开发阶段海上复杂断块油田断层解释技术组合及应用

杜 昕,张晶玉,范廷恩,张显文,范洪军

(中海油研究总院有限责任公司,北京102200)

复杂断块油田断层多期次发育,断裂系统复杂,这类油田进入开发阶段后,构造落实程度直接影响油田开发调整效果,是剩余油分布预测和调整井设计实施的关键[1-2]。传统断层解释技术多针对油田勘探阶段,较难满足复杂断块油田开发阶段的精度要求。对此,国内陆上老油区的复杂断块油田近年来已经采用逐道解释策略来实现断裂系统的精细刻画。然而,海上复杂断块油田相比陆上油田具有开发程度较低、地震资料分辨率较高等特点,同时又常面临测井资料稀缺、气云区影响地震剖面上断层落实程度等问题,上述逐道解释方法并不完全适用海上油田。因此亟需一套适用于海上复杂断块油田开发阶段断层解释的技术。

前人围绕复杂断裂精细解释开展了大量的方法研究与应用实践,主要包括:①解释性处理技术[3-12];②基于地震属性的断层识别,如相干体技术、曲率体技术、蚂蚁体技术[13-18];③基于图像处理技术的断层识别,如边缘检测技术[19-25];④以应力场分析为指导的断层解释[26-27];⑤微弱断裂信息增强技术;⑥三维可视化与多属性融合技术[22-24]。本文通过改进并整合现有研究成果,总结形成了海上复杂断块油田开发阶段断层解释流程并应用于老油田A的断裂系统精细解释,推动了该油田剩余油预测与调整挖潜。

1 海上复杂断块油田开发阶段断层解释策略与技术

海上复杂断块油田开发阶段断层解释策略为:以区域典型构造样式指导断层解释作为主要的解释思路;以剖面、平面互动断层解释作为主要的解释方法;同时通过具体的解释技术保障该方法的有效实施,包括:采用边缘保护结构增强滤波技术提升地震资料断层刻画能力,采用方差体、蚂蚁体等技术优化平面导航属性以指导平面断层解释,采用变解释测网密度快速断层解释技术同时考虑典型构造样式,指导完成剖面上断层的解释与组合,采用三维可视化技术完成断层质控,保障断面空间闭合。

以上述断层解释策略为基础,进一步形成集成边缘保护结构增强滤波、方差-蚂蚁体融合属性、变解释测网密度快速断层解释、构造样式指导、三维可视化断层质控的海上复杂断块油田开发阶段断层解释流程(图1),主要包括:①地震资料解释性处理,应用具有“保边去噪”能力的边缘保护结构增强滤波技术,提升地震资料信噪比,突出断层信息;②平面导航属性提取,基于方差体能反映大断层,蚂蚁体能刻画小断裂的属性特征,运用方差-蚂蚁体融合属性,平衡大断层与小断裂表征能力;③剖面-平面互动(剖平互动)断层解释,沿层属性指导平面断层解释与组合,同时断层复杂区域采用变解释测网密度加密解释;④构造样式指导断层剖面组合,建立油田构造样式库,指导落实剖面断层搭接与切割;⑤成果校验与输出,三维可视化断面质控,提高闭合程度与解释精度。

图1 海上复杂断块油田开发阶段断层解释技术流程

1.1 边缘保护结构增强滤波

解释性处理主要针对偏移剖面进行去噪、断裂增强等,提升用于构造解释的地震资料品质。对于断层解释,常采用中值滤波、结构体滤波等技术,但这类技术在提升地震资料信噪比的同时易模糊断层成像。针对复杂断块油田,使用具有“保边去噪”能力的边缘保护结构增强滤波更有利于断层解释[6,11,15]。边缘保护结构增强滤波技术首先利用倾角体、结构张量体等属性估计地震同相轴延伸趋势以及断点位置;之后在远离断点位置处利用倾角导向中值滤波[10]沿着反射层位定向平滑,增强地震反射连续性与信噪比;在靠近断点位置处不平滑,而是采用扩散滤波[14]技术进一步突出断面与连续反射之间的差异,从而使地震剖面整体表现为反射更连续、断点更干脆。应用效果[12-16]证明该技术能够较大程度提升后续相干、方差等算法对断层的刻画、表征能力。图2a为某原始叠前时间偏移剖面;图2b和图2c分别为采用常规结构滤波与倾角导向结构增强滤波得到的结果。由图2 可见,原始叠前时间偏移剖面中解释的两条断层,采用常规结构滤波去噪后断面明显模糊,而采用倾角导向结构增强滤波则在有效压制噪声的同时较好地保留了断层信息,断面清晰落实。

图2 常规结构滤波与倾角导向结构增强滤波效果a 原始叠前时间偏移剖面; b 常规结构滤波结果; c 倾角导向结构增强滤波结果

1.2 方差-蚂蚁体属性融合

断层解释平面导航属性是指以方差体、蚂蚁体、断裂似然体等常用的刻画地震不连续性的属性为基础,进一步形成能够较准确反映断层平面展布的属性体或融合体。方差体作为最为常用的断层检测手段之一,是平面导航属性的重要基础。如图3a和图3b所示,沿H1层位提取方差体切片,剖面上能够清晰可辨的断层F1,F2,F3,F4,F5在方差体切片上亦具有明显响应,能够被识别。但方差体在资料品质较差或存在微小断层时应用受限,如图3b剖面中,断层F6与F9之间资料受弱气云区影响,反射波同相轴发生一定程度畸变。在气云区内进行模式化解释时,F6与F9切于地层产状发生突变位置,用于刻画气云区边界,剖面上断面位置与气云区边界较为吻合;F7,F8断面两侧产状变化较为明显,解释位置相对合理。然而F6,F7,F8,F9在方差体沿层切片(图3a)上响应不明显。

蚂蚁体以方差体为基础,是断层识别的重要补充。该技术能够刻画微小断裂,如图3c所示,蚂蚁体H1沿层切片刻画出了方差体难以刻画的断层F6,F7,F8,F9,但也产生了许多难以辨识的响应,整体表现为“蚯蚓状”异常振幅条带,如图3c中红色箭头指示的2条黑色虚线。

本文综合考虑方差体与蚂蚁体属性各自优势,对两者归一化后分频段融合处理,形成方差-蚂蚁融合属性(图3d)。该属性能够刻画方差体上具有弱响应(并非无响应)而蚂蚁体上表现为较强响应的断层,同时,在一定程度上能够压制由于波组能量变化导致的响应异常。如图3c中红色箭头指示的2条异常条带在图3d中被压制,减少了断层解释的多解性以及判断每个异常条带是否存在断层带来的较大工作量,提高了解释效率。

图3 方差体、蚂蚁体以及方差-蚂蚁融合属性a 方差体沿层切片; b 剖面断层解释结果; c 蚂蚁体沿层切片; d 方差-蚂蚁融合属性沿层切片

1.3 剖平互动与变解释测网密度快速断层解释

利用方差-蚂蚁融合属性开展剖平互动断层解释,完成针对单条断层的解释与质控。其解释流程包括:①在方差-蚂蚁融合属性沿层切片上解释断层并根据断层复杂程度确定“平面拐点”数量;②只沿着垂直于断层走向方向,在断层平面拐点以及首尾2个端点对应剖面上解释断层,形成以断层平面形态复杂程度为导向的变解释测网密度快速断层解释。质控流程如下:①提取平面上相邻拐点之间的地震剖面;②检查利用断面网格化生成的断层面与剖面上断层形态是否匹配;③判断是否需要调整解释方案。

如图4所示,在方差-蚂蚁属性沿层切片上解释出断层F1,F2,F3,F4,F5,其分别具有大致0,5,1,0,2个平面拐点,对这5条断层分别在垂直于断层走向方向的地震剖面上进行解释,各自用于解释的剖面数分别为2,7,3,2,4个。由于只沿一个方向解释断层,该方法在快速完成断层解释的同时能够有效保证断层空间闭合,提高了解释精度;同时由于先完成平面断层解释,因此当完成剖面解释时也同时完成了断层平面组合,提升了解释效率。

图4 变解释测网密度快速断层解释结果

1.4 构造样式指导剖面断层组合

解释过程中剖面上各断层搭接、切割关系往往存在多解性。本文的解释思路是通过研究靶区构造环境,建立油区构造样式,以典型构造样式作为断层组合的先验与指导。将该思路转化为技术实现,包括以下两步:①区域构造应力场分析,分析油田所处盆地类型、历史构造运动、确定构造类型以及基本构造元素,如正断层、逆断层、走滑断层;②建立典型构造样式,调研研究区周边及具有类似构造特征的油田典型构造样式,筛选出目标油田可能发育样式,指导剖面断层组合。

1.5 三维可视化断层质控

三维可视化技术作为描绘和理解模型的手段,能够利用大量数据,直观地检查断层解释的合理性与空间闭合程度。通过在三维视角下检查生成的断层面是否光滑,判断断层是否空间闭合,进而调整、修正剖面断层解释结果。

2 实际应用

海上油田A位于渤海海域黄河口生油凹陷,是典型的复杂断块油田。油田夹持于郯庐断裂带东、西两支之间,受区域走滑断裂的影响,构造具有明显扭性特征。平面上断层多表现为弧形分布,呈雁列展布(图5)。目前A油田已进入调整挖潜阶段,构造落实程度直接影响开发调整效果,是剩余油分布预测和调整井设计实施的关键。

图5 A油田主体区1.2s方差体时间切片

2.1 平面导航属性建立

按照开发阶段断层解释流程(图1),首先应用边缘保护结构增强滤波压制原始地震剖面(图6a)中的随机噪声,提高地震反射横向连续性,突出断层边界信息(图6b)。对比图6a和图6b黑框中的反射同相轴可以看出,边缘保护结构增强滤波处理后的剖面在保证反射连续性的同时,断面更加清晰。

图6 原始地震剖面(a)和边缘保护结构增强滤波处理后的结果(b)

图7a和图7b分别给出了基于原始数据和边缘保护结构增强滤波处理后的结果提取的方差-蚂蚁融合属性;图7c给出了利用图7b平面指导剖面断层解释的结果。对比图7a和图7b可以看出,图7b中的结果对断层的表征能力有所提升,整体表现为分辨率改善与断裂附近振幅变强。进一步基于图7b所示的方差-蚂蚁融合属性在图7c剖面上解释断层,经检查断层F1至F10在图7b属性切片中均有较清晰响应,对应关系较好。基于此,将方差-蚂蚁融合属性作为本文断层解释的平面导航属性。

图7 基于原始数据提取的方差-蚂蚁融合属性(a)和基于边缘保护结构增强滤波处理后的结果提取的方差-蚂蚁融合属性(b)及利用图7b指导剖面断层解释结果(c)

2.2 剖平互动断层解释

利用导航属性开展变解释测网密度快速断层解释。以图8为例,F2在导航属性平面上表现为“直线型”简单形态,沿垂直于走向方向,在断层首、尾端点对应的2条地震剖面上进行解释;F3表现为“折线型”形态,包含3个平面拐点,对该断层在首、尾端点以及3个拐点对应的5条地震剖面上进行解释;F1表现为“曲线型”相对复杂形态,判断其平面拐点数为5,对该断层在首、尾端点及5个拐点对应的7条剖面上进行解释。采用这种方式,在保证解释断层空间闭合的同时解释效率得到了保障。

图8 剖平互动断层解释结果

检查基于上述解释方法生成的断层面在平面拐点间是否合理。如图9a所示,提取位于相邻平面拐点之间的任意线剖面AB,断层F1,F2,F3利用断面网格化生成的断面在AB的投影如图9b所示。该结果与地震剖面所反映的断面位置较为吻合,说明变测网密度断层解释结果空间闭合性较好。

图9 提取任意线剖面质控拐点间断面合理性分析a 沿层导航属性上提取平面拐点间的任意线; b 任意线剖面在断层面投影

2.3 构造样式指导断层组合

构造应力场是控制断层发育样式的重要因素。渤海湾盆地是典型的断陷盆地,早期地幔上隆形成不同方向的伸展作用,晚期太平洋板块斜向碰撞与挤压形成走滑作用,使得一些NNE向深大断裂,特别是郯庐断裂带发生右旋剪切作用,并对早期的伸展构造体系进行了叠加与改造。

这种早期伸展作用叠加晚期走滑的构造背景,造就了A油田具有6种最基本构造元素:伸展作用形成的4种正断层(非旋转平面式、旋转平面式、铲式与坡坪式正断层)和剪切作用形成的2种走滑断层(正花型、负花型走滑断层)。以此为基础,通过调研周边油田构造特征,确定了A油田具有4种典型断层组合样式[28]。如图10所示,分别为大型铲式正断层、断阶型正断层、X型共轭正断层、铲式半花状断层,以此作为A油田剖面断层组合的先验与指导。

图10 A油田典型断层组合样式[23]a 大型铲式正断层; b 断阶型正断层; c X型共轭正断层; d 铲式半花状断层

结合构造样式先验信息完成A油田主体区断层剖面组合。如图11所示,提取典型剖面AB、CD,其中AB剖面上主要解释出半花型、断阶型、X型共轭正断层组合(图11a),CD剖面上主要解释出大型铲式、断阶型、X型共轭正断层组合(图11b)。统计油田主体区断层组合样式,半花状与断阶型组合是地震剖面上出现频率最高的样式,这与A油田被划分为凸起区、断阶带、下降盘的构造认识较为吻合。

图11 构造样式指导断层组合a 断阶型+共轭正断层+半花型断层组合; b 断阶型+共轭正断层+大型铲式正断层组合

2.4 解释成果质控

利用三维可视化对主要的断层解释结果进行质控。图12给出了三维可视化质控A油田断层解释结果。图12中绿色数据体代表油田目的层附近的方差-蚂蚁融合属性,展示了主体区内解释的20条断层面,能够观察到绝大多数断面较为光滑,断层解释结果空间闭合程度较好。

图12 三维可视化质控A油田断层解释结果

2.5 应用效果

利用该组合完成A油田复杂断裂系统精细刻画,重新解释主体区84条主要断层,更新原有断层解释方案。如图13所示,新方案(红色)修正了5处构造关键位置断层解释结果,与老方案(黑色)相比,新方案主体区断层组合关系发生较大变化,蓝框区域较为明显。

图13 A油田新(红)老(黑)方案断层解释结果

利用地震剖面与动态资料检验蓝框内新方案断层解释结果的合理性。如图14所示(图中红色代表新方案解释结果;黑色代表老方案解释结果;淡蓝色代表老方案砂体含油边界;绿色代表新方案砂体含油边界),该区域发育主力产油单元1号砂体,原方案中砂体含油面积较小,为0.46km2,同时认为C井钻遇的1号砂体同期砂体与A井、B井属于不同油水系统。而新解释方案则认为砂体西南侧断层F1不存在,则1号砂体规模具备扩大余地。

图14 蓝框区域断层解释方案变化

提取过A、B、C的联井剖面ab(图15,图中投影曲线为伽马曲线;绿色线代表砂顶;紫色线代表砂底),剖面上原方案解释的断层F1断点不干脆,断面不清晰,说明存在去掉断层F1的可能性。进一步分析C井测压剖面(图16),1号砂体上、下两个测压点压力充沛(分别为13.2MPa和14.1MPa),1号砂体测压结果最低(12.7MPa),而A、B井测压结果显示1号砂体处的压力与C井基本一致(分别为12.5MPa和12.4MPa)。这说明C井钻遇的1号砂体同期砂体与A、B井属于同一油水系统,A、B井对1号砂体的长期开发导致C井1号砂体深度出现较明显压力亏空,因此,去掉断层F1是可行的。基于此,去掉断层F1,同时根据新方案对1号砂体东侧断层进一步东移,更新后的1号砂体含油面积达到0.75km2,预测剩余油探明储量为42×104m3。

图15 过A、B、C井联井剖面

图16 C井测压剖面

3 结论

断层解释是一项系统工程,涉及解释策略、区域构造背景研究、解释性处理、断裂敏感属性分析、解释手段、结果质控、油藏开发动态反应等诸多环节,每个环节对最终效果都有显著影响,并且每个环节仍需要进一步研究。复杂断块油田断层解释要求解释人员具备更丰富的地震、地质综合分析能力。

本文提出海上复杂断块油田开发阶段断层解释流程,利用边缘保护结构增强滤波进一步提升地震资料品质;利用沿层方差-蚂蚁体融合属性增强断层刻画能力;采用变解释测网密度快速断层解释方法保证解释结果闭合的同时提升解释效率;建立构造样式指导剖面断层组合,增强解释结果与区域典型构造样式的吻合程度;三维可视化作为较客观的断层质控手段。

应用该组合实现A油田断裂系统精细解释,推动油田滚动开发。同时,也应指出由于开发程度、测井数量、资料品质不同的原因,该组合对于陆上、尤其是东部老油区可能效果有限,针对陆上处于开发中后期的复杂断块油田断裂精细刻画,可能还需要精度更高的解释手段与本组合配合应用。