孔隙-裂縫雙孔介質(zhì)儲層預(yù)測技術(shù)及其應(yīng)用效果——以北黃海盆地東部坳陷目標(biāo)區(qū)特低孔特低滲儲層為例

高順莉 侯國偉 譚思哲 陳永軍 熊 忠

（中海石油（中國）有限公司上海分公司）

我國北黃海海域中生界地層發(fā)育，侏羅系和白堊系是該區(qū)的主要勘探目的層。鉆井揭示北黃海盆地東部坳陷目標(biāo)區(qū)儲層為特低孔特低滲致密不等粒砂巖，原生孔隙不發(fā)育，有效儲層為雙孔（次生孔隙和裂縫）介質(zhì)儲層［1-4］。測試結(jié)果研究表明，裂縫帶是該區(qū)油氣的主要產(chǎn)層，只要有裂縫性儲集空間就有可能形成油氣聚集成藏。因此，預(yù)測北黃海盆地東部坳陷砂體及裂縫帶分布范圍，對該區(qū)探尋油氣意義重大。由于特低孔特低滲不等粒致密砂巖與圍巖相比，在速度、密度等地球物理常規(guī)信息上已趨于相同，因此如何運用地球物理技術(shù)表述北黃海盆地東部坳陷的儲層展布，預(yù)測中生界砂巖孔隙及裂縫儲層發(fā)育區(qū)，是一項極具挑戰(zhàn)性的工作。筆者針對目標(biāo)區(qū)鉆井測井資料較少，地質(zhì)情況特別復(fù)雜的狀況，對孔隙-裂縫雙孔介質(zhì)儲層預(yù)測方法進(jìn)行了研究，提出應(yīng)用有色反演和GR重構(gòu)反演相結(jié)合的方法識別砂泥巖，應(yīng)用地震多屬性聚類分析方法預(yù)測裂縫發(fā)育帶。應(yīng)用效果表明，本文所提出的研究方法行之有效。

1 目標(biāo)區(qū)孔隙-裂縫雙孔介質(zhì)儲層地質(zhì)特征

1.1 砂巖儲層特征

北黃海盆地東部坳陷目標(biāo)區(qū)為斷陷湖盆，受斷層控制作用，主要發(fā)育重力流及牽引流沉積，水下扇砂體和三角洲水下分流河道砂體是其有利的儲集空間。

薄片分析結(jié)果表明，目標(biāo)區(qū)儲層以細(xì)粒巖屑砂巖為主，砂巖碎屑組分中石英含量25%～81%，平均60.8%；長石含量3%～18%，平均6.4%；巖屑含量14%～70%，平均32.8%；砂巖成分成熟度低［1，3-4］。

鑄體薄片、掃描電鏡及巖心、巖屑觀察結(jié)果表明，目標(biāo)區(qū)儲集空間類型包括粒間孔、粒（晶）間溶孔、粒（晶）內(nèi)溶孔、裂縫及鑄?？椎?，其中孔隙以粒（晶）間溶孔、粒（晶）內(nèi)溶孔為主，發(fā)育少量微裂縫（圖1）。

圖1 北黃海盆地東部坳陷目標(biāo)區(qū)孔隙類型圖

巖石物性分析結(jié)果表明，目標(biāo)區(qū)砂巖儲層孔隙度2.4%～12.0%，平均4.7%；滲透率0.02～46.15 mD，平均0.95 mD。根據(jù)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目標(biāo)區(qū)總體為低孔、低滲與特低孔、特低滲儲層［3-4］。

1.2 裂縫性儲層特征

北黃海盆地東部坳陷目標(biāo)區(qū)儲層構(gòu)造裂縫發(fā)育主要與斷層有關(guān)，主要發(fā)育張剪破裂的高角度裂縫、斜交裂縫及水平裂縫，其中垂直張開微小裂縫較發(fā)育，對儲層滲流影響較大，而水平裂縫在該區(qū)分布規(guī)模較小。

由于目標(biāo)區(qū)受燕山和喜山等多期強烈構(gòu)造運動的影響，拉張性區(qū)域應(yīng)力產(chǎn)生大量EW—NW向張性斷層，受斷層兩盤相對運動而產(chǎn)生的地應(yīng)力作用的影響，斷層附近裂縫發(fā)育，儲集性能變好。巖心及成像測井資料表明，目標(biāo)區(qū)普遍發(fā)育高角度張裂縫，此外當(dāng)存在幾組走向、傾角均不同的裂縫時，還可以見到相互切割的網(wǎng)狀裂縫（圖2）。

圖2 北黃海盆地東部坳陷目標(biāo)區(qū)巖心裂縫發(fā)育圖

2 目標(biāo)區(qū)孔隙-裂縫雙孔介質(zhì)儲層地震預(yù)測技術(shù)及其應(yīng)用效果

2.1 基于低孔滲儲層特征的波阻抗反演技術(shù)

2.1.1 有色反演

該目標(biāo)區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，鉆井資料較少且井比較集中，斷層發(fā)育，縱向上發(fā)育多期不整合；地層接觸關(guān)系復(fù)雜，存在侵蝕削截、頂超、上超及下超等多種反射波終止類型；構(gòu)造深度變化大，采用普通的波阻抗反演難以有效地區(qū)分砂泥巖，如測井?dāng)?shù)據(jù)顯示目標(biāo)區(qū)砂巖和泥巖在聲波和密度上很難區(qū)分，因此采用了有色反演技術(shù)［5-7］。

有色反演是通過對井的波阻抗和地震分別做譜分析，并設(shè)計匹配算子使地震的譜和井的波阻抗譜相匹配，然后把匹配算子施加到地震來完成反演。分析認(rèn)為，由于有色反演技術(shù)不依賴層位和子波，反演結(jié)果忠實于地震，無人為因素影響，而且對尖滅、前積等難以用模型表達(dá)的地質(zhì)現(xiàn)象反映客觀，適于非均質(zhì)性較強地區(qū)的波阻抗反演，因此反演結(jié)果較好地反映了目標(biāo)區(qū)復(fù)雜的地層接觸關(guān)系。

2.1.2 GR重構(gòu)反演

有色反演最終成果為相對阻抗，難以直接用于目標(biāo)區(qū)砂泥巖分析，因此在有色反演的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展了GR曲線重構(gòu)反演。

由于目標(biāo)區(qū)部分井段GR曲線對砂巖的識別能力較差，因此在參考電阻率、自然電位等測井曲線的基礎(chǔ)上，對多口井的GR曲線進(jìn)行了重構(gòu)（圖3），利用重構(gòu)曲線進(jìn)行反演，達(dá)到了識別預(yù)測砂泥巖的目的。

圖3 目標(biāo)區(qū)GR曲線重構(gòu)前后對比圖

圖4為目標(biāo)區(qū)巖性與反演砂泥巖剖面對比圖，可以看出，砂泥巖分界較為清晰，反演結(jié)果與單井實際情況一致，反映了儲層空間分布特征、地層接觸關(guān)系多樣，與地下實際情況較為吻合。

2.2 基于地震多屬性分析的裂縫儲層預(yù)測技術(shù)

目標(biāo)區(qū)裂縫較為發(fā)育，是重要的有效儲集空間類型之一。由于裂縫性儲層成因復(fù)雜，控制因素多樣，各種裂縫預(yù)測技術(shù)應(yīng)用條件受不同因素的制約［8-11］，因此有必要依據(jù)實際地質(zhì)情況分析各種預(yù)測技術(shù)的優(yōu)點和局限性，并針對不同目標(biāo)應(yīng)用不同的方法綜合開展儲層預(yù)測，從而更客觀、更準(zhǔn)確地預(yù)測裂縫發(fā)育帶的分布范圍。

圖4 目標(biāo)區(qū)某測線GR重構(gòu)反演剖面

針對目標(biāo)區(qū)實際地質(zhì)情況，通過觀察地震屬性與測井識別的裂縫儲層之間的相似度，建立它們之間的相關(guān)關(guān)系，得到反映裂縫儲層異常敏感程度的不同屬性。通過一系列分析，優(yōu)選出曲率屬性、均方根振幅屬性和相干屬性來綜合預(yù)測目標(biāo)區(qū)裂縫分布。

2.2.1 曲率屬性分析

曲率是用來表征層面上某一處變形彎曲的程度［12-15］。地層因受力變形越嚴(yán)重，地層彎曲越大，曲率越高，其破裂程度可能越大。三維曲率法就是依據(jù)該原理，通過求取地層頂面的曲率值，將平面上每點的最大主曲率值進(jìn)行作圖，得到曲率分布圖，進(jìn)行裂縫分布評價。

如圖5所示，通過分析目標(biāo)區(qū)沿層最大曲率圖，認(rèn)為最大曲率分布圖預(yù)測的裂縫發(fā)育區(qū)域與測井解釋的裂縫發(fā)育區(qū)具有較好的對應(yīng)關(guān)系。圖5中紅色及黃色為大值，代表裂縫相對發(fā)育的區(qū)域。

圖5 目標(biāo)區(qū)沿層最大曲率圖

2.2.2 相干屬性分析

相干技術(shù)是利用地震數(shù)據(jù)中相鄰地震道之間的相干性對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行求異去同，突出那些不相干的地震道，然后利用不相干的地震道的時空分布來解釋預(yù)測裂縫的發(fā)育［16-20］。當(dāng)?shù)貙又写嬖谔囟ǖ牡刭|(zhì)現(xiàn)象（如斷層、尖滅、裂縫等）時，相似性就受到破壞，表現(xiàn)為邊緣突變的非相似性。因此，通過對非相似性的研究，可以達(dá)到對裂縫預(yù)測的目的。

圖6 目標(biāo)區(qū)某測線相干剖面

如圖6所示，通過分析目標(biāo)區(qū)過X1、X3等井的相干剖面，認(rèn)為相干屬性與測井解釋的裂縫發(fā)育段之間具有較好的對應(yīng)關(guān)系，剖面上相干值小的區(qū)域（剖面上的黑色區(qū)域）發(fā)育了斷層或者為裂縫發(fā)育段，預(yù)測出的裂縫發(fā)育區(qū)域與已知井試油情況對應(yīng)較好（圖7）。例如，X1、X2井裂縫發(fā)育，位于黃色區(qū)域，試油獲高產(chǎn)油流；而X3井發(fā)育1～2條半充填縫，位于綠色區(qū)域，試油為干層。

2.2.3 均方根振幅屬性分析

通過對目標(biāo)區(qū)連井地震剖面分析發(fā)現(xiàn)，裂縫發(fā)育段的波組特征表現(xiàn)為相對弱振幅。如圖8所示，左側(cè)藍(lán)色圈為X2井裂縫發(fā)育段，對應(yīng)右側(cè)連井地震剖面表現(xiàn)為相對弱振幅（紅色圈內(nèi)）；連井剖面右側(cè)紅色圈為相鄰2口井的裂縫發(fā)育段，其振幅值與相鄰道相比也相對變?nèi)?。因此，可以認(rèn)為相對弱振幅是裂縫發(fā)育帶的敏感屬性之一。

圖7 目標(biāo)區(qū)相干屬性平面分布圖

圖8 目標(biāo)區(qū)過X1與X2井的地震剖面圖

2.3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)地震多屬性聚類分析的儲層綜合預(yù)測技術(shù)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)地震多屬性聚類分析技術(shù)是一項儲層綜合預(yù)測技術(shù)［21-22］，包括建模、正演、敏感屬性分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，其主要特點是可降低單屬性分析中存在的多解性。對于目標(biāo)區(qū)，先根據(jù)儲層發(fā)育段及其上下層圍巖的密度曲線及聲波測井曲線分析結(jié)果，通過地震正演建立地質(zhì)模型，并分析反映有利儲層的地震敏感屬性特征，再對實際提取的敏感屬性進(jìn)行分析，最后用反映儲層發(fā)育區(qū)的均方根振幅屬性、相干屬性和最大曲率屬性進(jìn)行聚類分析，最終得到目標(biāo)層有利儲層的平面展布。

由圖9可以看出，目標(biāo)區(qū)相干屬性、最大曲率屬性及均方根振幅屬性具有一定的相似性，其中相干屬性與最大曲率屬性的相似性較高，這種相似性應(yīng)該是斷層與裂縫發(fā)育區(qū)的反映。已有井分析結(jié)果表明，相干屬性與最大曲率屬性能較好地反映目標(biāo)區(qū)斷層與裂縫的發(fā)育區(qū)，振幅剖面上裂縫發(fā)育區(qū)表現(xiàn)為弱振幅特征。因此，考慮到影響振幅屬性的因素較多，本次研究以相干屬性和最大曲率屬性為主，均方根振幅屬性為輔，通過屬性聚類分析方法刻畫裂縫可能發(fā)育區(qū)，預(yù)測有利儲層分布。

在圖9所示的目標(biāo)區(qū)多屬性聚類分析儲層平面分布圖上，紅、黃色與綠色區(qū)域為斷層或裂縫可能發(fā)育區(qū)，深藍(lán)色可能為裂縫欠發(fā)育區(qū)。從試油結(jié)果分析來看，位于可能裂縫發(fā)育區(qū)的X1、X2等井獲高產(chǎn)油流；位于裂縫發(fā)育區(qū)邊緣的X4井獲低產(chǎn)油流；離可能裂縫發(fā)育區(qū)較遠(yuǎn)的X5等井未獲油氣。這表明目標(biāo)區(qū)裂縫發(fā)育區(qū)與試油產(chǎn)能具有較好的對應(yīng)關(guān)系，聚類屬性高值區(qū)可能為儲層的裂縫發(fā)育區(qū)。

圖9 目標(biāo)區(qū)單屬性及多屬性聚類儲層平面分布預(yù)測圖

從區(qū)域上分析，目標(biāo)區(qū)聚類屬性明顯受斷裂格局影響，裂縫發(fā)育區(qū)與大斷裂系統(tǒng)之間具有較好的對應(yīng)關(guān)系。通過目標(biāo)區(qū)有利儲層分布三維可視化圖可以直觀地反映出裂縫發(fā)育區(qū)與構(gòu)造坡度相吻合（圖10），分析認(rèn)為構(gòu)造運動是裂縫發(fā)育的主因，構(gòu)造陡峭說明構(gòu)造運動劇烈，裂縫也就發(fā)育，這也符合一般地質(zhì)規(guī)律。

圖10 目標(biāo)區(qū)有利儲層分布三維可視化圖

總體來說，多屬性聚類分析預(yù)測的目標(biāo)區(qū)裂縫發(fā)育區(qū)與測井解釋結(jié)果和試油結(jié)果具有較好的對應(yīng)關(guān)系，預(yù)測結(jié)果也符合一般地質(zhì)規(guī)律，該方法可以用來預(yù)測裂縫可能發(fā)育區(qū)。

3 結(jié)束語

在對北黃海盆地東部坳陷目標(biāo)區(qū)儲層預(yù)測的過程中，采用有色反演與GR重構(gòu)反演相結(jié)合的方法有效識別了砂泥巖，采用多屬性聚類分析的方法很好地刻畫了裂縫可能發(fā)育區(qū)，進(jìn)而預(yù)測了有利儲層分布。通過與已鉆井結(jié)果對比，目標(biāo)區(qū)GR重構(gòu)反演結(jié)果與鉆井實際情況較吻合，多屬性聚類分析預(yù)測的裂縫發(fā)育區(qū)的平、剖面分布與測井解釋結(jié)果及試油產(chǎn)能都具有較好的對應(yīng)關(guān)系，儲層預(yù)測結(jié)果可信度較高，可以指導(dǎo)井位布置。

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