基于层次分析法的地震有利储层预测

2015-02-17张军华黄广谭杜玉山

特种油气藏 2015年5期

关键词：分析法准则储层

张军华，黄广谭，李军，杨勇，杜玉山

(1.中国石油大学(华东)，山东青岛 266580;2.中国石化胜利油田分公司，山东东营 257015)

基于层次分析法的地震有利储层预测

张军华1，黄广谭1，李军1，杨勇2，杜玉山2

(1.中国石油大学(华东)，山东青岛 266580;2.中国石化胜利油田分公司，山东东营 257015)

将系统工程领域的层次分析法(AHP)应用于地震储层预测中。按照层次分析法递阶层次原理，结合春风油田P609井区实际地质情况，在波阻抗反演、地震多属性分析和断层裂缝预测等基础上，确定出储层预测四级层次结构，即基础数据层、方案层、准则层和目的层。实际应用中，研究区16口井中有14口井的AHP预测结果与录井结果一致，应用效果较好。该方法将有利储层预测这一较复杂的问题分解为若干个次级物理意义和地质意义较明确的问题，从而达到了更好、更全面分析储层的目的。该研究方法对研究区后续开发有指导意义，对国内其他类似区块有借鉴作用。

储层预测;薄层油藏;层次分析法;地震属性;春风油田

0 引言

层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简称AHP)，是20世纪70年代初提出的一种层次权重决策分析方法。该方法最初由美国国防部提出，在对各工业部门进行电力分配时，按照对国家的福利贡献进行合理分配［1］。该方法将复杂问题进行分解，把目的问题分解为若干个影响因素，每个因素根据属性不同继续分解，依此类推，从而形成层次结构［2］。建立好层次结构后，构建各层次之间的关系、避免人为判断的模糊性，进而建立判断矩阵，是方法的关键［3］。

准噶尔盆地春风油田是车排子地区发现的第2个油田，其沙湾组二段发育稠油油藏，具有如下地质特征［4-7］:①埋深较浅 (200～400 m)，地震资料目标层段主频为50 Hz左右，地震波速度约为2 400 m/s左右，而储层厚度不足10 m，目的层段为薄层;②砂体横向非均质性强，连续性差，边界难以确定，储层预测难度很大;③储层整体为西北高、东南低的单斜构造，目的层在区块东部，边缘处发生地层尖灭;④构造活动较强，目的层发育有裂缝及断层，是储层预测中不可忽略的问题。

总的来说，研究区储层特征复杂，符合层次分析法的构建要素，采用常规方法直接预测有较大困难。在系统研究层次分析法原理基础上，自主研发了算法、程序，并用排609井区实际资料进行了检验和应用，成果对类似储层精细描述与预测有一定的借鉴作用。

1 常规地震属性提取与分析

通过区域地质及井资料分析可知，该区块储层厚度不足10 m，一般为6～8 m，属薄层范畴。在提取地震属性时应根据厚度大小合理开取储层时窗。而地震属性应挑选地质意义明确、井点吻合度高而又具一定代表性的属性［8-9］。共提取了46种地震属性［10］，限于篇幅，仅展示了研究区几种较常用、有效的地震属性(图1)，其物理含义简述如下。

(1)单道处理属性。均方根振幅对振幅变化比较敏感，可用于识别振幅异常或地震层序特征;由于岩性或流体的变化会引起地震波高频成分的衰减，平均瞬时频率可反映与油气或裂缝的频率吸收效应有关的主频特征［11］;能量半时属性是在给定的分析时窗内能量达到1/2时的相对时间，可用于刻画层序地层特征，反映沉积过程的快慢。

(2)分频处理及调谐体属性。利用薄层的调谐效应，通过分频处理，将时窗内地震数据转换为频率体数据。

(3)相干体属性。利用地震道的空间组合，提取相关、相似或相干值，可以较好地识别断层、不整合、地层尖灭等特殊异常体。

图1 几种主要的地震属性

(4)波形聚类属性。根据不同沉积特征在地震波形上的差异，可将研究区目的层各地震道划分为不同的类型。

(5)波阻抗反演属性。结合测井资料，采用井约束的稀疏脉冲反演方法，得到波阻抗沿层属性值。

由图1可知，各种属性间差异性较大，直接根据常规属性进行储层预测与分析有较大困难，为此研究利用AHP方法进行储层综合预测。

2 AHP方法基本原理

2.1 层次结构及决策树的制定

层次分析法是将复杂问题转化为目标、准则和方案等层次，然后进行定量和定性分析，通过对复杂本质和相关影响因素深入分析后，绘制清晰的层次结构图并进行判别预测。按照层次分析法递阶层次原理，结合工区地质情况，在地震属性提取和优化分析基础上，确定了储层预测层次结构图(图2)。考虑到多因素影响，除上面属性外，又选取了波峰(谷)数、古地貌数据、等t0、能量半衰时斜率等其他相关属性作为辅助数据。

层次结构中，地震资料、层位数据、地质数据和测井数据作为基础数据层;方案层则由地质意义明确、应用效果较好、已优选的地震属性组成;准则层根据本区的特点由岩性、薄层、单斜构造以及裂缝和断层组成;而目标层为储层预测的最终结果，即最终预测的储层分布。

图2 储层预测层次结构图

根据决策者对该地区的地质认识，准则层中的各准则所占有的比重是不同的，引用数字1～9以及相对应的倒数构建判断矩阵，其判断准则按一定的标度进行设定，如表1所示。

表1 判断矩阵标度及含义

在此基础上，结合各个层次的权重求解评价值并进行层次总排序，根据评价的结果选出最佳的方案［12-14］:

式中:F为层次分析法得到的结果，即目标层最终的概率分布;xi表示准则层某一准则归一化后的数值;wi为相应的权重系数。

2.2 判断矩阵的建立及权重的确定

由图2可以看出，波阻抗反演及均方根振幅属性可较好地反映岩性，调谐体分频及波阻抗反演可很好地表现出薄层的特性，而相干和瞬时频率等可以刻画断层与裂缝。由此建立方案层与准则层之间的判断矩阵:

式中:B1，B2，B3，B4分别表示准则层中薄层、岩性、单斜构造以及断层与裂缝与方案层中各属性之间的判断矩阵，即连接各方案与准则之间的关系矩阵。

从地质认识上看，研究区沙湾组储层预测中，储层薄的特点是制约最终评定的关键因素，相比较而言，裂缝和断层的影响较小，岩性及流体的影响介于两者之间。因此建立目标层与准则层之间的判断矩阵:

层次分析法权重向量的计算方法一般有4种，即几何平均法、算数平均法、特征向量法和最小二乘法，下面选用较常用的最小二乘法计算权重:

3 AHP综合预测与分析

由式(1)～(7)逐一进行计算，计算结果用计算机绘图，可以得到有利储层分布图(图3)。从定性描述来看:储层整体上呈现南东厚、北西薄并逐渐向北西尖灭的特征，与已有的地质认识相一致;井点处大多储层发育，分布规律与钻井结果吻合度较高。为了定量分析储层厚度预测的准确性，读取井点处AHP预测值与储层实测值进行对比，结果见图4。

图3 AHP最终预测储层分布图

图4 井点处实际储层厚度与AHP储层预测厚度比较

结果表明，AHP预测结果与实际情况吻合度较高。工区共16口井，其中14口井数据与AHP预测结果相一致。相对较差的P609-5井位于盆地边缘，储层厚度很薄，仅有1.5 m，由于下伏不整合面导致该井附近反射杂乱，因此，在属性提取时会产生误差。而P609-4井位于工区最北侧，埋深不足200 m，地震采集覆盖次数很小，导致该井附近同相轴杂乱不连续，因此，该井数据存在一定误差。

综上所述，AHP方法融合多种储层解释结果，根据不同权重对储层分层次进行预测，从理论上讲，该方法较单一预测方法具有较高的可靠性;就实际应用而言，该方法不仅可以定性地预测储层的分布情况，而且还可以加入厚度约束条件，对整个工区的厚度进行预测，以解决储层预测的关键参数。