窄方位角地震資料在裂縫儲層預(yù)測中的應(yīng)用

田立新 周東紅 明 君 孫向陽 楊紹國

（1.中國石油大學(xué)“石油與天然氣成藏機理”教育部重點實驗室，北京102249；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452；3.中國地質(zhì)大學(xué)地球物理與空間信息學(xué)院，武漢430074；4.恒泰艾普石油天然氣技術(shù)服務(wù)股份有限公司，北京100084）

裂縫性儲層在油氣勘探中的地位越來越重要，并且分布廣泛，全球石油天然氣產(chǎn)量有一半以上分布于裂縫性儲層中［1，2］。裂縫性儲層在全球均有分布，巖石類型包括碳酸鹽巖、火成巖、變質(zhì)巖、致密砂巖和致密泥巖等。裂縫的成因復(fù)雜，根據(jù)成因類型的不同，可分為構(gòu)造縫和非構(gòu)造縫。構(gòu)造運動、構(gòu)造應(yīng)力場以及巖石力學(xué)性質(zhì)等多種因素共同制約了裂縫的特征和分布規(guī)律。斷裂體系、構(gòu)造變形、構(gòu)造位置等與應(yīng)力相關(guān)的因素影響了裂縫的發(fā)育程度和橫向展布特征；儲層厚度、巖石成分、巖石力學(xué)性質(zhì)等因素均影響裂縫的發(fā)育。由于裂縫發(fā)育程度受多方面的因素控制，裂縫型儲層預(yù)測存在很大難度。近年來由于地震資料在縱橫方向連續(xù)性上的優(yōu)勢，利用地震方法描述和檢測裂縫成為裂縫型儲層的研究主導(dǎo)趨勢之一［3，4］。

雖然地震資料中包含有裂縫信息，但是由于裂縫信息對地震資料的影響非常微弱，如何從常規(guī)采集的地震資料中識別出裂縫，是目前研究的難點和熱點［5～8］。本文從疊前地震資料入手，利用裂縫儲層在入射角、偏移距、方位角等不同地震資料上的異常響應(yīng)，各種預(yù)測手段相互補充，實現(xiàn)對裂縫儲層的預(yù)測，總結(jié)對窄方位角采集特點識別裂縫的方法。通過在JZ區(qū)塊的實際應(yīng)用，預(yù)測效果得到了驗證。

1 概況

研究區(qū)塊目的層為太古界片麻巖潛山，由于長期遭受剝蝕和多期構(gòu)造運動的疊加，在片麻巖潛山表層形成厚厚的風(fēng)化和半風(fēng)化層。根據(jù)已鉆井取心資料，裂縫及溶蝕孔洞是本區(qū)最主要的儲層空間類型，并且以裂縫占主導(dǎo)。利用FMI成像資料與裂縫儲層測井解釋結(jié)果交會分析，結(jié)果顯示中高角度縫具備較高的儲集能力。因此如何實現(xiàn)對這部分裂縫的檢測，是本次研究的主要任務(wù)。

本次研究所使用的地震資料具備以下特點：（1）方位角窄，有效方位角的范圍小于30°，覆蓋次數(shù)相對均勻的方位角范圍甚至小于20°（圖1）；（2）偏移距大，目的層埋深在2km左右，地震資料最大偏移距達到3.7km，可利用的有效偏移距資料也已經(jīng)達到2.5km。

圖1 地震資料中方位角與偏移距分布范圍Fig.1 Offset vs azimuth of the seismic data

2 方法原理

本次研究的總體思路為從宏觀到微觀，從易到難的逐步刻畫（圖2）。通過井震標定，尋找潛山儲層的地震響應(yīng)特征，實現(xiàn)儲層的三維分布預(yù)測。然后在儲層框架內(nèi)，通過窄方位地震資料，尋找儲層中裂縫的地球物理響應(yīng)特征，實現(xiàn)儲層中裂縫的三維檢測。結(jié)合基于巖石物理特性的應(yīng)力場模擬結(jié)果，最終實現(xiàn)裂縫的精細刻畫。

圖2 裂縫檢測的流程框圖Fig.2 Flow chart of fractured reservoir detection

2.1 疊前彈性參數(shù)反演

圖3反映了研究區(qū)已鉆井中的儲層分布特點.從圖中可以看出，反映巖石物理彈性性質(zhì)的橫波阻抗和剪切模量對儲層與非儲層的區(qū)分較為敏感，而二者同樣可以通過3D地震疊前彈性參數(shù)反演獲得。

2.2 遠近道地震屬性差異分析

圖3 橫波阻抗與剪切模量交會圖Fig.3 Cross plot between shear－wave impedance（SI）and shear modulus

裂縫儲層在不同偏移距數(shù)據(jù)體上引起的地震響應(yīng)也不同。FUL＿FRQ屬性反映了裂縫對地震頻率衰減屬性的影響，其值為能量衰減到85%時對應(yīng)的頻率.根據(jù)正演模擬結(jié)果（圖4），裂縫儲層在不同偏移距數(shù)據(jù)體上的地球物理響應(yīng)特征的表現(xiàn)差異較大，隨著偏移距的增大，裂縫引起的FUL＿FRQ值呈降低趨勢（圖4－A）；在同一偏移距條件下，裂縫發(fā)育程度越高，反映出地震衰減越快（即FUL＿FRQ值越低）的特性。根據(jù)這一特點，將遠道FUL＿FRQ與近道FUL＿FRQ相減與裂縫發(fā)育程度進行交會，得到圖4－B?？梢愿忧逦乜吹搅芽p的發(fā)育程度增大，差異的絕對值越大，反映出地震異常越顯著。

圖4 FUL＿FRQ屬性隨偏移距的變化Fig.4 Attribution of FUL＿FRQ vs offset

利用遠近道FUL＿FRQ屬性差異，得到裂縫檢測結(jié)果如圖5所示。在裂縫相對發(fā)育的地方，異常增大；裂縫相對不發(fā)育的地方，異常較小。

圖5 基于遠近道屬性差異的裂縫檢測結(jié)果Fig.5 Fractures distribution profile based on attribution abnormity between far and near offset

2.3 方位各向異性分析

各向異性是目前檢測裂縫發(fā)育程度的最有效方法之一。針對本區(qū)地震采集窄方位角的特點，本文利用不同方位角地震屬性差異檢測裂縫，極大地提高了裂縫檢測的有效性和穩(wěn)定性。圖6為裂縫引起的FUL＿FRQ屬性方位各向異性，在差異為0.2%的置信度條件下，通過不同方位地震屬性差異異常檢測裂縫，可以滿足0°～95°和115°～180°范圍內(nèi)分布的裂縫，但對100°～110°范圍內(nèi)分布的裂縫檢測能力較弱。

圖6 窄方位角地震各向異性Fig.6 Seismic isotropy in narrow azimuthal seismic data

2.4 應(yīng)力場模擬

裂縫的產(chǎn)生，尤其是構(gòu)造相關(guān)裂縫的產(chǎn)生，與距離斷裂的遠近、巖層的厚度、巖石的孔隙度、巖石的密度、巖石的彈性參數(shù)等都具有密切的關(guān)系，把這些參數(shù)用于應(yīng)力場的恢復(fù)，所得到的應(yīng)力、應(yīng)變參數(shù)以及應(yīng)力、應(yīng)變方向在一定程度上反映了本區(qū)裂縫的發(fā)育程度和發(fā)育方向?；谏鲜鲈?，對本次研究的區(qū)塊進行應(yīng)力場模擬，其結(jié)果與已鉆井的FMI成像解釋結(jié)果吻合度非常高（圖7），說明了應(yīng)力場模擬方法對該區(qū)裂縫檢測有很好的指示作用，同時也說明該區(qū)裂縫組成主要以構(gòu)造成因縫為主。

圖7 裂縫預(yù)測結(jié)果與FMI解釋結(jié)果對比Fig.7 Comparison between the results from stress field modeling and FMI interpretation

3 裂縫儲層預(yù)測結(jié)果

通過上述研究，JZ區(qū)塊的裂縫儲層發(fā)育表現(xiàn)以下特點：（1）縱向上，緊鄰潛山頂面20ms范圍內(nèi)，裂縫儲層總體不發(fā)育，局部地區(qū)有利；潛山頂面15～100ms范圍內(nèi)，是裂縫儲層相對發(fā)育帶，整體較好；100ms以下裂縫相對不發(fā)育，總體顯示較差。這一結(jié)論在后期的A18井中得到了證實。A18井為水平開發(fā)井，在距潛山頂面22ms范圍鉆遇了含油氣層。（2）橫向上不連續(xù)，表現(xiàn)為明顯塊狀儲層的特點。（3）平面上裂縫儲層位于潛山的高部位，與斷層關(guān)系密切，非均質(zhì)性強。（4）本區(qū)裂縫以構(gòu)造成因縫為主，裂縫方向以北東向為主，北西和北西西向為輔。

4 討論

裂縫型儲層由于其埋藏深，非均質(zhì)性強，成為目前研究的熱點。本次針對窄方位地震采集的資料特點，利用有井參與的疊前彈性參數(shù)反演，提高儲層研究的準確性；利用無井參與的地震屬性裂縫檢測，提高裂縫檢測的客觀性，二者有機結(jié)合，相互驗證。但裂縫檢測的精度仍然受地震采集、處理、儲層識別技術(shù)等各方面因素的制約。相信隨著地震采集、處理、解釋、儲層預(yù)測等技術(shù)的發(fā)展，對裂縫的刻畫將會更加精細。

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