基于相控的时深转换法在复杂岩性区的应用

韦 红，宋俊亭，田 涛，郄 莹

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459)

利用储层的多种岩石物理参数和地震多属性计算储层厚度的方法得到越来越多的研究和应用[1-4]。前人也对特殊地质体[5-6]的速度做了大量研究，例如：高速的地层包括火成岩、侵入的砾岩、破碎地层[7-8]等，低速的地层包括泥岩、灰绿岩等[9]，精细的速度分析对准确构造成图有非常重要的意义。虽然现在的叠前深度偏移处理或者一些高分辨率层序类的研究对速度的研究较先进[10-15]，速度提取的精度越来越高，但是应用到老油田的开发生产中，要求深度误差在3～5 m内的精度还不能达到。同时许多时深转换法的应用精度要求越来越高，传统的方法在不同地质条件下得到了许多改进[16-20]。

渤海A油田综合含水高、采收程度高、开发时间长达30多年，其东营组发育一套披覆于潜山之上的砂岩储层，为该油田的主力油层，储层厚20～30 m，全区发育稳定。东营组主力油层上覆地层发育一套或多套砾岩，与主力油层顶部距离约50 m。通过从多口已钻井的声波速度与时深关系对比，本文明确了该区的速度影响因素主要是砾岩的厚度。由于受上覆砾岩这种高阻抗地层带来的速度畸变的影响，导致下伏地层地震同相轴产生较严重的上拉畸变，造成深度构造图不准确。然而该老油田边部的深度预测精度问题是指导调整挖潜的主要方向。在边部钻井较少的客观条件下，深度预测的精度直接影响潜力的发现时间和产量贡献。目前亟须得到砾岩对速度畸变程度的定量研究，以便能高效精确地指导调整井的实施。馆陶组砾岩分布不稳定、横向变化较大、结构复杂，其地震分辨率较低，较难准确描述其厚度。砾岩的结构有单层和互层，其地震反射特征差异较大，单一地震属性与不同结构的砾岩累计厚度的相关性差。本文提出基于相控的时深转换法绘制储层顶面深度构造图，跳过上覆馆陶组砾岩的厚度横向预测，直接建立目的层的速度畸变量与上覆砾岩不同地震相范围内优选的地震敏感属性之间的相关关系。

1 砾岩对目的层速度的影响程度

渤海A油田的区域地质研究认为，馆陶组为辫状河沉积相。钻测井资料表明，馆陶组发育大套砂岩，在地震剖面上同相轴表现为弱连续、弱反射特征；而馆陶组底部存在砾岩，发育方式多样，表现为单层和互层方式，具有高电阻、高速、高密、高阻抗特征。单层砾岩厚度较薄，为5～10 m；薄互层砾岩累计厚度为30～45 m，发育3～4层，每层砾岩厚度为5～10 m，砾岩的夹层砂岩厚度为10～15 m。由于地震资料主频约30 Hz，砾岩的速度很大，因此较难准确外推砾岩的横向厚度分布。基于此，本文着重开展砾岩的地震属性与砾岩对目的层平均速度的影响程度的定量研究。

起初认为研究区北边的较弱地震反射特征是底部单层砾岩厚度变小的缘故，然而通过测井分析发现该区砾岩结构复杂，层数较多、单层厚度薄、累计厚度较厚(图1)，即为互层砾岩。北部的互层砾岩与南部的单层砾岩相比，其地震反射相对弱些，在实际地震资料中不易识别。虽然研究区北部的互层砾岩的振幅较弱，但其对目的层的振幅屏蔽作用却强于南部(图2粉色线内)，使北部目的层的振幅属性弱于南部的。连井地震剖面(AB)显示，研究区北部目的层的地震同相轴的上拉量(速度畸变量)也较大，B14井区出现假的构造高点，与邻井出现较为严重的跷跷板现象(图1)。

图1 砾岩分布的连井地震剖面图Fig.1 Seismic profile of conglomerate distribution

1.1 单层砾岩对速度的影响

基于区域地质、钻井、测井资料分析，单层砾岩主要分布于研究区南边，表现为强地震反射特征。设计了馆陶组底部的单层砾岩地震地质模型(图2)，开展目的层速度畸变量与砾岩的地震属性之间的相关性研究：馆陶组底部砾岩的楔状模型为0～30 m，速度为5 000 m/s，密度为2.55 g/cm3；东营组二段上段泥岩约50 m，速度为2 300 m/s，密度为2.20 g/cm3；东营组主力油层约25 m，速度为2 800 m/s，密度为2.30 g/cm3；取雷克子波作为入射脉冲，根据实际地震资料其主频选取30 Hz。通过波动方程正演计算，得到理论地震记录(图3)。结果表明，单层砾岩表现为强地震反射特征，与实际地震资料一致。提取的正演地震记录的数据显示：随着砾岩厚度增加，砾岩本身的振幅增强，引起目的层的双程时间上拉量增大，频率略变低，即目的层的速度畸变量与上覆砾岩的振幅值呈正相关、与频率值呈负相关 (图4)。

图2 馆陶组底部砾岩和目的层的最小振幅属性Fig.2 Minimum amplitude at the bottom of Guantao group and minimum amplitude property of the target layer

图3 单层砾岩楔形正演模拟结果Fig.3 Single-layer conglomerate wedge shape forward simulation results

1.2 互层砾岩对速度的影响

同样，设计了馆陶组底部互层砾岩的地质模型，开展目的层速度畸变量与砾岩的地震属性之间的研究：馆陶组底部三层砾岩的每层厚度分别为10 m、15 m、20 m，速度为5 000 m/s，密度为2.55 g/cm3；夹层砂岩每层厚度为10 m，速度为3 200 m/s，密度为2.40 g/cm3；其他模型参数与图1一致。通过正演模拟，得到相应的理论地震记录(图5)。正演结果显示，相同的层数，累计厚度越大，引起目的层的双程时间上拉量越大，其层段内振幅值越大、频率值越低，即目的层的速度畸变量与互层砾岩的振幅值呈正相关、与频率值呈负相关。

图4 单层砾岩厚度与三属性的相对关系Fig.4 The relationship between the thickness of single-layer conglomerate and the three properties

图5 互层砾岩的正演模拟结果Fig.5 Forward simulation results of interbedded conglomerates

2 基于相控的时深转换法

通过砾岩对目的层的速度影响的分析，本文将渤海A油田按地震相类型分为三类：①单层砾岩区的地震相为强地震反射特征；②互层砾岩区的地震相为较强地震反射特征；③无砾岩区的地震相为较弱反射特征(图6)。

图6 不同的砾岩结构表现为不同的地震相Fig.6 Different conglomerate structures appear as different seismic facies

2.1 单层砾岩地震相的速度分析

首先从实钻测井资料出发，统计研究区南边的单层砾岩对目的层造成的速度畸变量，并提取沿馆陶组底部较小时窗内的多种地震属性进行属性优选，优选最大振幅与速度畸变量呈正相关，频率类属性(弧长属性的倒数)与速度畸变量呈负相关。将这两个自变量与因变量速度进行二元线性回归，便能外推预测目的层的速度横向分布。

2.2 互层砾岩地震相的速度分析

同理，统计研究区北边互层砾岩对目的层造成的速度畸变量，并提取层段内砾岩较大时窗内的多种地震属性进行属性优选，优选砾岩的振幅标准偏差属性值与目的层的速度畸变量呈正相关，频率类属性值与目的层的速度畸变量呈负相关。将这两个自变量与因变量速度进行二元线性回归，便能外推预测目的层的速度横向分布。

无砾岩区按照时深关系的拟合公式计算目的层的速度。

将以上三部分的速度横向变化进行逻辑拼接，便得全区的速度横向变化。

3 应用效果

基于相控的速度横向变化图与基于变差函数的插值方法相比，明显更具有地质意义，尤其是粉色线内区域(图7)。传统的速度克里金插值法将油田边部无井区域的速度插值过大(图8)；而新方法是基于砾岩发育的地质规律进行插值，在此基础上进行时深转换(称为基于相控的时深转换法)，能得到准确的深度域构造图(图9)。

图7 传统插值法(a)与基于相控插值法(b)对比Fig.7 Comparison of traditional interpolation (a) and interpolation based on phased (b)

图8 传统时深转换法绘制的深度域构造图Fig.8 Depth domain structure diagram drawn by traditional time-depth conversion method

根据新的构造图在油田边部实施3口综合调整井，对这3口井的验证进一步证实基于相控的时深转换法的准确度高。通过对比，传统的时深转换法将油田边部的构造深度整体校正过大，使深度变深12 m以上，深度误差值最高达20 m。新方法是基于砾岩发育的地质规律进行校正(图9)，其误差值能控制在5 m以内(表1)，值得在渤海其他油田推广借鉴。基于相控的时深转换法的应用能准确落实油田边部潜力，相比传统方法计算的储层平面含油面积增加，储量增加近400×104m3。

图9 基于相控法绘制的深度域构造图Fig.9 Depth domain structure diagram based on phase-controlled method

表1 新老方法的深度预测误差对比Table 1 Comparison of depth prediction errors between old and new methods

4 结论

在渤海A油田的目的层寻找不到速度畸变量与其地震属性之间的线性规律，那么就应该把眼界放宽，寻找上覆地层是否存在特殊岩性，并深入分析特殊岩性的地质特征，包括厚度和地层组合，然后以不同地震相为边界，分别统计其地震属性与测井速度的相关性。最后通过基于相控的时深转换法的应用得到如下成果：

(1)使老油田目的层顶面的深度预测精度远高于传统的时深转换法，储层顶深度的平均误差由传统方法的20 m以内提高到5 m以内。

(2)使老油田边部的含油面积变大，储量增加约400×104m3。

(3)高效准确地进行老油田边部的潜力挖掘，成功指导了10余口调整井的顺利实施。

该方法在存在特殊岩性的复杂油田具有较高的推广价值。