薄储层（体）含油气性识别的HFC技术及其应用研究

郭见乐，唐文榜，李宗杰，佟凤芝，赵文龙，姜华方

（1.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院，山东东营 257100；2.北京软岛科技有限公司，北京 100083；3.中国石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探开发研究院，新疆乌鲁木齐 830011；4.中国石油天然气股份有限公司华北油田公司物探研究院，河北任丘 062552）

我国油气勘探开发已进入到隐蔽性油气藏和岩性油气藏阶段，非常规油气藏的勘探也取得了长足进展。这些类型的油气储集层（体）具有厚度小（小于1／4波长）、规模小（横向尺度几十米至数百米）等特点，要预测其含油气性，难度很大。

已有的各种叠后反演、叠前反演以及振幅、频率、相位、波形等地震属性分析技术虽然在储层预测和油气识别中取得了一定效果，但是在薄储层研究方面的应用还存在各自的局限性。叠后波阻抗反演是一种比较成熟的技术，但其反演结果的分辨能力依赖于反射波主频高低和频带宽度。同样地，振幅、频率、相位、波形等地震属性的分辨率也受到反射波主频和带宽的限制，不能满足薄储层预测的要求。

叠前弹性参数反演（AVO，AVA 等）能够求取P（截距）、G（梯度）、流体因子、Δσ（相对泊松比），以及λ，μ，ρ等弹性参数及其组合，给利用这些弹性参数识别储层（体）含油气性带来希望。但是，需要特别指出的是，叠前弹性参数反演的理论基础是佐普利兹方程（Zoeppritz's equations），而佐普利兹方程描述的是单界面斜入射的地震波与其在界面产生的反射纵波、反射横波、透射纵波、透射横波之间的振幅关系［1］。如果对单界面反射波按照佐普利兹方程及其近似解进行反演，可以得到介质的弹性参数（或其近似值）。但是，对于厚度小于和远小于1／4波长的薄层，由于其反射波是顶面和底面反射纵、横波，以及顶、底面之间多次反射及其转换波叠加形成的复合反射波，按照佐普利兹方程求解出来的弹性参数是否为薄层的弹性参数值得怀疑。从这个意义上看，基于佐普利兹方程的叠前反演（AVO，AVA）技术进行薄储层（体）反演，存在应用条件不满足的问题。

近年来发展起来的分频技术利用时频域地震属性研究储层，识别其含油气性。但这种技术往往使用单个属性，而且需赋予单个属性特定的地质含义。如将高频成分的振幅随频率的变化率称为“衰减梯度”，将高频段能量与全频段能量之比称为“拟吸收系数”，将低频强振幅简单地解释为储层因孔隙度加大和含油气而使高频成分被吸收所致，等等，并利用这些属性对储层的含油气性进行识别［2－10］。实际上，时频域单一属性分析结果不可避免地存在多解性，其与地质含义之间的关系也存在不确定性，用于辨识薄储层（体）及其含油气性具有较大风险。

不同于已有的时频分解技术，瞬时谐频特征（Harmonic Frequencies Characters，HFC）分析技术利用反射波频谱特征的变化和差异来辨识薄储层（体）含油气性［11－12］。首先通过分析多个样本井含油气水的层段井旁道的频谱，寻求频谱差异与含油气水的相关关系；然后利用不同频率谐波的振幅（能量）、相位以及高频振幅随频率的变化率等敏感属性描述频谱的差异；最后通过这些敏感属性的交会分析结果来实现薄储层（体）含油气性的识别。

HFC技术不是进行单个或多个属性分析，而是选择一些敏感属性进行交会分析。选择这些属性的依据不是人们赋予的特定“地质含义”，而是可以描述频谱差异的属性的数学特性。换句话说，HFC技术利用的时频域属性仅有数学物理意义，而没有特定的地质含义。由于极少或不使用单个属性，HFC技术既可以消除单一属性分析结果的多解性，又可避免地质含义解译的不确定性，从而提高含油气性识别的准确率。

1 分频技术的局限性分析

常用的分频技术应用往往局限于单个属性（参数），同时需特别赋予单个属性一定的地质含义，如将低频强振幅、低频阴影、衰减梯度和拟吸收系数等，与储层孔隙度及含油气性变化联系起来。单一属性分析结果不可避免地存在多解性，从而使辨识薄储层及其含油气性的准确性受到较大影响。例如薄储层的岩石成分、岩层压力、岩石孔隙裂隙、孔隙裂隙流体性质或者单相、双相、多相介质变化等，都会影响岩石的速度、密度变化，也会影响穿过其中的地震波的频率变化；而速度、密度的变化加上薄层厚度的变化，会使薄层顶、底面反射系数和薄层反射时间厚度发生变化，最终导致薄层反射波不同频率振幅的变化和振幅随频率的变化（图1）。因此，仅仅利用薄层反射波振幅的变化及振幅随频率的变化，有可能解译出多种地质特征的变化。

图2给出了不同厚度薄层模型的超声波反射记录、正演合成记录［11－12］及其振幅谱。可以看出，薄层厚度的变化除了可以引起反射波的振幅变化，还可以导致高频信号振幅的变化率（即衰减梯度，图中虚线所示）、主频和频带宽度（点虚线）发生变化。注意，这些变化仅仅是薄层厚度的变化所致，并不是薄层孔隙、裂隙度的变化或含油气性（双相介质）的变化引起。

上述现象提示我们，多个地质因素变化可以产生同一个物理属性的变化，同一地质因素变化可以导致多种物理属性的变化。换句话说，同一个物理属性的变化可以解译为多个地质因素所引起，物理属性与薄储层（体）的地质属性之间的关系具有不确定性，利用单一属性进行地质解释具有多解性。因此，将某一时频域属性冠以特定的地质含义并用其作为判别储层（体）含油气性的标志，可能会带来较大的风险。

2 HFC流体识别与预测基础

2.1 HFC技术的提出

储层，特别是薄储层（体），当其物性、岩性发生变化，且含有不同性质的流体时，其地震响应特征会发生变化。相应地，其频率响应特征也会发生变化，亦即其频谱会发生变化。HFC 技术利用了薄层的调谐特征、相位特征和高频振幅随频率变化的特征，进行薄储层（体）的含油气性识别。

2.1.1 薄层的调谐效应

利用薄层反射波的调谐效应，可以确定储层（体）的时间厚度变化，从而检测薄储层（体）的时间厚度的横向变化，进而预测储层岩性、物性变化。

时间厚度的变化，可以由储层厚度变化所致，也可以由储层岩性、物性变化所致，比如，储层速度降低可以引起时间厚度增大。当然，储层速度降低也同时使界面反射系数发生变化。

2.1.2 薄层的相位变化特征

利用反射波的相位变化可以提高界面定位的精度，确定非规则储集层（体）的边界和形态的变化，从而可以检测诸如碳酸盐岩生物礁、礁滩型储集体、火山岩储集体以及与尖灭等有关的非规则、非均质储集体。

2.1.3 高频振幅随频率变化（衰减梯度）的特征

一般认为，薄储层（体）的岩石性质（如孔隙度）及其含流体性质的变化可以使岩石的吸收衰减特性和速度发生变化。由于薄层复合反射波中包含有穿过储层、在下界面形成的反射波，带来了可能的储层吸收衰减特性和速度变化信息，因此为研究储层的含油气性提供了可能。当然也要特别注意，薄层的时间厚度变化也可能引起高频振幅变化率（衰减梯度）的变化，而时间厚度的变化则可能由多种地质因素变化所致。

2.2 薄储层含油气识别模式的建立

薄储层（体）的类型、岩性／物性、含流体性质的差异会引起反射波频谱特征的变化，如果能够找到反射波频谱变化与含流体性质的关系，就可以根据频谱的差异来判识流体的性质，即识别储层含油气性。

因此，HFC流体识别研究的基础，就是以已知井的产层情况为样本，对多口井井旁道产层段的地震数据进行频谱分析，获得储层中已知含油气水层段的频谱特征及其变化规律，建立油气水识别模式。在勘探阶段井资料较少时，可以建立概念模式；在开发阶段，可以利用更多的井资料建立较准确的模式。利用这些模式可以定位储层，识别油气。

2.3 频谱特征及其变化的描述

可以用于描述频谱特征的时频域属性主要包括振幅类、相位类、频率类、能量类、振幅随频率变化类等，如表1所示。

表1 时频域主要属性（参数）

2.4 多属性交会分析和薄储层含油气性识别

利用表1列出的多种属性（参数）的数学特征，可以较准确地描述薄储层反射波频谱特征及其在时间域中的变化。由于描述频谱特征及其变化的目的是对储层中的流体性质加以识别，而各个属性所描述的结果彼此会有差异，甚至还会有互相矛盾的情况出现，因此，除了选择能够区分油气水的敏感属性之外，还需要分析不同属性在表述储层流体性质方面的差异，以消除单一属性分析的多解性，提高流体识别的准确性。为此，首先分别求取每一种敏感属性区分流体性质的定量标志，将其作为识别条件；然后对每种属性按照各自的识别条件进行交会分析，得到能够反映储层含油气性的特征值（即油气识别的异常值）数据体；最后对特征值数据体进行显示分析（剖面、平面或三维可视化），得到薄储层流体的剖面、平面或空间分布，实现对薄储层中含流体性质的识别与预测。

2.5 HFC技术思路和实施步骤

HFC含油气性识别的技术思路如图3 所示。其实施步骤为：

1）求出样本井井旁道产层段的频谱；

2）分析产层段频谱与含油气性的相关关系；

3）选择多种敏感属性描述因含油气而产生的频谱变化；

4）在所选取的敏感属性中，求取可以区分油气和水的定量标志，建立含油气性识别模式；

5）以区分油气和水的定量标志为约束条件，对敏感属性作交会分析；

6）将交会分析得到的结果作为区分油气和水的特征值（油气异常值）数据体。

图3 HFC技术思路

2.6 HFC技术的使用范围

由于HFC 流体预测识别技术充分利用了尽可能高的反射波有效频率成分属性，因此，其分辨率不受常规脉冲主频或主频带的限制，可以解决厚度小于乃至远小于脉冲主波长1／4的薄储层的预测和含油气性识别问题，也可解决小尺度非规则储集体的预测和含油气性识别问题，适用于碎屑岩薄储层和碳酸盐岩、火成岩等非规则储集体。

3 应用实例分析

3.1 储层含油气性与频谱特征

按照图3所示的HFC 技术思路对不同油田不同类型储层的实际地震数据进行了处理与分析。

图4给出了A 油田井旁道的振幅谱和积分能量谱（频谱积分），红色谱线表示油井，蓝色谱线表示水井。可以看出，单用主频振幅难以区分油井和水井，即使采用衰减梯度，对油和水的区分也有困难。利用高频（大于40 Hz）振幅和积分能量谱能很好地区分油和水井，但也会有例外，如图中积分能量较低的也有油井。

图5给出了B 油田油井和水井、气井和水井的振幅谱对比，可见主频带振幅、主频带宽度等差异明显，据此可以区分油气和水。

图6是C油田B区井旁道的振幅谱和积分能量谱。相对于水井和干井，气井主频带振幅（能量）、积分能量和衰减梯度存在明显差异，由此可建立主频带强振幅、中频以上强能量、大衰减梯度的油气识别模式。

以上实例表明，不同油田、不同类型、不同流体赋存状态储层反射波的频谱特征不同，因此，不同地区辨识油、气、水（干）层所选择的时频域属性不同，形成的识别模式也不相同。为了提高油气水识别的准确率，需要结合不同油田、不同储集层（体）的特点进行分析，选择不同的敏感属性，建立适合不同油田、不同储层类型的油气水识别模式。换句话说，没有普遍适用的、具有特定地质含义的油气识别属性。

3.2 HFC多属性交会分析及含油气性识别

在选定油气识别的多个敏感属性之后，仍难以简单地运用这些属性来表示储集层（体）的含油气性，还需要根据这些属性反映的流体性质差异，分析其反映油气水的数值范围，通过交会分析，将多个敏感属性转化为一个尽可能正确反映油气水性质的特征值，得到展示油气赋存状态的数据体，在剖面和平面内进行油气富集区识别分析。

图7 多属性交会分析流程

图8 D 油田实际地震切片多属性交会分析的结果（对应图7所示的流程）

图7是D 油田薄砂岩储层交会分析识别油气水的流程，图8是对该油田实际地震数据切片按照图7所示的流程进行交会分析的结果。在最终切片上，彩色为油气分布区，其余为水层或干层分布区。利用17口样本井对该油田375km2的三维数据进行HFC 油水识别分析，采用64 口井对分析结果进行验证，其中54口井与实钻结果符合，符合率达到84.4%。从图8 还可以看出，单一属性切片与交会分析结果之间差异很大，单一属性切片之间也存在很大差异。图9给出了17口样本井的低频能量和高频振幅变化率（衰减梯度）直方图，蓝色的10口井产层为水层、干层和差油气层，红色的7口井产层为油气层。可以看到，样本井中油、气、水（干）层的两种属性值大小均相互交叠，因而无法单独正确地辨识。比如，低频能量如果以27 000为门槛值，仅有4 口井的水（干）层低频能量值低于27 000，可以区分出来；高频振幅变化率，即衰减梯度，如果以500为门槛值，仅有1口水井的数值低于500，能与油气井区分开来。

这一结果表明，利用单一属性辨识油气水存在很大的风险，将某种属性直接赋予与含油气性有关的地质含义也不符合客观实际。

图9 D 油田S井区17口样本井的低频能量（a）和高频振幅变化率（衰减梯度）（b）直方图分析

3.3 碳酸盐岩储集体定位和流体识别

碳酸盐岩储集体多有非规则、非均质特点，利用HFC技术可以识别出不同类型的储集体。

图10为E 油田三叠系飞仙关组鲕滩灰岩储集体的HFC异常，与P井的高产气井相吻合。

图11是由谐频相位属性分析圈定的生物礁范围以及衰减梯度和主频振幅交会分析发现的生物礁内幕储集体。

图12是F油田碳酸盐岩溶洞型储集体的HFC异常，在剖面上呈现出串珠状特征，在平面上呈现出随机分布和具有一定延伸长度的地下暗河形态。

图10 E油田三叠系飞仙关组鲕滩灰岩储集体的HFC异常

图13是F 油田碳酸盐岩洞缝型储集体的含油气性预测结果（部分）。利用40口样本井对该油田400km2的三维数据进行HFC 油气水识别分析，用42口井对分析结果进行验证，有34口井与实钻结果符合，符合率达到81.0%。

图13 F油田碳酸盐岩洞缝型储集体HFC油气预测结果

3.4 火山岩储层流体识别

利用谐频相位属性圈定出非规则分布的火成岩范围，再通过振幅和衰减梯度等属性交会分析，得到火山岩内幕的含气分布（图14）。

图14 谐频相位属性区分并圈定的火山岩分布范围（a）及衰减梯度与谐频振幅交会分析指示的油气分布（b）

4 结束语

以薄层调谐特征、相位变化特征、高频振幅频率变化率特征为基础的HFC 含油气性识别技术，是以已知井的产层情况为样本，对其反射波进行频谱分析，获得储层中已知含油、气、水层段的频谱特征及其变化规律，据此建立储层油、气、水识别模式，结合多属性交会分析，得到油气分布特征（异常）数据体，可以预测薄储层（体）分布，识别其含油气性。

与常用的分频技术相比，HFC 技术摈弃了强加于时频域属性的地质含义，仅用属性的数值特征来表征频谱特征的差异，且在已知样本井指导下进行多种属性交会分析，因此使薄储层（体）预测与含油气性识别的准确率得到明显提高。

需要指出的是，不同油田不同类型、不同流体赋存状态的储集层（体）的反射波频谱特征不同，辨识油、气、水（干）层所选择的时频域属性不同，形成的识别模式也不相同。

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