基于叠前弹性参数的剩余油描述方法及应用

马小飞, 罗 静, 张 鹏, 李实岩, 朱遂珲

(1.中国石油长庆油田分公司 第五采油厂，西安 710000； 2.中国石油西南油气田分公司 川西北气矿，四川 江油621700； 3.中国石油玉门油田分公司 老君庙采油厂，甘肃 酒泉 735019； 4.中国石油大学 资源信息学院，北京 102249)

中国陆上油田大多处于开发中后期，特点是含水高、剩余油分布离散，如何精准描述剩余油在井间的分布位置成为亟待解决的难题。长垣油田是松辽盆地北部的典型陆上油田，经历了60多年的开发，目前综合含水率达到96%以上，主要含油层包括萨尔图油层、葡萄花油层和高台子油层，其沉积环境属于河流-三角洲相，纵向呈砂泥岩薄互层沉积，横向相变快，井间剩余油描述难度大。目前常用手段为基于井数据的油藏建模及数模方法，但是对于井间剩余油的描述存在不确定性。而叠前地震资料具有丰富的储层岩性及流体信息，如何利用高密度地震资料提高剩余油描述精度成为紧迫任务[1-3]。

叠前弹性参数地震反演方法融合了不同入射角的地震道集信息，通过分析振幅强度随入射角的变化特征，并通过Zeoppritz公式得到与储层岩性和流体紧密联系的弹性参数。与常规叠后地震相比，叠前地震资料更加丰富、计算得到的参数类型更多、预测流体分布更具有优势。目前众多学者针对叠前参数反演方法进行了大量研究，进一步丰富了弹性参数类型，在海相碳酸盐岩、火山岩天然气预测上得到了应用；而针对陆相储层剩余油描述的研究处于起步阶段，但是初步展现了良好的应用前景[4-7]。

本文基于长垣油田典型区块，利用其高密度地震资料(2008年采集，面元10 m×10 m，主频45 Hz)，开展叠前弹性参数地震反演剩余油预测应用技术研究，进一步提高中后期油田剩余油开发效果。

图1 大庆长垣河流-三角洲相砂体发育模式图Fig.1 Development model of fluvial delta facies sandbody in Daqing area

1 叠前参数反演方法及流程

图2为基于叠前参数反演预测含油饱和度流程，具体包括：首先，利用测井曲线建立密度、体积模量和剪切模量等弹性参数与含油饱和度的关系；其次，通过保真去噪地震处理，得到叠前高精度地震资料；然后，结合测井资料和叠前地震道集数据，采用Zeoppritz 公式为核心的反演算法，得到密度、体积模量和剪切模量等弹性参数；最后结合弹性参数与含油饱和度关系公式，实现含油饱和度分布预测[8]。

图2 基于叠前参数反演的剩余油分布预测流程图Fig.2 Flow chart of residual oil distribution prediction based on pre-stack parameter inversion

本文涉及的密度、体积模量和剪切模量3个弹性参数，与常规AVO反演方法不同。常规的AVO反演方法为R.T.Shuey[9]两参数AVO反演方法，该方法基于叠前地震道集中获得截距(P)、斜率(k)两类属性，每种属性只包括密度(ρ)、纵波速度(vP)、横波速度(vS)中的2个，其局限性在于当岩性复杂或含气丰度低时，较难区分岩相或流体变化引起的参数响应。M.C.Kelly等[10]在此基础上提出了Δρ/ρ、ΔvP/vP、ΔvS/vS的AVO反演方法，虽然提高了碳酸盐岩储层油气识别能力，但是对于陆相薄互层储层存在不适应性。

本文采用了非线性弹性参数反演方法，通过Zeoppritz公式直接获得岩石的弹性参数：密度(ρ)、体积模量(K)和剪切模量(G)，以这3个参数为依托实现储层剩余油精细描述(表1)。

表1 AVO反演提取的弹性参数对比表Table 1 Comparison of elastic parameters extracted by AVO inversion

1.1 叠前地震资料处理

叠前地震道集资料的质量直接影响叠前弹性参数反演的效果，进而影响剩余油预测的精度。地震道中记录的地震反射波振幅信息主要来源于反射界面的波阻抗差异，另外还有许多其他信息影响地震反射波振幅，而这些信息与地下储层特征无关，因此，需要对地震道集开展去噪保幅处理。

叠前去噪保幅处理是指叠加或偏移前的所有处理环节，包括叠前噪声压制、动校正时差校正及一致性振幅补偿等。具体过程为：首先，根据面波、随机干扰等不同类型噪声设置压制参数，消减各类噪声；然后，采用时差动校正方法，消除不同偏移距的反射时间差异，保证各个道集在横向的可追踪性；最后，采用地表一致性振幅补偿技术，消除各道集之间的异常振幅能量差异，进一步提高地震信噪比，使地震资料的各个道集振幅达到相对平衡、保真。

图3为叠前地震道集资料处理前后的对比图，可见通过去噪保幅处理，地震的噪声得以有效压制，地震信噪比得到提高，为后续的叠前弹性参数反演提供高品质的叠前地震数据。

图3 叠前道集地震资料处理效果对比Fig.3 Evaluation of seismic data processing effect of pre-stack gathers

1.2 储层弹性参数

叠前参数反演方法采用Zoeppritz公式能够适应入射角大于30°叠前道集信息，将叠前地震道集的振幅随偏移距的变化规律转化成叠前参数，采用非线性全局寻优算法得到相对密度、相对体积模量及相对剪切模量3个弹性参数。图4分别是叠前参数反演计算得到的相对密度、相对体积模量和相对剪切模量剖面，图5为葡一层(葡萄花油层第一层的简称)叠前参数反演提取的相对密度、相对体积模量和相对剪切模量平面分布图，从图中可以看到，3个参数整体分布趋势一致，且平面上呈南北向展布，与研究区沉积特征一致[11]。

图4 相对密度、体积模量、剪切模量剖面分布图Fig.4 Profile distribution of relative density, bulk modulus and shear modulus

图5 葡一层相对密度、相对体积模量、 剪切模量平面分布图Fig.5 Plane distribution of relative density, relative bulk modulus and shear modulus of Pu-1 layer

1.3 含油饱和度预测

为了将叠前弹性参数转化成剩余油分布信息，需要搞清楚储层油气与相对剪切模量、相对密度、相对体积模量3个参数间的关系，才能实现剩余油饱和度的预测[12]。依据Wei等[13]时间平均方程构建井孔处的密度、剪切模量和体积模量与孔隙度、泥质含量和含油饱和度之间的关系如下

(1)

式中：q、So和φsh分别为储层的孔隙度、含油饱和度和泥质含量(体积分数)；ρ、ρg、ρsh和ρf分别为储层密度、纯砂岩密度、纯泥岩密度和孔隙内混合流体的密度；G、Gg和Gsh分别为储层剪切模量、纯砂岩剪切模量和纯泥岩剪切模量；K、Kg、Ksh、Kw和Kh分别为储层体积模量、纯砂岩体积模量、纯泥岩体积模量、储层孔隙内盐水体积模量和石油体积模量。

基于样本井分析数据，利用公式(1)回归得到方程

(2)

解得含油饱和度公式

(3)

由方程(3)得到储层含油饱和度预测结果。图6为葡一层砂体含油饱和度分布的剖面及平面图，从剖面图中可以看到，剩余油分布与井点解释结果符合；而平面图上，与叠前弹性参数的分布特征一致，呈南北走向，且含油饱和度高值区位于河道相边部区域，显示河道相边部是剩余油的富集区，与相关研究得到的认识一致。

图6 葡一层含油饱和度分布预测图Fig.6 Prediction of oil saturation distribution for Pu-1 layer

选取209口后验井，用来检验叠前参数反演剩余油预测精度。图7为葡一层含油饱和度预测结果与后验井解释值的相关图，可见二者呈45°线性关系，散点均匀地分布在直线两侧。按相对误差<25%进行定量统计，含油饱和度预测符合率达75%以上，说明本文采用的叠前参数反演预测剩余油结果具有可靠性。

图7 葡一层后验井含油饱和度预测相对误差图Fig.7 The relative error graph of oil saturation prediction of posteriori well in Pu-1 layer

2 指导剩余油开发

基于叠前参数反演的剩余油预测结果，指导了L1井区的剩余油挖潜方案编制。如图8所示，通过L1井区的含油饱和度平面分布预测图可以判断，该区剩余油整体分布相对零散，剩余油呈“甜豆”状分布，因此需要结合其分布位置开展针对性的精准挖潜措施。

图8 L1井区含油饱和度分布及挖潜措施Fig.8 Oil saturation distribution and potential tapping measures for Well L1

在“标注处”的河道相砂体边部含油饱和度较高，结合开发油井和注水井的资料，认为河道相边部区域原注采系统不完善，单靠一口注水井(S1)无法对周边油井(L1、L2、L3)进行有效能量供给，导致河道相边部剩余油无法实现有效驱动开发。因此，采取油井改水井方案，将釆油井L1改成注水井，增加注水方向和能量，从而有效驱动河道相边部剩余油，改善L2、L3开发效果。措施调整后，L2、L3井分别日增油3.8 t和3.5 t，取得了较好的挖潜效果，展示了本文叠前参数反演方法具有较好的应用前景，对其他陆相油田的高效开发具有借鉴意义。

3 结 论

a.叠前去噪保幅处理是保证剩余油描述效果的基础，根据不同类型噪声设置压制参数、消除各类噪声，采用时差动校正方法消除不同偏移距的时间差异，保证各个道集在横向的可追踪性，利用地表一致性振幅补偿技术，消除各道集之间的异常振幅能量差异，进一步提高地震信噪比，使地震资料的各个道集振幅达到相对平衡、保真。

b.叠前参数反演方法采用Zoeppritz公式，将叠前地震道集的振幅随偏移距的变化规律转化成弹性参数，并建立储层含油饱和度与密度、体积模量和剪切模量之间的函数关系，进而实现剩余油预测。剩余油预测结果与叠前弹性参数的分布特征一致，含油饱和度描述准确率达75%以上。

c.通过L1井区的叠前反演含油饱和度预测结果分析，认为剩余油整体分布相对零散，剩余油呈“甜豆”状分布，在河道相砂体边部含油饱和度较高并存在注采系统不完善，指导措施调整后取得了较好的挖潜效果，展示了本文叠前参数反演方法具有较好的应用前景，对其他陆相油田的高效开发具有借鉴意义。