù)合并起來(lái)，得到基于所有已知和假設(shè)信息的后驗(yàn)有條件概率分布函數(shù)，其表達(dá)式為

式中：P(θ |D )為后驗(yàn)有條件概率分布函數(shù)；θ為模型參數(shù)；D為觀測(cè)數(shù)據(jù)；P(θ)為先驗(yàn)概率函數(shù)；P()為似然函數(shù)；P(D)為模型化常量。

后驗(yàn)有條件概率分布函數(shù)表征所有輸入概率分布函數(shù)的交集。在其控制下，利用基于馬爾科夫鏈的蒙特卡羅法，進(jìn)行地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)協(xié)模擬運(yùn)算，獲得統(tǒng)計(jì)意義上公平的數(shù)據(jù)結(jié)果，其表達(dá)式為

式中：X為隨機(jī)變量；t為隨機(jī)變量所處的位置。

由式（2）得到的下一個(gè)隨機(jī)變量只與當(dāng)前的隨機(jī)變量有關(guān)，而與以前的變量無(wú)關(guān)，是一個(gè)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程。

由于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演以及協(xié)模擬的計(jì)算過(guò)程是迭代完成的，其迭代收斂條件是獲得的模型與所有的輸入地質(zhì)信息吻合。因此，利用該方法得到的地震反演數(shù)據(jù)結(jié)果具有較高的分辨率和先驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合度。

4.2 基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的疊前疊后聯(lián)合反演

4.2.1 疊后巖性參數(shù)反演

巖石物理參數(shù)分析結(jié)果表明，永3井區(qū)砂、泥巖速度差異不明顯，單純依靠疊后波阻抗反演不能解決巖性劃分問(wèn)題，需進(jìn)行疊后巖性參數(shù)反演。根據(jù)目的層的沉積特征，對(duì)各地層的測(cè)井泥質(zhì)含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到相應(yīng)的直方分布函數(shù)和變差函數(shù)，并在三維空間進(jìn)行大量隨機(jī)模擬，同時(shí)加強(qiáng)地震波阻抗約束，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)隨機(jī)模擬波阻抗和巖性反演。疊后隨機(jī)反演成果（圖2）顯示，儲(chǔ)層識(shí)別的最薄厚度可達(dá)到4～6 m，特殊條件下（如上、下地層參數(shù)差異較大，圍巖較厚時(shí)）甚至可以分辨更薄的儲(chǔ)層且儲(chǔ)層橫向變化規(guī)律清楚。將反演結(jié)果與未參與反演的斜井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比結(jié)果表明，驗(yàn)證井?dāng)?shù)據(jù)和井旁反演結(jié)果的對(duì)應(yīng)情況良好，描述的砂體吻合程度達(dá)到87%。

圖2 永3井區(qū)疊后巖性隨機(jī)反演剖面

4.2.2 多參數(shù)疊前反演

結(jié)合永3井區(qū)沙二段的沉積特征，對(duì)其巖性、縱波速度、橫波速度及密度等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到相應(yīng)的直方分布函數(shù)和變差函數(shù)，在多個(gè)部分角度疊前地震數(shù)據(jù)的空間約束下，實(shí)現(xiàn)基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的多參數(shù)疊前反演。對(duì)研究區(qū)各種物性參數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，這些物性參數(shù)與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)吻合較好，其中泊松比、密度和縱橫波速度比等參數(shù)能夠較好地反映儲(chǔ)層和流體的變化情況。

從永3井區(qū)沙二段6砂組泊松比反演剖面（圖3）可以看出，油層泊松比較低，為0.1～0.22，對(duì)應(yīng)的測(cè)井曲線的自然電位為負(fù)異常，可以作為含油氣識(shí)別的有效屬性；而水層泊松比為0.21～0.33，在測(cè)井曲線上也顯示為自然電位負(fù)異常，與實(shí)際情況相符合。

圖3 永3井區(qū)沙二段6砂組泊松比反演剖面

4.2.3 疊前疊后聯(lián)合反演

根據(jù)前期的巖石物理特征分析，通過(guò)剖面、平面和三維等多方面的油藏綜合描述，利用疊后巖性反演結(jié)果和疊前多參數(shù)反演獲得的泊松比參數(shù)進(jìn)行綜合分析，得到永3井區(qū)沙二段5砂組有利儲(chǔ)層的平面分布特征（圖4）。自2007年以來(lái)，依據(jù)疊前疊后聯(lián)合反演預(yù)測(cè)結(jié)果，在永3井區(qū)部署新鉆井19井，其中永30-斜3井鉆遇油層5層8.6 m，表明反演預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)鉆數(shù)據(jù)吻合較好，鉆井統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示油層預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到80%以上。

圖4 永3井區(qū)沙二段5砂組疊前與疊后聯(lián)合反演預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層平面分布

5 結(jié)論

東營(yíng)凹陷永安鎮(zhèn)油田永3井區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，導(dǎo)致油氣藏精細(xì)描述過(guò)程中存在的儲(chǔ)層發(fā)育特征難以識(shí)別的問(wèn)題。在巖石物理特征分析、約束模型和算法應(yīng)用、疊前及疊后反演成果綜合分析的基礎(chǔ)上，明確了疊前及疊后反演在儲(chǔ)層和流體描述方面的不同側(cè)重點(diǎn)，選用統(tǒng)一的地質(zhì)約束模型和反演算法控制2種反演方法的關(guān)聯(lián)性，加強(qiáng)了疊前和疊后反演處理成果的一致性和可對(duì)比性，通過(guò)疊前疊后聯(lián)合反演技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)油氣藏儲(chǔ)層特征及流體特征的精細(xì)描述，并在永3井區(qū)沙二段復(fù)雜斷塊油氣藏精細(xì)描術(shù)的應(yīng)用中取得了良好效果，沙二段5砂組的油層預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)80%以上。

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編輯裴 磊

P631.44

A

1009-9603（2014）02-0087-04

2013-12-27。

慎國(guó)強(qiáng)，男，高級(jí)工程師，在讀博士研究生，從事地震資料處理及地震反演研究。聯(lián)系電話：（0546）8793310，E-mail：ffsshgq@163.com。

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃“863”項(xiàng)目“油藏地球物理關(guān)鍵技術(shù)”（2011AA060300）。