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物探与化探, 2025, 49(5): 1110-1117 doi: 10.11720/wtyht.2025.2466

方法研究信息处理仪器研制

多属性融合技术预测薄互砂体储层厚度——以哈萨克斯坦W油田为例

依尔繁·阿西木江1, 卢志明1, 艾尼·买买提1, 米尔扎提·迪力木拉提2, 多力坤·买买提明1

1.中国石油新疆油田分公司 勘探开发研究院,新疆 克拉玛依 834000

2.中国石油新疆油田分公司 油气储运公司,新疆 克拉玛依 834000

Prediction of thin interbedded sandstone reservoir thickness using multi-attribute fusion technology:A case study from the W oilfield,Kazakhstan

Yierfan Aximujiang1, LU Zhi-Ming1, Aini Maimaiti1, Mierzhati Dilimulati2, Duolikun Maimaitiming1

1. Research Institute of Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Karamay 834000,China

2. Oil & Gas Storage and Transportation Company,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Karamay 834000,China

第一作者: 依尔繁·阿西木江(1993-),男,工程师,硕士研究生,2019年毕业于中国石油大学(华东)地质工程专业,主要从事油气田构造解释、储层预测及勘探部署工作。

责任编辑: 叶佩

收稿日期: 2024-05-30   修回日期: 2025-02-10  

基金资助: 中国石油科技重大专项(2011E-2506)
中国石油哈萨克斯坦公司科研基金研究项目(577108/2021/2)

Received: 2024-05-30   Revised: 2025-02-10  

摘要

哈萨克斯坦南图尔盖盆地W油田薄互砂体横向变化快且连通性差。多年来,常规储层预测手段应用效果不佳,有利储层横、纵向展布特征认识不清等问题,严重制约了该油田的勘探开发进程。本文针对储层预测难点问题,配套应用正演模拟、叠后资料处理、多属性融合等技术,集成一套适用于研究区地质条件的薄互砂体预测方法:在正演模拟构建储层变化与地震波形变化关系的基础上,通过经验模态反褶积与蓝色滤波处理提高地震资料主频及其分辨率,高分辨率资料波形指示反演结果与均方根振幅、瞬时频率的多属性融合有利于判别目标砂体的展布范围与厚度。研究结果表明:该方法有效预测了有利目标砂体的展布范围及厚度,预测砂体厚度与全区钻遇砂体厚度误差小于2 m,储层平面分布与地质认识一致,可为油田后续滚动评价与高效开发提供有效指导。

关键词： W油田; 薄互砂体; 正演模拟; 多属性融合; 储层预测

Abstract

The thin interbedded sand bodies in the W oilfield of the South Turgay Basin,Kazakhstan,exhibit rapid lateral variation and poor connectivity.For many years,the application of conventional reservoir prediction methods has yielded unsatisfactory results,and unclear insights into the horizontal and vertical distribution characteristics of favorable reservoirs have severely constrained the oilfield's exploration and development.To address these challenges,this study adopted an integrated approach incorporating forward modeling,post-stack seismic processing,and multi-attribute fusion to develop a prediction methodology suitable for the geological conditions of the study area.Based on forward modeling that established the relationship between reservoir variation and seismic waveform changes,empirical mode decomposition and blue filtering were applied to enhance the dominant frequency and resolution of the seismic data.The multi-attribute fusion of waveform indication inversion results,root-mean-square amplitude,and instantaneous frequency ultimately delineated the distribution and thickness of the target sand bodies.The results demonstrate that this method effectively predicts the distribution and thickness of favorable sand bodies,with errors of less than 2 meters compared to drilled thicknesses across the field.The spatial distribution of reservoirs is consistent with geological understanding.This study provides valuable guidance for subsequent rolling evaluation and efficient development of the oilfield.

Keywords： W oilfield; thin interbedded sandbody; forward modeling; multi-attribute fusion; resvoir prediction

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本文引用格式

依尔繁·阿西木江, 卢志明, 艾尼·买买提, 米尔扎提·迪力木拉提, 多力坤·买买提明. 多属性融合技术预测薄互砂体储层厚度——以哈萨克斯坦W油田为例[J]. 物探与化探, 2025, 49(5): 1110-1117 doi:10.11720/wtyht.2025.2466

Yierfan Aximujiang, LU Zhi-Ming, Aini Maimaiti, Mierzhati Dilimulati, Duolikun Maimaitiming. Prediction of thin interbedded sandstone reservoir thickness using multi-attribute fusion technology:A case study from the W oilfield,Kazakhstan[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2025, 49(5): 1110-1117 doi:10.11720/wtyht.2025.2466

0 引言

W油田位于哈萨克斯坦南图尔盖盆地南部Aksay凸起上,纵向上侏罗系地层缺失,白垩系地层覆盖于变质岩基底之上,形成NW—SE向古潜山构造带。横向上白垩系地层自北向南逐渐超覆于基底之上,东西向厚度稳定[1]。研究区主力含油层系为白垩系下达乌尔组K1nc1和白垩系上达乌尔组K1nc2,沉积环境为三角洲前缘,主要为水下分流河道、分流间湾和侧缘席状砂,受湖水作用,泥质含量变高,砂泥岩互层频繁[2]。近年来,该区块钻探取得一定突破,发现多个小油藏,单井试油获得百方高产。初期研究认为该区白垩系主要发育构造油气藏,油层连通性差,油藏规模小。随着研究的不断深入,该区单砂体厚度薄、储层横向变化快、纵向砂泥叠置厚度不均、平面上叠合连片有规模的特点逐渐清晰。单一储层预测方法受资料品质影响大、参数约束性低、多解性强,难以准确刻画薄互砂体厚度及其展布范围。近年来,地震多属性融合技术因其约束性强、储层信息丰富、预测精度高等优势被广泛应用于薄互砂体储层预测,取得了良好成效[3-8]。

本文基于研究区地质条件和实钻资料设计正演模型,分析储层厚度与展布变化对地震波形的影响,得出地震资料主频达到45 Hz时,可识别5 m薄砂体地震波形响应。基于经验模态反褶积与蓝色滤波提频处理,使地震资料品质达到薄砂体识别要求。依托处理后的高分辨率资料,基于敏感属性相干性分析结果,将波形指示反演结果、振幅属性、频率属性进行多属性融合,依据融合结果有效预测了研究区有利目标砂体的纵、横向展布。总结出一套适用于南图尔盖盆地薄互砂体储层预测的实用技术和工作流程。

1 地质模型与正演模拟

通过实钻井资料岩石物理分析获得砂、泥岩速度与密度范围:研究区砂岩呈低速、低密度特征,速度低于2 830 m/s,密度低于2.27 g/cm3;泥岩呈高速、高密度特征,速度范围2 830~3 400 m/s,密度高于2.27 g/cm3。根据油田沉积背景和单砂体刻画结果,结合实钻井资料,以薄砂体叠置、砂体变薄、砂体分叉3种模式设计地质模型(图1a)。通过改变子波频率,观察地震响应能否反映砂体形态和厚度的变化特征。

图1

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图1   W油田正演模拟

Fig.1   Forward simulation of W oilfield


选用35 Hz子波,模型底部的10 m厚砂体为强波谷反射特征,砂体分叉导致振幅变弱,未见分叉后的砂、泥岩叠置特征;模型中部的6 m砂体为中强波谷反射特征,砂体变薄趋势反映不清晰;模型顶部的3 m薄砂泥岩互层未见地震响应(图1b)。提升子波主频至45 Hz,地震响应能清晰反映模型底部砂体分叉和中部砂体变薄趋势,但模型顶部3 m薄砂泥岩互层依然没有明显的响应特征(图1c)。

一般而言,地震资料的纵向分辨率或调谐厚度由地层波速和频率决定(通常按1/4波长估算)。以本区典型砂层速度约2 830 m/s和45 Hz中心频率计算,理论调谐厚度约为15.7 m。正演模拟结果表明,即使厚度仅约5 m的薄层也能被清晰识别,说明在薄互层的地质构造条件下,实际调谐厚度远小于1/4波长。

地震属性分析技术是在油田勘探开发过程中进行储层预测和流体检测的重要手段,于特定视窗内通过道间数学变换,获得关于地震波几何学、运动学、动力学和统计学特征的属性值,不同的属性能够反映地质体不同的岩性、物性和含油气性变化[9-10]。充分利用地震属性能够最大程度地挖掘出地震数据所包含的地质信息。敏感属性优选是基于地震属性分析进行储层预测的关键,本文对子波频率为45 Hz的正演地震剖面提取了振幅、瞬时、层序3类共计27种属性,通过对比分析得出均方根振幅和瞬时频率两种地震属性的薄砂体响应清晰,可作为识别敏感属性。从两种属性剖面中可见,正常薄互层发育区可清晰识别的最小砂体厚度为5 m;局部厚泥岩隔层区,砂体识别厚度为3~5 m(图2)。

图2

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图2   地震正演剖面属性特征

Fig.2   Attribute characteristics of seismic forward profile


2 地震资料高分辨率处理

W油田原始三维地震资料频带范围5~65 Hz,主频35 Hz,地震资料品质差,基底强反射界面对资料能量一致性影响大,地震剖面薄目的层同相轴连续性差,能量弱,识别难度大。低品质地震资料对后续储层预测效果影响较大,特别是研究区薄互砂体发育较多,薄砂体在原始地震资料中未见响应或见弱响应,无法满足高精度储层预测的要求。

目前常用的地震资料提频处理技术有Q补偿、反褶积、蓝色滤波、经验模态反褶积、广义S变换等。综合考虑研究区构造背景、地震资料频带范围、运算效率等因素,本次研究选取三维经验模态反褶积、蓝色滤波组合处理方法,实现地震资料叠后提频[11]。经验模态反褶积处理是将地震信号分解为不同频率成分,分别计算各频率成分能量并将不同频率成分的能量归一化,基于归一化后的能量实现信号重构从而拓宽地震资料频带,提升地震资料主频[11]。众所周知,反褶积对地震资料高频部分有一定压制作用,蓝色滤波处理能够有效补偿受反褶积压制的高频部分,二者组合使用能够达到最佳提频效果[12]。

处理后的地震资料的纵向分辨率明显提升,资料主频提升至45 Hz,目的层反射同相轴形态更清晰,连续性更好,部分难以识别的薄层弱响应得到增强(图3)。资料品质的提升,为薄互砂体预测奠定了资料基础,有助于提升砂体识别精度。

图3

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图3   地震资料提频效果对比

Fig.3   Comparison of seismic data before and after frequency enhancing


3 多属性融合预测砂体厚度

地震属性融合是基于测井资料和地质认识,综合分析不同地震属性响应特征及其物理意义,结合地震属性与储层特征相关性分析结果,通过数学运算将表征同类或异类储层特征的属性融合在一起,降低储层预测多解性的技术手段。优选敏感地震属性是多属性融合的关键,原则上同类属性优选储层特征相关性最高的一种,融合过程应选择多类属性,确保储层预测过程约束性强,预测结果准确度高[13-14]。

根据测井响应特征、正演模拟结果及相关性分析结论,优选均方根振幅和瞬时频率作为储层敏感属性。将敏感属性与波形指示反演结果一起作为样本输入BP神经网络进行训练,完成多属性融合,最终落实W油田M层砂体厚度及其平面展布。

波形指示反演在传统地质统计学反演方法的基础上,将地震波形特征作为优化反射系数的控制条件,模拟砂体的纵、横向分布,把地震的横向分辨率和测井的纵向分辨率相结合,实现井震联合反演[15-16]。本次研究通过测、录井资料结合岩心分析,将研究区岩性分为砂岩、泥质砂岩、钙质砂岩以及泥岩4大类。岩石物理分析得出自然伽马响应对岩性变化敏感度最高,砂岩自然伽马响应介于65~81 API,依据自然伽马响应特征可实现砂岩初步划分。波形指示反演结果显示,M层纵向上为多套砂泥岩叠置,横向上具有一定的连续性(图4)。预测砂体厚度与实钻井砂体厚度总体吻合,但存在局部误差,需要在波形指示反演结果基础上引入其他参数约束,通过多属性融合降低反演多解性,进一步提高砂体预测精度。

图4

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图4   波形指示反演剖面

Fig.4   Seismic waveform indication inversion profile


利用振幅和频率属性对储层厚度进行预测的方法是基于单砂体模型地震反射的定量分析,虽然这两类属性与储层厚度有一定的相关性,但并非理想的线性关系[17]。实际地质问题中,鲜有大套地层中沉积一套独立砂体的情况,而多见砂泥岩薄互层沉积。地震属性响应来自多个叠置砂体反射干涉复合波,单一属性对砂体叠置关系刻画存在局限性,在进行薄储层定量预测时,往往会产生一定的误差。

本次研究在正演模拟的基础上,基于提频后的地震资料提取了多种地震属性进行对比分析,提取井点处高敏属性值,结合钻遇砂体厚度进行了相关性分析(图5)。分析结果可见,均方根振幅属性值仅在大于650 000时与砂体厚度相关性较高,瞬时频率属性值仅在小于40 Hz时与砂体厚度相关性较高,两类属性各存在不同的低相关区间。仅凭单一地震属性难以准确预测砂体厚度,通过多属性融合合理规避分量属性的低相关区间,能够有效提升预测精度,起到取长补短的效果。

图5

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图5   地震属性与砂体厚度相关性分析

Fig.5   Correlation analysis between attributes and actual drilling data


从地震学理论看,薄储层的反射振幅与厚度的正相关主要发生在调谐厚度范围内。当地层厚度小于或接近调谐厚度时,反射振幅会随厚度增加而增强;但当厚度超过调谐厚度后,顶部与底部界面反射的叠加干涉会导致振幅饱和或减少,使得单一属性与厚度之间的线性关系失效。本文正演模拟结果也验证了这一规律:均方根振幅和瞬时频率对砂体厚度的有效响应主要集中在调谐厚度范围内(薄层段),超过此范围后属性响应对厚度变化的敏感性显著减弱。

利用BP神经网络算法,经过归一化后的波形指示反演体、均方根振幅属性和瞬时频率属性作为样本输入网格进行训练,调节各节点的权值,待网格训练收敛后,用计算得到的权值和阀值再对全区数据进行运算,并通过实钻资料检验预测结果,根据误差调整网格参数迭代训练[18],最终得到W油田M层多属性融合结果。经相关性分析,多属性融合预测能够充分利用各分量属性高相关区间,有效规避低相关区间,提高全局相关性,预测的砂体厚度与实钻井砂体厚度相关性更高(图6)。经各类属性平面对比,多属性融合预测的结果砂体边界更清晰,砂体展布更符合地质规律,砂体形态更自然(图7)。基于属性融合结果,绘制W油田M层砂体预测厚度图(图8),将预测砂体厚度与钻遇砂体厚度对比分析,预测误差小于2 m(表1)。

图6

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图6   多属性融合结果与实钻井砂体厚度相关性分析

Fig.6   Correlation analysis between prediction and actual drilling data


图7

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图7   W油田M层属性平面

Fig.7   Attribute diagram of layer M in W oilfield


图8

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图8   W油田M层多属性融合砂体厚度预测等值线

Fig.8   Sandbdy thickness prediction of Layer M in W oilfield based on multi-attribute fusion


表1   多属性融合砂体厚度预测误差分析

Table 1  Error analysis of multi-attribute fusion sand body thickness prediction

井名钻遇厚度/m预测厚度/m误差/m
W15.66.20.6
W1074.03.4-0.6
W10800.30.3
W1112.33.51.2
W1128.68.70.1
W1314.512.4-2.1
W13010.69.7-0.9
W1512.110.2-1.9
W1613.114.11.0
W185.26.51.3
W1911.510.4-1.1
W2053.55.11.6
W214.95.91.0
W2168.69.61.0
W2503.44.71.3
W268.19.91.8
W2604.54.1-0.4
W278.16.5-1.6
W27011.312.61.3
W27116.114.3-1.8
W27211.112.91.8
W27310.211.91.7
W27513.111.4-1.7
W286.26.60.4
W411.613.51.9
W415.57.11.6
W497.46.9-0.5
W577.36.2-1.1
W582.83.50.7
W65.55.0-0.5
W9013.813.6-0.2
W9613.211.8-1.4

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4 结论与认识

1)基于正演模拟可知,45 Hz主频时,地震资料薄互砂体响应清晰,均方根振幅、瞬时频率两类属性砂体形态及薄砂体叠置关系识别效果较好。

2)经验模态反褶积与蓝色滤波组合处理后,W油田地震资料提频效果显著,同相轴连续性更好,能量更均衡,薄砂体地震响应清晰,为砂体厚度预测奠定了资料基础。

3)单一地震属性与砂体厚度存在一定相关性,但存在不同的低相关区间;波形指示反演预测砂体与钻遇砂体基本吻合,但存在局部误差。通过多属性融合,可增强参数约束,充分利用分量属性的同时合理规避低相关区间影响,提升储层预测精确度。

4)经多属性融合预测的W油田M层砂体厚度与钻遇厚度吻合,二者误差小于2 m。多属性融合砂体预测在W油田适用,预测结果有效,对油田后续滚动评价及开发具有一定指导作用。

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