西非泽塔油田1#层剩余油分布时移地震预测

陆红梅 陈文学 徐 海 陆文明 陈继华

(中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083)

0 引言

时移地震是在油气藏开发阶段对剩余油气分布进行预测的一种新兴技术，通过目标地区不同时间地震观测数据之间的相关性预测剩余油气变化和分布。与传统三维地震勘探不同，时移地震解释的目标不是储层，而是地震有效信息的差异反映的油藏流体变化[1]。时移地震通过间隔一定的时间对同一地区进行重复地震观测，对不同时间观测的数据进行互相关处理，使那些与油藏开发无关的反射波具有可重复性，保留与油藏开发有关的反射波之间的差异。属性差异大反映开发程度较大，差异小则可能指示储量动用小或未被开发动用的剩余油气区。通过求取地震属性在不同时间(时期)的差异，综合利用油藏工程资料、岩石物理学和地质学知识，动态监测和评价油气藏，达到优化开发方案、提高油气采收率的目的。

从1995年开始，国际上已经将时移地震监测技术陆续应用于中、老油田的开发中，并取得了辉煌成就。据不完全统计，世界上已有200多个油田实施了时移地震技术，一些大的石油公司已经开始有计划地大规模进行时移地震可行性研究，正逐步把地震油藏监测技术纳入生产规划[2]。中国实施时移地震采集的油田不多，但对时移地震在采集、处理及综合解释等方面的理论研究一直没有停步[3-18]。

Gainski等[19]利用四维地震研究了井间储层和流体的连通性，进而划分油藏单元； Alvarez等[20]对构造不太复杂、储层具有一定厚度及地震资料品质较高的油田，在不需要岩石和流体物理模型的情况下，利用四维地震在油水界面处振幅变化有效评估油水驱替效率； Roggero等[21]把四维地震用于安哥拉海上Girassol油田生产历史拟合，使地质模型更精细，较准确地预测了剩余油分布，并在之后的地震监测中得到了验证； Huang等[22]在不需要模型的情况下研究了把相关生产井直接和四维地震动态匹配的剩余油预测方法； Fan等[23]综合岩石物理分析、叠前反演和四维地震定量解释，清晰地识别了主产层中的注水优势通道和水驱前缘，预测了剩余油分布； Nicholls等[24]综合应用三维和四维岩石物理反演成果解释油藏的开发动态，减缓油田产量的下降； Zhu等[25]基于时移地震差异数据的叠前弹性阻抗反演预测剩余油分布； Jiang等[26]、宋春华等[27]、张会来等[28]应用时移地震叠前弹性参数反演成果预测油藏流体饱和度和压力变化； Ouair等[29]、Digranes等[30]利用随机岩石物理反演与四维地震联合弹性反演预测压力和含油饱和度变化，落实挪威海上油田剩余油目标； Todnem等[31]利用四维地震结合工程资料精确寻找小的剩余油富集区，使具有复杂构造背景的挪威老油田再次进入稳产期； Yin等[32]通过建立多个模型进行正演模拟，将四维地震和生产井历史数据相关联，定量测量关键的油藏连通特性，包括断层封堵、储层内泥岩隔层、井间流体的优势通道等； Li等[33]尝试利用双时移AVO反演方法首先获取弹性属性，再得到有关碳氢化合物体积指标(DHI)及其相对变化、剩余油储量的经验方程，并使用该经验方程预测剩余油变化，最后利用剩余油变化和剩余油储量初查数据勾画剩余油潜在范围； 易维启等[34]、凌云等[35]、孙德胜等[36]应用两次采集的二维地震资料预测研究区的剩余油分布； 汪勇等[37-38]基于Gassmannn方程，详细论述了孔隙流

体替换情况下储层的地震波速度和密度变化规律，并据此建立含水饱和度变化的地震、地质模型，优选了对储层敏感的振幅属性，为预测工区剩余油分布奠定了基础。

本文尝试在井少且资料相对有限的情况下，优选了对水驱前缘敏感的相关系数属性，结合储层研究成果，预测油田的剩余油分布，并得到了近年开发数据的验证。

1 泽塔油田概况

1.1 地质特征

泽塔油田位于西非深海海域，水深约为1400m。构造位置处于西非被动大陆边缘下刚果盆地南部的挤压构造带与拉张构造带之间的过渡带；油藏埋深较小，油藏顶部位于海平面之下约2500m；储层为渐新统浊流水道砂体，物性极好(孔隙度为20%～30%)，单砂层厚度为0.5～13.7m，纵横向叠置错落，砂层纵向累计厚度最大为37.8m；圈闭受东北侧NW—SE向边界断层控制(图1)，圈闭类型为受NE向上倾断鼻与多期浊流砂体双重控制的复合圈闭，油藏面积约为15km2。

1.2 开发现状

泽塔油田于2000年由探井Z-1发现，共有1#、2#、3#、4#、5#五套油层，其中1#层是主力产油层。

图1 泽塔油田1#层顶面构造图

油田于2008年投产，到目前共投入采油井5口、注水井5口。油田采取“早期注水、少井高产、多层合采、分层注水”的开发模式，同时在开采中整体注采液量基本保持在1∶1，以保持地层压力。

泽塔油田开发至今已10年，井间、层间与层内矛盾较突出，主要表现在： ①生产中层间水驱程度不均衡，稳油控水难度大； ②注采井网水驱方向不明确，各层吸水能力差异大，分层注水效果差。由于地处深海，受深水油田技术及经济条件限制，阶段性开发对策不明朗，无法最大限度地提高采收率。因此，油田面临着一系列理论技术与生产问题的挑战，急需研究储层内流体驱替情况和剩余油分布的技术，为设计下一步油田开发综合调整方案提供依据。

1.3 时移地震勘探现状

泽塔油田共进行了四期时移地震数据采集。2000年采集了时移地震基础数据(下称Base)。油田投产后又分别在2009、2011和2013年进行了三期油藏监测地震采集(下称Data09、Data11、Data13)。四期地震数据的采集和处理均为同一家服务公司。地震采集采用等浮拖缆技术和GPS定位控制系统，采样间隔均为2ms，采集面元均为6.25 m×6.25m。在处理过程中，四期地震采集数据采用严格的一致性处理流程与参数，以最大程度地保证时移地震数据的一致性。

2 剩余油分布预测

2.1 岩石物理与时移地震差异特征分析

针对1#油层 ，通过统计、分析Z-1井的密度和声波时差测井数据及基于Gassmann方程的流体置换正演模拟研究发现，含水砂岩的密度和速度均略高于含油砂岩，但含水和含油砂岩密度整体小于泥岩，而砂岩速度与泥岩基本相近(图2)，因此砂岩波阻抗较泥岩小，在砂岩顶界面处一般都形成负极性反射，并且“油强水弱”。在时移地震差异剖面上，振幅差异越大，则油水驱替作用越强。图3为过I-2井和P-2井时移地震差异剖面。由图可见，油水驱替区呈明显的强反射异常，且随着监测时间的推移，从注水井I-2向北，异常反射区域不断扩大，较好地展示了注入水从注水井向高部位采油井驱替的过程。

图2 Z-1井1#层密度—纵波速度交会图

2.2 储层分布预测

准确确定储层分布是研究剩余油分布的基础。由于泽塔油田1#层是一套砂泥岩地层，且不论储层中含油或含水，储层波阻抗均小于上覆泥岩，因此均方根振幅能较好地反映该区的储层发育情况。根据1#层的总体情况及分时切片，可以勾绘1#层砂体均方根振幅平面图(图4)。由图可见：该区物源来自北部的向岸一侧，砂体向南部的深海方向逐渐散开；砂体在平面上可分为西区、东区和中南区三个单元，其中西区、东区厚度较大，中南区厚度略小。

2.3 油水驱替前缘位置确定

时移地震差异可以反映油水驱替的基本情况，但精度还有待提高。为了更准确地确定油水驱替前缘，对时移地震差异数据体开展属性分析和优选非常关键。既可以通过分析历次观测数据的常规地震属性差异获得水驱前缘，也可以通过直接分析地震差异数据体获得水驱前缘。基于1#层储层发育分布特征，经计算和分析多种属性，最终优选以描述差异数据波形相关性的相关系数作为1#层储层流体驱替边界的敏感属性。具体计算时，首先求取监测数据与基础数据的差异数据体，然后基于差异数据体分别计算目的层段相邻道的相关系数值。理论上，在发生油水驱替的区域(时移差异强反射)相关系数明显为高值，而在未发生油水驱替的区域(时移差异背景)相关系数为明显低值或零，据此可很好地刻画油水驱替范围的外边界。

图5～图7依次为1#层Base与Data09、Base与Data11、Base与Data13时移地震差异相关系数平面图。由图可见，不同时间的相关系数平面图清楚地反映了泽塔油田油水驱替的方向和前缘位置推进过程。为了更好地说明问题，结合泽塔油田开发历史(表1)进行详细分析。

第一次地震监测数据(Data09)于2009年采集，当时有生产井3口(P-1、P-2、P-3)，注水井3口(I-1、I-2、I-3)。泽塔油田最早的生产井P-1、P-2于2008年1月投入开采，最早的注水井I-1于2008年3月投注，其他井陆续开采和注水(表1)。至Data09采集时油藏储层流体已发生了局部变化。由图5可见： ①I-1井附近没有出现相关系数高值区，在构造高部位出现相关系数高值区， I-2井周边出现相关系数高值区。经钻井资料证实：I-1井注水位置在油水界面以下27.7m，即井筒周边在注水前、后均为水，因此基本无相关系数异常出现；I-2井注水位置在油水界面之上11m， 故井筒周边出现相关系数高值区。②I-1井北部出现A、B两处看似孤立却很明显的相关系数高值区，两者的长轴方向均平行于构造等值线，I-1井东部也有呈分散状的较大范围的相关系数高值区。这些相关系数高值区的外形应与砂体发育及含油范围的形态有关。由均方根振幅平面图(图4)可见：A区砂体发育的西南边界位于3390m等值线附近，略平行于构造等值线，比油水边界线高，即该区域砂体整体在油水界面以上。当该砂体与更低部位的砂体连通并受到注水驱替时，砂体的底部边界即为油水驱替的最低边界； B区砂体跨越了油水边界，水由低部位的I-1井而来，自油水界面开始发生驱替，因此，其处于西部的最低边界与该油藏的油水边界重合。③油藏高部位有零散相关系数异常，推测是由于砂体的非均质性在注水过程中发生局部物性变化所致，并由此造成地震响应变化。经查证，P-1井在2009年已见水，2012年上半年含水率一度超过20%，P-2井自2009年下半年含水率已超过20%。

图3 过I-2—P-2井时移地震差异剖面

图4 1#层砂体均方根振幅(RMS)平面图 构造等值线单位：m

图5 1#层Base与Data09时移地震差异相关系数平面图 构造等值线单位：m

第二次地震监测数据(Data11)采集于2011年，除了前述6口井之外，I-4井于2010年3月投入注水，但该井在2010～2014年间仅对2#层注水，未对1#层注水，并且I-4井1#层均为油层，未见水。自2009年Data09采集之后，前期生产井继续开采和注水，油藏流体持续发生变化。由图6可见： ①相关系数高值区范围明显向I-2井以东的构造高部位和东侧扩大，反映水驱替油范围增大，主要驱替方向为NNE向； ②I-1井北部两处和东部一处呈分散状的相关系数高值区范围均明显扩大，驱替方向为NEE向或自西向东； ③I-4井附近未见相关系数高值区。

图6 1#层Base与Data11时移地震差异相关系数平面图 构造等值线单位：m

图7 1#层Base与Data13时移地震差异相关系数平面图 构造等值线单位：m

第三次地震监测数据(Data13)采集于2013年，此时增加了于2012年12月投产的P-4井。图7较好地展示了该监测时期注水波及范围的变化。为了更好地展示不同监测时期注水波及范围的变化，将三次监测的相关系数属性平面图叠合显示(图8)，可见： ①I-2井向构造高部位及东侧相关系数高值区继续扩大，注水进一步向NNE方向推进； ②I-1井北部两处和东部一处呈分散状的相关系数高值区范围继续扩大，方向持续； ③I-4井附近始终未见相关系数高值区，即未发生油水驱替，这说明要么该井1#层砂体与注水井I-1不存在注采联动关系，要么砂体完全不连通。

2.4 1#层剩余油分布预测

根据以上成果，通过对比1#层顶面构造图(图1)、1#层砂体均方根振幅平面图(图4)、1#层Base与Data13时移地震差异相关系数平面图(图7)，可以得到泽塔油田1#层在Data13采集期间的剩余油分布，即在油藏范围内未被Data13时移地震差异相关系数高值区覆盖的砂体分布区域即为剩余油分布范围(图9)，主要集中在西部砂岩发育带的构造高部位(区域Ⅰ)、东部砂岩发育带(区域Ⅱ)以及中南区砂岩发育带(区域Ⅲ)。

图8 1#层三次监测时移地震差异相关系数平面叠合图 构造等值线单位：m

图9 泽塔油田1#层时移地震Data13采集期剩余油分布预测图 构造等值线单位：m

由图9可见： ①区域Ⅰ集中于西部砂体发育区的构造高部位，面积较大。此区域浊积水道侧向摆动频繁，砂体纵向叠置错位可能导致砂体的纵、横向连通性存在问题，要密切关注注采关系，并结合后续时移地震资料进一步分析； ②区域Ⅱ剩余油分布不甚集中。构造高部位存在一个NW—SE向窄长条带，由P-2、P-5、P-3三口采油井控制。区域主体向南有两处相关系数高值区分布于两侧，未见连片，但应仍有可观的剩余油分布，需要在后续的时移地震中持续关注砂体与I-2、P-2井的连通性及剩余油分布；预计I-2井周围低部位的剩余油已被该注水井堵塞，若不在更低部位注水，南部剩余油将永久滞留； ③区域Ⅲ完全没有注采井控制，因无油水驱替迹象，说明该区域砂体与注采井砂体不连通，或者不存在注采联动关系； 该区域若不钻井，剩余油也将一直被滞留于地层中。

需要说明的是，上述3个剩余油分布区域与油水驱替范围的界限(发生一定程度的油水驱替的边界线)不明显。原因为：①油水驱替是一个渐变的过程，无论在垂向上还是平面上都存在一个过渡带；②只有当油水驱替发生到一定程度才能引起时移地震差异，并在相邻道产生相关系数高值区。

由于2013年之后该区未再进行时移地震监测，为了验证上述剩余油预测结果的可靠性，通过分析2013年之后西区4口井(P-4、P-1、I-4、I-1井)的1#层注采曲线，可较好地了解泽塔油田1#层砂体的连通性及注采联动关系。图10为泽塔油田西区1#层砂体连通性及注采联动关系平面及剖面示意图。

图10 泽塔油田西区1#层砂体连通性及注采联动关系平面(左)及剖面(右)示意图

由图可见，P-4井位于砂体最高部位，P-1、I-1井是与P-4井连通的一个分支，I-4井是与P-4井连通的另一个分支，两砂体交叉位置高于P-1井。因此，4口井的注采联动关系是：I-1注水对P-1、P-4均有贡献，I-4井注水仅对P-4井有贡献。此认识得到区域Ⅰ的剩余油预测结果的佐证，从侧面说明本文方法的剩余油预测结果的合理性。进一步的详细论证还有待后续开发数据的不断充实以及钻井验证。

3 结论

(1)对于西非深海泽塔油田的疏松砂岩储层，无论储层含油或含水，其波阻抗均小于上覆深海泥岩，此为该地区利用时移地震动态监测油藏开发的岩石物理基础。

(2)泽塔油田时移地震差异本身基本可以反映油水驱替的范围和方向，而时移地震差异的相关系数属性对油水驱替更敏感，可以更好地刻画各期油水驱替前缘位置。

(3)综合油田构造、砂体分布和时移地震差异相关系数预测了2013年1#油层的3个剩余油分布区。其中区域Ⅱ的I-2井以南部分和区域Ⅲ为可能的剩余油永久滞留区，有待进一步钻井证实。