縫洞型碳酸鹽巖儲集層高效井預測地震技術

楊平 ，孫贊東，梁向豪，李海銀，但光箭

（1. 中國石油大學（北京）；2. 中國石油東方地球物理公司；3. 中國石油塔里木油田公司）

0 引言

塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖地層埋深一般超過5 500 m，儲集空間主要為溶洞和溶縫[1]。規(guī)模較大的縫洞儲集體通常被稱為縫洞體，在致密灰?guī)r地層中非均勻分布，在地震剖面上表現(xiàn)為“串珠狀反射”，是目前碳酸鹽巖勘探開發(fā)的主要鉆探目標[2]。盡管鉆探“串珠狀反射”的井一般都能獲得較高的初期產量，但只有不到 40%的井能夠保持穩(wěn)產。這些穩(wěn)產井的總產量約占工區(qū)油氣總產量的 50%以上，直接影響工區(qū)整體開發(fā)效益，被稱為高效井[3-4]。為了提高高效井預測成功率，前人主要從解釋方法入手進行各種探索[5]，但一直未能有效解決這一問題。這是因為在早期的地震資料上，高效井與低效井所對應的“串珠狀反射”并無明顯差異。直到2008年，隨著地震資料品質的不斷提高和鉆井資料的不斷豐富，才逐步認識到不同縫洞體在大小、結構、裂縫發(fā)育程度、與周邊儲集層的連通關系、含油氣性等方面均存在差異，因而造成了儲集單元之間含油氣規(guī)模的差異，并最終導致了單井油氣產量的不同。因此，要解決縫洞型碳酸鹽巖儲集層“高產而不穩(wěn)產”的問題，就必須從相似的串珠狀反射入手，發(fā)現(xiàn)并量化上述差異。早期研究受限于地震資料的保幅性、偏移精度以及解釋技術水平，并不能實現(xiàn)這一目標。本文提出了以全方位高密度地震采集為基礎、疊前保幅深度偏移為核心、縫洞儲集層量化描述為重點的一體化地震技術對策，通過研究縫洞體儲集空間的大小、縫洞體之間的連通關系以及縫洞體的含油氣性等關鍵問題，優(yōu)選含油氣規(guī)模較大的縫洞單元作為鉆探目標，可有效提高高效井預測成功率。

1 技術對策

1.1 高效井的4種模式

要實現(xiàn)碳酸鹽巖油氣藏的高效開發(fā)，首先需要對高效井的基本特征進行歸納和總結，并建立高效井所在縫洞體儲集單元的基本模式。筆者通過對研究區(qū)多口已鉆井進行綜合對比分析，總結出高效井的 3個基本特征：①儲集空間大，有足夠的油氣儲量；②整體滲透性好，能夠快速實現(xiàn)油水疏導與分異；③水體不活躍，井眼不直接與地層水溝通。其中第①條最重要，是實現(xiàn)穩(wěn)產的基礎。據此建立了縫洞體儲集單元的 4種基本模式，如圖1所示。

圖1 縫洞體儲集單元的4種基本模式示意圖

1.2 關鍵問題分析

由高效井特征及圖 1可見，高效井勘探開發(fā)一方面需要研究地震反射串珠本身，推測儲集體體積、孔隙度、含油氣性等，并預測其儲量；另一方面還要研究目標串珠周緣裂縫、溶洞的發(fā)育狀況，以及彼此間的連通關系，推測整個連通縫洞單元的儲量規(guī)模[6]。因此，問題核心在于小尺度地質體（溶洞、裂縫）的精細、保幅成像以及定量描述。

分析認為，工區(qū)前期研究一方面偏重于對串珠振幅強弱的分析而忽略了對串珠大小的研究，另一方面受裂縫預測技術水平的限制無法準確進行縫洞單元劃分，故不能可靠落實儲集單元（縫洞體或縫洞單元）的儲量規(guī)模，也就不能有針對性地落實高效井的井位。

1.3 技術思路及對策

由于主要研究目標（溶洞和裂縫）埋藏很深、尺度很小，加上地震響應對小尺度地質體有明顯的放大效應[7]，要實現(xiàn)小尺度地質體精細、保幅成像以及定量描述，單靠發(fā)展地震處理與解釋技術很難實現(xiàn)，必須通過采集、處理、解釋相互配套，形成一體化的完整解決方案，才能從根本上解決碳酸鹽巖縫洞體油氣藏高效勘探開發(fā)的難題?；谏鲜稣J識，本文提出了針對縫洞型碳酸鹽巖高效勘探開發(fā)的地震技術對策：通過面向疊前偏移的全方位高密度地震采集獲得均勻、密集采樣的原始地震數(shù)據，通過疊前保幅深度偏移獲得縫洞體的儲集層及流體特征，并通過縫洞儲集層量化描述落實儲集層規(guī)模、物性、裂縫發(fā)育程度、與周邊儲集層的連通關系、含油氣性等信息，計算儲集體的含油氣規(guī)模，優(yōu)選出高效井位。

2 關鍵技術及應用效果

2.1 全方位高密度地震采集

Seggern利用數(shù)值模擬方法研究了觀測方式對成像結果的影響[8]，結果表明采樣率不均勻以及非全方位觀測均會對成像結果造成影響。對于縫洞體及其周緣的裂縫、孔洞這樣的小尺度地質體而言，這種影響是非常巨大的。因此地震資料采集必須面向疊前偏移的需求，采用全方位高密度觀測方式，實現(xiàn)地震采集數(shù)據在三維空間連續(xù)、均勻、對稱分布。同時，這種觀測方式對偏移過程中的假頻、頻散等問題都有很好的抑制作用，還有利于提高地震資料的橫向分辨率[9]，對裂縫預測非常有利。

全方位勘探比窄方位勘探成本要高許多，但“不能獲得地質信息的三維是最昂貴的三維”[10]。特別是對于縫洞型碳酸鹽巖而言，其他觀測方式均不能滿足高精度成像的需求，并由此導致鉆井風險的提高。因此很有必要采用這種觀測方式。

圖2是哈7井區(qū)寬方位（橫縱比為0.58，72次覆蓋，25 m×25 m面元）與全方位資料（225次覆蓋，15 m×15 m面元）的相干體地震屬性對比圖，由圖可見，除了由于覆蓋次數(shù)的增加使得信噪比明顯提高以外，全方位地震資料對河道、斷裂的刻畫更加清晰（如圖中藍、綠色虛線框所示），對縫洞體的刻畫也更加全面、準確。同時串珠狀反射的輪廓更加清晰、圓滑，與斷裂、河道的接觸關系也更加明確，老資料中不清楚的的串珠也變得清晰（如圖中紅色虛線框所示）。地震資料質量的提高無疑會對縫洞關系的研究起到很大幫助。

2.2 逆時偏移和分方位處理

圖2 寬方位三維與全方位三維相干體地震屬性對比圖

地震資料處理偏移方法是影響資料成像效果最重要的因素。近年來，針對縫洞儲集層的地震偏移技術實現(xiàn)了從疊后到疊前、從時間域到深度域、從各向同性到各向異性、從積分法到波動方程的 4個轉變，串珠成像也隨之從無到有、從偏到準、從不保幅到保幅，成像精度不斷提高。

逆時偏移是目前最能滿足精細、保幅成像要求的偏移方法。圖3是哈7井區(qū)積分法偏移與逆時偏移剖面對比，由圖可見逆時偏移很好地消除了偏移噪聲，繞射波更加收斂，串珠狀反射得到了很好的聚焦，這對研究縫洞體體積非常有利。

圖3 積分法偏移處理與逆時偏移處理剖面對比

圖4 是哈7井區(qū)積分法偏移與逆時偏移振幅地震屬性對比圖，鉆井揭示 H701井、H7-3井、H7-4井分別為高產井、低產井與干井，圖4a中3口井所在的串珠反射分別是強、中、弱振幅，圖4b中3口井所在的串珠分別是強、強、中振幅，可見逆時偏移資料的振幅地震屬性與實際更加吻合，保幅性更好。串珠狀反射是縫洞體物性及含油氣性的綜合響應[7]，因而地震資料的保幅性對儲集層預測及油氣檢測至關重要。理論研究和實際資料都表明，逆時偏移處理資料具有更好的保幅性。

為使在解釋階段利用方位各向異性進行裂縫預測的結果更可靠，還需進行分方位角疊前偏移處理，得到4～6個不同方位角上的限方位角地震偏移數(shù)據體。分方位角處理的重點是要正確反映不同方位角之間地震屬性的相對關系，既要消除不同方位上面元屬性差異帶來的不同，又要保持地層各向異性特征引起的差異。全方位高密度地震采集為分方位角處理和各向異性裂縫預測提供了較好的基礎數(shù)據。

圖4 逆時偏移與積分法偏移振幅地震屬性對比圖

2.3 儲集層定量描述

通過上述步驟得到高品質地震資料后，就可進行縫洞儲集層定量描述，主要研究縫洞體儲集空間的大小、縫洞體之間的連通關系以及縫洞體的含油氣性等問題。

筆者通過對孔隙體的定量雕刻計算縫洞體儲集空間的大小，主要包括深度域孔隙體描述、儲集空間雕刻以及容積計算和校正 3個環(huán)節(jié)?？p洞體的含油氣性預測包括疊后與疊前兩種，前者主要利用頻譜衰減原理，后者主要分析儲集層的AVO特征。油氣檢測與構造、斷層研究相結合，能夠有效避免直接鉆遇水層。

判別縫洞體之間連通性的主要目的是為了實現(xiàn)用1口井開采多個串珠的油氣，裂縫預測結果是判別縫洞體連通性的主要依據。相干與曲率分析是最常見的兩種疊后裂縫預測方法，效果較好但精度仍顯不足。疊前裂縫預測是指利用裂縫介質的各向異性特征預測裂縫的方向和密度[11]，理論上具有更高的精度，實際應用也取得了較好效果，但也存有一定弊端。圖 5是H601-2井區(qū)與 H7-4井區(qū)各向異性裂縫預測與實測結果，預測圖中 H601-2井區(qū)裂縫方向比較雜亂（見圖5a），與實測H601-2井區(qū)僅發(fā)育兩組裂縫（見圖5b）出入較大，而H7-4井裂縫預測圖中裂縫方向（見圖5c）與實測結果（見圖5d）基本一致。裂縫密度預測方面，實測資料與生產曲線均表明H601-2井比H601-6井裂縫發(fā)育，與預測結果（見圖5a）不吻合。這是因為基于各向異性的裂縫預測實際上檢測的是介質的各向異性強度，而不是真正的裂縫密度。單組縫（H7-4井）要比多組縫（H601-2）的各向異性程度更強，但并不表示其裂縫密度就更高。可見，目前基于各向異性介質理論的疊前裂縫預測技術只適用于單組、定向排列的垂直裂縫，而不適用于多組、多向的復雜裂縫的預測[7-11]。

因此，筆者采用疊前與疊后相結合的裂縫綜合預測方法：充分考慮兩類技術的優(yōu)勢和不足，以疊后預測為基礎，以疊前成果為補充，使預測結果在合理的基礎上能夠盡可能提高預測精度。

圖5 H601-2井與H7-4井裂縫預測結果與實測結果對比

圖6 哈601井區(qū)縫洞單元劃分及單井生產曲線

在裂縫預測的基礎上進行縫洞單元劃分，可以很好地解釋已鉆井的生產情況[2-3,5-6,12-13]。圖6a是哈601井區(qū)縫洞單元劃分圖，H601-6井及 H601-2井在不改變生產方式的情況下都出現(xiàn)了產量增加的現(xiàn)象（見圖6b，6c），說明在生產過程中溝通了其他的縫洞體，與裂縫預測結果吻合。這兩口井均為累計產量大于5×104t的高效井，這同時也證明了圖1中高效井縫洞體儲集單元模式的合理性。

在哈 7井區(qū)，將儲集空間大小計算、縫洞單元劃分以及油氣檢測結果相結合，將 221個縫洞體劃分為95個縫洞單元，其中I類單元24個，在鉆遇I類單元的9口井中，有5口井達到高效井的指標，高效井預測成功率得到明顯提高，證實了該套技術的有效性。

3 結論

塔里木盆地縫洞型碳酸鹽巖儲集層由于尺度小、埋深大、非均質性強，需要非常精細的地震勘探技術才能有效解決高效勘探開發(fā)難題?！案弋a而不穩(wěn)產”是縫洞型碳酸鹽巖儲集層開發(fā)普遍存在的問題，本文針對縫洞型儲集層高效開發(fā)提出的以全方位高密度地震采集為基礎、疊前保幅深度偏移為核心、縫洞儲集層量化描述為重點的一體化地震技術對策，能夠實現(xiàn)對縫洞體的精細研究和對縫洞單元的準確劃分，進而為落實目標的含油氣規(guī)模、指導高效井位部署提供重要依據。

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