基于井震结合的储层厚度定量预测方法

赵明珠

(大庆油田有限责任公司 勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712)

引 言

目前，大庆油田的勘探开发已至中后期，进入剩余油精准挖潜阶段，砂体预测和刻画精度不高是制约剩余油精准挖潜的重要因素。近年来，国内外学者利用地震沉积学的方法开展了面向勘探尺度的储层精细解释与预测[1-12]，而井震结合提高河道砂体预测精度方面的研究较少。本文以大庆长垣油田中区西部为例，在面向开发尺度、井网密度较大(248口/km2，最小井距60 m)、地质模式认知程度较高的条件下，充分发挥井信息纵向分辨率高和地震资料横向信息量大的优势，开展密井网条件下基于井震结合的储层厚度定量预测方法研究，以提高河道砂体的预测精度。

1 研究区地质概况

研究区位于大庆长垣中央坳陷区(图1)，总面积为10.2 km2，构造平缓，地层倾角1°～2°，区域内断层不发育，纵向上发育萨尔图、葡萄花、高台子3套含油层系，目的层段包括SⅠ、SⅡ、SⅢ、PⅠ、PⅡ、GⅠ、GⅡ、GⅢ、GⅣ这9个油层组，136个小层，150个沉积单元，萨、葡、高目的层总厚度在300～430 m，平均厚度为380 m，属于河流—三角洲沉积。目前萨葡油层分为5套层系井网开采，即基础井网、一次加密调整井网、二次加密调整井网、萨葡二类油层聚驱井网、萨葡三类油层“两三结合”井网，共有油水井 1 441 口。该区块地震资料为三维高分辨率覆盖区，信噪比高，测网密度为10 m×10 m，地震采样间隔为1 ms，资料品质较好。近年来，该区块主力油层开发已进入高含水后期，常规油开发全部进入精准挖潜阶段，以寻找高产量、高丰度、小规模油藏为主要目标的思想逐渐被接受。中期西部多发育三角洲前缘相沉积，具有典型“泥包砂”特点的水下分流河道砂体发育，该类砂体规模小、厚度薄，相变快，导致储层非均质性强，多数窄小河道砂体无井或只有单井控制，存在井网控制不住的剩余潜力区域，迫切需要精细刻画水下分流河道走向和边界，指导开发调整措施。

图1 长垣油田密井网区块区域位置

2 地震属性优选与优化

地震属性分析是储层地球物理研究中广泛采用的一种较为成熟的方法，应用效果显著[13-16]。地震属性分析技术的核心思想是从地震资料中最大限度地挖掘地质信息，注重于利用地震资料横向分辨率高的优势来弥补纵向分辨率不足,解决了油田开发中的许多实际问题。由于地震属性与储层参数之间的关系十分复杂，不同地区、不同储层特征的敏感地震属性也不同，即使在同一区块的不同层位，不同的砂、泥岩接触关系对应的敏感地震属性也有差异。目前，随着计算机技术的发展，能够提取的地震属性种类有几十种甚至上百种，地震属性之间的相关性差异造成优选砂、泥岩敏感地震属性的难度大、效率低。地震属性平面上受邻层信息干扰，导致河道砂体预测存在多解性，有必要开展地震属性优选与优化技术研究，通过井震结合提高地震属性优选及优化的精度和效率。

2.1 地震属性分析优选

地震属性分析方法主要有3种:时间切片法、地层切片法和沿层切片法。时间切片是沿某一固定地震旅行时对地震数据体进行切片显示。沿层切片是沿某一特定地质反射界面追踪地震同相轴所得的层位进行切片。地层切片是以解释的2个等时沉积界面为顶底，在地层的顶底界面间按照厚度等比例内插出一系列的层面，沿这些内插出的层面逐一生成地震属性切片，地层切片法更加合理而且更接近等时沉积界面。研究区地层沉积较稳定，采用地层属性切片法开展地震属性分析，提取了振幅、频率、相位等97种地震属性。

针对属性优选存在的工作效率低、色标调整要求高、依赖专家经验等问题，研究了井震相关性分析方法，确定地震属性与储层参数之间的关系。为了确切地表明两个变量之间的相关程度，著名统计学家卡尔·皮尔逊设计了统计指标——相关系数(Correlation coefficient)。相关系数是用以反映变量之间的相关关系密切程度的统计指标。相关系数是按积差方法计算，以两变量与各自平均值的离差为基础，通过两个离差相乘来反映两变量之间相关程度，着重研究线性的单相关系数[17]。据此建立了地震属性与砂岩厚度相关性，研发了地震属性自动优选方法和算法程序。将提取的上百种地震属性与井点砂岩厚度进行相关性分析，优选能够反映储层地质特征而且与已钻井点处砂岩厚度相关性较高的地震属性，相关系数

(1)

式中：x为井点地震属性；y为井点砂岩厚度，m；N为已钻井数，口。

地震属性分析优选包含3个步骤：

(1)地震-地质层位标定及标志层追踪。利用全区1 441口井声波曲线进行合成记录精细制作，精细追踪油层组级标志层，逐井逐层进行层位精细标定和追踪。

(2)沉积单元级等时地层格架建立。研究区地层沉积厚度变化较小，在时间域顶底标志层控制下进行等比例剖分，保证地震层位与地质沉积单元的等时性，建立逼近沉积单元级的井震结合等时地层格架。

(3)地震属性制作和优选。在沉积单元级井震结合等时地层格架基础上，首先完成上百种地震属性的提取，然后利用井点钻遇砂岩厚度与地震属性振幅能量值进行分析，确定不同地震属性与井点砂岩厚度的相关系数r的大小，优选相关系数高即井震匹配效果最好的地震属性进行储层预测和刻画(图2)。

图2 地震属性优选流程

应用上述方法，完成了研究区目的层97种地震属性提取与优选，共优选出相关系数r大于0.5的地震振幅属性7种，其中，振幅差异属性为0.53，总绝对值振幅属性为0.56，均方根振幅属性为0.57，最大波峰振幅属性为0.63，最大波峰振幅属性效果最好。

2.2 地震属性优化

根据上述地震属性与储层参数的关系，研发了地震属性的平面可信度算法，划分不同级别、赋以不同权重、分区拟合、局部优化，给出优选后的地震属性平面上不同位置的可信度，按照数值大小将区域划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级(表1)。Ⅰ级为高可信区域，振幅能量的变化能够反映河道砂体边界、规模、走向及组合关系；Ⅱ级为中可信区域，振幅能量的变化能够反映河道砂体整体展布趋势，局部边界、规模、走向，但组合关系不清晰；Ⅲ级为低可信区域，振幅能量的变化不能反映河道砂体整体展布趋势(图3)，局部能够反映河道砂体边界和规模。

图3 地震属性平面自动分区优化效果

表1 地震属性平面可信度分类

3 基于井震结合的储层厚度定量预测方法

在地震属性纵向上优选和平面上优化分级的基础上，开展基于井震结合的储层厚度定量预测方法研究。线性回归算法具有运算快、算法稳定等优点，在各个领域中已有较为广泛应用，而多元线性回归方法应用最为广泛[18-19]，但该方法在井震结合储层厚度预测方面研究的较少，利用已知井点井震关系建立多元回归数学模型，定量预测无井钻遇的窄小河道砂体厚度方面的研究更少。油田开发中后期，油田稳产的迫切需求是增储，增储的目标之一就是研究区井控程度低的内前缘相窄小河道砂体。因此，笔者将多元线性回归方法应用到井震结合窄小河道砂体定量预测中，建立井-震储层参数之间的函数关系，进而实现无井区窄小河道砂体厚度的定量预测，为针对窄小型河道砂体的井位部署提供了地质依据。

3.1 基于多元线性回归的储层厚度定量预测

多元线性回归方程的一般形式如下：

设因变量y与自变量x1,x2,…,xm有线性关系，那么建立y的m元线性回归模型

y=β0+β1x1+…+βmxm+ξ。

(2)

其中，β0，β1，…，βm分别为回归系数，ξ是随机误差。

对于井震结合储层厚度定量预测的实际问题,假设在地震剖面第k道的第i个样点对应的砂岩厚度为y,影响砂岩厚度的因素为x1,x2,…,xm,m个自变量因素x和因变量y的n组观测值为(x1i,x2i,…,xmi,yi)(i=1,2,…n)。

基于多元线性回归分析的井震结合储层参数定量预测，是依据多元线性回归的数学模型编写程序，建立已优选及优化后地震属性与已知井点储层参数之间的线性函数关系，根据这些参数可以判断出多元线性回归分析的效果。包含以下步骤：

(1)井点属性值的提取

在提取井点处的属性值时，按照井点坐标，采用最近四点反距离加权平均法提取，该方法能够真实地反映井点处的属性值。利用井点坐标寻找最近四点的属性值，并计算出这四点与井点之间的距离，即

(3)

其中：P为任意井点处振幅属性值；A1、A2、A3、A4分别是距离P点最近4点振幅属性值；H1、H2、H3、H4对应为A1、A2、A3、A4距离P点距离，m。

可根据式(3)计算出井点处的属性估计值，但要控制距离上限，若井点与属性值点最小距离超过距离上限，说明井点坐标附近没有属性值，井在工区外部。通过以上手段可以避免引入工区之外的井，也可在一定程度上避免引入井坐标的错误。同时，要结合地震属性平面分级结果设置不同级别区域井信息和地震信息的权重。

(2)根据已知井点砂岩厚度(y)和井点处振幅属性值(x1,x2,…,xm)，利用程序计算，求得该区块的β0、β1、β2、β3、β4分别为3.106 3、0.468 1、-1.058 6、0.899 5、0.272 1。

(3)求得判别函数为

y=3.106 3+0.468 1x1-1.058 6x2+0.899 5x3+0.899 5x4。

(4)

(4)判别回归效果，求取相关系数。

(5)平面成图，地震面元为10 m×10 m，井间10 m一个点处都已定量预测出厚度值，利用双狐地质成图软件，定量预测砂体平面展布特征和厚度。

3.2 应用效果分析

应用上述方法，以中区西部高台子油层为例，建立了地震振幅属性与砂岩厚度的线性关系，定量预测了井间砂体分布。从预测结果局部(图4)分析可以看出，G231-S345井钻遇河道砂体，邻井ZD6-S312井不发育砂体，基于井插值等值线预测结果在井间基本是按照井距进行差值运算，无井区河道的边界、规模和走向无法控制，从井震结合预测结果可以看出，河道砂体在井间的边界来自地震信息，过井剖面揭示原基于井预测的边界在井距之半，井震结合河道边界回收4个地震道(测网密度为10 m×10 m)，约40 m。对比结果表明：井震结合预测的河道边界更客观、井间砂体厚度更准确，这是因为地震资料可以提供井间的信息，这是任何算法和经验均无法代替的。

图4 中区西部GⅠ2+3小层基于井与井震结合预测河道边界信息对比

从平面预测效果来看，中区西部高台子油层为三角洲内前缘相沉积环境，水下分流河道砂体呈树枝状或网状分布，是陆上分流河道向水下前缘相的自然延续[20-22]。钻遇河道砂井点占总井数的25%，厚度在2.0～6.0 m。预留均匀分布的后验井485口，可有效控制河道、主体、非主体、尖灭、表外5种微相的精度。从基于井预测河道砂体分布图(图5)可以看出，当井网密度由12.5 口/km2增加到100口/km2时，河道砂体分布形态变化较大，宽度逐渐变窄，呈连续的土豆状分布；当井网密度由100 口/km2增加到248口/km2时，河道砂体分布形态变化相对较小。从井震结合预测河道砂体分布图(图4)可以看出，当井网密度由12.5 口/km2增加50 口/km2时，河道砂体整体分布趋势变化小、形态变化相对较大，窄河道砂体边界逐渐清晰；当井网密度由50 口/km2增加到248 口/km2时，河道砂体连续性逐渐变好，砂体组合关系明确。尤其是当井网密度达到248 口/km2时，地震仍然约束着窄小河道砂体在井间的边界、规模和走向，平面上砂体展布形态更符合沉积规律(图6)。

图5 基于井与井震结合砂体预测效果对比(井网密度12.5～248口/km2)

图6 最大井网密度条件下预测效果对比

从精度分析结果可以看出(图7)，与基于井预测结果相比，井网密度越小井震结合砂体预测方法应用的空间越大，精度越高，但随着井网密度的增加，基于井插值砂体预测的结果与井震结合砂体预测的结果越来越接近，从定量来看基于井的预测精度已经可以反映砂体展布的宏观特征，但从不同井网密度的定性分析看，随着井网密度的增加，井震结合预测砂体形态变化趋势逐渐变小、但砂体边界形态越来越清晰、连续性变好，尤其是窄小河道砂体在井间的边界、规模和走向更加清晰，使整体砂体组合关系更明确，当井网密度由12.5 口/km2增加到248 口/km2时，井震结合储层厚度定量预测方法使河道砂体的预测精度由原来的69.51%提高到81.72%。

图7 GⅠ2+3储层预测精度分析直方图

4 结 论

(1)逼近沉积单元级的井震结合等时地层格架能够保证地震层位与地质沉积单元的等时性；井震结合相关系数法能够实现对地震属性的快速优选，保障优选出的地震属性能够反映本层的地质信息、井震相关性最高。

(2)优选出的地震属性在平面上按可信度划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，能够剔除掉临层的干扰信息，实现对优选出的地震属性在平面上进一步优化，为井震结合砂体厚度定量预测提够井震权重。

(3)基于多元线性回归的井震结合储层厚度定量预测方法充分利用了地震横向分辨率高的优势，能够定量预测井间的河道砂体厚度和河道边界，以及无井区的砂体厚度，保证了已知井点砂体厚度的准确性。