煤相约束叠前地质统计学在东海A气田实践

刘 江，李炳颖，包 全，刘晓晖，陈易周

（中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200335）

在富煤地区，由于受煤层影响，地震反射特征发生畸变，煤下储层预测往往存在很大难度，尤其当煤层呈现薄互层特征时，薄煤互层通常会屏蔽下部储层的真实地震反射特征，或者与下部储层一起形成复杂地震反射特征。在储层预测中，如何真实反映煤下储层的展布特征，提高薄煤互层下储层预测精度，是后续开发井部署取得成功的强有力支撑。

本文研究区域位于东海陆架盆地某区A气田，为复杂断块型气田，含油气层位主要位于始新统平湖组和渐新统花港组。平湖组地层埋藏深（3 500 m以下），沉积环境复杂，为海湾、三角洲及潮坪沉积相，岩性组合复杂，为一套包含煤层的海陆过渡地层，储层横向变化快[1-3]。研究区已钻探井5口，如图1所示，黑线为井上钻遇的平湖组煤层，纵向上频繁发育，厚度薄（单层厚0.5~2 m）；储层岩性为砂岩，总体较薄（平均单层厚度9.8 m），薄煤层与砂泥岩频繁互层，从而会形成复杂的地震反射特征，储层识别难度极 大。

图1 研究区连井地层对比图

针对该工区的地质问题及技术难点，通过研究探索建立了一套适合该区及类似地质条件的以地震反演为核心的储层预测关键技术。首先通过对该地区探井进行环境校正及归一化处理后，利用测井地层评价及岩石物理建模技术明确煤层、储层的弹性参数特征[4-7]，继而通过地震正演分析技术[8]明确薄煤互层对煤下储层预测的影响，然后通过叠后地质统计学反演技术[9-15]预测薄煤层的空间分布，最终将煤层的空间分布概率体当作相约束体参与到叠前地质统计学反演[16-17]中，对储层展布进行精细刻画。这些关键技术及严格的质控流程保证了最终储层预测成果的准确性及合理 性。

1 岩石物理特征与地震资料分析

图2 研究区岩石物理模版

根据工区实际地质情况和井数据分析，建立了基于地震弹性参数的岩石物理定量解释模板，如图2所示，图中的散点来自于研究区探井经过必要的岩石物理模型校正后实测数据。模板的横轴为P-impedance（纵波阻抗），纵轴为Vp/Vs（纵横波速度比）。模板上方黑线由上到下代表泥质含量100%纯泥岩递减到泥质含量20%泥质砂岩的5条等泥质含量变化线；其下方从右到左8条垂直方向蓝色线表示饱和水泥质砂岩从5个孔隙度单位变化到40个孔隙度单位的等孔隙度变化线，每条线指示在孔隙度相同情况下弹性参数随泥质含量的变化规律。下方10条水平方向的蓝线和红线从上至下代表含水饱和度从100%逐渐变为含气饱和度100%的纯石英砂岩等饱和度变化线，其与垂直方向从右到左5 ~ 40个孔隙度单位的8条等孔隙度变化线交织成网状，揭示孔隙度和含气饱和的变化时的弹性参数变化规律：孔隙度增加，纵波阻抗减小，纵横波速度比增大；含气饱和度增加，纵波阻抗减小，纵横波速度比减小。

从工区岩石物理模板可以看出，研究区内不同岩性的弹性参数分布特征较为明显，有较好的分异性，煤层呈现的是特低阻抗、中高纵横波速度比特征，与围岩有明显区分。从全叠加地震剖面上（图3）可以看出，薄煤互层发育层段多形成强振幅的地震反射特征，干扰煤下储层的反射特征，因此在本研究中首先利用正演分析技术，对煤层的影响进行定量的研究。

2 地震正演分析

图3 煤层地震反射特征

薄煤互层下储层发育也是非常复杂的，煤下可能发育单套厚砂体（厚度大于λ/8），也可能发育单套薄砂体（厚度小于λ/8），也可能多套薄砂互层发育。因此，在反演之前可通过地震正演分析明确薄煤互层究竟对下部发育的不同组合的砂体产生怎样的影响，以提高我们对储层预测成果的认识。

煤层发育的层数、下部储层厚度、储层薄互层层数，会形成很多种煤层、储层的组合模式。图4、图5为煤层层数变化与单套厚砂体组合的地震正反演分析，图4为单层煤，图5为4套煤互层，单套煤层厚度为2 m，下伏砂体厚度都为20 m。从正演结果可知含煤处砂体地震反射轴相比无煤处存在较大错动，且煤层层数增多后，错动更大，地震振幅也更强；从反演结果上可以看出煤层对纵波阻抗影响很大，砂岩位置及厚度预测不理想，但纵横波速度比仍可以对储层位置及厚度作出较好预测。因此当储层厚度在20 m（λ/8）以上时，上部如果发育单套煤层或多套煤层，都可以通过叠前确定性反演对储层进行较好预测。

图4 单层煤下20 m储层正反演分析

图5 多套煤互层下20 m储层正反演分析

图6 薄煤互层下厚度变化的单砂体地震正演模拟

图6为薄煤互层下厚度变化的单砂体地震正演分析，地质模型为五套煤互层，单层煤厚度为1 m，煤下单砂体厚度从5 m（λ/32）变化到40 m（λ/4）。通过地震正演模拟可以看到当单砂体厚度大于20 m（λ/8），砂体的顶底界面都有明显的地震反射特征，从反演的带限纵横波速度比上可以看出煤层总体呈现高值特征，下部砂体呈现低值特征，且反演厚度较为准确；而当单砂体厚度小于20 m（λ/8），砂体顶底界面地震反射特征消失，反演的煤层与砂体带限纵横波速度比分异性变小，厚度明显偏厚。

图7为薄煤互层下薄砂体互层的地震正演分析，地质模型为五套煤互层，单层煤厚度为1 m，单砂体厚度为2 m，砂体互层数从2套变化到5套。通过地震正演模拟可以看到当薄煤互层下砂体呈薄互层发育时，砂体顶底界面地震反射特征不明显，反演的煤层与砂体带限纵横波速度比分异性变小，厚度明显偏厚。

通过以上地震正演分析可知，薄煤互层下单套砂体厚度大于20 m（λ/8），煤层对下部储层预测没有影响，而当单套砂体厚度较薄或砂体呈薄砂互层发育时，煤层对下部储层预测会产生影响。因此，需要开展煤相约束的叠前地质统计学反演，进行储层预测。

图7 薄煤互层下薄砂体互层地震正演模拟

3 叠后地质统计学反演

通过以上一系列正反演分析，可见煤层对储层预测精度的影响是比较大的，要想对储层作出准确的预测，煤层是关键，需要对煤层的空间展布进行精细刻画，明确煤层的纵横向分布特征，对后期薄储层的预测是有帮助的，同时对后期沉积环境及沉积相的分析工作也是有帮助的。基于以上煤层岩石物理及地震反射特征分析，可以看出利用纵波阻抗可以有效识别煤层集中发育段，但是纵向分辨率不高，不能有效分辨薄煤层，因此在研究区开展了叠后地质统计学反演工作，对薄煤层的展布进行了精细的刻画。

在利用叠后地质统计学反演进行薄煤层的预测过程中有几个关键点：

（1）岩相分类

研究区岩性复杂，结合上述岩石物理模板分析可知，气砂、水砂、干砂、泥岩的纵波阻抗叠置，无法有效区分，但煤层表现为特低纵波阻抗，与其他岩性的纵波阻抗差异大，因此可将岩性进行简化，将研究区的岩相分为煤层和非煤层两种类型，从而为煤层的准确反演预测奠定基础。

（2）概率密度函数统计

通过对井上煤层和非煤层的纵波阻抗概率密度分布进行分层统计（图8），建立了不同层段的煤层概率密度函数。

图8 目的层段煤层与非煤层概率密度

（3）井控地质统计学反演

为确保井控地质统计学反演的可靠性，首先进行无井地质统计学反演。无井地质统计学反演能对反演预测的准确性进行有效检验并指示待改进优化的方向，即首先将已知井作为验证井不参与反演，通过反复迭代来获取与井较吻合的反演结果从而确定最优反演参数[18-19]。在无井地质统计学反演获取较可靠的反演结果基础上，再加入井资料的约束进一步提高反演精度，从而实现对薄煤层更准确地刻画。井约束反演后，薄煤层的位置、厚度与井点都会更一致，同时无井地质统计学反演阶段确定的最优反演参数为井间煤层预测的有效性提供了保障。

图9为研究区叠后地质统计学反演与常规叠后确定性反演结果对比，可以看出确定性反演分辨率明显不足，对薄煤层描述不够准确；而叠后地质统计学反演可以实现对薄煤层的精细刻画，反演的煤层发育位置及厚度与井有更好的匹配，从而得到煤层在整个三维空间的精确分布（图10）。

图9 波阻抗剖面：叠后确定性反演（左）、叠后地质统计学反演（右）

图10 煤层空间展布

4 煤相约束叠前地质统计学反演

由于煤层和储层互层发育，且储层厚度变化及薄储层互层的变化都会形成非常复杂的地震波场特征，简单的地质统计学反演很难解决该研究区薄储层预测问题，地质信息的应用在这个工区就显得尤为重要。在统计学反演过程中如果能够提供更加确切的地质信息，就能使地震数据的多解性尽量降低，使地质统计学反演的确定性得到增强。通过上述叠后地质统计学反演已完成研究区薄煤层分布的准确预测，可将其当作相对确定的先验地质信息加入到反演中，结合岩石物理分析，储层与非储层纵波阻抗叠置，纵横波速度比有所区分，因此使用煤相约束的叠前地质统计学反演方法解决该工区复杂煤层下薄储层预测问题。

煤相约束的叠前地质统计学反演关键在于三维岩相比例体（概率体）的建立上。首先基于岩石物理分析结果将研究区岩相进一步细分成三类：煤层、孔隙砂岩、泥岩；其次基于井点不同层段砂泥岩比例统计结果建立出分层段的孔隙砂岩和泥岩常数岩相比例体；最后将叠后地质统计学反演出的三维煤相比例体当作确定的地质信息嵌入到两个常数比例体中，约束孔隙砂岩和泥岩的概率分布，即在煤层概率高的部位砂泥岩概率就低（图11）。通过煤相强约束反演，能最大程度降低煤层对砂泥岩预测的干扰，消除煤下储层预测的假象和失真，提升储层预测的准确性。

通过煤相约束叠前地质统计学反演，其储层预测精度比叠前确定性反演更高，对细节的刻画更准确。如图12所示，左图为叠前确定性反演得到的孔隙砂岩概率体，右图为煤相约束叠前地质统计学反演得到的孔隙砂岩概率体。二者相比较，显然煤相约束叠前地质统计学反演结果更佳，首先在砂体的位置预测上更加准确，其次在砂体的厚度预测上提高了精度。

图11 分岩性岩相比例体

图12 孔隙砂岩概率体剖面：叠前确定性反演（左）、煤相约束叠前地质统计学反演（右）

5 应用效果及结论

根据煤相约束叠前地质统计学反演结果在A气田实钻了8口开发井（水平井、定向井），取得了非常好的应用效果。煤相约束叠前地质统计学反演的储层预测精度较高，储层厚度＞15 m的预测吻合率为93%，储层厚度＜15 m的预测吻合率为87.5%；而确定性反演10 ~ 30 m储层厚度预测吻合率为73%。该套技术流程也同样适用于类似地质条件下的储层预测，可以为开发井井位部署及调整提供技术保障并提高钻探成功率。同时该套技术流程也适用于一些岩性发育的特殊地质条件下的储层预测。