朝阳沟油田杨大城子油层杨二段致密薄砂岩的识别与预测

张金宝 杨 威 马继升 吴 勇 王旭旭 周 路 李广兴

（1. 中国石油大庆油田有限责任公司勘探事业部，黑龙江 大庆 163453；2. 中国石油大庆油田有限责任公司第十采油厂，黑龙江 大庆 166405；3. 西南石油大学地球科学与技术学院，四川 成都 610500）

0 引 言

近些年，鄂尔多斯、准噶尔等盆地的致密油藏勘探开发取得了重要实质性进展［1-4］，松辽盆地也将致密油藏作为增储上产的重要接替资源，其中扶余、杨大城子油层为主要目标层系［5-6］。杨大城子油层是朝阳沟油田的次要含油层系，随着朝阳沟油田勘探开发的逐渐深入，杨大城子油层逐渐凸显出重要的开采价值。前人对杨大城子油层的沉积微相、储层、物性及原油地球化学特征等进行了大量研究：鲍俊驰［7］通过分析岩心、测井、地震等资料认为朝94 区块主要发育主体河道、非主体河道、废弃河道、主体溢岸砂、溢岸砂及泛滥平原6 种微相，并对朝94 区块沉积微相垂向演化进行了系统分析；王建华［8］在密集井网条件下，利用井下测井资料分析认为朝948 区块各类砂体形态及分布特征均显示出陆相沉积复杂多变的特征；王海云等［9］对杨大城子油层物性特征进行了总结，认为杨大城子油层以低孔、特低孔微渗储层和中孔、低孔特低渗储层为主，少量为中孔低渗储层；殷代印等［10］认为相较于扶余油层，在相同渗透率级别下，杨大城子油层的喉道半径、孔喉比及配位数等储层微观孔隙结构特征明显偏差，这是导致杨大城子油层开发效果差的主要原因；冯子辉等［11］通过地球化学特征认为朝阳沟油田的油气主要来自其西北部的三肇凹陷青一段生油岩。

尽管前人对朝阳沟油田的杨大城子油层进行了多方面分析，但对杨大城子油层砂岩展布特征尚未做系统的研究。CHX9402 井在杨大城子油层试油获得高产工业油流，展示了该油层良好的增储建产潜力及开发前景。朝长地区扶杨油层经过多年勘探开发，明确了其砂岩具有纵向上多期砂体发育、横向上变化快、厚度薄、连续性差的特点。随着勘探开发的逐渐深入，所面临的储层越来越复杂，因此提高储层的地震反演预测精度已成为人们关注的重点。因此，精细刻画该区砂岩空间的分布特征是扶杨油层下步滚动开发评价的关键［12］。为准确预测该区杨大城子油层致密薄砂岩分布，本文在前人研究的基础上，以杨大城子油层杨二段为研究对象，充分利用钻井、测井及三维地震资料，引入符合该区杨大城子油层砂体特征的波形指示模拟薄砂层预测方法，基于敏感测井曲线，利用波形指示模拟，对该区砂岩的分布特征进行刻画，明确砂体的有利分布范围，指导开发区的调整挖潜及水平井部署。

1 区域地质特征

朝阳沟油田位于松辽盆地中央坳陷区东南部的朝阳沟阶地上［13-14］（图1），朝长地区构造的形成主要经历了构造形成期及构造定形期2 个阶段，泉头组至姚家组末期以伸展作用为主，受青一段早期强构造作用的影响，在区内形成多条断裂密集带，地层呈垒堑相间组合特征。嫩江组末期，开始发生挤压运动，褶皱和隆起出现，朝长地区形成正向构造雏形，且长春岭背斜带构造幅度明显大于朝阳沟阶地。明水期末，构造挤压作用进一步增强，造成该地区构造起伏增大，朝长地区构造在该期成形。古近纪末，经历了又一次挤压运动，朝长地区构造进一步完善、定形，形成现今的构造格局［5，15］。朝阳沟油田整体呈现北东—南西向“S”形的断背斜构造特征并局部发育断块和断鼻构造（图2）。

图1 松辽盆地中央坳陷区构造单元及研究区位置Fig. 1 Structural units and studied area location of central depression in Songliao Basin

朝长地区的沉积受盆地古构造、古地理和古气候背景控制。早白垩世晚期（泉三、四段）气候干旱，盆地快速沉降、充填，形成浅水—三角洲沉积体系，其中泉三段、泉四段主要发育分流平原相、三角洲前缘相和浅湖相沉积［5，7，16］。杨大城子油层位于泉三段下部，岩性主要为紫红色泥岩夹厚层棕灰色、灰绿色富含油粉砂岩，储层类型主要为分流河道砂体，砂体呈断续条带状或透镜状镶嵌于分流间湾的泥质沉积之中，砂地比一般小于25%，砂岩具有纵向上多期发育、横向变化快、厚度薄、连续性差的特点，多以单河道砂体或透镜状砂体为主（图3）。

图3 杨二段连井砂体对比Fig. 3 Well-tie correlation of sand bodies in Yang-2 Member

对朝阳沟油田杨大城子油层杨二段钻遇砂体统计分析表明，砂体单层厚度薄，为1～10 m，平均厚度4 m。杨二上段砂体发育较差，且砂体厚度较薄，0～5 m 砂层占杨二上段砂层总数的66.3%。杨二下段砂体发育，且厚度相对较大，以2～8 m 为主，0～5 m 砂层占比69.6%。受压实作用及黏土矿物充填的影响，砂岩储层以原生粒间缩小孔及少量长石粒内溶蚀孔为主，储层物性差，平均孔隙度为12.89%，平均渗透率为1.73×10-3μm2，为典型的薄层致密砂岩储层［9-10］。

前人［7，12］研究认为，研究区在沉积演化过程中水体能量变化频繁，河道摆动及河道的规模、数量变化频繁，从而导致了砂体分布复杂，厚度不均，横向连续性差，因此需要开展砂体精细刻画，摸清有利砂体分布。

2 薄砂层识别预测方法

朝阳沟油田杨大城子油层二段单砂体厚度薄，横向变化快，其地震响应特征为多套薄互层组合调谐作用下的结果，利用地震响应特征无法有效识别砂体分布。但地震波形的横向变化可以反映沉积环境的变化，因此引入基于波形相控的地震波形指示反演方法，利用地震波形空间变化信息约束井模拟，通过选取对薄砂岩敏感的测井曲线进行井-震联合模拟，提高砂体反演的精度，以此来实现杨二段薄砂层的高精度预测。

2.1 地震响应特征

地震层位精细解释是储层地球物理分析及地震反演的重要基础。利用已钻井地质分层结果，结合声波、密度等测井资料，建立井下地质分层与地震反射界面之间的对应关系。通过C942 井单井正演模拟分析：杨二段顶界面的纵波阻抗、自然伽马增大，地震响应特征为中-强振幅波峰反射，杨二段底界表现为中振幅波谷反射，杨二上段薄砂体较发育，下段薄砂层较少，其地震响应特征表现为上强下弱的振幅差异变化，纵向上多层薄砂层叠置产生强振幅或弱振幅的单波响应，可表征多层砂体的综合响应（图4（a））。基于杨二段砂体连井对比剖面，井下薄层砂体数量及组合方式从C948 井到L90 井差异明显，造成地震响应从弱振幅复波—弱振幅单波—强振幅单波—强振幅单波的变化（图4（b）），且相似纵向岩性组合方式地震响应同样具有差异性，弱振幅复波与强振幅单波的对比，揭示了砂体的本质差异（流体特征）。同时研究区地震资料主频为42 Hz，频带宽度为20～70 Hz，杨大城子油层砂岩纵波速度约为3 950 m/s，泥岩纵波速度约为4 900 m/s，根据地震资料有效分辨率λ/4计算，有效分辨的层厚为23 m，结合杨大城子油层砂岩厚度薄，砂、泥岩互层的地质特点（图3）与当前地震资料的分辨能力，对研究区砂层的预测增加了难度，同时目的层断层相对发育，这些特征均造成了杨大城子油层地震响应特征复杂化，因此利用地震响应特征刻画砂体特征具有较大难度。

图4 杨大城子油层单井正演模拟及连井地震解释剖面Fig. 4 Single well forward modeling and well- tie seismic interpretation section of Yangdachengzi reservoir

2.2 敏感参数

岩石物理分析和储层敏感参数分析是开展储层预测的基础［17］。根据测井资料分析结果（图5），杨大城子油层杨二段砂岩测井响应特征整体主要表现为“三低两高”的特征，即低自然伽马、低自然电位、低声波时差，高深侧向电阻率及高纵波阻抗。通过建立各测井曲线砂、泥岩直方图，分析各曲线对岩性的敏感性结果可知，纵波阻抗对研究区砂、泥岩具有一定的区分度，但在纵波阻抗大于8.76 Gg/（m2·s）且砂、泥岩叠置较为严重时难以区分。

图5 C9403井杨二段测井响应特征Fig. 5 Logging response characteristics of Yang-2 Member in Well C9403

因此，纵波阻抗能够识别一部分砂岩，其反演结果必然掺杂着一部分泥岩或粉砂质泥岩等。自然伽马曲线对杨二段砂、泥岩区分度较高，其门槛值为88 API；深侧向电阻率曲线对砂岩响应较为明显，呈高值异常，整体区分度较好，其门槛值为9 Ω·m；自然电位曲线与纵波阻抗特征相似，同样能在一定程度上区分砂、泥岩，但在自然电位大于44 mV 时，砂、泥岩重叠现象较为明显。基于敏感参数分析，认为自然伽马与深侧向电阻率曲线对砂、泥岩敏感性较高，易于识别，自然电位及纵波阻抗曲线对砂体敏感性较低，但具有一定的识别效果。

2.3 地震波形指示反演

近年来，地震波形指示反演方法在薄储层高分辨率预测方面被广泛应用。地震波形指示反演是基于地质统计学思想的基础上逐渐发展而来的一类反演方法。通过波形相控的理念，充分利用地震资料与测井资料之间的相关性，利用地震波形驱动测井曲线进行储层反演及预测，反演结果具有更高的分辨率，对于薄互层储层更加适用［18-26］。

地震波形指示反演基于“地震波形指示马尔科夫链蒙特卡洛随机模拟算法”［21］，采用相控随机模拟的思路，在地震波形分类的基础上，将与预测点波形相似性高、关联度高、距离近的井设置为初始模型（图6），然后依据不同地震波形所表征的不同沉积环境，利用其横向变化来表征相变特征，进一步反映岩性的组合特征，体现波形相控的优势，增强反演结果的可靠性，同时也可在一定程度上消除钻井分布不均对反演结果的影响。该方法的反演结果主要分为低频部分（［0，8） Hz）、中频部分（［8，80） Hz）以及高频部分（大于80 Hz），低频结果主要来源于测井资料，中频结果主要依赖于地震数据，而高频结果来自于波形相控模拟与随机模拟两部分［19］。波形指示反演之所以能够实现高分辨率反演，其关键在于利用地震波形特征驱动高频测井信息，获取高于地震频带的确定性高频成分，该成分的使用可以突破地震分辨率λ/4 的限制，提高反演结果的纵向分辨率，从而达到识别薄层的目的［27］。

图6 地震波形特征分析Fig. 6 Seismic waveform characteristics analysis

波形指示反演具体流程如图7 所示（据文献［19］，有修改），优选样本井最为关键，选取与待判别地震波形相关性高的样本井作为有效样本建立初始模型，将其有效样本井的纵波阻抗作为先验信息，将初始模型与地震波阻抗通过匹配滤波得到似然函数。基于贝叶斯理论，根据先验概率和似然函数得到后验概率分布，取后验概率密度最大时解的平均值作为最终的期望值。

图7 波形指示反演流程示意Fig. 7 Schematic diagram of waveform indication inversion workflow

波形指示模拟与波形指示反演的原理相同，地震反射波形特征相似的井，其对应的岩性曲线同样具有一定的可比性是波形指示模拟的基本依据。因此波形指示模拟可以利用任何能够表征储层的非阻抗敏感参数曲线进行全频带地震波形约束下的参数模拟。根据地震波形相似性优选样本的方式，研究区内多数井在杨二段具有相似的波形特征，表明其沉积环境相似，但表征岩性的自然伽马曲线具有较大的差异。因此，认为杨二段地质条件符合波形相控反演的条件。通过对该区岩石物理敏感参数分析，表明波形指示模拟更加适用于刻画研究区杨大城子油层的砂体分布特征。

3 反演结果

基于岩石物理敏感参数分析，自然伽马、深侧向电阻率、纵波阻抗以及自然电位对研究区杨大城子组杨二段均有一定的区分度，因此利用敏感参数曲线，对纵波阻抗曲线采用波形指示反演方法，对自然伽马、深侧向电阻率及自然电位曲线进行波形指示模拟，以求寻找适用于该区砂体预测的敏感参数与方法。通过反演结果剖面进行反演效果分析：纵波阻抗反演结果与表征岩性的自然伽马曲线对应相对较差，在砂岩位置其结果吻合度较高，但部分较高阻抗的泥岩同样有所反映，且纵波阻抗反演整体分辨率较低（图8（a））；自然伽马模拟结果与自然伽马曲线具有较高的吻合度，与砂体符合率较高，同时反演结果的纵、横分辨率高，砂体横向变化规律较为清晰，更加符合砂体特征（图8（b））。深侧向电阻率曲线模拟结果同样具有较好的吻合度，纵向上具有薄砂层的识别能力，但相较于自然伽马模拟结果，砂体的横向变化特征较差（图8（c））；自然电位曲线模拟结果砂体符合率相对较高，但其中具有部分泥岩异常，且整体分辨率较低（图8（d））。

图8 杨二段波形指示模拟连井剖面（剖面位置见图2A-A′）Fig. 8 Waveform indication simulating well-tie section of Yang-2 Member(section location see Fig. 2 A-A′)

本次共统计了研究区内24 口的砂体特征，为满足实际生产需要，主要以厚度大于3 m 的砂体层数进行统计分析。通过对比4 种参数反演结果与砂体层数的符合情况可知：砂体厚度大于3 m 有70层，其中纵波阻抗反演结果共识别砂层55 层，与实际钻遇砂体符合率为78.5%，自然伽马模拟结果预测砂层61 层，其符合率达到87.1%，深侧向电阻率模拟结果共识别出砂层51 层，吻合率为72.9%，自然电位模拟结果共识别砂层50 层，符合率为71.4%。结合反演连井剖面特征与井下砂体符合率，综合认为自然伽马参数模拟更能准确预测砂体的空间分布特征，对该区杨大城子油层的砂体预测具有更好的适用性。

基于自然伽马参数模拟结果，利用层位约束，分别提取了杨二上段与杨二下段波形指示模拟平面图，其中黄红色代表砂体发育区，杨二上段砂体发育较差，分布范围有限，与实际钻井特征相吻合，其砂体整体呈北西—南东向展布，主要呈条带状、块状，主要分布于研究区北部C17 井—C13 井—C52 井区域、中部及南部区域（图9（a））。杨二下段砂体较上段发育明显，同样呈现北西—南东向展布，主要以条带状、块状分布于研究区中部及南部区域，北部区域发育相对较差，与实时钻遇的砂体分布特征吻合度较高（图9（b））。

图9 杨二段砂体发育程度预测Fig. 9 Sand body development degree prediction of Yang-2 Member

基于自然伽马参数模拟结果，以杨二上段及杨二下段为统计时窗、自然伽马88 API 为砂岩门槛值，分别绘制了杨二上段及杨二下段砂体厚度平面图（图10（a）、（b）），同时根据地层残余厚度表征了杨二段沉积前的微古地貌（图10（c））。

图10 杨二段砂体厚度及古地貌Fig. 10 Sand body thickness of Yang-2 Member and paleogeomorphology

根据沉积学特征，残余厚度越大，表征为低古地貌特征，残余厚度越小古地貌往往越高，图10（c）中蓝色区域表征低地貌区。盆地内的微古地貌是控制沉积砂体的重要因素，通过影响局部的水动力条件，一定程度上决定着储集砂体的发育位置及分布规模［28-29］，从砂体厚度平面图上分析可知：杨二段沉积时期，研究区中部和南部砂体相对发育，呈北西—南东向条带状分布。结合古地貌特征分析可知，杨二下段砂体厚度分布特征与古地貌特征相一致，表明此时期古地貌控制了杨二下段砂体的差异分布；而杨二上段砂体厚度分布特征与微古地貌吻合度较差，表明在杨二下段沉积之后，古地貌被填平补齐，此时地貌对砂体的分布控制作用减弱。结合前人研究成果［7，16］，在杨二段沉积伊始，河流水体能量逐渐增强，在研究区南部和中部河道规模逐渐增大，导致砂体在研究区范围内广泛分布且厚度较大，向上到杨二上段，河流逐渐退去，水体能量减弱，河道发育程度变差，使得河道规模及数量降低，此时主要发育孤立型或单置型河道砂，砂体不发育，呈零星分布且厚度小。

4 结 论

（1）杨大城子油层杨二段砂体纵向上多期发育，多以单河道砂体或透镜状砂体为主，砂体单层厚度薄，横向连续性差，非均质性强。

（2）砂岩整体表现为“三低两高”的特征，即低自然伽马、低自然电位、低声波时差、高深侧向电阻率及较高纵波阻抗；地震波形指示模拟及反演结果表明自然伽马反演结果更能反映杨二段砂体空间展布特征，其识别薄砂层的厚度精度可达3 m，反演符合率达87.1%，且纵、横向具有较高分辨率，砂体横向变化规律清晰。

（3）微古地貌起伏特征对砂体的分布规律具有明显的控制作用，杨二下段受沉积环境及微古地貌控制，砂体分布广泛且厚度大，杨二上段微古地貌控制作用减弱，河道规模及数量萎缩，砂体不发育，砂体零星分布且厚度小。