基于地震沉积学的窄小型河道砂体精细刻画

2019-07-02

长江大学学报(自科版) 2019年6期

(中石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712)

地震沉积学1998年由曾洪流首次提出[1]，经历了近20年的发展，国内外学者对其理论基础、核心思想、研究内容等方面都有较为统一的认识。地震沉积学继承了层序地层学和地震地层学的主要思想，注重地震资料处理及解释方法，强调地层切片的等时性和岩性标定，核心是地震资料的沉积学(沉积相和岩性)解释[2～6]。近10年来，国内外学者应用地震沉积学方法开展了面向勘探尺度的厚层河道砂体精细解释与预测工作，但在面向开发尺度的密井网条件(最小井距60m)下，对基于地震属性切片的、逼近“沉积单元级”的井震结合窄小型河道砂体刻画方法研究较少。因此，笔者以大庆长垣油田北一区断东区块为例，开展了密井网条件下基于地震沉积学的窄小型河道砂体精细刻画方法研究。

1 研究区概况

大庆长垣油田北一区断东区块位于萨尔图构造中部，构造平缓，含油面积为5.1km2，井数为2250口，井网密度为130口/km2。2008年大庆长垣油田完成了全三维高密度地震资料的全覆盖，测网密度为10m×10m，采样间隔为1ms，信噪比高，资料品质较好，经过地震资料高保真处理有效降低了地表噪声的影响，并拓宽了频带宽度(主频为40～60Hz)，有利于开展地震储层预测研究工作。

研究区从下至上发育有高台子、葡萄花和萨尔图3个主力油层，为松辽湖盆北部的一套大型河流-三角洲沉积体系，发育辫状河砂体、曲流河砂体、三角洲分流平原砂体、三角洲内前缘砂体、三角洲外前缘砂体。近年来，该区块厚油层开采难度越来越大，水淹程度越来越高，窄小型河道砂体成为开采的主要对象，研究区近一半的层位发育三角洲分流平原末端和内前缘窄小型河道，尤其是高台子油层Ⅰ油组(GⅠ)。

2 窄小型河道沉积特征

窄小型河道主要发育在河流-三角洲沉积末端，以三角洲分流平原末端和内前缘为主，均属于三角洲分流体系末端能量衰竭型河流，骨架砂体以小型分流河道砂体和水下河道沉积为主，窄小型河道砂体具有“窄”“薄”“差”的特点，“窄”即河道砂体宽度窄，一般小于300m，井网控制程度低；“薄”即单一河道砂体厚度薄，一般为2m左右；“差”即河道砂体物性、含油性差。垂向上窄小型河道砂体在电测曲线上多表现为“泥包砂”型接触关系(见图1)。平面上因其规模小、水流强度不大、冲刷切割能力较弱、单一河道存在时间短等因素，一般不发生明显的侧向迁移，仅以切割充填式垂向加积作用形成的顺直型窄小型河道为主。岩心上，底部滞留沉积物少见，冲刷面近于平直或不明显，多以岩性突变为主，岩性主要为细砂-粉砂岩为主，粒度中值平均为0.12～0.15mm，单层平均空气渗透率300～1000mD，从分流平原末端到内前缘水下窄小型河道砂体的泥质含量逐渐增加，分选逐渐变差，河道砂体内部韵律性逐渐变差。分流平原末端窄小型河道以小型槽状或板状交错层理为主，内前缘水下河道以小型波状层理为主，偶见小型槽状交错层理。

3 窄小型河道地球物理响应特征

3.1 地震响应特征

地震波振幅和波形是地震波相位谱的函数。零相位数据体在地震解释中具有主瓣中心(最大振幅)与反射界面一致、子波的对称性以及较高的分辨率等优点，但是，只有在厚层块状砂岩顶面等单一反射界面情况下上述优点才能体现出来，且零相位地震数据中地震相位与地层岩性间不存在井震的对应关系。对于薄互层，很难建立地震反射与岩性的对应关系。现有技术条件下，实现常规地震资料岩性标定最有效的方法是地震相位调整技术(90°相移技术)，即通过地震相位旋转 90°，将地震响应的最大振幅点转移到薄层中间，把界面信息转换为层信息，使得地震反射与岩性具有对应关系，从而把地震剖面转换为具有岩性意义的剖面，提高地震剖面的地质可解释性。

图2 研究区原始地质模型与90°相位地震正演剖面

图3 研究区地震资料相位调整前、后剖面特征

研究区目的层具有泥岩高波阻抗、砂岩低波阻抗的特征，砂、泥岩波阻抗差异相对较大，采用90°相移技术可以使地震剖面上砂、泥岩与地震振幅强、弱的对应效果更好，同时也使地震相位具有地层岩性意义。地震正演模型研究发现，波阻抗差异大小是利用地震信息区分砂、泥岩的关键。图2为研究区原始地质模型与90°相位地震正演剖面，河道宽度100m，河道厚度从1m逐渐增加为10m；正演时地震主频45Hz，采用90°雷克子波，采样率1ms，道距10m，自激自收。正演模拟结果表明，砂体宽度一定，砂岩厚度大于2m，振幅与砂岩具有较强的线性关系；窄小型河道砂体在与非河道相其他类型微相的岩性组合中，能够得到较好地反映，地震波形变化特征可以识别出窄小型河道砂体的井间边界。

90°相移技术可以有效提高窄小型河道砂体与地震反射的对应关系。首先，目标井优选，将井震匹配相关性90%以上的井作为目标井；其次，提取子波，分析该子波相位，为地震数据体估算相位角；在该基础上，进行地震数据90°相移，得到砂体与地震反射对应关系更好的三维地震数据体。

在0°相位时，地震剖面上窄小型河道砂体对应的既有波峰又有波谷(见图3(a))，而在90°相位地震剖面上基本对应波峰(见图3(b))，便于窄小型河道砂体的精细追踪解释。图3中蓝色区域主要反映的是泥岩信息，红色区域主要反映的是砂岩信息。窄小型河道砂体在垂向上呈“泥包砂”的接触关系，在平面上向两侧井间迅速尖灭，该地质特征反映在地震剖面上主要是反射波振幅的变化，在90°相位地震剖面中，表现为振幅减弱、发生突变或连续性变差等波形特征(见图3(b))，可以利用该特征判断河道砂体在井间尖灭的位置，帮助识别窄小型河道砂体在井间的规模、边界和走向。

3.2 地震资料识别窄小型河道砂体的横向优势

图4 测井资料与地震资料预测曲流河形态精度对比

地震资料纵向分辨率较低，但河流-三角洲砂体的宽度远大于其沉积厚度(200∶1)，因此可利用其横向分辨率弥补纵向分辨率的不足，反映砂体空间变化。地震资料的优势在于平面覆盖密度大，地震与测井在平面上对曲流河形态的描述精度对比可由图4说明。图4(a)井点采样较稀疏，很难实现对曲流河形态的准确描述，存在多解性；图4(b)为井点预测河道的一种形态，与现代沉积中河道形态差异较大；图4(c)中地震采样密度较大，可以实现对曲流河形态的精细描述(见图4(d))。

3.3 测井曲线特征

三角洲分流平原末端多以小型低弯-顺直型河流为主，其形态是由于地形坡度逐渐增大、河道侧向迁移能力弱造成的。剖面上呈顶平下凸或者透镜状，河道砂体规模小。窄小型河道砂体在测井曲线上表现为高电阻率、低自然伽马、底部突变及正旋回组合特征，厚度多为1.5～3m。垂向上多呈“泥包砂”的接触关系。

4 窄小型河道砂体精细刻画

与泛滥平原、三角洲分流平原相比，三角洲分流平原末端和内前缘在区域沉积环境上地势较平坦，内前缘沉积时水体较浅，河道为各类砂体沉积时的主要营力，河道窄小、砂体连续，呈枝状或条带状展布。窄小型河道砂体在剖面上多呈“泥包砂”分布，经高保真地震处理、解释一体化后得到高密度三维地震资料，揭示的地质信息更丰富、准确率更高。在密井网条件下，窄小型河道砂体井点处地震属性的能量大小能够反映出砂岩厚度，提高了地震信息预测窄小型河道砂体的精度，为密井网条件下利用振幅属性切片分析窄小型河道井间展布特征奠定了基础。

密井网条件下，井震结合刻画窄小型河道砂体的核心问题是井和震如何匹配、地震干扰信息如何剥离、地震信息如何解读[7～11]。为此，笔者提出由体到面、由面到线、由线到点的预测方法，从三维体开始逐步对窄小型河道砂体进行剥离，提高其刻画精度。针对三角洲分流平原末端和内前缘相发育的窄小型河道砂体，通过“泥中找砂”，即应用强振幅信息预测窄小型河道砂体在井间的边界、规模及走向，进而确定不同河道之间的接触关系，逐步提高该类砂体的预测精度。

1)从三维体到二维面井震信息联动剔除不同层位、不同期次河道干扰信息。密井网条件下，应用井的岩相三维地质模型信息，通过“泥中找砂”识别出目的层的主体河道信息。因此，以三维体优选切片为中心，综合分析时窗内多张振幅切片，总结不同层位、不同期次河道砂体自下而上的沉积演化序列，进而辅助识别河道砂体的走向和边界。以GⅠ4+5～ GⅠ8(高台子油层Ⅰ油组8小层)为例，应用基于井的岩相三维地质模型识别出河道砂体，再与地震属性体优选出的相应层位进行沉积演化分析，最终确定地震信息反映的河道砂体的层位归属，明确邻近小层信息的干扰(见图5)。

图5 断东区块GⅠ8～GⅠ4+5地震信息反映的河道砂体层位归属

由图5可以看出，GⅠ8的地震振幅属性切片揭示该层发育6条河道，而基于井的岩相三维地质模型揭示该单元只发育2条近南北向单一河道；GⅠ6+7的地震振幅属性切片揭示该单元发育5条河道，基于井的岩相三维地质模型揭示为1条北东-南西向展布河道和1条北西-南东向展布的河道相互切叠；GⅠ4+5地震振幅属性切片揭示该层西部发育2条河道，而基于井的岩相三维地质模型揭示只有东部的网状河道为该小层信息；最终，应用地震三维体和密井网条件下基于井的岩相三维地质模型自下而上逐步对每个小层窄小型河道砂体进行剥离，精细确定了每个小层的河道砂体支数。

2)从二维面上分析不同厚度级别砂体与振幅能量的关系，确定河道砂体边界线和展布趋势。以取心井单井相分析为标准，密井网测井资料为基础，建立研究区目的层的测井微相模式，按砂体厚度级别划分为5个微相类型：河道为1.6m以上；河漫滩主体为0.8～1.5m；河漫滩非主体为0.5～0.7m；河漫滩表外为0.1～0.4m；尖灭区为0m。利用算法将5种微相在地震属性切片上显示出来，依据地震属性切片上反映的河道规模、走向以及接触关系等信息，以“地震整体趋势为引导，井点测井微相为质控、振幅能量突变定河道边界”为刻画原则，进一步确定目的层河道砂体平面组合面貌，河道走向、规模及展布特征。

3)从河道边界线到井点微相精细匹配，确定窄小型河道在井间的规模、边界和走向。在密井网地质认知模式的基础上，通过逐井判定微相，以井点微相为约束，进一步校正地震属性反映的河道信息，井间以地震解释的河道信息为引导，预测窄小型河道砂体的展布趋势(见图6)。

图6 断东区块基于井的沉积相图与井震结合的沉积相图对比

由图6可以看出，窄小型河道刻画时应分析周围井的河间砂体发育情况，如果河间以河漫滩主体砂发育为主，可以应用强振幅信息大胆预测组合井间河道砂体；经后验井证实，与基于井的沉积相图相比，井震结合沉积相图的井间砂体预测及边界识别更加准确。

5 应用效果

以GⅠ6+7为例，基于井的沉积相图揭示油井G107-47井与水井G105-48井钻遇同一条河道，属于一级连通，为了避免该河道砂体快速水淹，投产时并未射孔。根据井震结合的沉积相图所刻画的窄小型河道砂体结果发现，油井G107-47井和水井G105-48井分属2支不同河道，连通关系发生了变化(见图7)。因此，根据新认识对油井G107-47井和水井G105-48井重新进行了注采关系分析，对油井G107-47井的GⅠ6+7补孔，补开砂岩厚度5.1m，有效厚度4.5m。措施后日产油由4.6t增加到11.9t，日增油7.3t，含水率由85.5%下降到85.1%。