NBR油田优质储层叠前叠后联合反演与应用_陈国飞.pdf

2023 年第 38 卷 第1期2023，38(1):0159-0170地球物理学进展Progress in Geophysicshttp:/wwwprogeophyscnISSN 1004-2903CN 11-2982/P陈国飞，石颖，高兴友，等 2023 NB 油田优质储层叠前叠后联合反演与应用 地球物理学进展，38(1):0159-0170，doi:10 6038/pg2023GG0521CHEN GuoFei，SHI Ying，GAO XingYou，et al2023 Pre-stack and post-stack joint inversion and application of high-quality reservoirs in NB oilfieldProgress in Geophysics(in Chinese)，38(1):0159-0170，doi:106038/pg2023GG0521NB 油田优质储层叠前叠后联合反演与应用Pre-stack and post-stack joint inversion and application of high-qualityreservoirs in NB oilfield陈国飞1，3，石颖1，2*，高兴友3，王若羽1CHEN GuoFei1，3，SHI Ying1，2*，GAO XingYou3，WANG uoYu1收稿日期2022-10-10;修回日期2023-01-17投稿网址http:/www progeophys cn基金项目国家自然科学基金项目(41930431)资助第一作者简介陈国飞，男，在读博士研究生，主要从事开发地震与地质研究 E-mail:chenguofei petrochina com cn*通讯作者石颖，女，教授，博士生导师，主要从事地震勘探正反演和成像研究 E-mail:shiyingdqpi163 com1 东北石油大学地球科学学院，大庆1633182“陆相页岩油气成藏及高效开发”教育部重点实验室，大庆1633183 中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，大庆1637121 School of Earth Sciences，Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China2 Key Laboratory of Continental Shale Hydrocarbon Accumulation and Efficient Development Northeast Petroleum University，Daqing163318，China3 Exploration and Development esearch Institute of CNPC Daqing Oilfield Co，Ltd，Daqing 163712，China摘要开展 NB 油田地震优质储层预测，可有效支撑低效井区开发和外扩区储量动用，对油田产能建设有重要意义 本文针对地震反演存在叠后反演参数单一、叠前反演多解性强的问题，提出三步流程实现叠前叠后联合反演，达到优质储层定量表征目的 步骤一通过叠后地质统计学反演预测砂泥岩;步骤二开展岩石物理分析，明确了剪切模量为含油砂体敏感弹性参数，再以步骤一反演结果为约束，采用叠前扩展弹性阻抗反演(EEI)预测储层含油性;步骤三仍以步骤一结果为约束，采用高斯配置协模拟测井参数反演预测孔隙度、渗透率 最后按照优质储层物性界限，通过剪切模量、孔隙度和渗透率体得到优质储层三维表征体 上述方法在 NB 油田 A 组油层中优质储层预测符合率达到78 3%，优选甜点区部署水平井效果显著关键词优质储层;叠前叠后联合反演;地质统计学反演;扩展弹性阻抗反演;剪切模量中图分类号P631文献标识码Adoi:10 6038/pg2023GG0521AbstractSeismic prediction of high-quality reservoir iseffective to support the producing reserves of low-efficiencywell area and external expansion area in NB oilfield，whichisofgreatsignificancetoimproveoilfieldproductivity To solve the problems of single parameter inpost-stack inversion parameters and multiple solutions inpre-stack inversion，a three-step process is developed torealize pre-stack and post-stack joint inversion for thepurposeofquantitativehigh-qualityreservoirscharacterizationStep1predictsthedistributionofsandstoneandmudstonebypost-stackgeostatisticalinversion;Step 2 is the rock physical analysis，whichshows that the shear modulus is the sensitive elasticparameter of oil-bearing sand body Then，constrained bythe results of Step 1，the pre-stack Extended ElasticImpedance(EEI)inversion is used to predict the oil-bearing property of the reservoir Similarly，constrained bythe results of Step 1，Step 3 uses Gaussian Collocation Co-simulation inversion for logging parameters to predictporosity and permeability According to the boundary ofphysical properties in high-quality reservoir，the three-dimensional characterization of high-quality reservoirs isconductedbytheshearmodulus，porosityandpermeabilityIn oil layerAtheNBoilfield，thecoincidence percentage of the above method in predictinghigh quality reservoir reaches 78 3%，and the horizontalwell deployment in preferred dessert area achieves aremarkable successKeywordsHigh quality reservoir;Pre-stack and post-stack joint inversion;Geostatistical inversion;ExtendedElastic Impedance(EEI)inversion;Shear modulus地球物理学进展www progeophys cn2023，38(1)0引言优质储层是个相对概念，无孔隙度、渗透率和饱和度等绝对指标，主要决定于开发界限和储量动用界限(王多云等，2003)优质储层发育具有隐蔽性，依据井资料刻画不准，地震反演是优质储层预测行之有效的手段 地震反演分为叠前和叠后两大类，叠后反演主要用于储层砂体预测(张永刚，2002;周东红等，2018;贾凌霄等，2016)，叠前反演可实现多种弹性参数预测(陈怀震等，2014;姜岩等，2013;刘力辉等，2013)由于叠前反演保留了 AVO 变化规律，在流体识别、裂缝和地应力分布、烃源岩 TOC 含量等预测上得到广泛应用(郎晓玲等，2010;王健等，2016)广义优质储层预测指叠前反演含油气性预测，近几年国内学者广泛地应用叠前反演技术指导实际生产 大角度弹性阻抗可分辨含气砂岩分布范围(喻岳钰等，2009);对叠前弹性反演计算优选出来的反射率数据，可实现火成岩有效储层叠前地震直接定量预测(仝敏波等，2011);应用扩展弹性阻抗反演技术在致密砂岩储层含油气预测中也初见成效(时磊等，2015);还尝试应用“叠前同时反演+岩相流体概率分析”的组合技术进行优质储层发育区预测(王伟等，2018)NB 油田为典型的复杂断块油藏，构造属于北东走向复杂箕状断陷，主控断裂位于断陷西侧边部(朱德丰和吴根耀，2020)含油层系 A 组分为下部A1 段和上部 A2 段两套地层(图 1)，A1 段主要发育扇三角洲沉积体系，扇三角洲分为扇三角洲平原亚相、扇三角洲前缘亚相等 A2 段沉积时期，水体进一步扩大，洼槽中部发育扇体外，其余主要为湖相沉积(单敬福等，2013)沉积物具有多物源、近物源、短流程、相变快特征 储层物性参数也是划分油藏类型的一项标准，油田岩心样品薄片鉴定表明，岩性以凝灰岩为主，凝灰质砂(砾)岩次之，普通碎屑岩含量最低，渗透率为(1 0 40 8)1015m2、平均 16 11015m2，属于低渗透油藏 经过 20 多年卓有成效的开发，易发现的简单优质油藏几近殆尽 为维持产量目标，需要开展地震优质储层预测研究，支撑低效井区开发和外扩区储量动用针对研究区 A 组油层开展过多次叠后反演储层预测，效果均不理想 原因在于主力产油层段富砂致密，无统一油水界线，储层品质差异大，叠后储层刻画满足不了拓展新区需求，而叠前有效储层(特别是优质储层)预测尚未开展过研究工作(陈显森等，2009;李昂等，2013)为此，本文提出三步流程实现叠前叠后联合反演，将叠后高分辨率、叠前弹性参数预测、地质统计学模拟优势充分结合，优选反演方法对 NB 油田 A 组油层开展了优质储层预测 以此为基础，对 A1 段、油组优质储层进行了精细刻画，在甜点区部署的水平井见到良好效果1优质储层联合反演流程自下而上 A1 段至 A2 段，岩性由普通碎屑岩和凝灰质砂(砾)岩逐渐过渡为凝灰岩，火山碎屑物质的含量逐渐增多，储层物性变差 前人研究优质储层形成机制有三方面认识(张云峰等，2011;吴根耀等，2015)，一是火山碎屑岩中丰富的凝灰质物质是最易溶组分;二是孔隙充填绿泥石和高岭石发育，最大程度抑制后期压实作用，对粒间孔隙起到保护作用;三是不整合面、大断裂暴露地层，在大气水淋滤下产生风化溶解溶蚀作用 以上作用改造了原生储层物性特征，在超低渗背景下具备形成规模优质储层的条件从地质方面对优质储层成因的定性研究，满足不了寻找开发潜力的需要，优质储层地震反演定量预测是必要工作 叠后反演仅能预测储层砂体，但分辨率高;叠前反演分辨率低，但结合岩石物理分析可实现多弹性参数预测 为此，以“联合反演、分步预测、逐级约束”的研究思路为指导，提出了叠前叠后优质储层预测技术流程(图 2)整体上分三步，步骤一应用叠后地质统计学反演方法开展砂泥岩预测;步骤二通过岩石物理分析，以步骤一储层预测结果为约束，开展叠前弹性参数反演预测储层含油性;步骤三在预测含油性砂体的约束下，利用地质统计学模拟储层孔隙度、渗透率等物性参数 依据优质储层物性参数定义下限，给出优质储层分布规律2储层砂体预测地质统计学反演方法进行储层预测，必须同时具备两个条件:(1)研究区内要有足够数量的井数据，满足储层参数概率分布函数和变差函数分析，同时分布要相对均匀;(2)波阻抗能够较好的区分砂泥岩2 1基础数据分析覆盖三维地震面积217 km2，为逆时偏移处理成果，采集面元 20 m 20 m，主频 35 Hz 左右，频带分布范围 10 70 Hz，总体分辨率和信噪比较高，波组特征明显、层间信息丰富 油田共有各类井 120 口，0612023，38(1)陈国飞，等:NB 油田优质储层叠前叠后联合反演与应用(www progeophys cn)图 1NB 油田典型沉积相剖面图Fig 1Profile of typical sedimentary facies in NB oilfield图 2优质储层叠前叠后联合反演流程图Fig 2Flow chart of joint pre-stack and post-stack inversion of high-quality reservoirs161地球物理学进展www progeophys cn2023，38(1)图 3NB 油田逆时偏移处理地震剖面Fig 3Inverse time migration seismic profile in NB oilfield图 4储层测井参数敏感性分析图(a)G 曲线统计直方图;(b)声波曲线统计直方图Fig 4Sensitivity analysis of reservoir logging parameters(a)Statistical histogram of G curve;(b)Statistical histogram of acoustic curve常规测井曲线齐全，平面上分布相对均匀，具备开展地质统计学的数据基础(图 3)2 1 1储层界定录井岩性描述和测井解释储层种类较多 根据反演流程设计，本步骤叠后地质统计学反演目的是储层砂体刻画 因此，为了能满足储层反演预测的要求，结合测井解释结果对用于反演的岩性进行了重新界定 把油层、水层和干层等这些具有储集能力的地层定义为储层，泥岩等定义为非储层2 1 2储层测井敏感性分析受野外作业测井仪器差异、测井环境以及测量时间差异等方面影响，测井曲线必须进行去野值、标准化和归一化处理 根据储层类型划分结果，运用直方图方法，对油田内部所有井 A 组地层的储层测井敏感性进行统计分析 从图 4 直方图显示可以看出，储层具有低伽马、高声速特点，自然伽马曲线对储层具有一定识别能力，声波时差曲线能够最大程度把储层、非储层分开，开展地质统计学反演具备良好的波阻抗区分基础2 2反演参数确定参数测试与优选是地质统计学反演非常重要的工作，储层预测精度也由众多参数系统优化决定2612023，38(1)陈国飞，等:NB 油田优质储层叠前叠后联合反演与应用(www progeophys cn)(王雅春和王璐，2013)地质统计学反演包括地质统计学模拟与地震反演两部分，需要设置包括地震、测井和地质统计学三类共八项参数 其中关键参数优选如下:(1)概率密度分布函数概率密度分布函数是描述特定岩性对应的岩石物理参数分布特征(徐立恒等，2019)针对 A 组油层储层类型划分结果，分别对砂岩、泥岩两种岩性的测井纵波阻抗分析，获得砂岩概率密度分布函数和泥岩概率密度分布函数(图 5)图 5砂泥岩概率密度分布函数Fig 5Probability density distribution functions ofsand and mudstone图 6地质统计学反演砂岩概率剖面Fig 6Probability profile of sandstone from geostatistical inversion(2)变差函数在工区范围内有 120 口井，平均井距 230 m，平面分布均匀，开展地质统计学分析能反映地下地质体的统计规律 使用 120 口井测井解释砂泥岩数据进行地质统计学分析，确定岩性水平变差函数为高斯型，变程为 960 m 960 m;纵向变差函数为指数型，变程为 3 5 m(3)地震资料信噪比在反演过程中，地震数据选取的信噪比值越高，反演结果地震所占比重越大，而井模拟数据比重越小，反之亦然 采用 6 dB、10 dB、14 dB、18 dB 和 22dB 信噪比值进行反演试验对比，通过人工判断井间反演剖面变化，确定 10 dB 信噪比值最合适，反演结果既能遵从地震横向变化规律，又能遵从井的纵向精度2 3反演效果评价地质统计学反演运用贝叶斯判别准则，将井点地震反演、地质模型及储层参数统计模拟三类数据进行优化，采用严格的马尔科夫链蒙特卡罗算法(Markov Chain Monte Carlo，MCMC)生成多个高分辨率储层岩性模拟实现数据体(50 次实现以上)，由多个实现数据体得出砂泥岩概率体(图 6)反演结果最大限度地符合地震反射特征，同时受地质框架模型、井点已知先验信息的控制，与实钻井吻合好、储层分辨能力强地质统计学反演合成记录道与实际地震道残差分析，是评价反演效果的有效手段 从图 7 中可以看出，合成记录道与实际地震道残差值小于实际地震道振幅的 10%，二者有很好的一致性 综合上述分析，本次反演结果可以满足储层的追踪和预测的需要361地球物理学进展www progeophys cn2023，38(1)图 7残差法评价反演效果分析图(a)地质统计学反演合成道(红色)与实际地震道(黑色)叠合显示;(b)地质统计学反演合成道与地震道残差剖面Fig 7Analysis diagram of inversion evaluation by residual method(a)Superposed display of the real seismic trace(black)and the synthetic seismic trace from geostatistical inversion(red);(b)esidual profiles between the real seismic trace and the synthetic seismic trace from geostatistical inversion3优质储层预测优质储层是包含多种地质属性的集合体 目前，叠前反演技术可实现储层含油性预测，基于测井约束的地质统计学模拟可实现储层物性参数模拟(马劲风，2003;赵海波等，2017)为此，以叠后地质统计学反演储层砂体预测结果为约束，进一步开展叠前储层含油性及物性预测研究3 1储层含油性预测广义叠前弹性阻抗反演技术利用不同跑检距地震数据及纵横波速度比、密度等测井资料，联合反演多种弹性参数，对储层流体性质进行综合判别与预测 具体流程主要包括横波预测、叠前道集优化处理、井震标定与子波提取、岩石物理分析、叠前扩展弹性参数反演等关键步骤3 1 1道集优化及分角度叠加原始常规处理道集数据不能满足反演要求，在重新开展逆时偏移处理过程中，主要采用超面元均值滤波去噪、非地表一致性剩余时差校正、射线路径Q 补偿和地表一致性反褶积+预测反褶积等技术，改善道集质量，确保道集资料在振幅、频率、相位等方面具有一致性 A 组地层平均埋藏深度约 2000 m，地震双程反射时间为1 0 1 5 s，相应入射角30对应有效偏移距为 2100 m，覆盖 42 次 为了保证叠前反演对部分叠加地震数据高信噪比、覆盖次数相同的要求，经试验划分三个部分角道集，每个角道集覆盖 14 次 最终确定自全道集分别抽取入射角范围012、1123、2133的 CP 道集进行部分叠4612023，38(1)陈国飞，等:NB 油田优质储层叠前叠后联合反演与应用(www progeophys cn)图 8分角道集叠加地震剖面图(a)012角道集叠加剖面(中心角 7);(b)1123角道集叠加剖面(中心角 17);(c)2133角道集叠加剖面(中心角 27)Fig 8Seismic angle gathers stacked according to the incident angle(a)7angle gathers stacked by seismic data with incident angles of 012;(b)17angle gathers stacked by seismicdata with incident angles of 1123;(c)27angle gathers stacked by seismic data with incident angles of 2133561地球物理学进展www progeophys cn2023，38(1)图 9声波时差与(a)拉梅系数、(b)泊松比、(c)横波阻抗和(d)剪切模量交会分析图Fig 9Cross plot between acoustic interval transit time and different parameters:(a)Poissons ratio，(b)S-wave impedance，(c)shear modulus and(d)cross plot of shear modulus图 10过 T-1 井至 T-3 井叠前反演剪切模量剖面图Fig 10Cross profile of shear moduli from of well T-1 to well T-3 from pre-stack inverse6612023，38(1)陈国飞，等:NB 油田优质储层叠前叠后联合反演与应用(www progeophys cn)图 11A1 段油组剪切模量(a)和油组剪切模量(b)平面分布图Fig 11Base map of shear moduli of(a)oil group and(b)oil group in section A1图 12高斯配置协模拟优质储层(a)孔隙度和(b)渗透率反演剖面图Fig 12Inversion profile of(a)porosity and(b)permeability in high-quality reservoir by Gaussian co-simulation761地球物理学进展www progeophys cn2023，38(1)图 13A1 段(a)油组和(b)油组优质储层平面分布图Fig 13Base map of high-quality reservoirs in(a)oil groupand(b)oil group of section A1加，形成中心角为 7、17和 27部分叠加数据体(图8)3 1 2岩石物理分析全油田仅有 3 口井实测横波测井资料，采用基于 Gassmann 岩石物理方程的 Xu-White 算法补齐每口井横波资料 利用井上横波、纵波和密度曲线，计算每口井泊松比、拉梅系数、剪切模量、纵横波速度比等弹性参数，对多井 A 组地层弹性参数与测井解释结果(包括油层、水层、干层和泥岩)进行交会分析，优选敏感弹性参数 从图 9 上可以看出，剪切模量()参数对流体最为敏感，能够将水层和油层区分开，分界值为 3 6 107Pa 相比水层，油层的剪切模量数值比较高 水层和干层主要分布在分界值以下，并且干层和水层剪切模量值大部分叠置，不能有效区分 因此，确定应用剪切模量来识别含油储层3 1 3叠前扩展弹性反演本次尝试采用叠前扩展弹性阻抗反演技术(EEI)对储层含油性进行预测，该技术由 Whitcombe对 Connolly 提出的弹性阻抗方程进行归一化修正，使得不同角度的弹性阻抗和反射系数与叠后波阻抗和反射系数在同一数量级上，解决了阻抗值随入射角急 剧 变 化 的 问 题(谢 清 惠 等，2013;时 磊 等，2015)扩展弹性阻抗公式为:EEI()=00()0(cos+sin)()0 Ksin()0(cos 4Ksin)，(1)式中:为相对意义角度量，与纵波入射角 的关系是 tan=sin2;为纵波速度;为横波速度;为密度;0、0、0分别为相邻层纵波速度、横波速度和密度的均值;K 为常数，为相邻层纵横速度比的平均值应用 Crystal 软件完成叠前扩展弹性阻抗反演从图 10 连井剪切模量剖面可以看出，A1 段油组含油砂体整体对应高值剪切模量，尤其在 T-1、T-2井附近剪切模量出现明显高值区，与测井解释和试油结果完全吻合 分别提取 A1 段、油组剪切模量平面等值图(图 11)，剪切模量高值区主要分布在油田北部，沿北东-南西向条带状展布，西南部多呈团块状分布 统计后验井吻合率达到 78 3%，说明叠前扩展弹性阻抗反演在本区具有很好的适应性3 2储层物性参数模拟物性参数模拟的过程，首先获取井点储层目标参数与协同参数拟合关系;再对目标参数曲线运用地质统计学分析法，求取概率密度分布函数和变差函数;最后结合协同参数数据体，进行高斯配置协模拟测井参数反演，得到目标参数的三维数据体优质储层主要以含油储层的孔隙度和渗透率参数值进行界定 依据上述模拟过程，先对孔隙度参数进行模拟，协同参数体为地震统计学预测砂岩概率体，进行高斯配置协模拟测井参数反演得到三维孔隙度体(图 12a)同理，应用上述方法流程完成渗透率参数模拟，得到渗透率三维模拟结果(图 12b)综上所述，通过叠前反演和储层参数模拟，得到8612023，38(1)陈国飞，等:NB 油田优质储层叠前叠后联合反演与应用(www progeophys cn)反映优质储层的剪切模量、孔隙度和渗透率三套三维数据体 根据油田开发实际界定优质储层孔隙度和渗透率下限值，对三套地震格式的数据体进行体运算，获得定量表征优质储层分布的最终三维数据体3 3反演结果分析NB 油田 A1 段、油组储量占比高，是油田开发的主力含油层段，优质储层孔隙度和渗透率下限值分别为:油组孔隙度大于 13 5%，渗透率大于2 5 1015m2;油组孔隙度大于 15%，渗透率大于4 5 1015m2 根据这一标准，利用地震预测的优质储层三维数据体，分别绘制 A1 段、油组优质储层平面分布图(图 13)从图中可以看出，优质储层主要分布在油田北东向中心线以西为此，依靠地震优质储层预测成果，探索应用水平井技术对低效井区和外扩区难采储量区实施效益动用 例如，在图 13b 中已开发区边部的 T-3 井断块A13 号小层优质储层发育，部署一口水平井，水平段长度 600 m，动用地质储量 31 0 万 t 投产后高峰日产油 66 2 t，日产油稳定在 45 t 左右4结论本文提出了一种致密砂岩优质储层地震预测新思路，即分三步流程开展叠前叠后联合反演，以实现NB 油田 A 组油层优质储层定量表征 在这一流程指导下，优质储层地震预测分三步:首先是在明确研究区具备开展地质统计学反演的条件下，将多项测井解释结论归纳为储层和非储层，通过试验优选 8项反演参数，实现储层砂泥岩反演预测 其次，通过开展岩石物理分析，明确了剪切模量为含油砂体敏感弹性参数，再以叠后砂泥岩预测成果为约束，采用叠前扩展弹性阻抗反演(EEI)预测储层含油性，含油砂体整体对应高值剪切模量 最后，以叠后砂泥岩预测结果为约束，采用高斯配置协模拟测井参数反演预测孔隙度、渗透率 根据油田开发实际情况界定优质储层孔隙度和渗透率下限值，对三套地震格式的数据体进行体运算，获得优质储层三维表征体 在NB 油田 A 组优质储层预测中，符合率达到 78 3%，优选甜点区部署水平井效果显著 该流程联合使用叠前和叠后反演方法，反演结果递进约束，优势互补，可在国内储层特征类似的油田中推广应用致谢感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持!eferencesChen H Z，Yin X Y，Zhang J Q，et al 2014 Seismic inversion forfracture rock physics parameters using azimuthally anisotropic elasticimpedance Chinese Journal of Geophysics(in Chinese)，57(10):3431-3441，doi:106038/cjg20141029Chen X S，Sun S，Zhang Z H，et al 2009 ecognition of complicatedreservoir 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