引用本文
郭淑文, 董晓伟, 朱伟峰, 曾天玖, 蒙文, 贺照权, 王文涛, 邢兴. 高分辨率地震处理解释技术在埕北低断阶岩性油气藏勘探中的应用[J]. 录井工程, 2020,31(S1): 113-119.
GUO Shuwen, DONG Xiaowei, ZHU Weifeng, ZENG Tianjiu, MENG Wen, HE Zhaoquan, WANG Wentao, XING Xing. Application of high-resolution seismic processing and interpretation technology in the exploration of Chengbei low step fault block lithologic reservoirs[J]. Mud Logging Engineering, 2020,31(S1): 113-119.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2020.S1.019  
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高分辨率地震处理解释技术在埕北低断阶岩性油气藏勘探中的应用
郭淑文①, 董晓伟①, 朱伟峰①, 曾天玖②, 蒙文③, 贺照权②, 王文涛②, 邢兴①
① 中国石油大港油田分公司勘探开发研究院
② 中国石油东方地球物理公司研究院大港分院
③ 中国石油大港油田分公司第三采油厂

作者简介：郭淑文 高级工程师,1974年生,1996年毕业于大庆石油学院矿场地球物理专业获学士学位,2001年获中国石油勘探开发研究院地球探测与信息技术专业硕士学位,2009年获中国地质大学(北京)地球物理工程专业博士学位,现在大港油田勘探开发研究院从事储集层预测研究工作。通信地址:300280 天津市滨海新区大港油田勘探开发研究院。电话:(022)63951165。E-mail:guoshwen@petrochina.com.cn

摘要

埕北低断阶位于滩海区,区内断裂发育,砂体横向变化大,纵向相互叠置,受浅水地表采集及地下复杂地质条件的影响,常规处理的地震资料品质及储集层预测精度无法满足岩性油气藏叠置储集层的精细预测。为此,开展了滩海地区地震资料的高分辨率处理解释技术研究:采用浅水鸣震与混响全频带压制技术压制高频噪音、突出地震数据低频特征,增加地震资料的频宽;应用五维空间重构的半面元化处理技术,增加空间采样率,加强有效信号,提高地震成像精度;以高分辨率地震资料为基础,开展相控地质统计学反演提高储集层预测精度,降低反演的多解性,实现五级层序主力单砂体定量刻画。埕北低断阶沙二段实际应用效果表明,高分辨率处理地震剖面可识别追踪10个五级层序界面,根据相控反演结果可明确3支砂体带空间分布变化,储集层预测符合率85%,可满足该区高分辨率精细预测及储量动用的地质需求。

关键词: 高分辨率; 浅水多次波; 半面元化; 相控地质统计学反演; 储集层预测
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Application of high-resolution seismic processing and interpretation technology in the exploration of Chengbei low step fault block lithologic reservoirs
GUO Shuwen①, DONG Xiaowei①, ZHU Weifeng①, ZENG Tianjiu②, MENG Wen③, HE Zhaoquan②, WANG Wentao②, XING Xing①
① Exploration and Development Research Institute of PetroChina Dagang Oilfield Company,Tianjin 300280,China
② Dagang Branch of BGP Research Institute,CNPC,Tianjin 300280,China
③ No.3 Oil Production Plant of PetroChina Dagang Oilfield Company,Tianjin 300280,China
Abstract

Chengbei low step fault block lies in the tidal-flat area,within which fault developed,sand body has great lateral variation and overlaps vertically. Affected by shallow water surface acquisition and underground complex geological conditions,the quality of conventionally processed seismic data and the accuracy of reservoir prediction cannot meet the fine prediction of overlapped reservoirs of lithologic reservoirs. To this end,the research on high-resolution processing and interpretation technology of seismic data in tidal-flat area was carried out. Shallow water singing and reverberation full-spectrum band suppression technology was used to suppress high-frequency noise and highlight the low-frequency characteristics of seismic data,increasing the bandwidth of seismic data. Half bin processing technology of five-dimensional spatial reconstruction to increase spatial sampling rate,strengthen effective signals,and improve seismic imaging accuracy. Based on high-resolution seismic data,facies-controlled geostatistics inversion was carried out to improve the accuracy of reservoir prediction,and to achieve quantitative characterization of the main single sand body of five-level sequence. The actual application effect in the Second Member of Shahejie Formation in Chengbei low step fault block showed that high-resolution processed seismic profile can identify and track 10 five-level sequence interfaces. According to the facies-controlled inversion results,the spatial distribution variation of 3 sand body belts can be clearly identified,and the reservoir prediction coincidence rate reached 85%,which can meet the geological needs of high-resolution fine prediction and reserves utilization in the area.

Keyword: high-resolution; shallow water multiples; half bin; facies-controlled geostatistics inversion; reservoir prediction
0 引言

埕北低断阶位于大港油田南部滩海区, 主要含油目的层沙二段和沙三段岩性油气藏多层系叠置连片, 为大型的复式含油气区。研究区断裂发育, 部分区域地层产状较大, 精细构造落实要求高, 受物源供给及古地形等因素影响, 砂体横向变化大, 纵向相互叠置, 储集层精细刻画要求高, 油藏类型及油水关系复杂, 解剖油藏的难度大。常规的地震处理解释技术很难有新的突破, 该区的预探评价工作自2011年以来一直停滞不前, 为寻找到有利目标, 必须依靠新技术、新方法对地震资料进行双高资料处理扩大勘探领域。研究区早期地震资料为叠前时间偏移大连片处理成果, 连片处理成果主要满足歧口凹陷的整体研究需要, 目的层沙二段主频介于8~42 Hz之间, 分辨率较低, 复杂断裂带断层成像较差, 沙二段构造落实及内幕油层组等关键界面横向特征不明显, 地震资料无法满足目的层有利储集层精细预测的需求。埕北低断阶地区地震勘探的技术难点在于:

(1)研究区位于水深10 m以内的极浅海水域, 地震资料发育比较严重的水层多次波, 消除水层多次波的影响恢复地震真实响应难度较大。

(2)老资料处理面元为25 m× 25 m, 难以满足砂层组精细刻画的需要, 提高地震横向分辨率难度较大。

(3)研究区断层发育、波场复杂, 目的层沙二段埋藏深, 地震反射能量吸收衰减严重, 精确成像与精细构造解释难度大。

(4)目的层砂体纵向叠置、横向变化快, 常规地震属性与波阻抗反演分辨率难以满足储集层精确雕刻的需求。

(5)叠后地震属性预测含油气性可靠性低, 需要开展叠前弹性反演, 埕北断阶区高分辨率地震处理解释的技术瓶颈主要包括极浅海水域多次波消除、5 m以上砂体定量预测技术等。

近年来, 针对滩海地区高分辨率的处理解释技术进行攻关, 针对性提出浅水多次波压制技术、半面元化处理技术、相控地质统计学反演技术, 有效地提高了地震资料的分辨率以及储集层预测精度。

1 区域地质概况

埕北低断阶在构造上隶属于歧口凹陷南缘埕海断坡区, 埕海断坡区是在埕宁隆起向歧口主凹倾覆背景上, 经羊二庄断层、赵北断层、张东断层、歧东断层等近东西走向大型顺向断裂改造而成的多阶断裂斜坡(图1), 其北侧以歧东断层为界与歧口主凹相接, 西侧以张北断层为界与歧南次凹相隔, 东侧为沙南凹陷。以羊二庄断层为界, 可将埕海断坡区分为两个部分, 南部为埕宁隆起背景上的大型侵蚀型缓坡-埕北高斜坡, 区内坡缓、层薄、斜坡结构简单。羊二庄断层以北, 受赵北、张东、歧东和歧中断层控制, 呈现三个顺向断阶构造组合, 自南向北依次为埕北高断阶、埕北中断阶和埕北低断阶。埕北低断阶夹持于张东断层、张北断层和歧东断层之间, 受中-古生界构造运动与差异沉降控制, 整体形成“ 一隆两凹” 构造格局, 东、西次凹继承性发育, 形态完整, 构造活动弱, 中部隆起贯穿南北, 为一系列北东和近东西向的次级断层分割, 形成多个大型断鼻、断块圈闭。

图1 埕海断坡区南北向地震剖面

埕北低断阶地区新生代地层系统由下至上由古近系沙河街组、东营组和新近系馆陶组、明化镇组及平原组组成, 最大沉积厚度达到7 000 m。受区域构造抬升影响, 地层剥蚀破坏较严重, 沙河街组地层与前新生界地层呈不整合接触, 两者之间缺失古近系始新世孔店组、中生界下白垩统及中上侏罗统等地层, 不整合面上、下地层特征变化明显。 埕北低断阶主要含油层系是古近系沙河街组二段, 该时期处于坳陷湖盆早期, 物源近且充足, 辫状河三角洲前缘水下分流河道砂体分布范围广, 延伸远, 储集物性最优; 其次是河口坝和前缘席状砂, 但由于储集层埋深大(3 000~4 000 m), 压实作用强, 实际砂岩物性资料表明储集层平均孔隙度13.1%~16.7%, 平均渗透率3.7~34 mD, 为低孔、低渗-特低渗储集层。埕北低断阶紧邻歧口主凹, 沙二段、沙三段烃源岩均进入生烃门限, 处于大规模排烃期, 地层内普遍存在异常压力, 自埕宁隆起延伸至研究区的辫状河三角洲前缘砂体被成熟生烃泥岩所包围, 或者与之相邻, 源储配置关系好, 具备形成大型岩性油气藏有利条件[1, 2, 3]。

2 高分辨率地震处理解释技术
2.1 浅水多次波压制技术

大港油田现有浅海水域地震资料逾2 000 km2, 主要采用水检(压点检波器)采集。通过正演模拟水层鸣震和混响对地震资料的影响, 认为对于水深小于10 m的极浅水区域, 水层鸣震和混响旅行时较短, 容易与一次波发生混叠, 难以有效应用预测反褶积等处理手段进行消除, 由此可见水层多次波的影响是制约该区地震资料品质提升的一项重要因素[4, 5, 6]。为了消除水层多次波的影响, 提出浅水鸣震与混响全频带压制技术, 该技术根据气枪沉放深度、检波器水深模拟炮点端虚反射、鸣震多次波和检波点端混响多次波的全频带地震响应, 设计反算子对鸣震和混响进行全频带压制, 通过模型试验和实际应用取得了较好效果。

根据波的传播理论可知, 气枪沉放深度的影响可以表示为:

A(t)=w(t)-w(t-τ h)(1)

式中:A(t)为气枪沉放深度的影响; w(t)为地震子波; t为反射时间; τ h为气枪沉放深度为h时的双程旅行时差。

炮点端的鸣震多次波可以表示为:

S(t, x)=w(t)+∑ [i=1n(-1)i-1Ri-1· w(t-τ i, x)](2)

式中:S(t, x)为炮点端水层的鸣震对地震记录的影响; τ i, x为偏移距为x时, 各阶多次波与一次反射波的旅行时差; R为海底反射系数。

水检混响多次波可以表示为:

H(t, x)=w(t)+ ∑i=1n[(-1)i(R+1)Ri-1· w(t-τ i, x)](3)

式中:H(t, x)为水检接收时混响对地震记录的影响。

通常认为地震记录是地震子波和地层反射系数的褶积, 可以表示为:

D(t, x)=w(t)· R(t, x)(4)

式中:D(t, x)为地震记录; R(t, x)为地层反射系数序列。

但是在地表存在水层的情况下, 地震记录的褶积模型发生了改变, 采用压力检波器即水检进行接收, 该公式可以表示为:

D(t, x)=w(t)· A(t)· S(t, x)· R(t, x)· H(t, x)(5)

根据气枪的沉放深度以及检波器水深模拟炮点端虚反射、鸣震多次波和检波点端混响多次波的全频带地震响应, 设计反算子可以对鸣震和混响进行全频带压制。

图2和图3分别是浅水多次波压制前后的模型数据和实际数据的效果。由于浅水资料炮点端虚反射、鸣震和混响多次波的影响, 原始水检地震资料表现为低频衰减严重、有效频带窄, 高频噪音突出、信噪比低的特点。应用鸣震与混响全频带压制后, 地震资料表现为低频特征突出、有效频带宽, 高频噪音得到压制、信噪比提高, 显著改善了波组特征。

图2 浅水多次波压制前后的模型数据及频谱分析

图3 浅水多次波压制前后的水检单炮

2.2 半面元化处理技术

高成熟油田的精细勘探对高密度地震数据需求迫切, 但是地面环境往往发生较大变化, 开展“ 两宽一高” 采集条件受到限制[7]。针对早期较大面元采集的老资料, 攻关应用半面元化处理技术提高数据的空间采样密度, 实现接近高密度采集的效果。半面元化地震资料处理流程分以下两步:首先进行地震资料的半面元化, 面元从N× N缩小到(N/2)× (N/2); 偏移前通过五维空间数据插值以及数据规则化重构新的地震数据, 使地震资料的空间采样密度增大4倍以上(图4)。

图4 半面元化处理流程示意

半面元化处理具有显著的优点, 可以增加空间采样率, 增强偏移算法的收敛性及稳定性, 使有效信号得到加强, 偏移噪音得到更好抵消; 保持反射信号原始性和丰富性, 剖面信噪比高, 砂体尖灭点清晰, 横向分辨率提高(图5)。半面元化处理偏移结果的保幅性较好, 利用属性预测砂体厚度(或砂体累积厚度)的准确性明显提高, 对后期反演结果的可靠性也大为增强。半面元化处理能较好地避免空间假频干扰, 保护砂体边界及倾斜地层的陡倾角高频绕射信号, 对砂体边界刻画、倾斜地层归位具有优势, 有利于高陡构造、岩性圈闭成像。

图5 半面元化处理前后效果

2.3 相控地质统计学反演技术

地震反演就是综合运用地震、测井、地质等资料来揭示地下目标层(储集层、油气层等)的空间几何形态(包括目标层厚度、顶底构造形态、延伸方向、延伸范围、尖灭位置等)和目标层微观特征, 它是将大面积连续分布的地震资料与具有高分辨率的井点测录井资料进行匹配、转换和结合的过程[8, 9, 10]。相控地质统计学反演技术是在基于模型的反演技术基础上加入已有的地质认识成果演变而来, 其目的是降低反演的多解性, 使反演结果更符合地质认识。相控地质统计学反演首先是求取地震子波, 然后在平面沉积相、地震属性、地震相约束的条件下, 利用岩性敏感的井数据(重构的波阻抗曲线)进行依赖地质统计学的随机模拟, 建立起符合沉积微相的初始地质模型, 最后进行随机反演计算, 其流程如图6所示。在进行地质统计学反演之前, 本次研究改变以往单纯使用井数据建立初始模型的方法, 充分应用沉积微相研究成果对初始模型的平面地质特征进行约束, 提升了初始模型的合理性, 也使反演结果获得了更高的纵向及横向分辨率。

图6 叠后地震相控地质统计学反演流程

在此基础上, 应用多种随机模拟技术开展地质统计学反演。地震反演中运用模拟退火或Greedy算法, 统计模拟中运用协克里金、高斯等算法, 是地震反演与地质统计模拟相结合的新技术。该方法主要是利用在井点位置得到的地震、地质及测井统计数据及其关系, 运用一种非线性、确定性与非确定性数学算法相结合的技术和一些空间约束条件, 在整个目标空间推而广之, 以求达到最大限度利用所有资料并使反演结果与已知条件充分吻合的目的。

反演结果井点与测井数据很好吻合, 井间则参考了地震反射资料的波阻抗特征和测井数据的拟合关系特征, 在对一系列等概率反演数据体进行分析后, 反演结果既最大限度地符合地震反射资料特征, 又受地质构造框架模型、井点已知资料的三维空间统计模拟结果控制, 因而在钻井较多的地区与实钻井吻合较好。相比于重构波阻抗反演, 相控地质统计学反演不仅储集层砂岩物性的分辨能力强, 而且预测的储集层平面分布与沉积体系展布吻合性较好(图7), 最终优选出一组最能反映沙二段砂岩分布特征的等概率体用作沙二段的储集层预测成果。

图7 重构波阻抗反演(左)与相控地质统计学反演(右)成果对比

3 应用效果

基于高分辨率处理地震资料开展小尺度地震属性分析, 明确三大优势砂体带实现了五级层序界面井、震统一, 10个五级层序界面地震上可识别、可标定、可追踪, 在此基础上, 构建小尺度(五级层序)地震相模型, 明确沙二段纵向为一个完整的“ 退积-进积-退积” 旋回, 平面上在原有西部、中部砂体带之外首次发现出东部物源体系, 拓展出一个新的增储区带, 明确3支主砂体带左右迁移, 此消彼长, SQ⑤-SQ⑦时期中部砂体沉积分布最广, 而SQ⑧-SQ⑩时期东部、西部砂体带发育(图8)。

图8 埕北低断阶沙二段五级层序地震相图

通过高分辨率五级层序相控地质统计学储集层反演落实一批有利圈闭, 攻克单一地震属性砂体预测存在多解性的难题, 创新构建基于五级层序沉积微相控制的井震融合低频模型, 改变以往单一测井低频模型, 提高了模型约束反演地震储集层预测精度, 实现了斜坡带砂体的精细刻画。砂体预测精度由以往的15~20 m提高到7~10 m, 砂体预测符合率由50%提高到85%, 重新落实有利圈闭14个, 面积达125 km2, 解决了斜坡带岩性勘探目标落实不准的难题, 为后期评价目标优选提供了地质依据。

4 结论与认识

大港油田埕北低断阶为陆相断陷盆地岩性油气藏发育区, 滩海区地表条件复杂, 地下断裂发育, 储集层叠置分布。采用基于浅水多次波压制、半面元化处理、相控地质统计学反演的高分辨率处理解释配套技术可满足该区高分辨率精细预测及储量动用的地质需求。

(1)浅水鸣震与混响全频带压制技术根据气枪沉放深度、检波器水深模拟炮点端虚反射等参数设计反算子对鸣震和混响进行全频带压制, 处理后的地震资料为低频特征突出、有效频带宽, 使高频噪音得到压制、信噪比提高, 在类似地表条件区域具有一定的推广应用前景。

(2)半面元化处理技术可将地质资料的面元从N× N缩小到(N/2)× (N/2), 偏移前通过五维空间数据插值重构新的地震数据, 增加空间采样率, 使有效信号得到加强, 偏移噪音进一步被抵消, 剖面信噪比高, 砂体尖灭点清晰, 横向分辨力提高, 对砂体边界刻画、倾斜地层归位具有优势, 有利于高陡构造、岩性圈闭成像。

(3)相控地质统计学反演技术是在模型反演技术的基础上加入已有的地质认识成果演变而来, 其优势在于满足高分辨率砂体预测精度的基础上降低反演的多解性, 使反演结果更符合地质认识。

(编辑 卜丽媛)

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