HFE拓频处理技术在周清庄油田及周边地区的应用

0 引 言

周清庄油田及周边地区主要含油层系是沙河街组,B 48X1及F 35-22井区油藏埋藏深,砂岩储集层单层厚度薄,储集层有效厚度在20 m左右。原始的地震数据品质较好,信噪比较高,主频在25 Hz左右,地层速度在4 000 m/s左右,理论分辨率只有40 m,对分辨薄砂层有困难。近年来为了提高地层分辨率,拓频技术在地震勘探评价中已成为一种常用方法,在近年来的研究中,常用HFE(High Frequency Extension)拓频处理技术分析地震数据^[1,2,3,4,5]。综合保真度及地质应用效果的分析,在该区取得了较好的应用效果,增强了储集层的高频响应,显著提高了地震资料的分辨率,更加精细地反映了属性的异常变化,对储集层预测起到了细致刻画的作用,提出了各油组的储集层展布及储集层有利相带,并在B 48X1井区实施验证。

1 HFE拓频处理技术介绍

地震记录是反射系数序列在频率空间低频端的投影(图1),若将频率空间低频端的地震记录反投影到更宽更高的频带,则可以达到拓宽频带提高分辨率的目的(图2)。HFE的拓频等效于:将一个由低频子波形成的地震数据转换为由高频子波形成的地震数据,从而提高分辨率^[6,7]。

低频子波w(t)与反射系数r(t)的褶积形成低分辨率地震记录y(t);高频子波w(at)由低频子波w(t)压缩a倍得到,再与反射系数r(t)的褶积得到高分辨率地震记录h(t)。

y(t)=r(t)·w(t)(1)

h(t)=r(t)·w(at), a>1(2)

这里,a为子波压缩系数(无量纲),高频子波由低频子波压缩a倍而得^[7-8],t为时间(ms)。所以,HFE高频拓展方法可以归结为求解如下问题:

已知: y(t)=r(t)·w(t),且r(t)、 w(t) 未知;

求解: h(t)=r(t)·w(at), a>1。

求解以上方程时,由于不需要已知子波,这样就避免了求取子波方法上存在的问题,同时HFE就可以保持地震子波时变、空变的相对关系,保持地震数据的时频特性和波组特征。根据地震数据的品质,选定合适的a值,求解以上方程,可得到高分辨率地震数据。

子波压缩程度参数a是HFE处理方法中最关键的参数,a的大小直接决定了拓频所能达到的最高频率(f_a)。f_a受到原数据品质(主要是信噪比和信号有效频带宽度)的直接限制,因此永远小于截止频率。数据品质可以理解为原数据的信息量。当信息量确定后如果选取过高,拓频后接近f_a端部的频率成分可信度会有所降低,影响HFE的处理质量。这表明通过试验选择一个合适的a值是保证HFE处理质量的关键。

2 应用效果分析

2.1 研究区的地震拓频需求

B 48X1井区位于周清庄油田东部,主要含油层系是滨Ⅳ油组,地层分布比较稳定,厚度140~180 m,埋深3 650~3 847 m,油藏中深3 749 m,是一个高部位受岩性构造影响的岩性-构造油藏。滨Ⅳ油组砂泥岩呈不等厚互层,泥岩隔层单层厚度为5~10 m,为主要的隔夹层,但在断块内分布并不稳定。滨Ⅳ油组分别细分为5个小层,砂体主要发育滨Ⅳ油组的2、3、4小层,这些小层也是该区的主要含油层,厚度大部分小于20 m。研究需求主要有以下两方面:

(1)原始的地震数据品质较好,信噪比较高,但主频在25 Hz左右,B 48X1井区滨Ⅳ油组地层速度在4 000 m/s左右,理论分辨率40 m,因而在原始地震数据中难以看到储集层的横向变化,储集层的顶界面为波峰响应,底界为波谷响应。

(2)工区西部砂岩储集层上倾尖灭,滨Ⅳ砂组上倾尖灭位置在原始地震数据上难以识别。

F 35-22井区位于周清庄油田北部,主要含油层系为沙河街组沙一下亚段板3油组,地层厚度50~85 m,埋深3 200~3 700 m,整体上是一个低孔低渗带油环定容凝析气藏。沙一下沉积时期处于近南北向重力流水道沉积环境,主要目的层板3油组,储集层单层厚度小于20 m。主要有以下两方面的研究需求:

(1)原始的地震数据品质较好,信噪比较高,但主频在25 Hz左右,地层速度在3 550 m/s左右,理论分辨率只有35 m,因而地震数据的分辨率无法满足砂岩储集层的识别要求;

(2)钻遇井存在高水低油的矛盾,从地质角度可以论证不是同一套砂体,但是在原始地震数据中难以识别,缺乏论证^[8,9,10]。

2.2 HFE参数试验

研究区中选取2~3条联井地震线分别进行低、中、高3种拓频参数试验。3种子波压缩系数a分别为:低参数1.6;中参数1.8;高参数2.0。对比3种不同拓频参数处理的拓频数据频谱,随着a值的增大,原始资料的频带逐步拓宽,从原始资料的10~40 Hz分别拓宽到10~50 Hz、10~65 Hz、10~75 Hz,分辨率也随着频带的拓宽而提高。经HFE拓频处理后的地震数据,新增的同相轴与合成记录大部分都有很好的对应关系,然而当a为2.0以上时,信噪比开始降低。为了较好地保持原始地震数据的信噪比,又能显著提高地层的分辨率,满足研究区的需求,分析中参数a=1.8时,识别砂层厚度基本到达到原始资料的1/2,故以参数a=1.8进行后续HFE拓频批处理。

2.3 保真度分析

2.3.1 整体剖面对比分析

通过整体的剖面对比,两个井区在基本保持了地震数据信噪比的同时,也很好地保持了相对振幅关系和波组特征^[2]。在此基础上,层间反射细节丰富:B 48X1井区原始地震数据滨Ⅳ段砂层主要响应为从波峰到波谷,HFE拓频处理之后,在这套波峰与波谷之间多了一个同相轴,内部多出的同相轴与测井波阻抗曲线有很好的对应,对分析滨Ⅳ段的储集层有了更好的地球物理依据。F 35-22井区沙一中之下的板2与板3油组原始地震数据,表现为一较大的复波谷反射,通过HFE处理之后,原来复波谷的位置同样多出一波峰同相轴,该波峰为板3油组储集层的底界,同时板2油组的底界面明确,分辨率明显提高2倍左右,这为后续落实本区板3砂岩储集层特征提供了高分辨率的地震数据。

2.3.2 时间切片对比

时间切片对了解地下构造形态和查明某些特殊地质现象有比较直观的展示,研究中对两个井区分别进行了地震时间切片对比。B 48X1井区总体构造特征为向南西抬升,向南西倾伏的坡折构造,同时南北受断层控制形成地堑,该坡折带是控制储集层分布的有利区域,油气富集的主要场所;F 35-22井区则是一个南北向展布的古沟槽的中心,开发井位于构造的最低部位。

在B 48X1井区利用2 950 ms时间HFE拓频前后时间切片对比(图3),在F 35-22井区分别利用2 470 ms、2 550 ms HFE拓频处理前后时间切片对比分析。通过拓频处理前后的切片展示,在高分辨率的拓频数据体上,其时间切片总是与原始地震数据的时间切片构造形态保持不变,但由于内部的地震轴增加,平面上的显示更细致地勾勒出了该区的构造特点。

2.3.3 合成记录对比分析

研究中的合成记录采用理论带通子波进行标定:首先根据地震资料的频谱特征,确定所用理论带通子波的频带宽度,按照地质分层数据,利用波阻抗曲线或速度曲线进行地震反射层位的标定。对工区中所有井进行了精细的HFE拓频前后的合成记录标定^[11]。

分析对比可知,原始数据对应好的界面,在HFE拓频处理后同样对应很好,整体上保持一致。数据经HFE拓频处理后增加的细节与合成记录道也有很好对应。以G 2017井HFE拓频前、后的合成记录对比为例:HFE拓频后,合成记录能保持拓频前的对应关系,井旁道上新分辨出的反射细节也有较好的对应关系^[11]。HFE拓频后,板3段由原始的“波谷-波峰-波谷-波峰”拓频出“波谷-波峰-波谷-波峰-波谷-波峰”,两套储集层的顶底界面清晰,均为波谷到波峰的反射。

综上所述,整体剖面对比、时间切片对比以及合成记录标定对比都证实了HFE拓频处理成果的有效性^[12]。

2.4 地质效果应用分析

总的来说,通过HFE拓频处理技术在两个地震工区的应用,都取得了良好效果,与原始地震数据对比,纵向上显著提高了分辨率,平面上刻画出了砂体的横向变化特征及砂岩的尖灭线位置^[13],为井区储集层预测提供了更好的地球物理依据。

2.4.1 储集层横向展布刻画

B 48X1井区处在一个斜坡上的坡折构造,储集层在坡折带发育,高部位尖灭,低部位的油水界面通过完钻井外推可得,而向高部位的斜坡区储集层展布范围,一直是个亟待解决的问题,该区尖灭点的确定则能够决定井区储量的扩展规模,具有重要的评价意义。

滨Ⅳ段主要分为上下两套储集层,且储集层横向变化较快,在工区内抽取的地震剖面上,原始地震数据滨Ⅳ段砂层主要响应为从波峰到波谷,HFE拓频处理之后,在这套波峰与波谷之间多了一个同相轴,能够反映出主力储集层滨Ⅳ段砂岩的横向变化展布。该同相轴连续性好、可追踪,且尖灭点位置延伸较远,到西部尖灭位置清晰可见(图4)。

综合分析可知,储集层在G 52井东200 m处上倾尖灭,结合AIW波阻抗反演(基于小波边缘分析建模的波阻抗反演)之后,横向变化更加清楚,位于剖面左边的滨Ⅳ段砂岩储集层的尖灭线识别变得更为容易^[6,9]。

2.4.2 储集层厚度预测

在HFE处理后的地震数据基础上,进行AIW反演对储集层厚度进行预测,该方法采用联合测井声阻抗与直接从地震数据本身获取的地震特征数据建立初始模型并作为约束条件参与反演过程控制^[14]。这两类数据相互补充,减少了对完井数据的依赖程度,改善了初始模型的质量,避免了约束条件不足等因素带来的负面影响,使反演更为精确的向着实际地质模型收敛^[15]。

上、下砂组储集层的厚度与地震反演厚度对比表中展示,统计了9口井,上下砂体不太吻合的井有两口,吻合率达80%。F 15-16井与GS 31井反演结果比实际井上的情况要厚(表1)。其他井砂组储集层的厚度与反演的厚度基本对应,相对关系一致。

2.4.3 开发区内新完钻井的验证

近年来开发区内完成拓频处理后,在B 48X1井区内相继完钻了F 15-26、F 15-24两口井。该井区内HFE拓频处理之后,目的层多出一个同相轴,在此同相轴下,基本可以区分为上、下两套油组。AIW反演之后,反演剖面与波阻抗曲线对应良好,反演数据体的纵向变化与波阻抗曲线的纵向变化一致,可以更加清晰地反映储集层的变化^[16],尤其是储集层中间夹有一套薄泥岩,泥岩特征清楚。两口井完钻后滨Ⅳ钻遇上、下2套砂组,F 15-26井区泥岩稳定,上砂组厚15 m左右,下砂组厚度10 m,到F 15-24井区下砂组变厚,泥岩变薄上下难区分。

2.4.4 综合评价有利区选取及储量扩展

歧北地区主要为北部燕山物源,受不同时期古湖湾的控制,形成多套向高部位尖灭的岩性圈闭。沙二段为水进的超覆沉积,发育受古湖湾控制的沿岸沙坝及扇三角洲沉积,单砂层厚度大,纵向上滨Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ砂体叠覆出现。在井区中部B 48X1井滨Ⅳ砂组储集层厚度12.2 m/3层,试油期间产油为125.1 t/d,产气30 264 m³/d。对储集层尖灭点识别追踪后,预计井区西南部高部位存在有利评价区,储集层变薄预计有利储集层厚度4 m,可实现储量扩展,圈定了有利储集层发育面积4.5 km²,预计增储176×10⁴ t。

2018年初在B 48X1井区西南部部署了1口评价井,完钻后测井显示共钻遇油气层22.4 m/12层,其中油层8.7 m/2层,差油层13.7 m/10层。其中在滨Ⅱ油组钻遇差油层6 m,基本与预计相符,含油面积14.58 km²,储集层厚度5 m,预测储量383.2×10⁴ t。该井的实施经验说明岩性油气藏在坡坪处为非常有利的发育区,大断层港东断层作为稳定的油气提供运移的通道,附近含油气丰富,形成了一个典型的断砂控藏模式油藏。

3 结 论

HFE 采取压缩子波的途径提高分辨率,避开了子波难以求取的常规反褶积拓频方法难点。在原始地震数据品质较好、信噪比较高地区,能显著提高分辨率达到1.8倍左右,并基本保持地震数据相对振幅关系和时频特性,说明了方法的合理性,能够定性预测储集层横向分布形态。

通过对两个井区的研究,优选了在B 48X1井区评价井实施,钻遇储集层厚度与预计相符,使井区储量获得有效扩展,对储集层的横向展布有了新的认识,表明了在周清庄油田及周边地区该HFE拓频处理方法的适用性较好。

The authors have declared that no competing interests exist.

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参考文献

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