重构反演在长垣三角洲外前缘砂体预测的应用

蒋成刚

国家发展和改革委员会《石油发展“十三五”规划》明确提出，2020年国内石油产量2亿t以上。实现这一目标，一方面需要加强基础调查和资源评价，加大新区、新层系风险勘探，另一方面还应深化老区挖潜和重点地区勘探投入，保障石油的稳产、增产。以大庆油田为例，大庆油田开发已近60年历史，油田老区已进入特高含水期。目前，油田剩余油挖潜难、产量接替不足、产量逐年递减快[1⁃3]。为了稳定油田产量，一方面需要加大力度挖潜老区剩余油，另一方面有必要动用外围油田薄差油层储量，但由于三角洲外前缘砂体受储层薄、物性差、非均质强等影响，导致钻井风险高，很大程度上制约了油藏开发的进程[2，4]。以敖包塔油田为例，敖包塔油田葡萄花油层是大庆外围油田典型的三角洲外前缘沉积，截止2019年10月底探明地质储量3 961.82万t，已动用地质储量3 248.41万t，展示了该区良好的潜力。多年实践证明，研究区为三角洲外前缘相沉积的岩性油藏，油气运聚成藏主要受岩性控制，以薄差砂体为主，储层预测难度较大[5]。尤其是近年来，专门针对外甩区部署了一些水平井，但效果并不如预期，收效甚微，究其原因主要是对储层认识不清，缺乏从多个角度对砂体分布的明晰认识。为此，有必要构建新的地质体系。本文以敖包塔油田茂402⁃3区块为例，应用井震结合关键技术对该区葡萄花油层储层进行再认识研究，落实储层发育特征，并优选布井潜力区，以期为下一步外围油田的高效开发奠定基础。

1 地质背景

茂402⁃3区块位于敖包塔油田东南部，区块内构造相对平缓，发育近南北向的大断裂和伴生一些小断裂带。葡萄花油层平均厚度20～30 m，纵向上细分为11个小层，其中PI1为主力产油层位，油层内部地震反射长度20 ms左右，相邻的地质小层间在地震资料上没有明显反射标志。据完钻井资料统计，平均单井钻遇层数1.9个，砂岩厚度2.3 m，有效厚度1.3 m；其中PI1平均单井钻遇砂岩厚度1.6 m，有效厚度1.1 m，占全井有效厚度84.6%，为典型的三角洲外前缘沉积。因此，地震反演是提高薄差砂体识别精度的有效方法。为了最大限度提高经济效益，布署水平井是该区优先考虑的布井方式。

2 重构反演

2.1 测井曲线预处理

由于各批次钻井、录井等仪器设备不同，在测井岩性响应方面造成一定程度的差异，如果不提前处理，储层反演结果的精度将受很大影响，无法实现储层精细预测的目的。因此，曲线标准化处理是非常必要的[5]。在做测井曲线预处理工作前，有一个环节不容忽视，即标准层段的选取。葡萄花沉积时期，研究区为快速水进期，葡萄花上覆地层沉积了一套稳定的厚层泥岩沉积体，这套厚层泥岩为后期油气成藏提供了良好的盖层。因此，本次标准层选择葡萄花油层上部（萨尔图下部）泥岩段作为测井曲线预处理的标准层段。标准井一般选择在地层发育完整且未被断层断失的区域。分别统计全区所有井在标准层段的各曲线值，记录每口井的测井曲线最大值Xmax本井和最小值Xmin本井。选择标准井的测井曲线X标准，然后，以标准井X标准标准层的测井曲线值为基准，将其他标准层段归位到标准范围之内，将其量纲校正到统一标准，如式1所示：

式中，X0为井均一化后的曲线值；Xmin标准和Xmax标准分别为标准井曲线的最小值和最大值；Xmin本井和Xmax本井为校正井曲线的最小值和最大值；X为某井深度对应的值。

2.2 地震合成记录制作

地震合成记录是时深转换的一个关键环节[6]。合成记录质量的好坏直接影响时深转换的精度。通常，将测井声波曲线和密度曲线通过数学模型运算，完成地震子波估算，正演出该井合成地震道。实际操作过程中，受原始地震资料品质、测井曲线采样率等限制，地震子波的提取往往不尽理想。这就需要地质工作者进行反复修正参数，如时窗上选取葡萄花油层顶底+15 ms，子波长度一般为时窗长度的1/3，地质分层与地震层位初始标定等等。在提取地震子波时，根据地震主频假定理论子波，利用初始合成记录反复修正井震地质标定，直到井旁地震道与合成地震道相关系数达到一定值（一般大于0.7），则可认为地震子波是合理的。

2.3 虚拟泥岩时窗

如前所述，茂402⁃3区块葡萄花油层属三角洲外前缘，钻井揭示，砂岩仅发育在葡萄花顶部PI1内，其他小层基本为大套黑色泥岩，与上覆萨尔图油层整体上构成典型的“泥包砂”岩性组合。实践证明，该组合适用于薄差储层反演预测。但是，理论上地震反演时窗厚度下限为不低于子波长度的2倍，受地震主频、频带等影响，实际葡萄花油层厚度难以满足地震反演时窗的要求。为了解决这一难题，本次采用虚拟地层围岩的方法，即在葡萄花油层顶底虚构泥岩地层（见图1），并相应的延长测井曲线，测井曲线幅值满足泥岩响应特征，从而达到地震反演预测的要求。

2.4 曲线重构技术

实践证明，李占东等[7]提出的“高频恢复、低频补偿”曲线重构方法已在多个油田实践并取得了较好的效果，证明了该方法是可行的。该方法核心思想是通过时深转换，把测井曲线作为信号分解成高低不同频率的尺度成分，采用敏感曲线的不同频率分量进行融合，从而构建出能够反映有效储层的拟波阻抗曲线。鉴于此种方法，首先，寻找储层敏感的曲线。利用直方图统计法得出，自然电位曲线（SP）与电阻率曲线（RLLD）对砂岩响应较为敏感，能够达到识别薄差储层的目的；其次，在井震标定的基础上，开展测井曲线重构。

图1 茂402⁃3井葡萄花油层综合柱状图Fig.1 Comprehensive column diagr am of Putaohua reser voir in well M 402⁃3

假定母函数ψ(t)（ψ(t)∈L2(R)），满足式（2）：

式中，a为尺度参数；b为时间位移参数。

将时深转换后连续信号（曲线）f(t)（f(t)∈ L2(R)）变换为：

式中，Sf(a，b)为不同尺度、不同位置的变换系数，表示信号f(t)在时频面上以(a，b)域函数f(t)很小的时频窗内的能谱，|Sf(a，b)|2反映的是时频域内(a，b)处信号f(t)的能量分量。

图2为曲线重构前后砂泥岩统计。由图2可知，从重构后曲线与砂泥岩拟合来看，新构建的曲线能够很好地响应砂岩的敏感性（见图2）。

图2 曲线重构前后砂泥岩统计Fig.2 Statistical histograms of sand and mudstone before and after curve reconstruction

2.5 重构反演技术

确定性反演的优点是忠于地震数据，结果相对可靠，缺点是纵向分辨率不足，预测精度不高[8]。为了达到精细预测储层的目的，有必要开展随机地震反演。在地震随机反演之前，必须开展地质统计数据分析。结合研究区物源方向，砂岩发育规模，以及单砂体厚度，逐一厘定变程参数。为了提高储层预测的可信度，在地质模型框架基础上，采用波阻抗反演和随机反演相结合的方法，即以参与井重构曲线为主数据，以基于模型确定性反演为次数据，采用模拟退火协同方法，开展葡萄花油层随机模拟反演。为了最大程度降低多解性，随机产生多套随机模拟体，运用函数计算器平均计算这些模拟数据体，最终得到地震反演结果。为了检验地震反演的可靠性，统计预留的四口井砂岩吻合情况，结果见表1。

由表1可见，绝对误差平均在0.04～0.10 m，相对误差最大6.3%，说明储层预测精度较高，达到了薄差储层预测的目的。

表1 葡萄花油层后验井储层预测误差Table 1 Reser voir pr ediction err or table for poster ior wells in Putaohua reservoir

3 应用分析

3.1 指导沉积微相研究

为了有效刻画沉积微相，采用井点定相、反演切片组形的思路[9⁃10]，综合录井、测井岩电等资料，确定发育规模较小的河道沉积体。茂402⁃3区主要发育近河道、席状砂、河间泥等沉积微相类型，以葡萄花油层PI1小层为例，该沿层反演切片可划分为三个层次：暖色（粉红⁃黄色）异常区、岩性过渡区（绿色）和冷色（蓝色）背景区。据钻井标定统计可知，暖色异常区与河道发育区对应较好，砂体相对较发育，而冷色区多为前缘泥岩发育区，储层发育相对较薄。总体上，砂体西部、西北部较发育，东部、东南部发育较差。结合开发井网解剖得知，区内物源来自西部和西北部，砂体相对不发育，河道多集中在研究区西部，地震反演剖面表现为暖色透镜状，平面切片表现为豆荚状异常高值区。图3为茂402⁃3区块葡萄花油层PI1层地震反演切片和沉积微相。

图3 葡萄花油层PI1层地震反演切片和沉积微相Fig.3 Seismic inver sion section and sedimentar y microfacies of PI1 of Putaohua oil layer

由图3可以看出，在中部和东部多发育坨状和甜点状异常体，结合钻井资料判定，该异常体为席状砂微相，由于该区钻井资料相对有限，因此砂体分布范围可由反演属性异常体边界界定。在研究区东南和南部，反演切片以冷色区为主，砂体基本不发育，该区域多以河间泥沉积为主。

3.2 应用风险井位部署

为了最大程度挖潜外扩区含油潜力，在钻井井型设计过程中，既要考虑茂402⁃3区薄差砂体分布零散特点，同时要兼顾油田开发经济效益。研究得出，水平井更适用于该区井位部署[11⁃13]。为了降低钻井失利风险，减少断层损失率，提高砂岩钻遇率，最大限度优化井网，综合地质认识结果，采用探评井（探井、评价井）转注优化方式，实行“四注一采”井网原则，最终在区内成功部署了1口跨断层水平井。

以水平井X1井为例。X1井位于评价井茂402⁃3西侧，目的层为PI1小层，采用单支跨断层水平井方式，水平井轨迹参数如表2、3所示。

图4为茂402⁃3区块葡萄化油层水平井X1轨迹三维显示。图5为茂402⁃3区块葡萄化油层地震反演剖面与水平井1轨迹示意。

表2 茂402⁃3区块X1水平井轨迹参数Table 2 Trajector y par ameters of X1 horizontal well in block Mao402⁃3

表3 茂402⁃3区块X1水平井地质参数Table 3 Geological parameters of X 1 horizontal well in block Mao402⁃3

图4 葡萄花油层水平井X1轨迹三维显示Fig.4 3D diagram of X1 tr ajector y of hor izontal well in Putaohua reservoir

图5 葡萄花油层地震反演剖面与水平井X1轨迹示意Fig.5 Schematic diagram of seismic inversion profile and horizontal well X1 trajectory in the Putaohua reser voir

由图4、5可知，水平段两端靶点海拔深度在-1 206 m左右，构造幅度较小，储层类型为席状砂型砂体，平均砂岩厚度在1.5 m左右。为了提高砂岩钻遇率，钻井轨迹由断层上升盘至下降盘，水平段走向采用北偏西26°，前方位角定为40.3°，沿PI1顶从靶点A水平钻进335 m后钻穿断层，转钻进下降盘，水平钻进至610 m到达B靶点。经计算该井断层损失率为15.11%，井网采用评价井茂402⁃3转水井，实行“四注一采”井网原则，水平井单井有效控制储量3.64×104t。

4 结 论

（1）为了最大限度提高三角洲外前缘薄差储层预测精度，从5个方面详细阐述了地震重构反演关键技术流程：测井曲线预处理、地震合成记录制作、虚拟泥岩时窗技术、基于频率补偿曲线重构技术和重构反演方法。结合油田实际工区资料，以敖包塔油田茂402⁃3区块为例，开展该地震反演研究，研究得出绝对误差平均在0.04～0.10 m，相对误差最大6.3%，说明储层预测精度较高，实现了薄差储层预测的目的。

（2）辅助三角洲外前缘砂体沉积微相绘制。以PI1小层为例，采用井点定相、反演切片组形的思路，综合录井、测井岩电等资料，确定区块重点砂体边界，完成葡萄花油层沉积微相绘制。研究得出，研究区主要发育河道、席状砂、河间泥等沉积相类型。

（3）有效指导风险井位部署。为了降低钻井失利风险，减少断层损失率，提高砂岩钻遇率，最大限度优化井网，综合结合构造、薄差储层地质认识，采用探评井转注优化方式，实行“四注一采”井网原则，最终在区内成功部署了1口跨断层水平井。因此，重构反演方法可以作为刻画薄差储层的有效手段，对后续薄差储层含油潜力挖潜提供技术支撑。