利用寬方位三維地震屬性預(yù)測頁巖裂縫發(fā)育區(qū)的研究

張宇生 (東方地球物理公司新興物探開發(fā)處，河北 涿州 072751)

梁 興 (中石油浙江油田分公司，浙江 杭州 310000)

余 剛 (東方地球物理公司新興物探開發(fā)處，河北 涿州 072751)

姚逢昌 (中石油浙江油田分公司，浙江 杭州 310000)

利用寬方位三維地震屬性預(yù)測頁巖裂縫發(fā)育區(qū)的研究

張宇生 (東方地球物理公司新興物探開發(fā)處，河北 涿州 072751)

梁 興 (中石油浙江油田分公司，浙江 杭州 310000)

余 剛 (東方地球物理公司新興物探開發(fā)處，河北 涿州 072751)

姚逢昌 (中石油浙江油田分公司，浙江 杭州 310000)

尋找頁巖氣儲層甜點區(qū)是“大多廣、強改造、過成熟”型中國南方古生界海相頁巖氣勘探開發(fā)成功的關(guān)鍵，而頁巖儲層裂縫發(fā)育程度直接影響頁巖氣富集程度與壓裂效果。利用寬方位三維地震屬性對中國南方海相頁巖氣勘探開發(fā)區(qū)中的MA區(qū)塊的裂縫發(fā)育區(qū)進行預(yù)測。研究表明，探區(qū)低產(chǎn)A井處于裂縫極不發(fā)育區(qū)，需要繼續(xù)在該區(qū)塊進行勘查以確定裂縫發(fā)育區(qū)，從而更好地指導(dǎo)頁巖氣井位的布設(shè)設(shè)計。

寬方位三維地震屬性；裂縫；甜點區(qū)

在頁巖氣勘探評價過程中，頁巖氣有利區(qū)優(yōu)選、甜點區(qū)預(yù)測和壓裂效果評估是重要的評價環(huán)節(jié)和研究內(nèi)容。頁巖氣儲層的強非均質(zhì)特性，決定了預(yù)測和尋找頁巖氣甜點區(qū)是連續(xù)性頁巖氣藏勘探開發(fā)的關(guān)鍵，而頁巖儲層裂縫發(fā)育程度是評價甜點區(qū)的重要因素之一[1]。研究表明，利用寬方位三維地震數(shù)據(jù)的相干屬性、相位屬性及螞蟻追蹤等技術(shù)能夠有效識別斷層、巖溶陷落柱等地質(zhì)現(xiàn)象，而如何進一步利用三維地震屬性來更加有效地預(yù)測頁巖儲層裂縫成為亟待解決的問題[2]。下面，筆者對寬方位三維地震屬性在頁巖裂縫發(fā)育區(qū)預(yù)測中的應(yīng)用進行了研究，以便為有效評價頁巖氣儲層中甜點區(qū)分布和井位優(yōu)化設(shè)計提供參考。

1 寬方位三維地震屬性

寬方位三維地震疊后偏移數(shù)據(jù)中對裂縫敏感屬性分為3類，分別是相干和相關(guān)屬性、傾角和傾角方位屬性、曲率屬性[3]。相干性、相似度、本征特征等幾何屬性定義了地層和構(gòu)造的邊界，對于高相干性，地震波同相軸在橫向上顯示是連續(xù)的。如果波形發(fā)生急劇變化，說明相干性很低，由此揭示斷層或喀斯特等地質(zhì)特征層。

1.1相干和相關(guān)屬性

為了解相干和相關(guān)屬性，可以采用以下方法:①第1代相干數(shù)據(jù)體算法(C1算法),該算法由Inline和Cross-line方向地震道的互相關(guān)組成。②第2代相干數(shù)據(jù)體算法(C2算法)，該算法不使用互相關(guān)而使用相似度對地震道進行處理，能夠計算出反射截面的傾角和傾角方位。③第三代相干數(shù)據(jù)體算法(C3算法)，該算法基于本征矢量的原則。

1.2傾角和傾角方位屬性

由于傾角和傾角方位屬性對地層連貫性以及計算曲率屬性等起中間連接作用，其在解釋沉積相和結(jié)構(gòu)相等方面具有重要作用，如通過傾角特征能夠認識巖層沉積的幾何特征具有約束性。

1.3曲率屬性

常用曲率屬性包括平均曲率、最大曲率、最小曲率、高斯曲率、最大正曲率和最大負曲率，上述曲率屬性用二維系數(shù)(即長度和延遲)表示，它們從不同角度描述一個表面的彎曲特點。在數(shù)學(xué)上，將曲線的二階導(dǎo)數(shù)定義為曲率，這適合任何形狀的圓弧曲線。

2 應(yīng)用寬方位三維地震屬性預(yù)測頁巖裂縫發(fā)育區(qū)

2010年在中國南方四川盆地的一個海相頁巖氣MA勘探區(qū)塊中，完成了100km2的寬方位三維地震采集項目。在三維地震勘探前，在探區(qū)中部完成了A井鉆井和壓裂工作。探區(qū)屬于典型的南方山地丘陵地貌，連綿山脈縱延，懸崖峭壁常見，通過實施寬方位三維觀測系統(tǒng)采集并得到較高信噪比的原始地震資料，在疊前去噪、保真保幅處理、精細速度分析以及偏移成像基礎(chǔ)上，應(yīng)用多種對頁巖儲層裂縫預(yù)測敏感的三維地震疊后屬性進行裂縫預(yù)測。

2.1利用相干屬性進行預(yù)測

圖1 Ts反射層相干屬性平面圖

圖2 KSOM權(quán)重圖

Ts反射層相干屬性平面圖分別如圖1所示。從圖1可以看出，最清晰的斷層位于頁巖氣儲層底部的反射層上，包括3個走向的斷層：一個東西走向的主斷層位于A井北面；一個明顯的、較好辨認的北東-西南走向的斷層；一個與大斷層相連接的北-西北至南-西南走向的不大明顯的小斷層。上述分析表明，A井位于探區(qū)斷裂帶中部，天然微裂縫較少。

2.2基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地震屬性預(yù)測

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種基于大腦結(jié)構(gòu)模擬的自適應(yīng)統(tǒng)計模型，其中基于核函數(shù)的自組織映射方法(KSOM)通過非線性方式自動將高維數(shù)據(jù)體(多維地震屬性值)進行分類，從而反映不同地震響應(yīng)特征[4]。 上述方法采用100級運行模式(一個10×10的矩陣)。將6種地震屬性(相干性、最小曲率、最大曲率、曲率形態(tài)指數(shù)、瞬時傾角及傾角方位)分類并放入“權(quán)重映射”后，得到KSOM權(quán)重圖(見圖2)。由圖2可知，最大曲率響應(yīng)值出現(xiàn)在探區(qū)中心靠上的方位，最小曲率響應(yīng)值出現(xiàn)在探區(qū)中心靠右處，瞬時傾角位于探區(qū)中心，而相干性則位于探區(qū)中央靠左以及探區(qū)中心處，這表明上述地震屬性對裂縫敏感，而傾角方位和形態(tài)指數(shù)對裂縫不敏感。

圖3 頁巖氣MA勘查區(qū)過A井地震微裂縫相分類剖面圖

通過上述研究，建立了頁巖氣儲層評價的5種地震微裂縫相，包括3種地震微裂縫相(表現(xiàn)為高亮顏色的序號為5、300及500的區(qū)域)及2種背景相(淺、深藍色，序號為800及1000的區(qū)域)。5種地震微裂縫相反映了5種裂縫發(fā)育程度，5、300及500表示裂縫發(fā)育程度從強到弱，而背景相800和1000表示裂縫不發(fā)育，從而直觀地顯示MA區(qū)塊頁巖儲層裂縫發(fā)育情況。

選取過井地震屬性微裂縫相剖面有利于分析裂縫發(fā)育情況。圖3所示為過A井地震疊合相干性屬性與地震微裂縫相圖，從圖3可以看到，A井位于主要目的層Ts2和Ts中裂縫較少分布的部位。此外，Ts裂縫相清晰顯示出A 井附近裂縫極不發(fā)育(見圖4)，而Ts2裂縫相也清晰地表明A 井附近裂縫較少(見圖5)。

由于相干屬性與斷層疊置立體顯示圖顯示探區(qū)中部裂縫不發(fā)育的狀態(tài)(見圖6)，雖然對A井進行水平井多段壓裂改造，但頁巖氣穩(wěn)定產(chǎn)量并不理想，其原因可能是井位正處于裂縫不發(fā)育區(qū)，從而影響頁巖氣含氣豐度和頁巖層的滲透性，導(dǎo)致A井頁巖氣穩(wěn)定產(chǎn)量較低。

圖4 Ts裂縫相平面圖 圖5 Ts2裂縫相平面圖

圖6 頁巖氣MA勘查區(qū)相干屬性與斷層疊置立體顯示圖

3 結(jié) 語

中國南方海相頁巖氣勘探開發(fā)區(qū)處于多次構(gòu)造運動改造區(qū)域，整體上屬于高成熟、強改造區(qū)域。由于頁巖巖性致密，孔隙度和滲透率極低，在構(gòu)造相對穩(wěn)定區(qū)中尋找天然裂縫裂隙發(fā)育區(qū)，對尋找和指導(dǎo)落實頁巖儲層甜點區(qū)具有非常重要作用。利用寬方位三維地震屬性技術(shù)對中國南方海相頁巖氣勘探開發(fā)區(qū)中的MA區(qū)塊的裂縫發(fā)育區(qū)進行預(yù)測，結(jié)果表明，探區(qū)低產(chǎn)A井正處于裂縫極不發(fā)育區(qū)，需要繼續(xù)在該區(qū)塊進行勘查以確定裂縫發(fā)育區(qū)，以利于頁巖氣井位的布設(shè)設(shè)計。

[1]蔣裕強，董大忠. 頁巖氣儲層的基礎(chǔ)特征及評價[J].天然氣工業(yè), 2010, 30(7):7-12.

[2]張金川，聶海寬，徐波，等.四川盆地頁巖氣成藏地質(zhì)條件[J].天然氣工業(yè),2008,28(2):151-156.

[3]王世謙, 陳更生, 董大忠，等.四川盆地下古生界頁巖氣藏形成條件與勘探前景[J].天然氣工業(yè), 2009, 29(5):51-58.

[4]Strecker U,Udendata R. Mining of 3D poststack seismic attribute volumes using Kohonen self-organizing maps[J].The Leading Edge,2002，68：22-26.

2013-06-16

張宇生(1974-)，男，碩士，高級工程師，現(xiàn)主要從事物探開發(fā)方面的研究。

P631.4

A

1673-1409(2013)26-0068-03

[編輯] 李啟棟