潜山水平井时-深域轨迹匹配技术及在锦州25-1南地区地质建模中的应用

2019-11-19吕坐彬文佳涛李广龙王双龙

物探化探计算技术 2019年5期

吕坐彬，文佳涛，李广龙，王双龙，王腾

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

随着渤海油田勘探开发程度的深入，近几年陆续发现了一大批裂缝性潜山油藏，该类油藏目前在渤海占据越来越重要的地位，可以预计在十三五期间甚至以后更长一段时间裂缝性潜山油藏的产量，将会在渤海油田的产量中占据越来越大的份额，而潜山裂缝性储层的精细定量表征在某些方面仍存在难题，为了将来更好地开发此类油藏，有必要进行该类油藏的精细定量表征技术攻关研究[1-5]。

在该类油藏精细定量表征过程中，由于其自身的特殊性：纵向上，潜山地层和上覆地层层速度差异大，潜山为高速层，上覆地层为低速层，且潜山面为突变面，横向上，潜山顶面构造高低起伏大、潜山内部同一深度地层平均速度差异大，利用常规的基于垂深和地震反射时间的时深关系无法正确表征水平井时间域轨迹形态及轨迹位置，而目前的专业地震软件均无法实现该类潜山水平井时间域轨迹准确表征与刻画。针对潜山水平井时-深域轨迹匹配这一技术难题，开展了国、内外相关文献调研，但没有检索到任何相关的国内、外研究文献。

这里以渤海湾海域锦州25-1南太古宇潜山油藏为例，探索研究潜山裂缝油藏储层精细定量表征中水平井时-深域轨迹匹配技术及其在精细地质建模中的应用。

图1 锦州25-1南油田区域构造位置图Fig.1 Regional location of JZ25-1S oilfield

1 研究区地质背景

锦州25-1南油田太古宇变质岩潜山油藏位于渤海海域辽西低凸起上(图1)，是迄今为止中海油发现的最大的变质岩潜山油藏，也是国内目前发现的第二大变质岩潜山油藏，岩性以片麻岩及其形成的碎裂岩为主。该变质岩潜山上覆地层为沙三段泥岩，属风化体块状储集层地貌潜山[6-8]。岩心锆石2铀铅同位素法测定的地层年龄为25.2亿年左右，与辽河油田鞍山群变质岩相似，时代为晚太古宙。

它的地层层速度特点是:①纵向上，上下地层层速度差异大，潜山地层层速度为上覆沙河街组地层层速度的两倍，沙河街组地层层速度2 500 m/s ～3 000 m/s,潜山地层层速度为5 000 m/s ～5 500 m/s；②横向上，潜山顶面高低起伏大,高差最大达400 m,潜山内部横向地层平均速度变化快[9-11],油田采用水平井顶底交错注采井网开发。

油藏精细表征过程中存在的问题：由于水平井时间域轨迹形态及轨迹位置刻画不准确导致时-深域轨迹不匹配，并由此导致井点地震属性提取不准确，基于地震属性约束的地质模型精度难以保证。

2 理论形态研究

针对以上问题，进行攻关研究，首先开展了基于不同潜山顶面形态的水平井时-深域轨迹理论形态研究。具体而言，就是根据水平井所处位置潜山顶面形态建立深度域潜山及上覆地层剖面模式，针对不同模式，研究水平井时间域轨迹理论形态。以期建立时-深域轨迹匹配关系，为后续时间域轨迹精确表征奠定理论基础。

2.1 潜山顶面形态模式的建立

在研究中，建立了四种潜山顶面形态模式，①水平潜山顶面;②上倾潜山顶面;③下倾潜山顶面。以上三种潜山顶面形态的复合形态四种潜山顶面形态模式。研究的假定条件是潜山和上覆地层均为均质，上覆地层为低速层,地层层速度为V1；潜山为高速层，地层层速度为V2，V2远大于V1。

2.2 时-深域轨迹理论形态研究

针对不同潜山顶面形态模式，依据井点某一海拔深度对应的时间域地震反射时间等于2倍井的垂深(从海平面算起)除以地层平均速度这一地震勘探基本原理(单一均质地层的地层平均速度等于地层层速度)，根据水平井水平段上不同点对应的地震反射时间与水平段起始点对应的地震反射时间的大小关系比较，研究了水平井时间域轨迹理论形态(图2)。图2中O点为水平井水平段起始点，X点为水平段上的任一点，O点的垂深为h0(其中上覆地层段垂厚为h10、潜山段地层垂厚为h20)，时间域对应的地震反射时间为t0(其中上覆地层段时间厚度为t10、潜山段时间厚度为t20)；X点的垂深h(x)(其中上覆地层段垂厚为h1(x)、潜山段地层垂厚为h2(x))为一恒定值，恒等于h0，时间域对应的地震反射时间为t(x)(其中上覆地层时间厚度为t1(x)、潜山段地层时间厚度为t2(x))，通过比较t(x)与t0值的大小关系可以判断水平井时间域轨迹形态。

2.2.1 水平潜山顶面

水平潜山顶面模式下，水平井水平段轨迹上的任一点X对应的地震反射时间t(x)可以用式(1)表示。

t(x)=t1(x)+t2(x)=

(1)

从式(1)推导可以得出t(x)恒等于水平段起始点对应的地震反射时间t0，因此水平井时间域轨迹亦为水平(图2(a))。

2.2.2 上倾潜山顶面

上倾潜山顶面模式下，水平井水平段轨迹上的任一点X对应的地震反射时间t(x)可以用式(2)表示：

t(x)=t1(x)+t2(x)=

(2)

式中：Δh2(x)为水平段上X点与水平段起始点O点潜山段地层垂厚之差值。

由于V1小于V2，所以t(x)

2.2.3 下倾潜山顶面

下倾潜山顶面模式下，水平井水平段轨迹上的任一点X对应的地震反射时间t(x)可以用如下公式(3)表示：

t(x)=t1(x)+t2(x)=

(3)

式中：Δ△h1(x)为水平段起始点O点与水平段上X点潜山段地层垂厚之差值。

由于V1小于V2，所以t(x)>t0，表明水平井时间域轨迹将下翘(图2(c))。

2.2.4 复合形态潜山顶面

根据以上单一形态潜山顶面理论研究结果，上倾-水平-下倾复合形态潜山顶面，水平井时间域轨迹形态亦为上倾-水平-下倾复合形态(图2(d))。

以上理论研究结果表明，水平井时间域轨迹形态与潜山顶面形态关系密切，其整体趋势与潜山顶面趋势一致。

3 潜山水平井时-深域轨迹匹配技术

在理论研究的基础上，开展了水平井时-深域轨迹匹配技术研究，其核心是水平井时间域轨迹精确表征，轨迹精确表征的关键点是基于斜深(MD)和地震反射时间(TWT)的拟时深关系的构建，这种特殊的潜山油藏中的水平井，常规的基于垂深和地震反射时间的时深关系无法正确表征其沿着水平段横向快速变化的时深关系，而目前的所有专业地震软件对时深关系的表征均是建立在垂深和地震反射时间基础之上，因此目前所有专业地震软件均不能实现潜山水平井时间域轨迹准确表征，亟待通过技术创新借助新的软件平台实现潜山水平井时间轨迹准确刻画，达到潜山水平井时-深域轨迹匹配。

笔者尝试创新利用基于斜深和地震反射时间的拟时深关系，实现该类复杂潜山油藏水平井时间域轨迹准确刻画与表征。由于潜山内部地层层速度无论在纵向还是在横向均变化较小，在局部井区内近似认为为常速度，而潜山段之上上覆地层段无论是横向还是纵向均存在变化，因此拟时深关系的构建需要分潜山段和潜山段之上井段分别构建，最终将两段拟时深关系合并作为该水平井时深关系(图3)。同时，准确求取潜山及上覆地层层速度对构建的拟时深关系的精度影响较大，具体求取过程为：首先，利用探井的声波和密度测井曲线制作精细合成地震记录，然后，对潜山面附近上下地层的时深数据分段拟合，最终通过线性回归得到准确的地层层速度。在此基础上，开展基于斜深的拟时深关系构建，具体技术流程如下：

1)潜山之上井段时深关系的构建：借用相邻探井的时深进行标定后，把该时深作为开发井的时深，并转换成斜深格式，剔除潜山段数据，即可完成该井段时深关系的构建。

2)潜山段时深关系的构建：从单点开始(图4)，在水平段上选取一个点P，过该点设计一口虚拟直井Px，该虚拟井在深度域内潜山段地层垂厚(Δh)能够计算得到，根据该垂厚(Δh)和虚拟井PX所在位置潜山地层层速度(Vp)可以得到虚拟井PX潜山段时间域对应的时间厚度(Δt)，根据虚拟井PX潜山顶面对应的地震反射时间(tQ，可以通过上覆地层段标定后的时深关系得到)和潜山段时间厚度(Δt)可以计算得到P点对应的地震反射时间(tP)，见公式(4)。可以得到P点在原水平井轨迹上对应的斜深(mP)和地震反射时间(tP)的时深对应关系。相同的方法，根据潜山顶面形态，在水平井轨迹上按斜深每隔约30 m～60 m选取一定数量能够控制潜山顶面形态的点，可以得到每个点对应的斜深和地震反射时间，可以构建潜山段变速时深关系(MD&TWT)。

图2 潜山水平井时间域轨迹理论形态研究结果Fig.2 Results of theoretical study on time domain trajectory of horizontal well in buried hill(a)水平潜山顶面；(b)上倾潜山顶面；(c)下倾潜山顶面；(d)复合形态潜山顶面

图3 水平井拟时深关系构建技术流程图Fig.3 Technology flow chart of construction of the pseudotime-depth relationship for horizontal wells

图4 潜山段时深关系的构建Fig.4 Construction of time-depth relationship in buried hill(a)深度域过井轨迹剖面；(b)时间域过井轨迹剖面

(4)

将潜山段时深与上部井段时深合并，可以得到水平井基于斜深的拟时深关系(MD&TWT),应用该拟时深关系可精确表征水平井时间域轨迹，实现水平井时-深域轨迹匹配。从刻画的轨迹形态看，它的整体趋势与潜山顶面形态趋势一致，与理论研究吻合(图5)。

4 地质建模中的应用

潜山水平井时间域轨迹形态及轨迹位置的准确刻画，为后续基于地震属性约束的复杂潜山油藏三维地质建模奠定了坚实井震关系基础。

图5 潜山水平井时间域轨迹形态刻画结果Fig.5 Results of time-domain trajectory characteriza-tion of horizontal well in buried hill

4.1 基于水平井轨迹建立准确时间域地层框架

在基于地震属性约束的潜山油藏地质建模过程中，准确的时间域地层框架的建立对三维地震属性的准确提取意义重大。锦州25-1南油田太古宇潜山地质建模层位纵向上包括半风化壳上段、半风化壳下段和内幕致密段(分别对应图6中层①、②、③)，其中半风化壳上段为次要产层，地层厚度较薄，时间域地层厚度5 ms～10 ms(12 m～25 m)；半风化壳下段为主要产层，地层厚度较大，时间域地层厚度20 ms～60 ms(50 m～150 m)；内幕致密带为非产层。由于潜山油藏自身的特殊性，传统的基于垂深的时深关系表征的水平井潜山段时间域轨迹位置通常与时间域真实轨迹位置差异较大，导致时间域井点分层数据不准确，最终导致建立的时间域地层框架不准确(图6(a))，从图6中可以看出，由于层②时间域井点顶、底分层数均不准确，导致层②时间域地层厚度明显较实际厚度变大(图6(b))。

图6 新老方法建立的时间域地层框架比较Fig.6 Comparison of time-domain stratigraphic framework established by new and old methods(a)老方法；(b)新方法

图7 传统时间关系与拟时深关系半风化壳下段底界井点时间域分层误差比较Fig.7 Comparison of the stratification errors in well points in the time domain between the traditional time-depth relationship and the pseudo in the subsection base of semi-weathered crust

图8 基于地震约束的高精度地质模型的建立Fig.8 Establishment process of high precision geological model based on seismic constraints

由于基于传统的时深关系获得的井点时间域分层数据不准确，导致潜山内部由井点插值获得的时间域构造层面成图误差较大。以主力产层半风化壳下段(层②)底面为例，从油田32口潜山水平井和大斜度井井点统计数据看，传统的基于垂深的时深关系获得的时间域分层比基于斜深的拟时深关系获得的时间域分层均偏大，两者误差达到5 ms～13 ms,平均误差8.7 ms(图7)。基于两种时深关系分层数据插值得到的该层位时间域构造层面误差达到0 ms～17 ms,平均误差7.9 ms。

本次研究提出的基于斜深的拟时深关系可以精确表征潜山水平井时间域轨迹，基于精确的时间域轨迹可以搭建准确的时间域地层框架,为地震属性数据重采样到时间域地质模型提供了准确的构造框架。

图9 新老模型油田含水率拟合情况对比Fig.9 Comparison of water content fitting between new model and the oldin the oilfield

潜山水平井时间域轨迹的准确表征，同时也为井点地震属性的准确提取奠定了基础，基于精确的时间域轨迹可以准确提取井点时间域地震属性，可以准确统计井点物性与地震属性的相关关系，利用该准确的统计关系约束储层物性参数建模，可以大大提高该类复杂潜山油藏地质模型精度(图8)。

4.2 准确提取井点地震属性与提高地质模型精度

4.3 模型的动态验证

利用该技术对锦州25-1南油田太古宇潜山油藏32口水平井和大斜度井时间域轨迹进行了精确刻画表征，实现了潜山水平井时-深域轨迹匹配，建立了精细的潜山油藏双重介质三维地质模型，基于精确地质模型开展了油藏数值模拟和精细历史拟合研究，油藏生产动态证明，基于精确的水平井时间域轨迹建立的新的油藏三维地质模型更加接近地下油藏实际，油田单井含水率拟合率由之前的60%左右，提高到85%左右，油田整体含水率拟合情况也较之前大幅提高，与实际含水率接近，拟合效果大大改善(图9)。油藏历史拟合结果表明，通过精确轨迹匹配研究建立的潜山油藏地质模型精度较之前大幅提高，建立的地质模型更加接近地下油藏实际，该研究可以为类似复杂潜山油(气)藏的精细地质建模提供参考和借鉴。