陳明政,鄧光校,朱生旺,楊子川

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆烏魯木齊830011;2.中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院，北京100083)

繞射波分離成像技術(shù)在塔河油田碳酸鹽巖地震弱反射儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

陳明政1,鄧光校1,朱生旺2,楊子川1

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆烏魯木齊830011;2.中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院，北京100083)

塔河油田奧陶系碳酸鹽巖巖溶縫洞型油藏的主體開發(fā)區(qū)已進(jìn)入挖潛階段，前期對(duì)于強(qiáng)“串珠狀”異常反射的大尺度縫洞儲(chǔ)集體開發(fā)動(dòng)用程度高，而呈“非典型”地震弱異常反射的小尺度縫洞儲(chǔ)集體還處于開發(fā)初期，提高這類儲(chǔ)集體的精細(xì)預(yù)測(cè)與識(shí)別精度，是進(jìn)一步提高塔河油田儲(chǔ)量動(dòng)用率的關(guān)鍵所在。通過應(yīng)用局部?jī)A角濾波與預(yù)測(cè)反演聯(lián)合的繞射波分離技術(shù)，從地震記錄中將繞射波分離出來并單獨(dú)成像，然后再與常規(guī)疊前時(shí)間偏移地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行融合處理，以突出小尺度縫洞儲(chǔ)集體的“非典型”地震弱反射異常。實(shí)際應(yīng)用效果表明，通過繞射波分離成像與融合處理的方法有效地提高了前期較難識(shí)別的“非典型”弱反射異常體的識(shí)別與刻畫能力。

碳酸鹽巖;縫洞型儲(chǔ)層;繞射波分離成像;“非典型”地震弱反射

在反射地震數(shù)據(jù)中，反射波是地下層狀地層界面形態(tài)的反映，主要表現(xiàn)為連續(xù)性特征;而繞射波則反映地下介質(zhì)不規(guī)則異常體的重要信息，主要表現(xiàn)為非連續(xù)性特征，如砂體尖滅、不整合、大尺度斷層，以及小尺度的孔、洞、縫等地質(zhì)異常體[1-4]。針對(duì)這些不規(guī)則地質(zhì)異常體的識(shí)別與描述，特別是針對(duì)復(fù)雜非均質(zhì)的碳酸鹽巖巖溶縫洞型儲(chǔ)層的認(rèn)識(shí)，在地震資料處理中注重保護(hù)繞射波信息并使其精確成像是十分必要的。實(shí)際上，繞射與反射沒有明確的界限，因此很難從反射地震記錄中嚴(yán)格地將繞射波分離出來。進(jìn)行繞射波分離只能是加強(qiáng)源于橫向非連續(xù)性的反射信息，而壓制連續(xù)反射界面的反射信號(hào)[5-6]。朱生旺等[7]提出局部?jī)A角濾波和頻率-空間域預(yù)測(cè)反演聯(lián)合的繞射波分離技術(shù)，該技術(shù)能比較有效地克服僅靠單一的傾角差異進(jìn)行繞射波分離時(shí)存在低傾角信息失真或缺失的問題，所得到的繞射信息相對(duì)完整，從而使繞射波成像結(jié)果有較高的橫向分辨率。

塔河油田主力產(chǎn)層為奧陶系碳酸鹽巖巖溶縫洞型儲(chǔ)層，巖溶孔、縫、洞結(jié)構(gòu)與分布規(guī)律復(fù)雜，孔、縫、洞尺度不一，填充物類型多樣，幾何形狀不規(guī)則，空間變化劇烈。巖溶縫洞體的大小、充填、形態(tài)與繞射波特征有著密切的聯(lián)系[8]，其地震反射表現(xiàn)為復(fù)雜的繞射波特征，在地震剖面上最基本的特征就是“串珠狀”異常反射[9-10]。塔河油田碳酸鹽巖巖溶縫洞型油藏埋深都超過6000m，儲(chǔ)層地質(zhì)異常的地震成像難度大，前期大尺度的強(qiáng)“串珠狀”異常反射體開發(fā)動(dòng)用程度高，而“非典型”地震弱異常反射體還處于開發(fā)初期，提高這類儲(chǔ)集體的精細(xì)描述與識(shí)別，是進(jìn)一步提高塔河油田儲(chǔ)量動(dòng)用率的關(guān)鍵所在。

本文應(yīng)用局部?jī)A角濾波與預(yù)測(cè)反演聯(lián)合的繞射波分離技術(shù)，將地震波場(chǎng)中的繞射波分離出來單獨(dú)成像，然后與常規(guī)疊前時(shí)間偏移地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行融合處理，以便壓制目的層附近風(fēng)化殼的強(qiáng)反射能量，突出縫洞的“串珠狀”地震反射信息特別是弱異常反射信息，提高小尺度縫洞儲(chǔ)集體的識(shí)別精度。通過塔河油田主力開發(fā)區(qū)實(shí)鉆井的“非典型”地震弱反射異常特征與產(chǎn)能對(duì)比分析，驗(yàn)證了繞射波分離成像與融合處理方法的有效性。

1 溶洞模型數(shù)據(jù)的繞射波分離成像效果分析

塔河油田主體區(qū)的儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征主要分為3種類型，即“串珠狀”反射、弱反射及雜亂反射。通過數(shù)值模擬研究，可以發(fā)現(xiàn)這3種類型的地震響應(yīng)實(shí)際上都是繞射波的信息(繞射波是地下介質(zhì)的橫向變化的反映和表征)，所不同的是“串珠狀”反射是縫洞距離強(qiáng)反射界面較遠(yuǎn)，能夠形成獨(dú)立的串珠特征，而弱反射和雜亂反射實(shí)際上是繞射波與風(fēng)化面強(qiáng)反射的一個(gè)調(diào)諧結(jié)果，使“串珠狀”反射的形態(tài)發(fā)生了變化。如果采用局部?jī)A角濾波和頻率-空間域預(yù)測(cè)反演聯(lián)合的繞射波分離方法，在疊前記錄中直接分離出繞射波(去除反射波)，并對(duì)繞射波進(jìn)行單獨(dú)成像，那么弱反射和雜亂反射都可以恢復(fù)成串珠狀形態(tài)，繞射波的成像實(shí)際上就是對(duì)縫洞儲(chǔ)集體、斷層、斷裂以及尖滅等地質(zhì)不連續(xù)體的成像，繞射波的成像結(jié)果反映了這些異常體的分布和地震動(dòng)力學(xué)屬性。

根據(jù)塔河油田奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層中實(shí)際的孔洞分布情況建立了一個(gè)二維地質(zhì)模型(圖1)。

圖1 溶洞儲(chǔ)層二維地質(zhì)模型

模型中第2套地層界面代表奧陶系風(fēng)化面，其下部隨機(jī)分布了一些尺度、形狀不同的溶洞。溶洞的橫向尺度在5～100m變化，高度在10～200m變化;溶洞填充物速度為3200～3900m/s;圍巖的速度為5000m/s。

對(duì)圖1所示的地質(zhì)模型進(jìn)行正演數(shù)值模擬得到疊前地震數(shù)據(jù)，再對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行繞射波分離和疊前深度偏移處理。圖2給出了數(shù)值模擬的一個(gè)炮集記錄，其中圖2a為原始炮記錄，圖2b為分離出的繞射波炮記錄。從分離結(jié)果看，繞射波的絕大部分能量得到了正確的分離。圖3是對(duì)該模型數(shù)據(jù)及分離出的繞射波進(jìn)行疊前深度偏移的結(jié)果，其中圖3a為原始數(shù)據(jù)(反射波)的疊前深度偏移剖面，圖3b為分離出的繞射波的疊前深度偏移剖面。從原始數(shù)據(jù)的成像結(jié)果可以看到，部分靠近強(qiáng)反射界面且繞射能量較弱的溶洞體成像后淹沒在強(qiáng)反射同相軸中，難以識(shí)別;在分離出的繞射波成像剖面上，連續(xù)強(qiáng)反射能量得到了壓制，而孤立的溶洞體反射能量保留了下來。顯然，該結(jié)果有助于對(duì)縫洞等地質(zhì)異常體的識(shí)別，特別是對(duì)那些淹沒在地質(zhì)背景下的弱儲(chǔ)層信息的識(shí)別。

圖2 正演模擬的原始炮集記錄(a)及其分離出的繞射波炮集記錄(b)

圖3 正演模擬數(shù)據(jù)的反射波與繞射波成像結(jié)果對(duì)比

理論模型試驗(yàn)結(jié)果表明，繞射波的收斂精度直接關(guān)系到縫洞儲(chǔ)集體的識(shí)別精度。繞射波歸位不準(zhǔn)確，反映到成像剖面上會(huì)有明顯的拉弧現(xiàn)象，會(huì)影響到縫洞體的邊界刻畫，且“串珠”的能量也會(huì)減弱，不能真實(shí)地反映縫洞體的物性。同時(shí)，繞射收斂不好還有可能形成假的“串珠”響應(yīng)，對(duì)縫洞識(shí)別產(chǎn)生誤導(dǎo)。模型正演分析結(jié)果證實(shí)了這種繞射波分離方法能比較有效地克服僅靠單一的傾角差異進(jìn)行繞射波分離時(shí)存在低傾角信息失真或缺失的問題，所得到的繞射信息成分相對(duì)完整，從而使繞射波成像結(jié)果有較高的橫向分辨率[7]。

2 塔河油田“非典型”地震弱反射異常識(shí)別

塔河油田主體開發(fā)區(qū)已進(jìn)入挖潛階段，有殘丘構(gòu)造的“非典型”地震弱反射(“紅波谷”、“藍(lán)海洋”、“弱反射”、“小串珠”等)特征異常體是下一步挖潛的方向之一。而儲(chǔ)量評(píng)價(jià)結(jié)果表明，“非典型”地震反射特征對(duì)應(yīng)的待評(píng)價(jià)Ⅰ類儲(chǔ)量約為5409×104t。按井控儲(chǔ)量50×104t估算，將可以部署鉆井100口左右，潛力較大。前期針對(duì)“非典型”反射特征部署的86口井的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)表明，類似T443井對(duì)應(yīng)“非典型”地震反射特征的井在主體開發(fā)區(qū)分布廣泛，多口井實(shí)鉆資料證實(shí)此類特征同樣可以鉆遇一定規(guī)模的儲(chǔ)層并取得較好的產(chǎn)能。但“非典型”反射結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其成因與控制因素研究難度大，針對(duì)“非典型”反射特征所鉆的井產(chǎn)能差異較大，不能有效建產(chǎn)的井占40%左右，說明“非典型”地震反射特征并非全是儲(chǔ)層的反映。如何去偽存真，將真正代表縫洞儲(chǔ)集體的“非典型”反射特征篩選出來，是解決問題的關(guān)鍵。而嘗試采用繞射波分離成像技術(shù)得到相對(duì)完整的繞射波信息并進(jìn)行單獨(dú)成像，同時(shí)將其與常規(guī)疊前時(shí)間偏移地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行融合處理，有望得到一套能將真正代表縫洞儲(chǔ)集體的“串珠狀”典型反射特征和前期較難識(shí)別的“非典型”弱反射特征刻畫出來的地震數(shù)據(jù)體，這對(duì)于評(píng)價(jià)新的地震反射類型、尋找新的縫洞儲(chǔ)集體有導(dǎo)向性意義，也將有效促進(jìn)塔河油田奧陶系縫洞型油藏主體區(qū)的挖潛調(diào)整工作。所以，我們主要針對(duì)塔河油田主體開發(fā)區(qū)“非典型”地震反射特征(“紅波谷”、“藍(lán)海洋”、“弱反射”、“小串珠”等)，通過繞射波分離成像與融合處理的方法來提高其識(shí)別與刻畫能力。

“非典型”反射的“紅波谷”特征本質(zhì)上為非儲(chǔ)層信息，主要是由于上覆地層與風(fēng)化殼的速度差異而引起的長(zhǎng)連續(xù)強(qiáng)波谷地震反射，而一些位于風(fēng)化殼界面附近的較弱的儲(chǔ)層信息會(huì)被其掩蓋。針對(duì)這類“非典型”反射特征中的有效儲(chǔ)層信息，我們通過繞射波分離成像去掉長(zhǎng)連續(xù)的紅色波谷強(qiáng)反射來凸顯被掩蓋的儲(chǔ)層信息(圖4)。圖4a所示常規(guī)疊前時(shí)間偏移處理剖面上橢圓內(nèi)是塔河油田開發(fā)區(qū)常見的長(zhǎng)連續(xù)強(qiáng)能量的“紅波谷”地震反射，其目的層段幾乎沒有具有“串珠狀”反射特征的儲(chǔ)層信息;但從圖4b的繞射波單獨(dú)成像剖面中可以看出，橢圓內(nèi)“串珠狀”反射特征信息相當(dāng)明顯;圖4c為圖4a與圖4b融合處理后的地震剖面，可見“串珠狀”反射的溶洞等地質(zhì)體信息相當(dāng)豐富。顯然，繞射波成像融合處理結(jié)果可用于更好地進(jìn)行縫洞儲(chǔ)集體的識(shí)別。

圖4 “紅波谷”地震反射特征的剖面顯示效果對(duì)比

“非典型”反射的“藍(lán)海洋”特征大部分應(yīng)為基巖，屬于背景反射的較弱振幅區(qū)域，亦為非儲(chǔ)層信息，少數(shù)且局部地區(qū)為較差儲(chǔ)層。針對(duì)這類背景反射中的部分較差儲(chǔ)層，通過繞射波分離成像去掉背景地震反射，局部放大較弱振幅儲(chǔ)層信息，可以增強(qiáng)弱振幅儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征。

圖5a所示常規(guī)疊前時(shí)間偏移處理剖面上橢圓內(nèi)是塔河油田開發(fā)區(qū)常見的較弱振幅的“藍(lán)(色)海洋”地震反射，其目的層段為較弱振幅反射特征;圖5b 的繞射波單獨(dú)成像剖面中橢圓內(nèi)仍然為連續(xù)的較弱振幅反射;圖5c為去掉繞射波后的反射波單獨(dú)成像剖面，也呈現(xiàn)為連續(xù)的較弱振幅反射;圖5d 為圖5a與圖5b融合加強(qiáng)處理后的地震剖面，其仍然為連續(xù)的較弱振幅反射，由此確認(rèn)此“藍(lán)海洋”地震反射區(qū)域無有效儲(chǔ)集體信息。

圖5 “藍(lán)海洋”地震反射特征的剖面顯示效果對(duì)比

“非典型”反射的“弱反射”特征有一部分包含與區(qū)域地質(zhì)背景有關(guān)的儲(chǔ)層信息，主要分布在上奧陶缺失區(qū)的風(fēng)化殼附近。針對(duì)這一類“弱反射”特征，分析的重點(diǎn)是凸顯振幅異常，鑒別真假儲(chǔ)層信息。通過繞射波分離成像后仍然是空白弱反射的應(yīng)為非儲(chǔ)層信息;而真正的儲(chǔ)層響應(yīng)是雜、亂、弱或者呈小串珠狀的反射。圖6中S67井鉆遇的就是“弱反射”特征的地震響應(yīng)，在目的層進(jìn)展深度為203～215m套射酸壓建產(chǎn)，初期產(chǎn)油452t/d，后期上返15～26m酸壓也建產(chǎn),現(xiàn)階段產(chǎn)油約18t/d，累計(jì)已產(chǎn)油37.5×104t。圖6a為過S67井的常規(guī)疊前時(shí)間偏移處理剖面，井段上部并無呈“串珠狀”反射特征的儲(chǔ)層信息，為“弱反射”特征;但從圖6b所示的繞射波單獨(dú)成像剖面中可以看出，S67井的井段上部反射雜亂，且“串珠狀”反射特征相當(dāng)明顯，并非空白弱反射，其內(nèi)幕溶洞等地質(zhì)體信息相當(dāng)豐富，儲(chǔ)層較發(fā)育。通過繞射波分離成像效果對(duì)比也很好地解釋了S67井高產(chǎn)的真正原因。

“非典型”反射的“小串珠”特征實(shí)質(zhì)上也是溶洞的地震響應(yīng)，屬于較好儲(chǔ)層，只是縫洞發(fā)育規(guī)模相對(duì)較小。對(duì)于這類反射特征，可以通過放大“小串珠”振幅能量值，增強(qiáng)儲(chǔ)層地震反射特征，結(jié)合斷裂等地質(zhì)背景來優(yōu)選鉆探目標(biāo)。圖7a所示常規(guī)疊前時(shí)間偏移處理剖面上橢圓內(nèi)的“串珠狀”反射特征規(guī)模較小;但從圖7b的繞射波單獨(dú)成像剖面中可以看出，“串珠狀”反射特征明顯，能量較強(qiáng)，儲(chǔ)層信息規(guī)模較大，其內(nèi)幕溶洞等地質(zhì)體信息較為豐富。

圖6 “弱反射”地震反射特征的剖面顯示效果對(duì)比

圖7 “小串珠”地震反射特征的剖面顯示效果對(duì)比

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

繞射波成像結(jié)果實(shí)際上就是縫洞儲(chǔ)集體(孔、洞、河道),斷層,斷裂以及尖滅等地質(zhì)不連續(xù)體的成像結(jié)果。綜合各種“非典型”弱反射特征的常規(guī)地震剖面和繞射波分離成像剖面的對(duì)比效果可見，在繞射波成像剖面上，來自連續(xù)反射界面的反射信號(hào)得到了壓制，保留下來的反射信息與斷層、反射界面形態(tài)突變、溶洞等地質(zhì)現(xiàn)象相關(guān)，尤其是使疑似來自溶洞的孤立“串珠狀”反射突顯出來。顯然,本文提出的繞射波分離成像后再與常規(guī)疊前時(shí)間偏移數(shù)據(jù)體作融合處理的方法，可用于更好地進(jìn)行前期較難識(shí)別的呈“非典型”弱反射特征的小尺度縫洞儲(chǔ)集體識(shí)別。塔河油田奧陶系碳酸鹽巖巖溶縫洞型儲(chǔ)層的實(shí)際應(yīng)用效果表明，繞射波分離成像與融合處理的方法對(duì)“非典型”地震弱反射儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)與識(shí)別效果較好，這對(duì)于在塔河油田主體開發(fā)區(qū)尋找新的縫洞儲(chǔ)集體具有導(dǎo)向性意義。

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(編輯：陳 杰)

Application of diffraction wave separation and imaging technique in weak seismic reflection of carbonate reservoir prediction in Tahe Oilfield

Cheng Mingzheng1,Deng Guangxiao1,Zhu Shengwang2,Yang Zichuan1

(1.SinopecNorthwestCompany,Urumchi830011,China;2.SinopecExploration&ProductionResearchInstitute,Beijing100083,China)

The main reservoir type is the Ordovician carbonate Karst fracture-cave reservoir in Tahe Oilfield,which has entered potential tapping period.The producing degree of large-scale fracture-cave reservoir with strong “bead” anomalous reflection is high,while the small-scale reservoirs with “atypical” weak seismic reflection anomalies is at the initial stage of production,so enhancing the precision of fine reservoir characterization and identification is the key to increase the producing rate of reserves in Tahe Oilfield.Therefore,we utilized the diffraction wave separation technique (combining local dip filtering with prediction inversion) to separate diffraction wave from seismic data and image it separately;then,the result was carried out fusion processing with conventional PSTM seismic data volume to highlight the “atypical” weak seismic reflection anomalies.The actual application indicates that the diffraction wave separation imaging and fusion processing method effectively improve the capability for characterizing and identifying the “atypical” weak seismic reflection anomalies which is hard to be recognized previously.

carbonate,fracture-cave reservoir,diffraction wave separation and imaging, “atypical” weak seismic reflection anomalies

2014-06-04;改回日期：2014-10-28。

陳明政(1957—)，男，高級(jí)工程師，從事塔里木盆地油氣勘探開發(fā)工作。

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)課題“碳酸鹽巖縫洞型油藏縫洞單元地球物理表征研究”(2011CB201002)、國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題“縫洞儲(chǔ)集體識(shí)別與描述技術(shù)研究”(2011ZX05014-001)和“塔里木海相碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層地球物理預(yù)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用項(xiàng)目”(2011ZX05005-002-001-004)聯(lián)合資助。

P631

A

1000-1441(2015)02-0234-07

10.3969/j.issn.1000-1441.2015.02.016