综合储层预测技术在滩坝砂预测中的应用<br/>——以涠西南凹陷东南斜坡带流二段为例

综合储层预测技术在滩坝砂预测中的应用
——以涠西南凹陷东南斜坡带流二段为例

2018-03-26何丽娟

西部探矿工程 2018年4期

张毅,何丽娟

（中海石油<中国>有限公司湛江分公司，广东湛江524057）

宽带约束反演是一种基于模型的波阻抗反演方法[1]，其终极目标是将测井垂向高分辨率与地震资料横向高连续性相结合，得到垂向上高分辨率和横向上高连续性的反演剖面[2]。该方法在地震资料、波阻抗曲线、层位解释结果的基础上，建立波阻抗初始模型，再通过非线性反演噪声、模型协方差和测井条件的约束下对初始模型进行修正，最终得到高分辨率的反演结果。该方法简单、方便、易实现，能较好地反映砂泥岩的物性特征，但是无法精细地区分在砂泥互层情况下砂岩的分布范围。PNN（Probabilistic Neural Network）伽马反演技术是一种基于PNN神经网络的多属性反演技术[3]，应用井约束反演提高地震纵向分辨率的同时，通过网络训练将多属性分析与地震反演相结合，提高地震横向分辨率，得到纵向和横向上高分辨率的反演结果。该方法能很好地反映储层的岩性特征，但是在物性预测方面具有一定的局限性。本文将宽带约束反演与PNN伽马反演相结合，反映储层的物性特征与岩性特征，进而更好地预测有效储层的分布情况。

涠西南凹陷东南斜坡带A构造在流沙港组二段发育2套滩坝砂，内部为砂泥岩互层，其物性受地层压实影响很大，随着埋深增加而干层发育，有效储层相对较薄，横向变化较大有效储层发育极为复杂，研究区滩坝砂成藏的关键在于厘清有效储集砂体的分布范围。为此，本文综合采用宽带约束反演与PNN伽马反演对该区的A构造进行了储层预测，有效地落实了该构造滩坝砂体的分布范围，为该区的勘探研究提供有利的勘探目标，从而推进该区的勘探进程。

1 地质背景

涠西南凹陷位于南海西部北部湾盆地北部坳陷东北部[4]，是在前古近系基岩上发育起来的新生代断陷盆地，具有北断南超的特点，可划分为北部隆起带、一号断裂带、二号走滑断裂带、三号断裂带、涠西南低凸起和东南斜坡带等6个构造带。坳陷以新生代沉积为主，古近系沉积受一号断层控制，沉积层序完整[5],自下而上发育古新世长流组、始新世流沙港组、渐新世涠洲组、下中新世下洋组、中中新世角尾组、上中新世灯楼角组、上新世望楼港组、更新世—全新世地层。东南斜坡带紧邻涠西南凹陷生烃总量较大的B洼，断裂与构造脊发育，有效地沟通烃源，是涠西南凹陷有利的勘探区带之一。

2 方法原理

2.1 宽带约束反演

宽带约束地震反演的基本思想是要寻找一个最佳的地球物理模型，使得该模型的响应与观测数据（地震道）的残差在最小二乘意义下达到最小。宽带约束反演方法与以往的广义线性方法（GLI）方法有本质上的不同：首先，它是严格意义上的非线性反演；其次，在反演过程中，它受地质、测井先验知识的约束。

定义目标函数：

式中：D、F——实际地震记录和合成记录；

MI——波阻抗模型参数；——波阻抗模型参数的先验值；

∇x——横向梯度；

WI、WC——波阻抗模型先验值以及波阻抗横向连续性的约束权系数；

‖·‖P——LP模。

在目标函数表达式中：第一项表示记录残差，即要使反演结果的模型响应(F)尽可能逼近实际记录(D)；第二项表示先验约束，即反演解不能偏离先验值太远；第三项是要保证反演结果具有一定的横向连续性，使解更合理。采用模拟退火方法解上述约束最优化问题，使得无论在勘探初期只有少量钻井，或在开发阶段有很多钻井的情况下，都可以得到稳定的反演结果。

2.2 PNN伽马反演

地震多属性反演是传统地震叠后反演的一种扩展，其原理是首先在井旁道寻找测井属性曲线（如岩性、物性、含油气性等）和地震属性数据之间的线性或非线性关系；然后把这种关系应用到地震数据体，实现地震体到测井属性体的转化；最后利用测井规律，完成区域的地层岩性、物性或者含油气性的预测与评价。任何类型的测井曲线都可以作为属性反演的目标曲线，但实际上常用曲线主要包括声波、孔隙度、密度、GR、含水饱和度和泥质含量等曲线。

PNN伽马反演预测技术是一种以GR曲线为目标函数，基于概率神经网络（Probabilistic Neural Network）。PNN是一种适用于模式分类的径向基神经网络，通过计算样点与类别间的属性空间距离，加权后采用贝叶斯分类器进行分类。与传统的BP神经网络相比，PNN具有运算速度快、收敛、可信度高（能够获得全局最优解）等优点。但是PNN反演对预测的特征曲线的高频部分比较敏感，不适合于预测其低频成份，这点与基于线性的反演方法正好相反。因此，为了提高PNN属性预测的精度，通常采用分频预测的方法来完成属性反演，即先使用多属性预测技术预测目标曲线，从预测曲线中得到低频趋势；然后用原始曲线减去预测曲线中的低频趋势，使用PNN预测剩余的高频成份；最后把预测的高频成份与低频趋势相加获得预测的特征曲线。

3 实例分析

研究区A构造流二段发育2期滩坝砂体，在地震剖面上表现为2组平行分布的低频、强振幅、连续性较好的波组特征，被后期发育的北东、北西2组断裂分割，形成断块圈闭群，资源潜力较大，是寻找中型油田的有利区域。针对A构造连续钻探A-1、A-2、A-3、A-4共多口探井（图1），均在2套滩坝砂体内钻遇油层，其中早期砂体被划分为L2Ⅱ油组，晚期砂体被划分为L2Ⅰ油组。钻探对比发现，4口井钻遇的流二段砂体厚度和物性变化较大，导致每口井的探明储量差异大，所以储层预测工作是下步拓展勘探面临的首要问题。

3.1 宽带约束波阻抗反演岩性预测

地震反演是储层预测的有效方法，本次针对L2Ⅱ油组进行了多种地震反演方法相结合的储层预测研究。4口井的岩石物理分析表明，L2Ⅱ油组滩坝砂体具有2个敏感的岩石物理特征：（1）滩坝砂体相对于滨浅湖泥岩具有高阻抗特征；（2）滩坝砂体内发育有效储层和干层，其中有效储层相对于干层表现为低阻抗特征。根据岩石物理特征，制定了相应的储层预测方法，即先使用波阻抗反演预测滩坝砂体分布特征，再根据滩坝砂体波阻抗门槛值预测有效储层发育区。

沉积学研究认为，滩坝砂体是薄互层砂体的典型代表，前人对滩坝砂体进行了大量的研究，认为近岸的三角洲、扇三角洲或其他类型的浅水砂体类型是形成滩坝的重要物质基础[6-7]。砂质滩坝多分布在湖泊边缘、湖湾，以波浪较强的湖岸处发育较好[8-9]，是波浪、湖流或风暴将周缘近岸浅水沉积体系携带的砂质沉积物重新改造后，二次搬运到有利场所堆积下来形成，其沉积规模和展布形态主要受古地貌因素的控制，呈环带中分布在滨浅湖向岸一侧，而在中深湖区很少见到。此外湖盆的构造沉积演化时期、古水深条件、湖水动力条件、古岸线及其他沉积体系分布对滩坝砂体的形成，也起到一定的控制作用。

在A构造波阻抗反演剖面上，滩坝砂体表现为红色的强阻抗分布区（图2），从滨浅湖区一直到中深湖区都有分布，覆盖了湖盆的所有区域，与滩坝砂体只分布在滨浅湖向岸一侧沉积的地质认识存在较大差异。通过对反演过程的深入分析，发现问题主要出在低频模型的建立过程中。由于建模的钻井全部分布在滨浅湖向岸一侧，而中深湖区没有钻井控制，在井点处波阻抗低频模型向中深湖区沿层等比例内插的过程中，没有钻井控制，以至于中深湖与滨浅湖区的阻抗模型一致，最终导致代表滨浅湖砂体的高阻抗异常在整个湖盆范围内分布的结果，所以研究区井点在不能形成正态分布的情况下，宽带约束反演无法预测滩坝砂体的平面分布，必须要寻找一种不受模型约束的反演方法来预测滩坝砂体。

图2 宽带约束反演剖面对比图

3.2 PNN伽马反演岩性预测

PNN伽马反演技术通过概率神经网络，建立伽马曲线与多种地震属性间的非线性关系，将地震属性体转换成伽马曲线体，从而达到预测岩性的目的。这种方法不需要低频模型约束，只要学习样本满足要求，就可以达到预测岩性数据的目的，正好弥补了宽带约束反演受井点分布影响的短板。

地震剖面上2期滩坝砂体（L2Ⅰ、L2Ⅱ）对应2套中频、强振幅、连续性较好的同相轴，而在PNN伽马反演剖面上对应2套低伽马的异常体（图3）。在从滨浅湖到中深湖方向对比剖面中，地震剖面上2套地震同相轴一直都很稳定，而在PNN伽马反演剖面上低伽马异常体在滨浅湖与中深湖交界处迅速减薄、分散、直到消失。对比发现，PNN伽马预测的砂体分布规律与滩坝砂沉积特征吻合度高，较为合理。

将实际钻探滩坝砂与PNN伽马反演结果对比分析发现，PNN伽马反演能够有效识别滩坝砂体，所有钻井钻遇的滩坝砂体都与PNN反演体上的低伽马异常对应，但无法识别有效储层，无论是有效储层，还是干层，都对应低伽马异常，所以从勘探成效方面看，还不能满足生产的需要。

3.3 PNN联合宽带约束反演预测有效储层

研究发现，宽带约束波阻抗反演在井点分布不均时，无法准确预测滩坝砂体分布情况。进一步分析发现，目的层高阻抗异常体的平均阻抗值在不同沉积区存在差异，反映了不同的岩性组合特征，其中位于滨浅湖区的高阻抗异常体表现为较低的平均阻抗值，反映的是厚层滩坝砂有效储层的特征，而位于深湖区的高阻抗异常体表现为较高的平均阻抗值，反映的是薄层滩坝砂干层与深湖相泥岩的特征，所以在落实滩坝砂体分布范围的基础上，使用目的层L2Ⅰ、L2Ⅱ的平均阻抗值可以预测有效储层的分布范围。

图3 PNN多属性反演剖面对比图

PNN伽马反演体能有效预测出滩坝砂体的空间展布，但无法区分滩坝砂体中的有效储层和干层。根据2种方法的优缺点，使用PNN预测滩坝砂体分布范围，并在落实的砂体范围内使用平均阻抗值判断储层有效性，能有效提高储层预测精度。

图4是L2Ⅱ油组PNN伽马反演体平面属性，滩坝砂体表现为红色低伽马异常特征，主要分布在滨浅湖区，深湖相泥岩变现为绿色高伽马异常特征，主要分布在深湖发育区。图5是L2Ⅱ油组波阻抗平面分布图，平均波阻抗值从滨浅湖发育区向深湖区呈增大的趋势，反映出顺物源方向，厚层滩坝砂有效储层、薄层滩坝砂体干层到深湖泥岩的变化特征。将PNN预测的低伽马滩坝砂体分布范围与波阻抗反演预测的低平均阻抗范围相叠合，最终得到了滩坝砂有效储层的发育区（图5）。