基于叠前地震数据五维信息的薄互储层预测方法

徐立恒， 楚文静， 马浩楠， 星占龙， 张 鹏， 李红星

(1.大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712； 2.中国石油玉门油田分公司勘探部，甘肃酒泉 735019； 3.中国石油青海油田分公司采油二厂技术中心，青海茫崖 816400； 4.中国石油青海油田分公司钻采工艺研究院，甘肃敦煌 736200； 5.中国石油玉门油田分公司工程技术研究院，甘肃酒泉 735019)

随着油田地球物理技术的进步及应用领域的扩展，地震技术在国内油气田开发中得到了深度的应用，有效提高了井间砂体连通关系的认识。随着国内大多数陆上油田进入特高含水期，注水、注聚开发导致的剩余油分布极度零散，主要分布在厚砂体的顶部、河道边部及薄差储层中，对井间砂体的识别精度要求也相应提高，主要难点是如何精细描述复合砂体单一河道边界及窄小河道在井间的走向。常规地震由于受采集条件及道集处理叠加影响，导致有效的地质信息被压制，导致对于横向相变快、纵向呈薄互层沉积的砂体预测存在较大的不确定性[1-2]。叠前地震五维信息指的是宽方位地震采集的道集资料，具有常规三维+方位角+偏移距(入射角)信息，其中宽方位指的是地震资料采集观测系统中的横向与纵向排列的比值达到约0.5时即为宽方位地震采集。近几年叠前地震的采集、处理及解释技术成为地球物理技术研究的重要方向之一。相比于传统的窄方位地震勘探，五维宽方位地震信息增加采集照明度，具有更高的陡倾角成像能力和较丰富的振幅成像信息，可反映振幅随炮检距和方位角的变化、地层速度随方位角的变化，从而增强了识别断层、裂隙、地层岩性和流体的能力。众多学者对宽方位地震信息进行了相关研究，刘依谋等[3-5]针对碳酸盐岩缝洞型储层实施了高密度全方位三维地震技术研究，提高了小尺度缝洞储层和裂缝预测精度；孔德政等[6]对复杂地表下的岩性勘探区域，提出了突出小线距、适当观测宽度的宽方位三维观测系统优化设计方法，改善成像质量；陈怀震等[7-8]针对不同方位角度的部分角度叠加地震数据体，通过叠前反演手段得到方位各向异性弹性阻抗，实现了低渗透砂砾岩储集层的预测。从地震处理解释技术研究现状来看，主要集中在五维宽方位地震信息采集、处理成像及裂缝预测方法研究，在指导开发应用实践中见到效果的报导较少；对于如何充分挖掘宽方位地震数据中极其丰富的地质信息，怎样建立不同方位地震与地下储层沉积规律的联系，还缺少成熟的认知和系统的解释方法；同时，基于叠前地震五维信息在特高含水期薄互储层描述领域中的研究较少[9-10]。笔者以大庆油田河流三角洲相典型区块为研究区，在五维地震资料处理的基础上，充分挖掘多方位地震资料中丰富的各向异性信息，重点研究不同方位地震与不同类型河道展布之间的联系；通过多方位地震属性切片优选及预测，提高不同类型河道砂体描述精度，指导剩余油挖潜措施方案编制。

1 宽方位地震资料的OVT处理

如图1所示，野外地震采集时地下反射波由一系列包含方位角和入射角的道集组成。按方位进行道集划分可以形成炮检距矢量片，简称OVT道集，是十字排列内的一个数据子集，大小等于相邻2条接收线和2条炮线之间的区域。对于研究区高密度观测系统采集的地震资料，观测系统类型为16线6炮220道正交，覆盖次数为80次，CMP(共中心点)面元为10 m×10 m，道距为20 m，横纵比0.48。每个十字排列子集可以细分为80个OVT子集，每个OVT子集都是由沿炮线有限范围的炮点和沿接收线有限范围的检波点构成，上述2个限定范围决定了每个OVT子集方位角和炮检距范围。OVT子集是覆盖全区的单次覆盖数据体，单个十字排列的炮检距呈同心圆分布，方位角也对称分布。根据研究区地震采集观测系统参数，包括炮线距、检波线间距以及覆盖次数等野外施工参数，在十字交叉排列道集基础上，将地震记录划分为80个有效OVT单元，每个单元对应一个完整地震数据体，各自含有范围较小的炮检距和方位角信息[11-12]。

图1 宽方位地震采集原理示意图Fig.1 Schematic diagram of wide azimuth seismic acquisition principle

基于OVT地震道集，首先根据面波、线性干扰、高能随机干扰等不同类型噪音在不同域(包括炮域、检波点域、CMP域及共炮检距域)、不同反射时间段以及不同频段的不同特征进行分类、分域、分时、分频、分区、分步的噪音压制方法，进一步提高地震资料信噪比；其次，通过静校正量的高频分量、低频分量分解和组合，降低油区、城区复杂地表条件和近地表层低降速带横向速度剧烈变化引起的静校正误差；然后，采用地表一致性振幅补偿消除由于地表激发、接收条件的不一致性引起的地震波振幅的变化；最后，基于反褶积处理技术解决由于近地表条件变化导致的激发子波在空间上的不一致性问题，提高分辨率[13-14]。

通过以上处理环节，输出多个方位地震数据体。如图2所示，与常规叠后地震相比，叠前方位地震剖面的同相轴垂向延续时间明显变短，波形变瘦，层间信息更加丰富，频宽由12～80 Hz提高至8～109 Hz，主频由45 Hz提高至50 Hz。表明地震分辨率得到提高，成像细节更加突出。

图2 叠后地震与OVT方位地震对比Fig.2 Comparison of post stack earthquake and OVT azimuth earthquake

2 OVT属性储层预测方法

基于宽方位地震资料的不同方位属性进行储层预测，优势在于能够充分发挥多方位地震横向预测能力，该方法通过不同方位部分叠加的地震数据体提取多个方位地震切片，在搞清多方位地震切片与地质体发育的内在联系基础上，利用地震切片反映的地质沉积信息进行储层精细描述。其关键点是确定方位地震道集叠加的合适范围，以及建立不同方位地震与不同沉积类型地质体的关系[15]。

如图3所示，通过研究区不同方位及不同偏移距的叠前地震道集分析，发现地震振幅随不同方位和偏移距呈类似正弦曲线的关系，初步揭示了宽方位地震具有各向异性特征。图4为基于各向异性梯度算法公式得到的椭圆图，其中长轴方向代表速度最大方向，短轴方向代表速度最小方向，长轴与短轴的比值为椭圆的扁率，即为各向异性强度。在基于OVT地震进行裂缝研究的时候，长轴为裂缝的延展方向，各向异性强度为裂缝发育的部位；但是针对于储层研究，长轴为河道的延展方向，各向异性强度为河道边界发育的部位[16]。图4为各向异性及河道方向特征，显示研究区河道主要为东北方向。以上充分显示了研究区储层存在各向异性，但是与裂缝研究存在较大的区别在于，裂缝利用各向异性强度为裂缝发育的部位，但是针对薄互层来说，由于薄互层砂体纵向河道边界变化较大，纵向上互相干扰导致平河道边界模糊。因此需要转换思路建立针对薄互层储层的OVT地震储层方法。具体采用的方式将OVT地震按不同方位进行分别叠加，充分利用每个方位的地震属性信息，与常规全叠加地震资料相比，可以消除各向异性带来的干扰，充分突显储层本身的岩性及物性引起的地震响应特征。

图3 振幅与方位角、偏移距关系分析Fig.3 Analysis of relationship between amplitude and azimuth, offset

图4 各向异性及河道方向Fig.4 Anisotropy and channel direction

2.1 部分方位道集叠加

在保证OVT不同方位地震具有一定信噪比的基础上，尽可能将方位分得越细。这样一方面最大程度上保留方位角和炮检距信息，另一方面可以将每个部分叠前地震数据的各向异性干扰消除。对地震道集进叠加方位角的范围与原始地震资料的覆盖次数以及信噪比密切相关，当原始地震资料的覆盖次数越多，信噪比越高时，方位可细分的程度越高；当覆盖次数越少，信噪比越低时，方位可细分的程度越低。

如图5所示，按照方位角区间10°、20°、30°、45°进行分组叠加成像试验，使有效信息和信噪比之间达到一个平衡。试验结果表明，方位角间隔为10°进行叠加时，信噪比低，强轴不连续、弱轴呈杂乱分布，而方位角间隔为20°、30°、40°、50°的成像剖面皆可满足后续的层位追踪及储层预测需求，但是为了保留更多方位的地震信息，确定20°为间隔的地震道集叠加方案。从而建立了“方位九分”道集部分叠加方案，即0°～20°、20°～40°、40°～60°、60°～80°、80°～100°、100°～120°、120°～140°、140°～160°、160°～180°，输出了9套方位数据体，为后续储层预测提供了信息丰富的地震数据体。

图5 不同方位角叠加成像地震剖面试验Fig.5 Seismic section test of superimposed imaging of different azimuth angles

2.2 切片优选及河道砂体预测

大庆长垣研究区属河流-三角洲相沉积，内部发育分流平原相复合河道砂和内前缘相窄小河道砂等微相类型，不同沉积类型的河道砂体特征差异较大，其中建立不同方位地震切片与河道展布联系是开展基于叠前地震五维信息进行河道预测的关键。

2.2.1 复合河道砂体预测

复合河道砂体规模较大，宽度可达500～2 000 m，形如不规则席状砂，内部有许多河间沉积。单一曲流带砂体为带状，厚度约为3～8 m，宽厚比为80～350。砂体边界圆滑曲折，有许多向内弯曲的废弃河道沉积，以及众多的点坝体，每个点坝体由单个河道的侧向变迁、加积和截弯取直形成的，由若干侧积体组成，侧积体之间往往有较薄的侧积夹层遮挡。侧积夹层垂向分布密度约为1～2 m/条，厚度小于10 cm，整个侧积体上部连通关系变差，呈现“半连通体”状态。

提取9个方位地震切片，从中优选出合适的地震切片进行复合河道砂体描述。从图6中可以看到，虽然不同方位的地震切片整体特征一致，但是局部差异还是非常明显的。通过与研究区目的层的沉积特征匹配分析，可见60°～80°反映的点坝砂体特征最为清晰，能够反映出砂体内部的期次特征。通过不同部位的大量切片对比显示，针对复合河道砂体来说，与砂体展布方向(南北向)呈一定夹角或垂直的方位切片更加匹配，夹角范围约为60°～90°。分析原因认为，复合河道砂体整体较厚，内部隔夹层分布，只有与复合河道发育方向呈一定夹角的方位切片更有利于区分内部的河道期次。如图7所示，通过与井数据结合，将点坝砂体进一步精细雕刻，与原有的叠后地震切片相比，识别出了复合河道砂体内部单一河道边界，可为厚砂体内部剩余油分布描述及挖潜提供指导。

图6 基于复合河道砂体的不同方位地震切片Fig.6 Seismic slices in different directions based on composite channel sand body

图7 基于点坝砂体的叠前与叠后对比Fig.7 Prestack and poststack comparison based on point bar sand body

2.2.2 窄小河道识别

内前缘相窄小河道砂体比较窄小，宽度介于100～300 m，平均约为250 m，宽厚比多为40～80 m。河道砂体之间被大片泥质岩充填，钻遇率占30%～50%，仅有小型决口沉积和溢岸沉积物。砂体厚度沿水道方向变化较大，水下分流河道厚度一般在2～4 m，渗透率与厚度关系一致，表现为明显的条带性和方向性，砂体均呈简单的单砂体存在，纵向上主要分布在一个小层或沉积单元范围内。

提取9个方位地震切片，从上优选出合适的切片进行窄小河道砂体描述。从图8中可以看到，不同方位的地震切片差异非常明显，其中小角度方位切片的振幅较弱，大角度方位切片的振幅较强。通过与研究区目的层的沉积特征匹配分析，可见160°～180°反映的窄小河道砂体特征最为清晰，能够预测出窄小河道砂体整体的展布特征。不同部位的大量切片对比显示，对窄小河道砂体来说，与砂体展布方向一致的方位切片更加匹配。分析原因认为，窄小河道砂体一般较薄，孔渗性差于厚砂体，只有顺着窄小河道发育方向的地震切片，更有利于砂体的趋势追踪。如图9所示，叠前地震切片上的窄小河道特征与井数据匹配较好(有效厚度及测井曲线显示了河道特征)，而常规叠后地震切片并没有体现窄小河道的特征，基于叠前五维地震信息识别出窄小河道砂体有利于增大剩余油潜力规模。

图8 基于窄小河道砂体的不同方位地震切片Fig.8 Seismic slices in different directions based on narrow channel sand body

图9 基于窄小河道砂体的叠前与叠后对比Fig.9 Prestack and poststack comparison based on narrow channel sand body

3 指导措施挖潜

基于叠前地震五维信息储层预测方法，在大庆长垣研究区进行复合河道砂体及窄小河道砂体精细描述，指导剩余油挖潜措施方案编制。

如图10所示，基于OVT域方位地震切片，识别出点坝河道砂体。原有相图认为，是一片大规模分布的河道砂体，连通关系好；而基于OVT方位地震切片认为在复合砂体内部存在废弃河道，导致砂体连通关系变差，在废弃河道附近由于遮挡存在剩余油分布；结合注采关系分析，对B1-P3井SII8a层进行压裂，改善水井和油井之间的连通关系，单井日产油7.1 t，日增油4.1 t。

图10 井震结合点坝河道砂体精细描述Fig.10 Fine description of channel sand body of dam at well seismic joint

如图11所示，基于OVT地震切片预测出井间窄小河道发育。原有相图的河道呈零星状分布，而最新相图将河道进行了组合，根据砂体新认识和注采关系分析，认为存在剩余油，对G233-S36井GIII21层进行补孔措施，单井日产油1.5 t，日增油1.1 t。基于五维地震信息的储层预测技术适用于特高含水油田薄互储层精细描述。

图11 井震结合窄小河道砂体精细描述Fig.11 Fine description of sand body in narrow channel by well seismic combination

4 结 论

(1)与常规叠后地震相比，叠前方位地震剖面的同相轴垂向延续时间明显变短，波形变瘦，层间信息更加丰富。

(2)充分利用每个方位的地震属性信息，与常规全叠加地震资料相比，可以消除各向异性带来的干扰，充分突显储层本身的岩性及物性引起的地震响应特征。试验结果表明，方位角间隔为20°的成像剖面可满足后续的层位追踪及储层预测需求，从而可以建立“方位九分”道集部分叠加方案，为后续储层预测提供了信息丰富的地震数据体。

(3)对复合砂体来说，与砂体展布方向呈一定夹角或垂直的方位切片更加匹配，分析原因认为，复合砂体整体较厚，内部隔夹层分布，只有与复合砂体发育方向呈一定夹角的方位地震切片更有利于区分内部的河道期次；对于窄小河道砂体来说，与砂体展布方向一致的方位地震切片更加匹配，分析原因认为，窄小河道砂体一般较薄，只有顺着窄小河道发育方向的地震切片更有利于砂体的连续追踪。

(4)基于叠前地震五维信息的储层预测方法，指导研究区河道砂体精细描述及剩余油挖潜见到成效。适用于特高含水油田薄互储层精细描述。