东海西湖凹陷平湖组富煤环境相控储层预测技术

东海西湖凹陷平湖组富煤环境相控储层预测技术
张兰;汪文基;何贤科;包全;李炳颖
【摘要】储层预测的常规方法是地震确定性反演和叠后地质统计学反演,但这些方法难以解决复杂地质背景中薄储层的预测.西湖凹陷平湖组埋深大,沉积环境复杂,储层相变快且普遍发育薄煤层,其储层预测一直是勘探开发的重点和难点.采用分步反演方法,在地质模式的指导下,基于本区岩石物理特征,优先利用叠后地质统计学反演方法预测煤层,再将煤层作为已知的岩相信息,建立三维岩相比例体,用于约束叠前地质统计学反演方法,进而达到提高分辨率、精细雕刻富煤环境中薄储层的目的.该技术有效解决了东海煤系地层储层预测可靠性差的难题,保障了开发井的顺利实施,将平湖组储层预测精度提高了15％,深化了沉积储层认识,具有较大的推广应用价值.【期刊名称】《现代地质》
【年(卷),期】2019(033)002
【总页数】8页(P337-344)
【关键词】西湖凹陷;富煤环境;储层预测;地质统计学反演
【作者】张兰;汪文基;何贤科;包全;李炳颖
【作者单位】中海石油(中国)有限公司上海分公司,上海200030;中海石油(中国)有限公司上海分公司,上海200030;中海石油(中国)有限公司上海分公司,上海200030;中海石油(中国)有限公司上海分公司,上海200030;中海石油(中国)有限公司上海分公司,上海200030
【正文语种】中文
【中图分类】P631.4
西湖凹陷是东海陆架盆地中规模最大、油气资源最丰富的凹陷，主要目的层为始新统平湖组和渐新统花港组[1-2]。

其中，平湖组为一套海陆过渡的含煤地层，地层埋深大(3 500～4 700 m)，沉积环境复杂，主要发育海湾、三角洲及潮坪相，储层相变快，岩性组合复杂[3-5]。

在此地质背景下，平湖组储层预测难度极大。

常规确定性反演技术虽然可以得到纵横波速度比体、纵波阻抗体等，能预测储层的大体展布趋势，但地震频带有限，纵向分辨率低，无法满足开发精细储层预测的需求[6]。

基于随机建模技术的叠前地质统计学反演方法，能有效地综合地质、测井和三维地震数据，极大地提高储层预测的纵、横向分辨率[7-9]；但研究区煤层富集，给反演预测结果带来很多假象，单一反演方法已经不能满足本区油气田储层描述的需求。

经过不断探索和开发实践，深入分析本区岩石物理特征，逐渐形成了一套基于分步反演的技术思路和方法，在西湖凹陷的勘探开发实践中取得了很好的应用效果，值得进一步推广应用。

1 富煤环境储层预测难点
1.1 煤层多，影响储层有效识别
图1 平湖组纵波阻抗—纵横波速度比交会图Fig.1 Intersection diagram of PIMP and Vp/Vs in Pinghu Formation
西湖凹陷平湖组潮坪相发育，煤层富集，与砂泥岩频繁间互。

本区煤层集中发育在平湖组E2p4—E2p8层，煤层厚度薄，在0.5～2.0 m之间，横向连续性差[10]。

从本区纵波阻抗(PIMP)与纵横波速度比(Vp/Vs)的交会图(图1)分析可知，纵横波速度比可以很好地区分砂泥岩，1.78以下为砂岩，1.78以上泥岩为主；但是煤层的纵横波速度比特征不明显，数值范围分布广，会干扰储层的识别。

相比之下，横
坐标方向，煤层呈特低纵波阻抗特征(<7 500 g· cm-3· m· s-1)，与其他岩性有明
显区分。

在常规地震剖面上，煤层也表现为强振幅或中强振幅反射特征，对其下部储层的真实地震反射特征造成屏蔽或干扰。

为进一步明确煤层对储层预测的影响程度，首先需要通过正演模型分析，明确煤层、煤层下储层的弹性参数特征，为反演及解释提供理论依据。

如正演模型(图2)所示，当储层上部20 m(λ/8)不发育煤层时，含气砂岩顶界面为Ⅱ类AVO特征；而当气砂和水砂上部发育多套煤层时，AVO类型转变为Ⅰ类。

煤层的存在对含气砂岩的
界面相位、振幅及AVO响应均有影响，干扰储层的有效识别。

当储层厚度小于
20 m，储层顶底的地震反射界面不清晰，表现为上部煤层和砂岩的综合地震响应。

复杂煤层组合与砂层具有相似的Vp/Vs特征，常规反演结果容易将煤层误判成砂岩，导致反演结果可靠性变差。

所以，剔除煤层的影响是关键。

1.2 砂岩薄，常规地震资料分辨率低
图2 四套煤层下20 m储层AVO特征正演Fig.2 AVO forward models with the 20-meter thickness reservoir below four sets of coal seams
研究区平湖组长期受河流、潮汐等多种水动力的影响，储层以河道砂、潮道砂、砂坪等为主，砂岩厚度薄、相变快，含油气储层平均单层厚度不足20 m。

目前平北区的地震资料频率范围为5～80 Hz，主频为25 Hz左右，地震资料的纵向分辨率为地震波长的1/4，在研究区约40 m，确定性地震反演的纵向分辨率为地震波长
的1/8(约20 m)，分辨率均不能满足平湖组主要含油气目的层的识别。

在研究区内，常规地震属性分析和确定性反演技术虽能对部分大套厚储层做出较好预测，但对于薄层刻画还不够清晰，无法满足精细储层预测的需求。

针对上述问题，从岩石物理特征出发，多种正反演方法相结合，形成了煤系地层相控储层预测新技术(图3):在地震数据和测井数据优化的基础之上，首先采用叠后地质统计学反演技术，在地质认识的指导下将低阻抗特征的煤层预测出来；然后将煤
层作为已知的地质信息，用于约束叠前地质统计学反演方法，进行精细储层预测，从而解决富煤环境中薄储层预测的难题。

图3 相控储层预测技术流程图Fig.3 Flow chart of the phase-controlled reservoir prediction technique
2 基于叠后地质统计学反演的煤层展布预测
地震反演技术是储层预测的有效手段，按应用的参数类型可分为叠后反演(常规波
阻抗反演)和叠前反演(弹性参数反演)[11-12]。

常规波阻抗反演技术建立在地震波
垂直入射假设的基础上，难以得到可靠的砂泥岩信息，但恰好利于识别煤层的特低阻抗特征。

基于该特点，首先利用叠后地质统计学反演方法进行薄煤层预测。

2.1 基于纵波阻抗差异的岩相划分
工区内发育多种岩性，从前面岩石物理量版分析可知，泥岩、干砂、水砂、气砂在纵波阻抗上叠置发育，横坐标上难以区分，只有煤层为特低纵波阻抗特征，落在整个坐标系统的最左侧，与其他岩性的样点有明显的区分。

因此可以进一步简化岩性，在工区内以纵波阻抗为划分依据，将岩相划分为煤层和非煤层两种岩相，从而更准确地刻画出煤层的空间展布特征。

2.2 分层建立概率密度函数
图4 目的层段煤层与非煤层概率密度Fig.4 Probability density of coal and
non-coal seams in the target stratum
此外，井间煤层预测充分考虑沉积相的发育演化，平湖组一、二段主要是受潮汐影响三角洲沉积，煤层偶见于分流间湾；平湖组三、四段以潮坪沉积为主，煤层频繁发育[13-14]。

不同层段，优势沉积相不同，煤层的发育程度也不同。

利用测井资
料统计了目标层段煤层和非煤层的纵波阻抗概率密度分布(图4)，依据概率密度特征，将平湖组P4—P10层分成4段，分层段建立概率密度函数。

各层段内概率密度函数基本是稳定的，将这一稳定的统计特征作为约束来控制研究区各层的反演，
克服了模型反演和随机模拟地震反演需要大量井资料的弱点，引用测井资料参与反演，有效地提高了叠后反演的分辨率；同时也充分考虑了地下地质的随机特征，使反演结果更符合实际地质情况，对于研究区钻井较少、相变快的特征更具优势。

2.3 无井反演确定最优反演参数
无井地质统计学反演是检验反演结果预测性的主要手段，通过无井地质统计学反演可以确定下一步反演的各项参数。

从图5可以看出，常规确定性反演只对厚层砂岩有较好的响应，薄煤层组合对应大套中低阻抗特征(蓝色)，内部薄层信息难以识别。

相比之下，无井地质统计学反演剖面上，薄层的细节更为丰富，低纵波阻抗与煤层有很好的响应关系，分辨率有了较大提高。

反演剖面与未参与反演的实际钻井信息吻合度很高，说明选取的反演参数是合理的，也说明本轮反演结果具有较好的预测性。

图5 叠后确定性反演剖面(左图)和叠后地质统计学反演剖面(右图)Fig.5 Sections of post-stack deterministic inversion and post-stack geostatistics inversion 在无井地质统计学反演基础上，利用已有钻井信息约束叠前地质统计学反演，对薄层进行精细刻画。

通过井约束，薄层的位置及厚度与井点更加吻合，同时无井地质统计学反演中得到合理的参数输入保证了井间储层的预测性，进一步提高反演预测的准确性。

3 煤相约束叠前地质统计学反演
叠前地震反演相对于常规波阻抗反演(叠后反演)得到的储层信息多，具有良好的保真性和多信息性[15]。

目前较前沿的叠前地质统计学反演方法以井上的纵、横波阻抗作为输入，以叠前地震数据做约束，用随机模拟算法得出高分辨率的储层敏感参数的数据体，实现储层预测。

该方法综合确定性反演的横向高预测性和地质统计学建模纵向高分辨率的优点，可实现对薄储层薄夹层的精细刻画[7]。

从图1中可见，本区的纵横波速度比可以很好地区分储层与非储层，但是中间受
到煤层的干扰，煤层的存在大大降低了叠前地震反演的准确性，给储层预测带来很多假象(图2 )。

工区内煤层和砂岩、泥岩相互叠置，组合形成复杂的地震反射特征，单纯的叠前地质统计学反演也难以解决本区薄储层预测问题。

因此，相控反演在这个工区显得尤为重要。

通过前文所述叠后地质统计学反演技术，精细刻画工区内的煤层，将煤层的空间展布作为一个相对确定的岩相信息用于约束叠前反演，进一步降低地震数据的多解性，从而提高统计学反演结果的确定性，有效解决该工区复杂煤层下薄储层预测问题。

3.1 三维岩相比例体的建立
基于叠后地质统计学反演刻画出来的煤层空间展布，可作为一种相对确定性的地质信息参与到叠前地质统计学反演中，这一步主要体现在三维岩相比例体的建立中。

这轮反演将工区内岩相主要分为三类，孔隙砂岩、泥岩、煤层。

在建立砂岩、泥岩岩相比例时，根据不同层段井上砂泥岩比例建立常数三维岩相比例体，并且在这两个比例体中将表征煤层展布的三维煤相比例体作为一个确定性的地质信息嵌入其中。

如图6所示，最右侧的叠后地质统计学反演结果表明:花港组发育煤层的概率低，
平湖组发育煤层概率高，且煤层集中发育在平湖组P4—P8层。

将这个结果用于约束砂泥岩比例体的建立，这就意味着，在煤层发育部位煤相概率高，砂泥岩概率低，平湖组P4—P8层砂岩相对欠发育。

在此先验概率的强约束下，有效地剔除煤层干扰造成砂泥岩预测的失真，提高煤下储层预测精度。

图6 三种岩相比例的三维空间分布体Fig.6 Three-dimensional spatial distribution of three types of rock phases
图7 平北区K气田储层预测厚度直方图Fig. 7 Histogram of predicted reservoir thickness in the K gas field in Pingbei region1/3/4/7/11号砂体.A5井钻遇储层;2/5/19/26号砂体.B1井钻遇储层;17/18/20.K1井钻遇储层;6/8/9/14号砂体.K2井钻与储层;13/15/16/22/24号砂体.K4井钻遇储层;10/12/21/23/25
号砂体.K5井钻遇储层
3.2 基于沉积相认识的变差函数
反演过程中，结合沉积相的认识给定变差函数方向。

西湖凹陷平北区P4沉积期，为三角洲平原分流河道沉积，河道呈北西—南东向展布；向上沉积水体逐渐加深，P3沉积期为海侵域三角洲前缘，以水下分流河道及横向砂坝为主，横向砂坝平行
岸线展布；P2为高位域，三角洲进积，砂体大面积分布，以前缘水下分流河道和
河口坝为主，砂体近东西向展布。

结合各层沉积相展布方向，建立变差函数，用于约束砂体展布方向，用地质模式指导储层预测，提高储层预测准确性。

4 应用效果
从统计结果上看，相控反演大大提高了煤系地层储层预测的精度(图7)。

以平北区
含油气构造为例，相控叠前地质统计学反演上，砂岩平均钻遇率高达88.5%左右，而常规反演的砂岩钻遇率在70.0%左右，预测精度提高了15%以上。

而且，相控
反演对储层厚度的预测与实钻结果更吻合，预测厚度误差均在18%以内，并且相
比常规确定性反演结果，对20 m以下的薄层预测精度大幅提高。

图8 叠前确定性反演砂岩概率体剖面(上图)与煤相约束叠前地质统计学反演砂岩概率体剖面(下图)Fig.8 Sandstone probability profiles of pre-stack deterministic inversion(top) and pre-stack geostatistics inversion constrained by coal facies(bottom)
图9 A2H井煤相约束叠前地质统计学反演Vp/Vs剖面及测井曲线Fig.9 Vp/Vs profile of pre-stack geostatistics inversion constrained by coal facies and well logging curves of well A2H
以过K5井和A5井的连井反演剖面(图7)为例，其中K5井为探井，发育P3c、
P4a1两套厚气层，该井参与反演过程。

在构造高部位设计开发井A5井，未参与
反演，计划动用K5井区的气层。

常规确定性反演剖面上，P3c、P4a1等厚砂体
横向稳定发育，且在A5井附近发育P3a、P4a2、P4b等多套厚砂体。

依据该套
反演结果，A5井预计钻遇5套厚砂岩，且在构造高部位钻遇P3c、P4a1等厚气
层(图8)。

相比之下，相控反演剖面上储层分辨率更高，砂体横向连续性差，厚薄
不一，相互叠置发育，与K5井气层之间可能不联通，深部储层厚度减薄，以薄砂层为主。

开发井实钻结果表明，相控反演储层预测的准确性更高，A5井与K5井
之间储层联通性差，在P3c钻遇水层，且在深部P4层附近发育多套薄砂层和薄煤层，造成常规反演上发育厚储层的假象。

通过开展煤相约束的叠前地质统计学反演，对西湖凹陷复杂煤层下薄储层进行预测，取得了良好的效果，较确定性反演结果分辨率有了很大程度提高，如图9所示。

常规确定性反演虽然能预测储层的大体展布趋势，但对储层的厚度及连续性都有较大误差，并且容易将煤层误判成砂岩。

相控反演消除了煤层的干扰，与井点岩性更加吻合，对于20 m以下，甚至10 m以下的储层都有很好的预测性，分辨率更高，且对井间储层展布的预测也更符合实际地质情况。

此外，相控反演结果有效指导了西湖凹陷水平井的钻探。

A2H井设计开发K4井
区P3c层(渗透率为0.5×10-3 μm2)，在井深4 950.0 m着陆P3c砂体，钻至轨
迹最低点，然后保持90.5°～91.5°井斜钻进，钻遇大段“甜点”储层，与反演剖
面低Vp/Vs段对应；至5 850.0 m处出现物性变差、GR变高的粉砂岩，反演剖
面上Vp/Vs响应开始变弱，持续钻进30 m岩性无明显改善，反演剖面表明若继
续按当前井斜钻进，有钻穿主力砂体的风险，及时采用2°狗腿快速降斜寻找P3c
主力砂体，于5 900.0～5 926.0 m钻穿P3c砂体，录井显示为灰色泥质粉砂岩，钻至5 945.0 m重新回到P3c砂体中，后调整至90°井斜稳斜钻进(图9)。

最终完钻井深6 370.0 m，水平段长度1 430 m，砂岩钻遇率高达92%，共钻遇储层1 320 m。

在相控反演结果的指导下，井轨迹始终控制在优质储层区钻进，取消了ODP设计中的储层酸化作业，降低了成本，缩短了工期，实现深层特低渗气藏高
效开发。

创下“最深水平井、最长水平段、最长有效段和超高砂岩钻遇率”等多项东海钻探记录。

5 结论
西湖凹陷平湖组沉积环境复杂，储层厚度薄、相变快，且普遍含煤，储层预测难度较大。

本区岩石物理分析表明纵横波速度比可以很好地区分砂泥岩，但是受到煤层的干扰；煤层具有特低阻抗、中高纵横波速度比特征。

充分利用叠后反演和叠前反演各自的优势，探索形成了富煤环境相控储层预测新技术:在地质模式指导下，首先通过叠后反演预测煤层，将煤层作为已知的地质信息，用于约束叠前地质统计学反演，提高分辨率，精细刻画薄储层，从而解决富煤环境中储层预测的难题。

该项技术提高了相变频繁、煤层发育地区薄储层预测的可靠性，使储层预测精度由原来的70.0%提高到目前的88.5%；并通过对砂体的精细解剖，结合地质认识，有效指导了气田开发井实施及钻后地质油藏评价，可进一步在其他地区推广应用。

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