等效應力場模擬與疊前彈性波阻抗反演綜合預測錦州25－1南潛山裂縫儲層

黃保綱 趙春明 楊慶紅 宋洪亮 曹樹春 汪利兵 張丙亮

（中海石油（中國）有限公司天津分公司）

等效應力場模擬與疊前彈性波阻抗反演綜合預測錦州25－1南潛山裂縫儲層

黃保綱 趙春明 楊慶紅 宋洪亮 曹樹春 汪利兵 張丙亮

（中海石油（中國）有限公司天津分公司）

錦州25－1南潛山裂縫儲層埋藏深、年代老、非均質(zhì)性強，影響儲層發(fā)育和分布的因素非常復雜，采用單一的常規(guī)儲層預測方法難以準確預測儲層的分布?；诹芽p形成的主控因素和儲層特征分析，運用等效應力場模擬與疊前彈性波阻抗反演方法綜合預測了錦州25－1南潛山裂縫儲層分布，并得到了后鉆開發(fā)井的驗證，這在渤海油田尚屬首次，對同類儲層研究具有一定的借鑒意義。

等效應力場模擬 疊前彈性波阻抗反演 裂縫儲層預測 錦州25－1南潛山

1 錦州25－1南潛山地質(zhì)概況及儲層特征

錦州25－1南潛山位于遼西低凸起中北段，夾持在遼西和遼中凹陷之間（圖1），已鉆探井7口，油藏屬“新生古儲新蓋”組合類型，儲層為太古界變質(zhì)巖，裂縫發(fā)育[1－3]。該潛山構(gòu)造呈北東—南西向展布，沙河街組直接覆蓋在潛山上，油藏的西北邊界是分割遼西低凸起和遼西凹陷的遼西1號斷層，遼西2號斷層將該潛山構(gòu)造分為東、西2個高帶，其中東高帶小斷層較發(fā)育。

圖1 錦州25－1南潛山構(gòu)造位置示意圖

錦州25－1南潛山儲層巖性復雜，包括變質(zhì)花崗巖、片麻巖和碎裂巖等，主要為區(qū)域變質(zhì)巖類的片麻巖[4－6]。探井鉆遇該潛山儲層厚度為50～150 m，儲層厚度和構(gòu)造發(fā)育存在如下關(guān)系：古構(gòu)造高并且現(xiàn)今構(gòu)造也高的儲層厚度大，古構(gòu)造低并且現(xiàn)今構(gòu)造也低的儲層厚度小，古構(gòu)造低而現(xiàn)今構(gòu)造高的儲層厚度居中[4]。該潛山儲層具有雙重介質(zhì)特征，非均質(zhì)性強，儲集類型為孔隙－裂縫型，裂縫及在裂縫基礎(chǔ)上形成的少量溶蝕孔隙是主要儲集空間；全直徑巖心平均孔隙度8%，垂向滲透率0.074～157 m D，水平滲透率0.553～351 mD，孔隙度與滲透率相關(guān)性差；從巖心、DST測試和生產(chǎn)測井資料來看，宏觀縫對滲流起主要作用[4，6－7]。

錦州25－1南潛山儲層測井響應特征為：斜長片麻巖自然伽馬值較低，曲線相對平滑；二長片麻巖反之。裂縫角度越高，開度越大，雙側(cè)向電阻率幅度差也越大；裂縫發(fā)育且充填程度低時，密度表現(xiàn)為低值[7]。

2 錦州25－1南潛山裂縫發(fā)育特征及儲層發(fā)育主控因素分析

依據(jù)巖心及FMI（井壁成像）解釋成果，錦州25－1南潛山裂縫按形成時期及產(chǎn)狀可分為4類，即早期閉合水平縫（傾角小于15°）、早期半充填—充填垂直縫（傾角大于75°）、晚期半充填碎裂縫和晚期開啟傾斜縫（傾角15°～75°），其中傾斜縫是主要裂縫類型。

綜合分析巖性、構(gòu)造、斷裂系統(tǒng)和裂縫產(chǎn)狀等特征認為，錦州25－1南潛山儲層發(fā)育程度與裂縫發(fā)育程度呈正相關(guān)，儲層形成受巖性、構(gòu)造運動及風化溶蝕作用等因素綜合控制，其中花崗片麻巖有利于形成裂縫[8]，但錦州25－1南潛山基巖相對單一，而風化溶蝕作用在該區(qū)主要表現(xiàn)為對儲層的進一步改造，僅對裂縫開度和滲透性有一定影響，因此構(gòu)造運動是潛山儲層形成的主控因素。

區(qū)域上，錦州25－1南潛山基底經(jīng)歷了裂陷、拉張和擠壓等長期地質(zhì)動力作用，構(gòu)造運動頻繁、期次多，斷裂發(fā)育且復雜。根據(jù)斷層活動時期及強度，可將該區(qū)斷層劃分為4個級別：

（1）Ⅰ級斷層 為邊界斷層，控制潛山構(gòu)造及斷裂系統(tǒng)總體格局；切穿太古界及古近系地層，活動強度大，主要活動時期為沙三期。

（2）Ⅱ級斷層 為局部高點的分界斷層，對潛山裂縫形成起重要作用；切穿太古界和沙河街組地層，主要活動時期在沙三至沙一期。

（3）Ⅲ級斷層 不發(fā)育，切穿太古界至沙三段地層。

（4）Ⅳ級斷層 延伸較短，斷距較小，但數(shù)量最多，對裂縫儲層發(fā)育與否影響最大；僅切穿太古界潛山頂，形成于沙三段沉積時期，之后不再活動。

根據(jù)FMI解釋成果統(tǒng)計該區(qū)單井裂縫的產(chǎn)狀，并與潛山構(gòu)造斷裂系統(tǒng)進行對比，發(fā)現(xiàn)Ⅳ級斷層與潛山裂縫的發(fā)育程度和方向具有較強的一致性。分析認為，錦州25－1南潛山裂縫主要形成于喜山期，并受2期構(gòu)造應力場，即古近紀早期（沙河街組沉積期）拉張應力場和古近紀末期（東營組沉積末期）走滑應力場控制，從而形成了不同方位與不同性質(zhì)的裂縫（圖2）。

圖2 錦州25－1南潛山斷裂系統(tǒng)與裂縫產(chǎn)狀

3 錦州25－1南潛山裂縫儲層預測

錦州25－1南潛山裂縫儲層的形成與斷裂關(guān)系密切，而斷裂的形成受構(gòu)造運動控制，構(gòu)造運動又與地應力和應力場息息相關(guān)。因此，基于潛山裂縫儲層形成的主控要素分析，可以運用等效應力場模擬與疊前彈性波阻抗反演相結(jié)合的方法綜合預測錦州25－1南潛山裂縫儲層的分布，并指導開發(fā)井的部署。

3.1 等效應力場模擬

運用ANSYS軟件對研究區(qū)應力場進行模擬。在常規(guī)應力場模擬的基礎(chǔ)上，本次模擬在兩方面進行了創(chuàng)新：①采用體建模，這樣既可滿足對斷層大小的控制，又便于察看儲層段內(nèi)各深度點的儲層發(fā)育情況；②采用等效應力模擬，避免了由于某2個或3個方向應力大小差異較大造成的結(jié)果誤差。

根據(jù)錦州25－1南潛山頂面構(gòu)造圖和斷層活動速率圖建立地質(zhì)模型（圖3），并將模型網(wǎng)格化（圖4）。由于潛山周邊均為斷層，本次模擬以斷層作為邊界，采用自由網(wǎng)格劃分（對于斷層帶，由于其變化劇烈，須劃分得更細，在劃分單元時節(jié)點數(shù)有所增加）；正常地層區(qū)的巖石力學參數(shù)由巖心實驗獲得，而斷層帶的泊松比較正常地層區(qū)略大，其彈性模量取正常地層區(qū)的40%～70%（斷層越復雜，其彈性模量應越小，相應的泊松比越大）；根據(jù)巖石力學參數(shù)表，斷層和變質(zhì)巖巖體采用的泊松比分別為0.26和0.19，彈性模量分別為10.5 GPa和17.5 GPa。

斷層分析和巖心聲發(fā)射實驗結(jié)果表明，錦州25－1南潛山儲層主要受新生代以來北西—南東向拉張作用的影響，差應力約為90 MPa。該期構(gòu)造運動在潛山頂面以及內(nèi)部產(chǎn)生了100余條斷層，在斷層附近的古構(gòu)造高點形成了大量裂縫，為錦州25－1南潛山儲層的形成打下了基礎(chǔ)。

錦州25－1南潛山等效應力場模擬采取庫侖破裂準則，模擬出巖石破裂后形成裂縫的位置。如果地質(zhì)體未破裂，則按應力釋放原則，等效應力最小的地方為裂縫發(fā)育帶。工區(qū)的最大主應力及方向往往無法直接得到，通常先借用區(qū)域值進行模擬，并用已鉆井作為模擬結(jié)果的約束條件，對儲層預測結(jié)果進行質(zhì)量控制。

運用等效應力場模擬技術(shù)[9]對錦州25－1南潛山裂縫儲層分布進行了預測，如圖5所示，圖中偏藍色區(qū)域代表裂縫儲層發(fā)育帶，裂縫主要沿潛山長軸分布，集中發(fā)育在西翹傾構(gòu)造帶高部位、遼西1號斷層旁以及東側(cè)潛山隆起帶高部位，裂縫發(fā)育呈沿“長軸、扭曲、陡坡”在“高點、鞍部、斷塊”分布的特征。

圖5 錦州25－1南潛山等效應力場模擬結(jié)果

3.2 疊前彈性波阻抗反演

首先，根據(jù)工區(qū)縱波、密度及橫波測井等數(shù)據(jù)計算出縱波阻抗、橫波阻抗、泊松比、拉梅系數(shù)及剪切模量等巖石物理彈性參數(shù)。通過密度－電阻率、孔隙度－電阻率、孔隙度－橫波阻抗、孔隙度－剪切模量及橫波阻抗－剪切模量等多參數(shù)交會分析，發(fā)現(xiàn)裂縫儲層表現(xiàn)為低電阻率、低密度、低橫波阻抗、低剪切模量和高孔隙度特征，而非儲層特征與之相反。如圖6所示，各種巖石物理特性參數(shù)對裂縫儲層和非儲層的敏感度不一，其中橫波阻抗交會對裂縫儲層與非儲層的判別最為敏感，能較好地劃分裂縫儲層與非儲層，所以選取橫波阻抗作為本次預測的敏感性參數(shù)，橫波阻抗小于7500 g/cm3·（m/s）的為裂縫儲層。

圖6 錦州25－1南潛山巖石物理參數(shù)交匯分析

然后，利用工區(qū)內(nèi)所有井的全波列測井縱、橫波速度和密度計算彈性波阻抗，采用地震分形插值技術(shù)建立可保留復雜地質(zhì)信息的彈性波阻抗模型。采用廣義線性反演技術(shù)反演各個角度的地震子波，得到與入射角有關(guān)的地震子波。在每一個角道集上，采用寬帶約束反演方法反演彈性波阻抗，得到與入射角有關(guān)的彈性波阻抗。最后對不同角度的彈性波阻抗反演縱橫波阻抗，進而獲得泊松比等彈性參數(shù)，并篩選出對裂縫儲層敏感的參數(shù)進行儲層預測。圖7為錦州25－1南潛山橫波阻抗反演結(jié)果，圖中偏紅色區(qū)域為儲層發(fā)育帶，與等效應力場模擬結(jié)果幾乎完全一致。

圖7 錦州25－1南潛山橫波阻抗反演結(jié)果

3.3 儲層預測結(jié)果的應用

上述預測結(jié)果綜合應用于錦州25－1南潛山開發(fā)井部署，鉆井結(jié)果吻合率達到70%～90%，已完鉆的5口開發(fā)井在投產(chǎn)初期日產(chǎn)量均超過500 m3，其中有2口井日產(chǎn)量超過了1000 m3。

4 結(jié)束語

對于裂縫儲層，如果裂縫主要由構(gòu)造運動和斷裂因素造成或受地應力控制，則運用等效應力場模擬技術(shù)預測儲層分布的效果較好，且方法簡單可行；如果再輔以其它方法，則可以確保預測結(jié)果的準確性。因此，本文采用等效應力場模擬與疊前彈性波阻抗反演相結(jié)合的方法綜合預測錦州25－1南潛山裂縫儲層分布，精度較高，是降低開發(fā)井風險的有效途徑，對同類儲層研究具有一定的借鑒意義。

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Predicting fractured reservoirs in Jinzhou25－1S buried hill by comprehensively using equivalent stress－field simulation and pre－stack elastic impedance inversion

Huang Baogang Zhao Chunming Yang Qinghong Song Hongliang Cao Shuchun Wang Libing Zhang Bingliang
（Tianjin Branch of CNOOC Ltd.，Tianjin，300452）

In Jinzhou25－1S buried hill，a single conventional method can not be used to accura telly predict fractured reservoirs，because of their deep burial，old age and high heterogeneity and complex factors affecting their development and distribution.The major factors to produce fractures and the reservoir characteristics were analyzed in the buried hill.Then equivalent stress－field simulation and pre－stack elastic impedance inversion were comprehensively used to predict the distribution of fractured reservoirs there，with the results confirmed by the follow－up drilling.It is the first time to use the approach in Bohai oilfield，and this may be used for reference in other similar reservoirs.

equivalent stress－field simulation；prestack elastic impedance inversion；fractured－reservoir prediction；Jinzhou25－1S buried hill

黃保綱，男，地質(zhì)師，主要從事油田地質(zhì)研究工作。地址：天津市塘沽區(qū)609信箱（郵編：300452）。電話：022－25803503。E－mail：huangbg2＠cnooc.com.cn。

2011－04－08改回日期：2011－08－05

（編輯：周雯雯）