利用保持储层结构的地震反演表征曲流河储层构型

黄建廷 李 浩 潘广明 吴金涛 黄 奇 赵澄圣

(1. 中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459； 2. 武汉时代地智科技股份有限公司 湖北武汉 430000)

随着油田开发进入中晚期高含水、特高含水阶段，储层内部结构控制的剩余油逐渐成为油田开发调整挖潜、提高油气采收率的主要目标。储层构型也称为储层建筑结构，是指不同级次储层构成单元的形态、规模、方向及其叠置关系[1]。陆上油田基于密井网资料开展储层构型研究，取得了较好的应用效果；而海上油田通常采用水平井开发，井距较大、井网稀疏，主要依靠地震资料和井资料，采用井震结合的思路开展储层构型研究[2]。受限于地震垂向分辨率，常规地震资料及常规反演资料往往只能识别10～20 m的大套厚层复合河道砂体[3]。因此，近些年地质统计学反演高分辨率储层预测方法得到快速发展并广泛应用。储层地质统计学反演通过结合测井数据的纵向分辨率和地震的横向分辨率进行地质统计意义的储层空间预测，大大提高了地震纵向分辨率。然而河流相储层横向相变快，河道迁移摆动随机性强，复合河道砂体纵向多期叠置、横向切叠，内部结构复杂。地质统计学反演高频成分来自随机模拟，反演结果随机性强，横向分辨率低[4]，反演结果往往表现为模型化较严重，储层内部结构被掩盖，并要求井控程度高且均匀分布，不利于海上稀井网条件下开展储层构型解剖。因此，本文在曲流河沉积模式与定量知识库的指导下，利用保持储层结构的波形相控反演数据，采用“层次分析、井震结合、模式拟合、动态验证”的思路开展储层构型精细研究，提高纵向分辨率的同时保持储层内部结构。该方法可为海上油田稀井网条件下河流相储层构型精细表征提供借鉴。

1 研究区概况

研究区位于渤海海域石臼坨凸起中部，是在古隆起背景上发育的被断层复杂化的断裂背斜构造，整体向西抬升，表现为低幅构造特征。该油田地层自上而下分别为第四系平原组、新近系明化镇组和馆陶组、古近系和前古近系。油田的主要含油气层系为新近系明化镇组下段，也是本次研究的目的层段。明下段自上而下共划分了Nm0、NmⅠ、NmⅡ、NmⅢ 4个油组，主要发育曲流河沉积，岩性主要为中粗、中细砂岩，岩性组合表现为大套泥岩夹薄层砂岩和砂泥岩互层的特征。该油田主力含油砂体为多期复合河道砂体，平面及纵向上各期河道砂体叠置关系与连通关系复杂，沉积储层较薄，单层平均厚度5～8 m，地震资料分辨率较低，主频40 Hz左右，地震视分辨率为12～15 m，常规地震资料或常规地震反演无法满足储层内部结构精细解剖和开发调整的需要。

2 井震结合储层构型解剖方法

2.1 保持储层结构的地震反演

传统地质统计学反演建模采用地质统计学全频带井曲线插值建模方法，用变差函数模型描述数据空间结构的变异性，通过变差函数控制井间的插值建模。数据空间结构横向变化是沉积地层岩性、物性及砂体空间展布关系等因素的综合响应，且受井网分布影响，变差函数很难全面地表征这种复杂变化，很容易破坏对储层空间结构的表征能力，降低反演的横向分辨率。而地震波形是储层岩性组合的调谐样式的综合响应，地震相在地震反射上具有明显的外部形态及内部结构特征，其横向变化反映了储层空间结构的相变特征。波形相控反演利用地震波形的横向变化代替传统变差函数表征储层的空间变异程度，同时提高了储层预测的纵向分辨率和横向分辨率，实现了高分辨率“相控”储层预测[5]，反演结果保持和反映了储层内部结构特征，更加适用于相变快、储层内部结构复杂的曲流河沉积薄储层的精细预测。因此，本文采用波形相控反演方法开展储层精细预测，其原理是利用地震波形横向相似性驱动高频测井信息实现高分辨率反演。波形相控反演方法是基于多频段建模、反演方法组合进行的，其中低频段(0～10 Hz)部分无地震频带，利用测井的低频信息采用井插值模型获得；中频段(10～100 Hz)是地震频段，充分利用地震资料高横向分辨率的特征，采用简单的谱反演实现，其结果与地震吻合性好，保留了地震反射结构特征；地震之外的高频段(100～300 Hz)通过对比井旁道地震的相似性，采用地震波形相控井插值建模实现，井间利用地震波形作为指示因子参与反演，使反演结果纵向上与测井高频信息吻合，横向上遵循地震波形的变化；超高频段(>300 Hz)随机性强，应用随机模拟实现(图1)。

2.2 井震结合储层构型解剖

根据Miall(1996)曲流河储层构型级次划分方案[6]，复合河道沉积体、单一曲流带、点坝分别对应6～4级构型单元。对于开发井距大 (一般超过 300 m)的海上油田来说，稀疏的井网资料并不足以支撑储层构型研究尺度，尽管井点资料不足，但海上油田普遍有相对高品质的地震资料[3]，因此采用“层次分析、井震结合、模式拟合、动态验证”的构型研究思路，开展海上稀井网条件下曲流河储层构型解剖。首先建立全区精细等时地层格架，将地层划分至最小等时沉积地层单元，即小层；然后在小层内部对多期叠置复合河道基于保持储层结构的地震反演体井震结合开展河道期次划分，进而结合生产动态、油水系统等资料分析复合河道砂体内部单一河道砂体叠置关系与连通性。在河道期次划分基础上进行单一河道平面侧向划界，弄清单一河道砂体(5级构型)空间展布；在5级构型单元刻画基础上，在沉积模式指导下，结合多井信息、地震数据，在地质知识库规模约束下，识别与合理组合单一点坝(4级构型)空间组合，并利用油藏动态资料进行验证与优化；点坝内部侧积夹层(3级构型)地震无法识别，主要在单一点坝(4级构型)控制下，依赖对子井信息、动态资料与沉积模式指导下进行预测与等效表征。

图1 保持储层结构的波形相控分频反演组合频谱Fig.1 Combined spectrum of the waveform facies-controlled frequency division inversion with the preservation of the reservoir architecture

3 实例分析

按照上述井震结合储层构型分析方法，以渤海Q油田南区NmⅡ-1237砂体为例，基于保持储层结构的波形相控反演数据，开展研究区储层构型精细研究。

3.1 精细地层划分与对比

以高分辨率层序地层学理论为指导，开展精细地层划分与对比，将目的层划分至最小等时沉积地层单元，即小层或超短期基准面旋回地层，为后续储层构型精细解剖构建等时地层格架。研究区主力含油气层系明下段4个油组划分为27个小层(表1)，其中目的砂体NmⅡ-1237砂体位于NmⅡ-2小层。

表1 研究区小层划分方案Table 1 Sublayer division scheme of the study area

3.2 垂向分期与侧向划界

储层构型研究的本质在于垂向分期与侧向划界[7]。在曲流河沉积模式与定量知识库的指导下，利用保持储层结构的波形相控反演数据，采用“层次分析、井震结合、模式拟合、动态验证”的思路开展储层构型精细解剖。

3.2.1单一河道识别与划分

复合河道砂体(6级构型)内部单一河道(5级构型)识别与划分是储层构型精细解剖的关键，有利于构建更准确的地质模型和挖潜剩余油，对储层连通性分析、油田井位部署及开发调整起着至关重要的作用。根据多井对比、波形相控反演剖面特征并结合地层切片沉积演化分析结果，在地质知识库的规模约束下开展单一河道识别与划分。

1) 井震结合多井对比。

河道边界的准确识别是识别单一河道的关键，密井网构型解剖中已形成较成熟的单一河道边界识别标志，包括废弃河道、河道砂体高程差异、河道砂体厚度差异以及不连续分布的薄层细粒河间沉积等。本文在结合密井网构型解剖法单一河道边界识别标志的基础上，井震结合、平剖互动识别与划分单一曲流河带。多井对比显示河道砂体厚度规模与高程均存在差异，波形相控反演较好的保持了地震结构特征，反演剖面特征进一步论证了NmⅡ-1237砂体纵向上发育两期单一河道砂体(图2)。

2) 地层切片演绎分析。

地震沉积学研究基于下列两个基本原理：一般沉积体系都具有宽度远远大于厚度的特征；用地震垂向分辨率在垂向上无法识别的地质体，在平面上有可能通过地震横向分辨率被识别出来[8]。因此，针对常规解释技术难以连续追踪解释的低级次层序地层单元，利用地层切片技术开展目的层单一河道识别与划分及其沉积演化规律分析。利用研究区稳定分布、可连续追踪解释的NmⅡ与NmⅢ油组顶地震层位进行地层切片。单一曲流带河道砂体在地震切片上表现为强振幅反射，平面上呈蛇曲状展布，轮廓较清晰；单一曲流带间发育泛滥平原细粒沉积。通过地层切片分析认为NmⅡ-1237砂体纵向发育两期复合河道砂体，其中早期主体区发育2条单一曲流河道，地层切片显示河道形态清晰，河道砂体强振幅区近NW—SE向展布(图3a)；晚期北部主体区发育1条单一曲流河道，河道砂体强振幅区近W—E向展布(图3b)。

图2 多井对比与波形相控反演剖面Fig.2 Profile of multi-well comparison and waveform facies-controlled inversion

图3 NmⅡ-1237砂体地层切片Fig.3 Stratigraphic section of NmⅡ-1237 sand body

3) 定量知识库规模约束。

Leeder[9]认为曲河流满岸深度h与满岸宽度w具有较好的正相关关系，其中河道满岸深度与单一向上正旋回砂体厚度近似相等(式(1))。

lgw=1.54lgh+0.83

(1)

Lorenz 等[10]通过对现代曲流河数据的统计分析，提出了满岸宽度w与曲流带宽度Wm的定量关系(式(2))。

Wm=7.44w1.01

(2)

在统计单井钻遇点坝砂体厚度基础上，根据式(1)和式(2)即可求得研究区单一曲流带宽度分布范围，进而为单一河道划分提供规模约束。过路井钻遇NmⅡ-1237砂体的点坝砂厚为5～11 m，通过以上经验公式计算单一河道带宽度范围为850～2 300 m。研究区NmⅡ-1237砂体地震地层切片显示单一河道带边界较清晰，通过实际量取地层切片单一河道带宽度范围900～2 400 m，与经验公式计算得到的曲流带宽度规模吻合性较好。因此，可利用经验定量知识库为单一河道的识别与划分提供规模约束。

3.2.2多信息模式拟合点坝分布

在沉积模式与定量知识库指导下，综合运用地震资料、多井资料及动态资料进行井震结合、平剖互动，从单井一维点坝、废弃河道识别——二维连井对比剖面、地震反演剖面特征、平面砂体分布特征，实现点坝砂体定量模式与实际井震资料的拟合，合理组合刻画平面构型单元展布特征，使其符合地质模式，同时与井震资料、动态响应相吻合，实现地下曲流河点坝砂体储层构型的定量表征。

3.3 河道砂体叠置模式与叠置关系分析

3.3.1河道砂体叠置模式

沉积体系通常是由不同级次、不同规模的沉积单元在空间上复合叠置而成[11]，关于碎屑岩沉积体系的构型级次划分以河流相体系的研究最为成熟。Miall(1996)的储层构型级次划分方案[6]中将多期叠置复合河道沉积体与单期次复合河道沉积体(发育多条单一河道带)统称为6级构型单元。吴胜和 等[12](2013)的12级构型分级方案中将复合河道沉积体进一步划分为叠置河流沉积体(5级)与河流沉积体(6级)。因此，本文将河道砂体叠置模式分为多期叠置复合河道砂体与单期次复合河道砂体叠置模式两大类。

单期次复合河道砂体整体上是相对等时的，但如果进一步划分为更小级次构型单元，其内部发育的单一河道也并非绝对同期形成，单一河道砂体的形成在时间上存在一定先后关系，在空间上存在纵、横向切叠关系，形成曲流河复合河道砂体内部复杂的砂体叠置时空关系(图4a—e)，包括同层同期不同位孤立式、同层不同期不同位孤立式、同层同期不同位切叠式、同层不同期不同位接触式、同层不同期不同位切叠式。

图4 曲流河单一河道砂体叠置模式Fig.4 Superposition relationship of single channel sand body in meandering river

多期叠置复合河道砂体纵向上发育多期复合河道砂体，其内部砂体叠置模式包括不同层(最小可划分沉积地层单元)不同期同位孤立式、不同层不同期同位切叠式与复合式，如图4f—h所示。

3.3.2砂体叠置关系与连通性分析

在上述河道砂体叠置模式指导下，利用保持储层结构的波形相控反演数据，通过井震结合、平剖互动的方式对复合河道砂体内部结构精细解剖，弄清复合河道砂体内部单一河道砂体纵横向叠置关系，并结合油水关系及生产动态分析砂体连通关系。NmⅡ-1237砂体早期探井1S-2井钻遇5.5 m厚油水同层，油水界面-1 217 m，NmⅡ-1237砂体高部位具有一定开发潜力。但如前文所述，分析认为NmⅡ-1237砂体主要发育3条单一河道，其中早期北部A7HP井区与南部1S-2井区各发育一条曲流带，中间被广泛发育的泛滥平原泥分隔，为同期不同位孤立式接触。另外晚期自A4P1井区发育1条单一曲流带，其与早期两条单一河道为不同期不同位孤立式接触，与1S-2井区存在不连通风险(图5)。

图5 研究区NmⅡ-1237复合河道砂体沉积微相平面分布图Fig.5 Plane distribution of sedimentary microfacies of NmⅡ-1237 composite channel sand bodies in the study area

3.3.3动态验证

考虑到存在的砂体不连通风险，利用油(气)水关系及生产动态资料分析和验证砂体连通关系，在开发调整方案中优化了钻井顺序，借助过路井进一步评价砂体潜力。过路井A17H井钻遇气水同层，气水界面为-1 209 m；过路井A4P1钻遇10.4 m水层，水层顶面构造深度为-1 204 m；而探井1S-2井钻遇5.5 m厚油水同层，油水界面为-1 217 m。因此，A17H井区、A4P1井区与探井1S-2井区为三套独立流体系统。通过过路井油(气)水关系进一步验证了前文关于NmⅡ-1237复合河道砂体内部单一河道砂体叠置关系与连通性的认识，从而规避了5口风险调整井井位，为油田开发井位优化与潜力挖潜提供了地质依据。

4 结论

1) 波形相控反演利用地震波形的横向变化代替传统变差函数表征储层的空间变异程度，实现了高分辨率“相控”储层预测，反演结果保持和反映了储层内部结构特征，更加适用于相变快、储层内部结构复杂的曲流河沉积薄储层的精细预测。

2) 在建立研究区精细等时地层格架的基础上，利用保持储层结构的波形相控反演数据，综合运用井震结合多井对比、地层切片演绎分析、定量知识库规模约束等技术手段，对复合河道内单一河道进行了识别与划分，降低了井间储层构型预测的不确定性。

3) 分析总结了复合河道砂体内部单一河道砂体叠置模式，河道砂体叠置模式分为多期叠置复合河道砂体与单期次复合河道砂体叠置模式两大类。单一河道砂体的形成在时间上存在一定先后关系，在空间上存在纵、横向切叠关系，形成曲流河复合河道砂体内部复杂的砂体叠置时空关系。