2017, Vol. 32
2. 中国石油长庆油田分公司, 西安 710018
2. Petrochina changqing oilfield company, Xi'an 710018, China
鄂尔多斯盆地横跨陕甘宁蒙晋五省区，为大型的古、中、新生代沉积盆地.盆地内部划分为西缘逆冲构造带、天环向斜、伊陕斜坡、晋西挠褶带及北部的伊盟隆起和南部的渭北隆起六大区域构造单元.苏里格气田位于伊陕斜坡的西北部，其北部为沙漠区，表层流沙、黄土干燥、疏松、厚度大，能量吸收严重；干扰波类型多、强度大，信噪比低；地形复杂、施工难度大，效率低下.其主力储层为上古生界二叠系底部盒8段砂泥岩沉积组合，属辫状河流沉积相砂体 (Wang et al., 2004; Yang et al., 2004).
针对苏里格地区复杂的沙漠地表条件和表层结构，以及低孔低渗储层岩性变化大、非均质性较强、与围岩波阻抗差异小的特点，通过精细表层调查、优化测线部署，2003年开始全数字采集技术试验，随后2006-2007年高精度二维全数字地震技术在苏里格气田的有效储层预测及开发井位优选中发挥了极其重要的作用，极大地促进了天然气开发的快速上产.2009年，随着开发战略的调整，苏里格气田的开发方式将以丛式井和水平井为主，因此，在二维地震富集区筛选的基础上，有针对性的开展全数字三维地震技术的研究和应用，以解决储层的平面和空间预测问题 (Yang et al., 2004).本文主要讨论基于全数字地震的叠前技术解决沙漠区致密砂岩有效储层预测问题.
1 高精度全数字地震优点叠前储层预测技术对地震资料的采集、处理和解释各环节都提出了更高的要求：对于野外采集来说，需要尽量取全和取准气层的动力学特征；对于资料处理来说，需要突出和保持气层的动力学特征；对于储层预测来说，更要充分利用好气层的动力学特征.采用全数字地震技术，恰恰为全方位利用地震叠前信息预测储层提供了高低频信息丰富的资料.
全数字地震是采用数字检波器进行信号接收、传输、记录到室内处理解释全程数字化 (史松群等, 2007).基于MEMS数字检波器的优点 (Smith et al., 2004; 王梅生, 2007)：①数字检波器的幅度与相位频率特性曲线在500 Hz内都是平坦的直线，特别适合记录低频 ( < 5 Hz) 反射信号；②传感器直接输出24位一个样点的数字信号，信号失真度低于0.003%，即瞬时动态90 dB以上，适宜记录强噪声背景下的弱信号.
在苏里格地区因地制宜，低降速层厚度50 m为界分别采用在潜水面下高速层中单双井或降速层中组合井激发；接收采用全数字单点、大偏移距 (5060、6035 m)、小道距 (5、10 m)、中低覆盖次数 (36~75，室内组合增加一倍).全数字地震获得的宽频、大角度、高保真的野外记录，最大程度地取全取准了有效储层预测所必需的地震动力学信息，可以获取完整保真的高低频信息，也可以获取完整的AVO信息.图 1为常规检波器与数字检波器采集的单炮记录对比，从野外采集单炮记录分析，全数字接收的地震记录有效信号频率成份丰富，具有更宽的频带和更好的低频响应，野外记录上低频段5 Hz出现有效波，优势频率在40 Hz左右，高频段有效频率达到90 Hz以上.
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图 1 常规检波器与数字检波器采集的单炮记录对比 Figure 1 Comparison of single shot record from the conventional and digital geophone |
在常规资料处理的基础上，针对不同预测方法确定了不同的处理流程，突出了叠前去噪、高次项动校正、各向异性速度分析等处理技术，获得了高品质、保持动力学特征的CDP道集资料和叠加成果 (王宝江, 2012).图 2为常规地震叠加剖面与全数字地震叠加剖面对比，常规地震频带宽度8~86 Hz，全数字地震频带宽度5~105 Hz，低频和高频均有拓宽.最终形成的分偏移距叠加资料信噪比、分辨率高，近远道振幅能量、相位一致性好，为叠前预测打下了良好的资料基础.
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图 2 常规地震叠加剖面与全数字地震叠加剖面对比 Figure 2 Comparison of conventional and full digital seismic stack section |
大量地质研究表明 (秦绪英等，2005; 王泽明, 2010; 沈玉林等, 2012)：盒8段沉积期，苏里格西部地区受缓坡型辫状河三角洲沉积体系控制，形成了大面积分布的砂岩，且沉积、成岩作用控制了砂岩储层的物性差异，而储集物性的差异又影响了天然气富集程度.因此，本区地震储层预测关键不是找砂体，而是寻找砂体中物性相对较好的有效储层.
从储层预测技术角度分析认为：本区气层与围岩波阻抗差异小、结构复杂、气层厚度较薄，非均质性强，高孔渗砂体地震预测难度大.具体表现为以下几个难点：
难点①:储层与围岩没有明显的波阻抗差异，无法用一般声阻抗反演方法预测砂层和气层.
图 3为Z17井盒8段-山1段泊松比与波阻抗交会图，砂泥岩纵波阻抗叠置明显，以叠后反演为主导的砂体预测技术已经不能满足储层预测的需要.图 4为S21井盒8段-山1段含气饱和度与泊松比交会图，有效储层 (气层) 与围岩有明显的泊松比差异，当其具有一定厚度时，有明显的AVO响应，因此利用叠前弹性波反演和AVO分析预测有效储层的分布成为可能.
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图 3 Z17井泊松比与波阻抗交会图 Figure 3 Poisson's ratio and P-wave impedance crossplot of well Z17 |
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图 4 S21井含气饱和度与泊松比交会图 Figure 4 Gas saturation and Poisson's ratio crossplot of well S21 |
难点②:本区盒8段砂泥岩薄互层情况较普遍，单套厚砂岩与砂泥岩薄互层区分难度大.
图 5a图 5d分别为S×-50井和S×-53井不同频率 (20 Hz、25 Hz和30 Hz) 合成地震记录；图 5b图 5e分别为S×-50井和S×-53井点处地震叠加剖面.S×-50井测井岩性图表现为大套厚砂岩，而S×-53井为砂泥岩薄互层.从不同频率 (20 Hz、25 Hz和30 Hz) 合成地震记录上，盒8段均为一个强同相轴，仅仅从这几个频率无法区分，而且反映到地震剖面上，同样为左右可以连续追踪的一个同相轴，强弱稍有变化，但从地震剖面上识别难度较大.图 5c图 5f分别为S×-50井和S×-53井点处横波阻抗剖面，两种模式在横波阻抗剖面上差异明显，单套厚砂岩表现为强横波阻抗，而薄互层砂岩表现为较弱横波阻抗.基于这两种模式的横波阻抗差异特征，可以利用横波阻抗与纵波阻抗的交会来定性地预测厚砂岩分布.
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图 5 盒8段单套厚砂岩与砂泥岩薄互层模式 (a)(d) 分别为S×-50井和S×-53井不同频率合成地震记录；(b)(e) 分别为S×-50井和S×-53井点处地震叠加剖面；(c)(f) 分别为S×-50井和S×-53井点处横波阻抗剖面. Figure 5 The mode of thick sandstone and thin sand shale interbed (a)(d) Different frequency synthetic seismogram of well S×-50 and well S×-53; (b)(e) Seismic stack section in well S×-50 and well S×-53; (c)(f) S-wave impedance in well S×-50 and well S×-53. |
难点③:有效储层准确预测难度较大.主要表现在两个方面：一方面是有效储层薄，另一方面是气层与含气层地震响应差异小.
图 6为S×-47井正演道集及近远道叠加剖面.图 6a正演道集显示盒8段为振幅随偏移距增加而增强，表现为第三类AVO异常；同时从图 6b近远道叠加剖面上可以看出，远道振幅明显增强，印证S×-47井盒8段应该为第三类AVO异常.而钻井显示，S×-47井盒8段共钻遇17.5 m厚的砂岩，砂岩厚度较大，但其中的含气层为9.2 m厚，气层仅仅为1.1 m厚.这里的第三类AVO异常，可能为较厚的含气层导致，而不是气层导致，但是从正演道集和近远道叠加剖面上确无法区分，表明含气层与气层的地震响应较为接近，区分难度大.针对这种情况，本文在全数字地震资料的基础上，建立岩石物理解释量板，采用叠前同时反演技术反演弹性参数，并探讨利用弹性参数及交会来精细刻画气层.
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图 6 S×-47井正演道集 (a) 及近远道叠加剖面 (b) Figure 6 Forward gather of well S×-47 (a) and near & far offset stack section (b) |
这些难点解决办法的资料基础就是全数字地震，相比于常规地震资料，基于全数字地震资料的叠后叠前方法表现出了预测结果信噪比较高、频带较宽、弹性参数更为精确的优点.
3 基于全数字地震的叠前技术应用苏里格气田西区位于伊陕斜坡的西北部，盒8段气藏为由东北向西南方向倾斜的单斜构造，区内不同构造部位的钻井目的层段中断层均不发育.S194三维工区是位于苏里格气田西区的西北部的全数字地震工区，S194区块主力产气层为中二叠统下石盒子组盒8段，深度约3200~3500 m左右，厚度约80~100 m，为砂泥岩地层，是一个低压、低渗透、低丰度，以河流砂体为主体储层的大面积分布的岩性气藏.其储层预测同样面临本文第2部分所述的问题.
借鉴苏里格气田东部地区的一些成熟的基于全数字地震的叠前技术，本区在岩石物理分析的基础上，采用横波阻抗及交会等技术预测厚 (主) 砂带，叠前同时反演弹性参数及交会等技术预测有效储层 (含气砂体)，最终利用三维可视化技术有效指导丛式井和水平井位部署.其思路基本上遵循从砂体到有效储层、从定性到定量的流程.
3.1 岩石物理分析要开展致密砂岩储层的含气性预测，岩石物理分析是一项有意义而且非常关键的工作，主要有两方面的内容：①横波速度预测；②敏感弹性参数分析.
实际生产中，由于经济原因，大多数井缺乏全波列测井资料，严重制约了地震叠前技术的发展和应用，所以测井横波速度预测作为一种获得横波资料的手段，已逐渐成为一种重要的地球物理应用技术.本文利用多种属性比如Vp、Por、gr、Den2、Sp2等多属性回归变换，拟合横波速度和实际横波速度相关度能达到0.8以上，再通过概率神经网络训练相关度能提高至0.9，精确的横波速度估算为叠前储层预测提供必需的资料.
同时利用此地区横波测井资料，进行研究区的储层岩石物理响应特征研究，包括研究不同类型储层的弹性参数特征；建立不同的弹性参数与储集空间类型、含气性等的关系；寻找对储层类型、含气性敏感的弹性参数等，进而指导后续反演等工作，利用这些敏感参数，进行有利储层的预测.大量研究表明：横波阻抗与剪切阻抗基本上可以区分砂岩和泥岩，纵波阻抗和横波阻抗交会能够很好的划分出大套有利砂岩储层；利用岩石的泊松比参数能够区分岩性、预测储层的含气性，纵波阻抗能够反映储层的致密程度，泊松比与纵波阻抗交会能够预测有效储层 (含气储层)，如图 3、图 4所示.
3.2 纵波阻抗与横波阻抗交会预测砂体展布在获取了多个弹性参数的反演结果之后，如何将获取的多个弹性参数有机结合起来进行储层岩性、物性和流体进行描述是叠前地震描述的一个重要环节，也是叠前同时反演的最终落脚点，由于砂、泥的纵波速度完全重叠，用纵波阻抗不能识别岩性，而横波阻抗在区分岩性方面有独特的优势，不论砂岩中含何种流体，横波速度原则上仍然保持原有 (高速) 特征，所以纵波阻抗与横波阻抗交会可以为区分岩性提供一种有效的技术手段 (张万龙等, 2015).
图 7a为S194工区Crossline800测线叠前同时反演得到的纵、横波阻抗及两者交会剖面，图中盒8段砂体在纵波阻抗反演剖面上表现为中高阻抗，纵波阻抗一定程度上能够反映盒8段河道砂体的展布，但是精细程度不够；在纵波阻抗反演的基础上，通过测井纵波阻抗与横波阻抗交会图版 (图 7b)，精细勾画厚砂体范围，将此交会应用到剖面上，预测厚砂体展布，进一步提高砂体厚度预测的精度，如图中黑色交会异常为厚砂体.图 7c为最终得到的盒8段厚砂体平面展布图，发育多条近南北向砂带，整体上东北部砂岩较厚，平均厚度在20~35 m之间，局部砂厚超过40 m；东南部砂岩较薄，平均厚度在15~25 m之间.
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图 7 S194工区Crossline800测线叠前同时反演获得的纵、横波阻抗及两者交会剖面 (a)、测井交会图版 (b) 及盒8段厚砂体平面展布图 (c) Figure 7 P-wave impedance, S-wave impedance and rendezvous section by prestack simultaneous inversion of line Crossline800 in S194 area (a); Log interpretation chart (b); Thick sand body plane layout of H8(c) |
岩石物理量板技术是通过研究区局部条件标定后用于指导岩性和油气预测的示范性图表，可以指导叠前弹性参数反演结果的定量解释.岩石物理量板建立的主要思路是：首先建立一口虚拟井，该虚拟井具有一系列不同泥质含量 (0-1)、孔隙度 (0-0.25) 和含水饱和度 (0-1)；然后固定其中2个变量，而改变一个变量，将三条曲线输入Xu-white模型，并采用优化后的骨架参数，模拟得到不同泥质含量、孔隙度以及含水饱和度下的纵波速度、横波速度以及密度.
本工区岩石物理解释量板 (图 8b) 以S108、S135、S147、S44和T11井测井解释参数为依据，考虑既定的温度和压力，计算在实际地层条件下储层骨架和流体参数值，建立一系列不同孔隙度、含水饱和度及含气饱和度的储层模型，利用岩石物理模型计算得到对应的纵波阻抗及泊松比值，并与实际钻井储层参数散点图对比划分出含气砂岩、干砂岩及泥岩参数值范围，作为不同类型储层定量解释的依据 (Özdemir et al., 2001; Chi and Han, 2009; Smith et al., 2009; Shahin et al., 2011; Hossain et al., 2011; 吕其彪和孙作兴，2012; 窦玉坛等, 2013).
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图 8 S194工区Crossline800测线叠前同时反演的横波阻抗、泊松比及纵波阻抗与泊松比交会剖面 (a)、岩石物理解释量板 (b) 及盒8段有效储层平面展布图 (c) Figure 8 S-wave impedance, poisson's ratio and rendezvous section by prestack simultaneous inversion of line Crossline800 in S194 area (a); Rock physics interpretation template (b); Effective reservoir plane layout of H8(c) |
应用图 8b中岩石物理定量解释模板中的有效储层检测窗口对叠前反演结果进行了交会解释，划分出含气砂体.具体为圈定岩石物理解释量板8b中代表含气砂岩的红色点，投影到图 8a中的叠前同时反演得到泊松比剖面上，反映为黑色异常的即为盒8段有效储层 (含气砂岩).图 8c为盒8段有效储层平面展布图，盒8段有效储层整体呈南北向近条带状分布，整体上东南部较差.平均厚度4~6 m，最厚处15 m.
3.5 三维可视化技术有效指导水平井位部署对以叠前技术为主获得的盒8段砂体和有效储层进行体可视化 (图 9)，辅以十字剖面的层面可视化，根据三维地震储层空间展布，结合构造形态，选择最佳储层发育的方位.图 9中利用三维可视化手段加以平剖面的特征，准确描述目的层的砂体展布特征，精确圈定有效储层的发育范围，为水平井S48×-42H2轨迹设计提供依据，钻前预测入靶点储层厚度大，物性好，水平段储层连续性好，构造平缓，含气性好.实钻水平段长度805 m，砂岩660.4 m，砂岩钻遇率82%；有效储层621 m，有效储层钻遇率77.1%，试气获51.7×104 m3/d (AOF).
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图 9 盒8段砂体三维可视化显示 (a) 和盒8段有效储层三维可视化显示 (b) Figure 9 3d visualization display of h8 sand body (a); 3D visualization display of h8 effective reservoir (b) |
通过全数字三维开发地震的实施，在构造特征、储层预测等方面较二维明显细化，为水平井、丛式井的整体开发奠定了基础，其中三维可视化技术为水平井位的部署提供了一种更科学、更高效、更可靠的手段.
三维区内原有利用二维地震确定的完钻井44口，Ⅰ+Ⅱ类井仅73.2%.利用三维资料确定的井位目前完钻30口，Ⅰ+Ⅱ类井为83.3%，提供水平井7口，平均有效储层钻遇率达到71.5%，平均无阻流量为24.01×104 m3/d.钻井结果证明：三维地震能够显著提高Ⅰ+Ⅱ类井比例，尤其是可以大幅度提高Ⅰ类井比例.
4 结论 4.1全数字三维地震采用的小面元、大偏移距、均匀的高覆盖观测方法，有效地提高了地震资料的纵横向分辨能力.最终针对性地处理得到的CRP道集、分偏移距叠加数据体为叠前储层预测提供了坚实的资料基础.
4.2以岩石物理分析为前导，在纵波反演的基础上，以叠前多参数反演及交会为核心技术，并建立岩石物理解释量板，精确刻画盒8段砂体展布形态，圈定有效储层展布；利用三维可视化技术准确描述目的层的砂体和有效储层展布特征，为水平井地质导向提供依据.
4.3全数字三维采集处理解释一体化应用，实现了储层预测从平面到立体、从垂直到水平的转变，大幅度提高了Ⅰ+Ⅱ类井比例和水平井的储层钻遇率，从而进一步提高了苏里格气田的整体开发效益.
致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持！| [] | CHI Xin-Gang, Han De-Hua. 2009. Lithology and fluid differentiation using a rock physics template[J]. The Leading Edge, 28(1): 60–65. DOI:10.1190/1.3064147 |
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