融频反演技术在J 31块薄储层预测中的应用

马成龙

中国石油辽河油田公司勘探开发研究院,辽宁 盘锦 124010

0 前言

薄储层预测一直是地震勘探领域的热点问题[1],根据Widess模型,在没有噪音的情况下,地震上时间厚度小于1/8波长的薄层是无法分辨的[2]。目前辽河油田研究对象大多是厚度小于10 m的薄层,而地震资料极限分辨率在12.5 m(1/8波长)左右,且全数字三维和三维VSP等高分辨率地震资料极为稀少,所以探索应用常规三维地震资料进行薄储层的识别和预测技术具有较大的实际意义。目前,国内外基于常规三维地震资料进行薄储层预测的方法主要有以下三类:一是地震沉积学,它是以地震属性分析技术、90°相位转换技术以及地层切片技术为核心的新兴边缘学科,主要依靠地震资料横向分辨率来进行薄层的识别[3-5],但是就目前的发展状况来看,尽管该技术解决了一些薄储层预测的问题,但其关键技术仍然存在争议,有待深入完善[6];二是基于模型的地震反演技术,该技术从地质模型出发,采用模型优选迭代扰动算法,通过不断修改地质模型,使模型正演结果与实际地震数据达到最佳吻合,最终的反演结果理论上与测井资料的分辨率相同[7],但该技术存在多解性,难以优选最符合地下情况的地质模型,应用受到限制[8];三是地质统计学反演,该技术基于地质统计学理论,通过变差函数进行插值以获得高频分量来提高分辨率进行薄储层预测,但该插值方法仅为数学算法而不包含地质概念,反演结果往往与实际地质情况差别较大,使该技术的推广受到了局限[9-12]。为此,在对提高分辨率原理及各反演算法进行分析的基础上,以地震波形特征指示反演技术和谱模拟反演技术为核心,提出了优势频率融合的思路,将各反演技术中的优势频率提取出来进行融合,以拓宽资料频带宽度，提高分辨率,进而达到预测薄储层的目的。该技术通过在J 31块的实际应用,实现了8 m砂岩储层分布的预测,并通过钻井证实了预测结果的可靠性。

1 地质背景

J 31块位于辽河坳陷东部凹陷黄金带油田南部,整体上为一个依托驾掌寺断裂而形成的断裂背斜构造,内部被北东向小断层切割复杂化,面积约20 km2。钻井资料揭示新生代地层自下而上依次为房身泡组、沙河街组沙三段、沙一段、东营组、馆陶组、明化镇组以及第四系,整体缺失沙四段和沙二段。主要含油层系为沙一段,沙一段沉积时期,盆地构造活动较弱,驾掌寺等主干断裂活动强度降低,为裂陷衰减期,此时研究区为浅水湖盆环境,来自西北方向董家岗斜坡的沉积物在湖盆四周堆积形成扇三角洲[13-15],研究区储层主要为水下分流河道、席状砂以及湖底扇等岩性体,单层厚度均小于8 m。

2 J 31块薄储层反演预测

波阻抗反演的频谱主要由低频、中频和高频三部分组成,其中低频成分一般分布在0～9 Hz之间,变化较缓慢,横向分布稳定,可利用井插值模型获得;中频成分一般在9～45 Hz之间,可利用地震数据求取波阻抗获得;高频成分一般大于45 Hz,可通过井间模拟获得,但不够准确,因此可采用地震波形特征指示反演(SMI)方法加以解决。本文提出的优势频率融合研究思路,首先联合开展谱模拟反演和地震波形指示特征反演,再提取各反演结果的优势频率成分进行融合,由此来拓宽反演结果的频带宽度,提高反演结果的分辨率,以达到预测该薄储层分布的目的。

2.1 谱模拟反演

谱模拟反演技术是一种频率域的测井约束波阻抗反演方法,其核心是用地震资料的频谱和井资料的频谱相匹配来完成反演过程,具有不需要初始模型约束的优点,而且对井的依赖程度小,可以实现全局优化,在很大程度上减少了人为因素对反演结果的影响,可以客观地反映储层的展布特征。缺点是谱模拟反演结果与地震数据具有相同的频带宽度,缺少低频成分和高频成分,分辨率低[16]。谱模拟反演技术虽然无法直接对薄储层分布进行预测,但是可以客观地反映出包含目的层在内的具有一定厚度地层的整体变化趋势。在本次研究中谱模拟反演主要有两方面作用:作为低频趋势约束估算的高频成分向正确的方向收敛;将其优势频率成分作为最终反演结果的中低频成分。

图1为谱模拟反演结果,时间分辨率约为20 ms。由图1可以看出该反演结果无法直接看出目的层的分布情况,但是可以看出包含目的层在内约50 m厚地层的分布特征(图中虚线范围),该层在全区均有分布,西南较厚,向东北逐渐减薄。

图1 过J 31井谱模拟反演剖面

2.2 地震波形特征指示反演

地震波形特征指示反演(SMI)是以传统的地质统计学为基础,利用沉积学原理,按照地震波形的横向变化特征预测分析储层的相变特征,进而研究储层垂向岩性组合高频结构特征。该方法采用“地震波形指示马尔科夫链蒙特卡洛随机模拟(SMCMC)”算法,在空间结构化数据指导下,参照空间分布距离和地震波形相似性两个因素对所有井按关联度排序,优选与预测点关联度高的井作为初始模型,对高频成分进行无偏最优估计,并保证最终反演的地震波形与原始地震一致,实现了空间上受地震相约束的效果,同时符合沉积规律[17-20]。该方法在很大程度上提高了反演结果的确定性,减少了多解性。

地震波形特征指示反演在本研究中的作用是在相控约束下提供识别薄储层所必须而地震资料中不具备的高频成分。但由于高频成分具有随机性,而且随着频率的提高,随机性也随之增强,所以最高截止频率在满足薄储层预测需要的前提下越低则预测结果越可靠。根据研究区8 m薄储层预测的需要确定高频端为120 Hz。图2为地震波形特征指示反演结果,虚线所标注的层位即厚度为8 m的目的层,由图2可以看出该层已经有了明显的阻抗异常,由此证明该波阻抗数据体的分辨率完全满足该薄储层预测研究的需要。

图2 过J 31井地震波形特征指示反演剖面

2.3 优势频率融合

由于谱模拟反演结果中与地震资料频带宽度(9～45 Hz)一致的频率成分比地震波形特征指示反演更为可靠,而地震波形特征指示反演可以在沉积约束的基础上估算谱模拟反演结果中所不具备的45～120 Hz频率成分,低频模型可以根据井资料提供0～9 Hz的低频成分,将上述各部分的优势频率成分进行融合,则最终反演结果的各个频段的频率成分都是最优的。

图3是频率融合之后的最终反演结果,虚线所标注的位置为目的层,由图3可以清晰地看出目的层的分布范围。目的层之上的高阻地层根据井资料分析为2～4 m的细砂岩与泥岩互层,由于最终反演结果的频带宽度不满足识别4 m薄层的要求,所以呈现出低阻背景下具有一定厚度的高阻特征,而目的层以下根据钻井资料揭示为大段泥岩夹粉砂岩和泥质粉砂岩,反演结果也呈现出大段的低阻特征,可见两者吻合程度较高,证实了该研究结果的可靠性。

图3 优势频率融合后全频带波阻抗剖面

2.4 效果分析

图4为基于优势频率合并数据体沿着目的层提取的沿层波阻抗切片,反映了薄储层的空间展布特征,其西北边界为一条走滑断层,虚线范围为预测薄储层分布区域。由图4可以看出J 31块薄储层沿着断层向东南方向呈扇形展布,面积为1.2 km2,通过区内新完钻井钻遇情况对上述预测结果进行验证,结果表明:在预测储层分布区内新完钻的J 34井钻遇该套储层,岩性与J 31井一致,均为砂砾岩体,厚度为8 m;而周边H 35、H 42、H 64、H 95、J 602等井均不发育该薄储层。通过上述分析可见,本研究结果与钻井资料显示一致,证实了本次预测结果的可靠性,也证实了该预测方法的可操作性。

图4 J 31块薄储层反演预测平面图

3 结论

1)综合岩心及测井资料开展岩石物理分析是薄储层反演预测的基础和关键,只有当波阻抗可以对薄储层与围岩进行区分时才可以逐步开展高分辨率储层反演研究。

2)基于优势频率融合的思路,联合开展谱模拟反演和地震波形特征指示反演,提取谱模拟反演结果中与地震资料频带宽度(9～45 Hz)一致的频率成分、地震波形特征指示反演中地震频带宽度范围之外的高频成分(45～120 Hz)、以及低频模型中的低频成分(0～9 Hz),三者融合后形成的全频带波阻抗数据体可以实现8 m薄储层的分布预测,为类似区块勘探开发提供借鉴。