一种井震联合刻画蒸汽腔形态的新方法

李晓梅，刘念周，蒋雪峰，冯玲丽，何万军

(中国石油新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834000)

0 引 言

浅层超稠油油藏SAGD开发过程中，受储层非均质性和采油工艺影响，蒸汽腔三维空间发育不均衡、三维形态难以准确刻画[1-3]。国内外常采用观察井数据、数值模拟、微地震等监测蒸汽腔发育情况[4-7]。但是，直井观察井受井密度和SAGD生产井距影响，蒸汽腔井间发育形状难以预测；数值模拟受观察井井数限制和地层非均质性影响，模型精度、模拟参数受人为因素影响较大；对微地震监测而言，有效信号微弱、噪音影响大，成本高、数据量大、资料处理周期长，难以满足方案需求。重18试验区SAGD开发目的层为侏罗系齐古组J3q3层，埋深平均为445 m，辫状河沉积，孔隙度为28.2%，渗透率为860 mD，含油饱和度为59.0%，原油黏度为6.4×104mPa·s，平均油层厚度为15.3 m。井区有12口直井(观察井)、5个双水平井井组。SAGD井组水平段长度约为500 m，井距为90 m，垂深为430 m。利用新采集的高品质三维地震资料，正演模拟蒸汽腔的地震响应特征，建立敏感地震属性与蒸汽腔的联系，联合观测井资料、生产数据进行验证分析，准确刻画蒸汽腔三维空间形态，指导优化浅层超稠油油藏SAGD开发方案部署。

1 基础地震资料

重18试验区新采集的三维地震资料有地面1024道数据、地面200道数据和浅井200道地震数据，图1为3套地震数据对比结果。由图1可知，3套地震数据的纵向分辨率、地层产状基本一致，地面1024道地震数据的低频信息最为丰富，有利于开展对蒸汽腔的精细刻画。该地震数据面元为5 m×5 m，主频为40.0 Hz左右，低频下限为1.5 Hz。

图1 3套地震数据频谱对比分析

2 蒸汽腔的地震响应特征

在SAGD生产过程中，随着高温蒸汽注入和蒸汽扰动，油藏体系产生热膨胀和流体置换，岩石骨架、油藏压力、流体性质等发生复杂变化[8-10]。地震波速度随着储层含油饱和度、温度、压力变化而变化，当蒸汽波及区域的变化特征足够大时，就可以在高品质地震资料上观测到相应的变化特征[11]。

随着储层温度升高，孔隙流体黏度降低，岩石和孔隙流体的压缩系数增加，导致岩石速度、密度明显降低[12]。地震反射是速度、密度的函数，当油藏注入热蒸汽后，蒸汽波及区在速度和密度上明显降低。对研究区进行地震正演模拟，明确蒸汽腔的地震反射特征。试验区正演模拟显示(图2)：蒸汽腔发育区反射波主频降低，地震同相轴能量明显增强，地震波旅行时延长，出现地震层位下拉(同相轴波浪状)现象。

3 蒸汽腔与地震属性的联系

3.1 高亮体

研究区地震正演模拟发现，蒸汽腔发育区与围岩在振幅能量上有不同的响应。高亮体是频谱的峰值振幅与平均振幅的差值，可以直接识别频谱振幅的异常，寻找不同振幅能量之间的差异[13]。

对试验区不同位置的5个样本点进行频谱分析(图3a)，其中绿色区域为蒸汽腔发育较差区域。振幅谱图上，含蒸汽区样本点的振幅谱呈现相对高值，而不含蒸汽区样本点振幅值较低。平面切片(图3b)显示，高亮体属性强值沿水平井呈条带状分布，蒸汽腔在高亮体属性上呈现出强值特征。

图2 试验区蒸汽腔反射特征正演模拟

图3 高亮体属性分析

3.2 单频体

单频体是将原始三维地震数据通过离散傅氏变换，得到每一个位置上地震资料的频谱，然后在频谱上取各个频率的能量值，单频体可以反映不同位置频谱中某一个频率能量的变化。

地震波穿过含流体地层时，会发生地震波散射，导致地震波能量产生明显的频率衰减，在含油气储层下方出现低频能量强、高频能量衰减的现象，称为“低频伴影”[14-17]。通过单频体属性可以直接观察到不同频率的地震能量的变化。

由于蒸汽腔发育区所含流体性质发生改变，地震波能量要比含油地层的频率衰减更快，从试验区不同频率的单频体提取结果发现，蒸汽腔发育区下方出现明显的随频率升高能量减弱的“低频伴影”现象。

3.3 流体活动性

流体活动性是通过计算振幅谱斜率进行预测的方法。由于砂岩含油气后储层物性发生改变，在地震频谱上会有显示[18-19]，选择注蒸汽的水平井段和蒸汽未波及到的监测井段进行频谱分析(图4a)。对比发现，蒸汽波及区的振幅谱斜率较高，流体活动性能量更强，而蒸汽未波及区的振幅谱斜率较低，流体活动性较弱，可以利用两者的差异进行蒸汽腔发育区的预测。

图4 重18试验区流体活动性属性分析

从流体活动性平面属性预测结果(图4b)来看，流体活动性高值沿水平井呈条带状分布的趋势更加集中，更加有规律，可以用来指导认识蒸汽腔的平面分布。

3.4 反演波阻抗

为了更加准确地刻画蒸汽腔三维形态，利用工区内的12口直井进行了叠后反演研究。采用稀疏脉冲反演方法，以趋势约束稀疏脉冲反褶积算法为基础，对地下的反射吸收序列作稀疏分布的假设，通过寻找一个使目标函数最小的反射系数脉冲序列得到波阻抗数据，此时合成地震记录可以和实际地震记录匹配的最佳。

重18试验区岩性以砂岩为主，泥岩高阻抗，砂岩低阻抗。油层注蒸汽后，蒸汽腔分布区域由于速度、密度进一步降低，阻抗值更低，与围岩形成明显的波阻抗差异。在试验区反演波阻抗属性上，蒸汽腔发育区为低阻抗区。通过井标定划分门槛值，对蒸汽腔发育区进行进一步的定量识别。

4 井震联合刻画蒸汽腔三维形态

前期研究证实，振幅属性、高亮体、单频体、流体活动性、波阻抗等多种地震属性对蒸汽腔均有响应，相互间既有相关性又有不同性。相关性表现为所有属性都是沿水平井呈条带状分布，且FH212井显示较好；不同性表现为所有属性在局部范围内又有一定的不同。

井震联合刻画蒸汽腔的优势体现以下在2个方面：三维地震资料具有横向采样密集的优势，能有效弥补井资料在预测蒸汽腔空间分布上的不足；而观察井、生产动态、地质模型等数据能有效限制地震刻画的边界，并对地震异常响应的解释结果进行验证核实，有效降低地震属性预测的多解性。综合运用地震属性研究结果，结合实验区产量数据、温度监测数据、地质模型、焖井分析等多种手段，剔除地震响应异常区，最终完成蒸汽腔三维形态的刻画(图5a)，蒸汽腔预测结果具有以下特征。

(1) 符合SAGD生产效果，蒸汽腔发育好的水平井段，采集地震时刻的产油量较高。

(2) 与观察井的温度监测资料相符合，地震属性刻画蒸汽腔发育好的部位，温度大于200 ℃。

(3) 与生产井焖井温度下降规律相一致，焖井后温度下降缓慢且均匀，指示蒸汽腔发育较均衡；温度沿着水平井轨迹变化大说明蒸汽腔发育程度较差。

(4) 与孔隙度、渗透率地质模型一致性好，刻画的蒸汽腔发育区位于孔隙度、渗透率值较高且均一性较好的储层段。

(5) 蒸汽腔发育好的井段(FHW214P)，在地质模型上其储层状况较好；地质认识隔夹层(图5b)较多的井段(FHW215P)预测蒸汽腔不发育，蒸汽腔三维形态刻画结果与地质认识相吻合。

图5 重18试验区蒸汽腔三维形态刻画结果

5 应用效果

试验区自2008年起实施蒸汽驱开发，井距为100 m。从研究结果看，蒸汽腔横向扩展平均仅有25 m，蒸汽腔平面上仍未形成连通。观察井温度资料显示井间温度仍普遍较低，蒸汽腔横向扩展速度较为缓慢，井距过大，不利于蒸汽腔形成连通，进而影响采油速度。在后续SAGD开发部署中，优化设计井距为60 m，同时针对井距过大的已开发区提出利用加密水平井等方式，将井距缩小为50 m。

蒸汽腔刻画结果显示，SAGD水平段尾端不动用情况较为普遍。针对该问题，提出了直井辅助SAGD设计，将直井部署于SAGD井组中后端，利用直井提供侧向驱动力，加速蒸汽腔扩展，提高水平段动用程度。该技术在重32、重18等井区推广应用，新钻直井59口，平均单井日产油量提高了7.9 t/d，取得了较好的生产效果。

6 结 论

(1) 可以用新采集的高精度三维地震资料识别蒸汽腔，蒸汽腔在实测地震剖面上具有反射波主频降低、地震同相轴能量增强、地震波旅行时延长、同相轴下拉的特征。

(2) 在地震属性上，蒸汽腔表现为在高亮体高值、单频体存在“低频伴影”现象，流体活动性强，反演波阻抗低的特点。

(3) 综合地震属性、生产动态、测井、测温测压、油藏模型等数据对蒸汽腔地震预测结果进行检验校正，可以实现对蒸汽腔三维形态的准确刻画。