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物探与化探, 2021, 45(2): 450-457 doi: 10.11720/wtyht.2021.1079

方法研究·信息处理·仪器研制

曲率属性在河流相储层内部不连续性检测中的应用

张晶玉,, 范廷恩, 王海峰, 张显文, 杜昕

中海油研究总院有限责任公司,北京 100028

Application of curvature attributes to fluvial reservoirs discontinuity detection

ZHANG Jing-Yu,, FAN Ting-En, WANG Hai-Feng, ZHANG Xian-Wen, DU Xin

CNOOC Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 100028,China

责任编辑: 叶佩

收稿日期: 2020-02-21   修回日期: 2020-11-12   网络出版日期: 2021-04-20

Received: 2020-02-21   Revised: 2020-11-12   Online: 2021-04-20

作者简介 About authors

张晶玉(1987-),女,2013年毕业于中国石油大学(北京)地球探测与信息技术专业,现主要从事油藏地球物理研究工作。Email: zhangjy53@cnooc.com.cn

摘要

河流相砂岩储层内部由于岩性、物性和微小构造变化导致的不连续性特征是阻隔流体流动,影响注采受效的重要因素。因此对这些特征的研究对于油田开发具有重要意义。这类不连续特征在地震资料上通常表现为地震振幅和波形的变化、同相轴的扭曲等,尺度通常小于地震资料分辨率。本文研究了基于曲率算法的储层不连续性特征的识别方法,通过模型正演分析发现曲率属性对于砂体之间不连续性特征具有较高的检测精度。在渤海某油田砂体单元的应用分析表明,曲率属性对于储层不连续性的检测结果与后期生产动态及示踪剂测试结果吻合,验证了该方法的可靠性。该方法技术能够为油田高效开发提供有力的技术支撑。

关键词： 曲率属性 ; 河流相储层 ; 储层不连续性 ; 油田开发

Abstract

The discontinuity characteristic of fluvial facies sandstone reservoir due to lithology,physical property and micro-structural changes is an important factor that hinders fluid flow and affects the efficiency of injection and production.Therefore,the study of these discontinuity characteristics is of great significance for oilfield development.Such discontinuous features usually appear as seismic amplitude and waveform changes,distortion of seismic phase axis,et al.Since the scale of discontinuous features is usually smaller than the resolution of seismic data,it is difficult to accurately identify them by conventional methods.Model forward analysis found that curvature attributes have high detection accuracy for sand body discontinuity.The application of reservoir unit in an oilfield in Bohai shows that the reservoir discontinuity detection results with curvature attributes are consistent with tracer test results of the later production dynamics,which verifies the reliability of the method and provides a powerful support for the efficient development of the oilfield.

Keywords： curvature attributes ; fluvial facies reservoir ; reservoir discontinuity ; oilfield development

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本文引用格式

张晶玉, 范廷恩, 王海峰, 张显文, 杜昕. 曲率属性在河流相储层内部不连续性检测中的应用. 物探与化探[J], 2021, 45(2): 450-457 doi:10.11720/wtyht.2021.1079

ZHANG Jing-Yu, FAN Ting-En, WANG Hai-Feng, ZHANG Xian-Wen, DU Xin. Application of curvature attributes to fluvial reservoirs discontinuity detection. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2021, 45(2): 450-457 doi:10.11720/wtyht.2021.1079

0 引言

随着海上油田陆续进入开发中后期,油田注采矛盾日益凸显,剩余油分布日趋复杂。储层内部渗流屏障对地下流体,尤其是剩余油的控制作用逐渐显现,成为影响老油田实现增产稳产、提高采收率的关键地质因素[1,2]。以河流相和三角洲相储层为例,这类储层是我国已发现油田的主要油气资源储层类型,也是油气最为富集的储油层。据统计,河流相储层原油地质储量占我国已开发油田动用地质储量的40%以上,但这些油田经过几十年注水开发,水驱平均采收率只有30%,地质储量的采出程度仅为23%左右,意味着储层内有3/4的地质储量无法有效采出[3,4]。这种现象除了开发因素导致,储层内部的非均质性是主要原因。

以河流相储层为例,储层岩性的纵向和横向变化大、连续性差。纵向上,不同期次的河道沉积砂体相互叠置或切削;平面上,河道迁移摆动,形成复杂的交错和接触关系。储层中由于沉积作用、成岩改造及构造运动等因素形成的砂体尖灭、砂体叠置、物性变化及小断层等不连续界限成为隔断油水关系,阻碍水驱油的主要屏障。由于河流相储层属于典型的薄互层砂泥岩沉积,在地震上通常表现为一定层段内薄互层的复合响应,加上噪声干扰,很难通过地震剖面或常规反演剖面精确识别储层不连续性特征的位置[5,6,7,8,9]。因此,探索砂岩储层内部不连续性的地震响应特征及地震属性识别技术,对于正确认识储层内部砂体连通性,油藏内部油水分布关系,提高油田剩余油挖潜效率具有积极意义。

1 方法原理

1.1 曲率属性原理及地质意义

曲率的数学定义是单位弧段上切线转过角度的极限,用于表征曲线上任意一点的弯曲程度。自2001年Roberts将曲率属性引入地震解释领域,曲率属性的提取方法从二维层面属性发展到三维体曲率属性,并得到了广泛的发展和推广应用。曲率属性是应用计算曲率的方法来评价地质体在几何空间上的分布形态,从而实现对断层、裂缝、弯曲和褶皱等几何构造的有效识别[10,11,12,13,14,15,16]。

当对地震层位提取曲率属性时,曲率属性值被赋予了明确的地质含义,如图1所示:当地层为水平层或斜平层时,地层的法矢量互相平行,曲率为零;当地层为背斜或隆起构造时,法矢量是发散的,曲率定义为正值;当地层为向斜构造时,法矢量是收敛的,曲率定义为负值。并且在地震同相轴产状宽缓处,曲率绝对值小,产状变化剧烈处,曲率绝对值大。目前,曲率属性在断层检测、构造形态识别和裂缝预测等方面的应用效果已得到广泛认可,但对于曲率属性在储层内部结构的精细识别方面的研究较少。

图1

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图1   曲率属性的地质含义

Fig.1   Geological meaning of curvature attribute


1.2 典型砂体叠置模型正演及分析

目前,基于高分辨率地震反演结果,结合岩心和测井资料认识,在纵向上可以对砂体进行比较准确的识别,但横向上砂体之间接触关系的确定仍然存在很大困难。河流相和三角洲相等砂岩储层内部的各种不连续特征的尺度多小于地震资料的纵向和横向分辨率,因此砂岩储层内部不连续性的识别是小于地震资料分辨率的一类问题。

利用计算效率高、精度较高的正演模拟算法,研究分析基于模型的地震响应特征(包括振幅、频率、相位等特征),是储层不连续性检测的重要基础,可以为实际砂岩储层地震资料的预测及综合解释提供重要的理论依据。我们参考渤海地区明化镇组砂岩储层参数,建立了图2所示的典型河道砂体叠置正演模型,模型中设计了在地下真实河流相储层沉积过程中可能存在的各种河道接触关系[17,18,19],模型中河道砂体宽度为300~500 m,厚度为6~8 m,河道间砂体宽度为500~800 m,厚度为2~3 m,河道砂岩速度为2 450 m/s,密度为2.1 g/cm3,河道间砂岩速度为2 520 m/s,密度为2.15 g/cm3,泥岩速度为 2 650 m/s,密度为2.25 g/cm3。采用35 Hz的雷克子波对模型进行正演,正演地震数据采样间隔为1 ms,得到正演地震剖面如图3所示,可以看到,在正演模型中砂体尖灭、不同期砂体接触、侧向切叠、纵向叠置的位置,以及砂体的岩性、物性发生变化的位置,地震同相轴的波形、振幅等特征都产生了不同程度的变化,同时,在这些变化位置,地震同相轴也发生了不同程度的中断或扭曲。基于模型正演地震记录研究储层内部不连续结构的地震反射特征,从而探索检测储层不连续性的有效方法。

图2

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图2   砂体正演模型

Fig.2   Forward model of sandbody


图3

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图3   模型正演地震剖面

Fig.3   Seismic profile of forward model


将图2的砂体模型剖面制作成100 m厚度的拟三维砂体模型,并在正演的三维地震数据体上计算得到最负曲率属性体。然后以砂体模型的外包络层位为顶底界面,在最负曲率属性体数据上提取总负振幅属性,并对比模型中砂体接触位置与平面属性的对应关系,如图4所示。从图中可以看到,曲率属性对于不同类型的砂体接触方式和位置,存在不同强弱程度的属性异常值,说明可以基于曲率属性进行储层内部不连续性特征的检测。

图4

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图4   模型数据测试效果

a—砂体正演模型;b—总负振幅平面属性

Fig.4   Model data test result

a—forward model of sandbody;b—sum negative amplitude attribute


1.3 多河道三维模型正演及分析

为进一步验证曲率属性对砂岩储层不连续性的检测效果,模拟河流相储层的沉积特征,设计了多河道三维砂体叠置模型,如图5所示,表征了三维空间中单期河道在沉积过程中的高程变化、河道宽度和砂体厚度变化以及多期河道侧向迁移叠置等特征,地质体规模及岩石物理参数与图2砂体叠置模型参数一致。

图5

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图5   多河道复杂三维模型

a—平面位置投影;b—纵向叠置关系

Fig.5   Multi-channel complex 3D model

a—plane position projection;b—vertical relationship


基于该正演模型得到地震记录数据体,并在该数据体上计算曲率体,然后利用解释的砂体顶底层位,在地震数据上计算均方根振幅属性,如图6所示,在曲率数据体上计算总振幅属性,如图7所示。对比可见,曲率属性对于由河道侧向叠置、横向接触等导致的储层不连续性结构具有较好的表征效果,这为我们在实际油田生产中的应用奠定了理论基础。

图6

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图6   均方根振幅属性

Fig.6   RMS amplitude attribute


图7

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图7   利用曲率数据体计算的总振幅属性

Fig.7   Calculated total amplitude attribute using curvature volume


2 油田应用

Q油田位于渤海中部海域,是一个被断层复杂化的大型低幅度披覆构造。油田的主力含油层段为明化镇组下段,油藏埋深小于1 500 m,储层平均厚度10~20 m。油田地震资料品质较好,在目标储层深度范围频宽8~60 Hz,主频38 Hz,地震垂向分辨率约为11 m。储层主要发育正韵律和复合韵律的河道沉积砂体,岩性的纵向和横向变化大,连续性差,图8所示为该油田明下段SE—NW向油藏剖面。纵向上,不同期次河道沉积砂体相互叠置或切削;平面上,河道迁移摆动,形成复杂的交错和接触关系。砂体间的不连续成为隔断油水关系,阻碍水驱油的主要屏障。目前油田已经进入开发中后期,海上大井距和稀疏井网条件下,砂体单元内部不连续性检测、连通性分析是研究剩余油分布规律、注采受效等工作的基础,对后续油田调整方案的部署和实施具有重要影响[20]。

图8

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图8   Q油田明下段油藏剖面

Fig.8   Reservoir profile of Nml Q oilfield


对研究区地震资料进行曲率体属性计算,针对目标砂体单元进行重点剖析,图9所示为目标砂体单元地震剖面与曲率体属性剖面的对比分析。可以看到曲率属性在实际地震资料的应用中,对于地震同相轴的波形、振幅、高程等地震反射特征变化,均有相应的反映,尤其侧重地震同相轴扭曲的表征,可以为储层内部不连续性检测提供可靠依据。图10为利用计算得到的曲率数据体,提取的单砂体顶底层位之间的曲率平面属性。

图9

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图9   实际数据的地震剖面与曲率属性剖面对比

Fig.9   Comparison of seismic profile and curvature attribute profile of real data


图10

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图10   目标砂体的曲率平面属性

Fig.10   Curvature attributes of target sand body


砂体储层内不连续性特征通常对应复合砂体内部不同沉积构型单元之间接触的位置,流体在经过这些位置时会受到不同程度的阻挡,因此通过曲率属性对储层不连续性的平面展布进行刻画,可以为储层内砂体连通性的判别提供依据。通过对研究区目标砂体单元生产动态资料进行分析,发现曲率属性的预测结果与注采情况有良好的对应关系。以A17井组示踪剂监测结果为例,整体上注入井与产出井之间具有较好的连通性,WS方向(沿A16井)推进速度最快,最大达43.8 m/d,EN方向(沿A14井、A13井、A22井)稍慢,但仍有示踪剂检出,WN方向A15井和ES方向A21井未见示踪剂。图11为R13单元A17井组连通性综合分析图,图中不同粗细的箭头表示不同的连通程度(粗表示连通性强,细表示连通性弱),红色叉表示注水井和采油井不受效。可以看到,与A17井注采不受效的A15井和A21井主流线上均存在较强的曲率异常条带,对注入水产生隔挡作用,其余受效井与A17井之间几乎没有曲率异常属性条带的隔挡。

图11

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图11   储层不连续性检测结果与生产动态对应关系

Fig.11   Correspondence between reservoir discontinuity results and production dynamics


3 结论

曲率属性不仅可用于断层、裂缝及构造特征的刻画,也可以用于河流相砂体内部储层不连续性特征的检测。本文通过设计河流相砂岩储层正演模型及在实际油田中的应用,证明了曲率属性可以有效地表征储层不连续性特征的平面分布,并通过油田生产动态资料验证,曲率属性的检测结果与示踪剂结果吻合,证明了该方法应用的有效性和可靠性。本文的研究结果对于正确认识储层内部砂体连通性,油藏内部油水分布关系,提高油田剩余油挖潜效率具有积极意义,有助于实现油田的高效开发。

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通过对曲率属性的分析对比,寻找适合研究区的曲率,从而提高解释的精度和效率。振幅曲率与构造曲率在数学上是相互独立的,通过对地震振幅数据的二阶微分求取可以得到振幅曲率属性。针对断层以及地质异常体在常规地震剖面上表现为同相轴的变化、扭曲、振幅突变等特征,利用曲率属性上表现为线性构造,进行断层以及地质异常体的识别,同时总结了曲率属性在解释应用中应注意的问题。 振幅曲率不但能反映构造特征,同时能够突出由地质因素造成的振幅差异,从而反映地质特点,对刻画地质体的轮廓、分层结构、断裂系统等非常有效。应用实例表明,曲率属性能够有效识别出断裂发育分布,利用振幅曲率断层的轨迹,沉积体边界刻画得清晰、连续,利于解释,可减少解释多解性。

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