基于部分叠加角道集属性的含油薄层砂体预测

沈向存,兰明杰,秦贞超,黄 超

(中国石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探开发研究院,新疆乌鲁木齐830011)

由于储层或非储层的岩性、物性参数(孔隙度、渗透率等)及流体、压力等因素的影响,造成了地震波在传播过程中速度下降和高频成分衰减的差异性[1]。研究表明,地震波速度和高频衰减的幅度与储层油气的充满度成正比[2-3],并以旅行时间、反射振幅、频率及相位变化等形式反映储层及流体的地震信息,如储层的“亮点”、“低频”等特征[4-6],其中地震反射振幅随炮检距或入射角变化的特征,具有良好的振幅保真性和多信息性[7]。据此已形成了众多的储层地震信息分析技术,如地震数据反演、属性分析及正演模拟等技术[8],而叠前AVA技术是分析CRP道集中储层地震信息较有效的手段,能够较好地用于岩性识别和含油气性检测。

含油薄层砂岩的地震信息除了受储层物性影响外,还受储层砂体厚度、砂泥岩组合关系等因素影响,使其更为复杂。众多学者开展了相关研究,认为薄互层的地震反射与基于角度的子波干涉有关,对于给定的频率,因垂向波长随入射角变化,其干涉效应也随入射角度变化[9],储层的信息被包含在了反射子波的振幅和形态之中[10],且薄层的AVA/AVO效应与简单界面情况有着明显的不同[11-12],并称之为薄层砂岩的视AVA效应[9]。

本文通过塔里木盆地塔中北坡S1井区目标储层基于部分叠加角道集的薄层砂岩视AVA效应研究,初步建立了含油气薄层砂岩的敏感地震属性识别模式,预测了研究区含油薄层砂体的有利分布区。

1 薄层砂体AVA敏感性分析

已钻井揭示S1井区志留系坷坪塔格组下段砂泥岩薄互层发育,埋深在5500m左右,有效单砂体储层厚度为3.5～27.5m(表1),小于该深度33m的地震纵向极限分辨率,且非均质性强。受调谐作用影响,在地震剖面上目标砂体位于一较稳定的波峰反射中(图1),如何较为准确地预测表1中S1井区类似S9,S903井钻遇的含油薄层砂岩分布是该目的层勘探的关键。

表1 S1井区已钻井钻遇目标储层及油气显示情况

已钻井储层段按钻遇油气情况可分为油层、油水同层、油气显示层和干层(表1)；按单砂体厚度及纵向分布特征可分为薄层砂岩和砂泥岩薄互层(图2)。表1列出的7口井油气显示情况及砂泥岩薄互层组合比较典型,可作为S1井区目标储层砂体属性半定量化分析的样本点。

根据CRP道集振幅具有保真性和多信息性的特点,以已钻井储层段的纵、横波速度,密度及计算的泊松比曲线为依据,在井震精细标定时深关系的约束下,利用Zeoppritz方程的Shuey近似式[13],选取主频为24Hz的Ricker子波及0～40°的入射角(θ),开展目的层含油薄层砂岩AVA效应敏感性的正演模拟研究。

1.1 薄层理论AVA效应研究

忽略薄层调谐效应随入射角的变化及角道集抽取等因素的影响,直接根据公式计算每个入射角的理论地震道,并分析储层反射振幅随入射角变化的规律,结果见图3a。从图3a上可看出,样本井点处的薄层砂岩及砂泥岩薄互层反射振幅变化规律依然遵循调谐原理[14-15],其振幅变化受储层参数、调谐作用等因素控制。

1) 纵向上以相对较厚单砂体为主的薄层砂体,整体表现为较弱振幅反射；含油、有油气显示或干层薄层的反射振幅均随着入射角变大而减小,且含油薄层反射振幅减小较慢；受储层下伏水层影响的含油薄层反射(如S903井),当θ>14°时,振幅随着入射角的增大而增大。可见储层厚度及含流体等因素对薄层砂岩振幅反射特征影响明显。

图1 研究区过S9-S904-S901井地震测线剖面

图2 研究区已钻井目标砂体厚度及纵向分布特征对比

2) 薄互层中砂岩厚度远远小于砂体纵向极限分辨率时,调谐作用较弱,表现为相对较弱振幅(如S1井)；随着薄互层累计砂岩厚度增加,调谐作用较强,表现为较强振幅反射。相比薄层,砂泥岩薄互层反射振幅整体上随着入射角的增大而逐渐减小,调谐作用明显大于储层厚度及含流体等因素对储层反射特征的影响。

1.2 薄层视AVA效应研究

首先,在已钻井时深关系约束下建立速度模型,通过正演模拟得到叠前时间偏移道集[16]；其次,采用内插法[17]将CRP道集转换成AVA分析所用的角道集数据。主要考虑两点：一是在合成叠前时间偏移道集时,薄互层调谐作用信息包含在了不同偏移距的地震反射波中,真实地反映了调谐作用随着偏移距的变化情况[9]；二是整个模拟过程与实际资料处理相似,有助于实际薄层砂岩视AVA效应分析。从图3b给出的模拟结果可以看出：

1) 调谐作用使得薄互层的视AVA变化规律发生改变。薄互层视AVA效应在θ=14°时存在临界现象,表现为目的层地震反射波振幅变化突然增大或减小；θ>14°时,薄互层反射振幅随着入射角增大快速衰减。与图3a对比,薄互层的调谐效应随入射角变化,导致了当θ>14°时薄互层反射振幅无规律地抖动,入射角的不同导致了调谐作用强弱的差异性。和理论模拟结果相同,对于薄互层反射,调谐作用明显大于储层厚度及含流体等因素对储层反射特征的影响。

2) 当θ=14°时薄层反射振幅也存在临界现象,调谐影响较弱,地震反射振幅在很大程度上综合反映了砂体厚度及含流体情况。当14°<θ<20°时含油薄层的反射振幅异常增大,并当20°<θ<27°时振幅缓慢地减小；有底水的含油层薄层反射在14°<θ<25°时振幅异常增大,并当25°<θ<36°时快速衰减。已钻井揭示情况结合正演模拟结果进一步证实,储层厚度及含流体等因素对含油薄层砂岩振幅反射特征影响明显。

对含不同性质流体的薄层、薄互层砂岩储层反射AVA正演模拟结果的分析表明,含油薄层砂体与含水薄层砂体及薄互层砂体反射振幅随着入射角的变化规律存在较为明显的差异(图3b)。由此可知AVA效应对含油薄层砂岩是敏感的,利用其随入射角变化规律的差异性可进行含油薄层砂体的预测。当然,由于地震波在地下传播过程中受多种因素影响,如果地震资料的信噪比和分辨率较低会使情况变得更为复杂。

图3 研究区已钻井砂岩段理论AVA效应(a)和视AVA效应(b)正演模拟结果

2 地震资料预处理

通过对叠前CRP道集资料分析,薄层和薄互层的视AVA效应除了受地震采集因素影响外,地震数据处理所选用的方法、参数也是重要的影响因素。从图4a原始资料的叠前时间偏移道集可以看出,目的层地震响应信噪比较低,反射波同相轴扭曲不齐。若在此基础上生成角道集,薄层和薄互层的视AVA效应特征不清晰,必然影响最终预测结果。

针对实际CRP道集的质量状况,在保幅、保AVO特征的前提下,对原始道集数据进行了提高信噪比、改善储层成像精度的预处理,使储层反射振幅随炮检距的变化趋势更有规律性。在角道集数据抽取的基础上,通过部分角道集叠加得到多个部分叠加角道集数据体,提高了薄层或薄互层视AVA效应的规律性。

1) 残余时差校正。消除剩余时差引起的AVO假象,提高成像精度,突出AVO效应。图4b是经过残余时差校正后的目的层叠前时间偏移道集,可以看出反射波成像效果有了一定改善。

2) 噪声压制。从图4b也可以看出资料的信噪比仍然比较低,再对其进行时间-偏移距域(t-x域)随机噪声压制处理,结果如图4c所示,可见信噪比有了明显改善。由S9井井旁原始地震资料的一个叠加道(图5中红色地震道)与预处理后资料的同一叠加道(图5中蓝色地震道)对比亦可看出,两者波形相似且后者分辨率有所改善。

图4 S9井旁原始地震资料(a)、残余时差校正后(b)和去噪处理后(c)的CRP道集

图5 S9井井旁原始叠加道与预处理后叠加道及部分角道集叠加道对比

3) 部分角道集叠加。研究认为对叠前角道集采用部分角度叠加的办法能够改善道集资料的信噪比,同时也保留了流体信息[18]。对叠前角道集进行部分叠加时,角度区间的划分是影响AVA分析的重要因素。根据研究区实际地震资料采集观测系统及目的层深度分析,CRP道集最大覆盖次数为72次,有效偏移距范围为150～5600m,最大入射角达36°。结合正演模拟认识,在保持道集中近、远AVA信息的同时,每一部分叠加都应有足够的信号以识别主要反射。最终确定角度区间为0～7°,7°～14°,14°～20°,20°～27°和27°～35°(图6),每个部分叠加道集有15次左右的覆盖次数,各部分叠加地震道见图5中(黑色地震道)所示。由图5还可以看到,14°～20°的部分角道集叠加道与前、后道对比存在一个强振幅异常,与图3b中S9井含油薄层砂岩视AVA效应的正演结果基本吻合。

图7是S9井井旁原始CRP道集提取的目的层AVA效应(蓝色线)与部分叠加角道集提取的视AVA效应(红色线)对比,可见经部分角道集叠加后视AVA效应的规律性明显增强。

图6 部分角道集叠加方案

图7 S9井井旁地震道目的层AVA效应与视AVA效应对比

3 有利含油薄层砂体预测

地震属性是一种描述和量化地震资料的特性参数,是地震数据中所包含全部信息的子集[19],上述薄层及薄互层视AVA效应敏感性分析及部分叠加角道集数据预处理结果也进一步证实地震信息中所包含的地层或储层物性信息是可以检测的。Brown将地震属性分为时间、振幅、频率和衰减四大类[20],研究认为振幅是最稳健和有价值的,频率属性更有利于揭示地层的细节,两者结合有利于地震特征的测量[6]。

为了预测研究区内类似S9井和S903井的有利砂体分布,在正演模拟认识的基础上,结合实际地震资料储层段剖面的反射特征,开展了目的层基于部分叠加角道集的峰值振幅、峰值频率随入射角变化规律分析[21]。分别提取已钻井点处5个部分叠加角道集数据体中目的层波峰反射的最大波峰振幅(A)和最大波峰主频(f)属性,并在已钻井约束下进行两个属性随入射角变化规律的统计分析(图8)。

图8 已钻井点处部分叠加角道集提取的最大波峰振幅属性(a)和最大波峰主频属性(b)随入射角变化

1) 最大波峰振幅。含油薄层与薄互层地震反射振幅随入射角的变化,受薄层厚度和所含流体的影响,存在明显的视AVA异常(图8a)。类似S9,S903井含油薄层砂体,在14°～20°角道集叠加数据体上表现为强振幅反射,且随着含油气性的增加振幅变强；而薄互层在0～7°或7°～14°角道集叠加数据体上表现为强振幅反射,往后振幅依次变小。

2) 最大波峰主频。随着薄层单砂体厚度的增加,最大波峰主频(f)会先增加后减小(图8b),含油薄层砂岩(S9井)最大波峰主频整体较高,在0～7°,7°～14°,14°～20°部分叠加角道集上依次增强,在20°～27°,27°～35°部分叠加角道集上依次减弱；受下伏水层影响的含油薄层砂岩(S903井)最大波峰主频在20°～27°,27°～35°部分叠加角道集上先减小后增大。见油气显示的3个井点处薄层和薄互层随着单砂体层数及在纵向上展布的不同,最大波峰主频随入射角变化的规律性不强。

综上所述,基于图8的统计分析结果,引入多参数约束降低储层预测多解性的思路,建立起研究区类似S9井含油薄层砂岩储层的地震识别模式,如表2所示。

以已钻井为样本点,分别利用表2中所列含油薄层砂岩的3种单一判别因子判别对应的有利薄层砂体分布,并在此基础上采用取交集的方式融合3种单一判别因子进行综合判别,排除各种干扰因素,最终预测出目的层含油薄层砂岩有利分布区主要在研究区西北部的S9井区(图9)。通过已钻井标定,与各井点处已钻遇储层情况吻合程度良好。

表2 研究区含油薄层砂岩地震识别模式

图9 研究区目的层含油薄层砂岩有利分布区预测结果

4 结论与认识

基于井资料开展薄层砂岩反射波随入射角变化规律的正演模拟和敏感地震属性分析,有效地提取出地震资料中薄层砂体含流体信息是含油薄层砂岩预测的关键。由于调谐作用的影响,导致直接提取的地震属性多解性强。通过提高信噪比的地震资料预处理,以实钻井资料为约束,在调谐背景下基于部分叠加角道集数据的目的层最大波峰振幅和最大波峰主频属性的AVA规律分析,有效地预测出了研究区含油薄层砂体有利分布区。同时取得了以下认识：

1) 调谐作用是随着入射角变化的,它可以改变薄层砂岩储层的视AVA效应。因此,S1井区志留系坷坪塔格组下段目的层地震反射的视AVA效应能够反映薄层砂体的含流体信息。

2) 在对原始CRP道集资料进行残余时差校正、去噪等预处理的基础上,部分角道集叠加能够增强薄层视AVA效应的规律性。

3) 通过实际资料分析,基于部分叠加角道集资料提取的最大波峰振幅和最大波峰主频属性是预测研究区目的层含油薄层砂体的敏感属性。

4) 多个含油薄层砂岩判别因子的分别约束和综合判别,可以有效降低储层预测的多解性。

参 考 文 献

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