疊前全方位裂縫預(yù)測方法應(yīng)用研究

蔣春玲,劉文卿,謝春輝,王恩利,陳啟艷,王洪求

(中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，甘肅蘭州 730020)

疊前全方位裂縫預(yù)測方法應(yīng)用研究

蔣春玲,劉文卿,謝春輝,王恩利,陳啟艷,王洪求

(中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，甘肅蘭州 730020)

常規(guī)疊前裂縫預(yù)測方法由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及預(yù)測方法的局限性，預(yù)測結(jié)果不精確，且呈多解性。疊前全方位裂縫預(yù)測方法是在全方位地震采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建全方位共反射角道集，利用AVAZ疊前反演方法預(yù)測裂縫發(fā)育強度及方向；全方位共反射角道集包含了地層全部真實的方位信息，有利于方位各向異性的預(yù)測；AVAZ疊前反演能夠得到裂縫方向及發(fā)育強度的唯一解。該方法通過在塔里木盆地某井區(qū)的應(yīng)用，取得了良好的預(yù)測效果，預(yù)測結(jié)果符合地質(zhì)規(guī)律，與已鉆井測試資料結(jié)果吻合度高。

全方位裂縫預(yù)測；全方位角道集；AVAZ反演；裂縫方向

儲層裂縫空間分布規(guī)律的合理預(yù)測與有利區(qū)評價，對精細(xì)描述裂縫性儲層、預(yù)測剩余油分布、提高采收率都有十分重要的意義[1]。但裂縫分布復(fù)雜、規(guī)律性差,精確預(yù)測儲層巖體中裂縫的發(fā)育程度、產(chǎn)狀及分布特征難度較大，因此，裂縫預(yù)測技術(shù)是近年來研究的熱點。

前人在裂縫預(yù)測方面作了大量的研究，提出了許多預(yù)測技術(shù)，并且在實際應(yīng)用中取得了很好的效果。目前傳統(tǒng)的裂縫檢測方法有兩種：一種是運用相干、傾角、曲率等疊后屬性進(jìn)行預(yù)測，但疊后數(shù)據(jù)分辨率低，對微小裂縫無法識別，精度較低；另一種是利用疊前地震分方位數(shù)據(jù)進(jìn)行疊前裂縫預(yù)測，該方法是對共偏移距CMP道集進(jìn)行分扇區(qū)疊加，對分扇區(qū)疊加數(shù)據(jù)體進(jìn)行屬性計算，根據(jù)不同方位角數(shù)據(jù)屬性之間的差異，通過橢圓擬合進(jìn)行裂縫強度及方向的預(yù)測[2]，該方法受扇區(qū)數(shù)目及角度分法的不同，以及橢圓擬合求解方法的影響，使預(yù)測結(jié)果多解性強，裂縫預(yù)測的結(jié)果與實際存在較大差異。

疊前全方位裂縫檢測方法，是在全方位采集地震數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，基于爆炸反射面折射模型的倒置射線追蹤方法對地震波場進(jìn)行分解與成像，構(gòu)建全方位共反射角道集，運用全方位共反射角道集進(jìn)行疊前AVAZ反演，對裂縫密度及方向進(jìn)行預(yù)測。

1 全方位疊前裂縫預(yù)測方法

1.1 原始數(shù)據(jù)優(yōu)勢

常規(guī)疊前裂縫預(yù)測方法采用的數(shù)據(jù)多為窄方位采集，方位信息不足，直接影響裂縫預(yù)測的精度；疊前全方位裂縫預(yù)測要求全方位或?qū)挿轿?目的層埋深較淺時可用)采集，全方位或者寬方位采集數(shù)據(jù)方位分辨率較高，方位角信息齊全，有利于方位各向異性的預(yù)測。

1.2 偏移成像方法優(yōu)勢

常規(guī)疊前裂縫預(yù)測所用CMP道集的偏移方法是共偏移距疊前偏移，是在X-Y-Z坐標(biāo)系，從地表向地下進(jìn)行偏移成像，直接把地表的方位角信息映射成地下反射點的方位角信息[3]。這種傳統(tǒng)的方位成像沒有利用整個波場信息，所表示的是地表激發(fā)、接收偏移距和方位角成像信息，而非成像點真正的角度域信息。1998年，徐升等人在研究二維Marmousi時注意到如下現(xiàn)象：使用正確速度模型，共偏移距道集由于射線多路徑問題存在焦散假像[4]，且同相軸并不平，這不僅使復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的速度建模變得困難，更讓AVA分析存在不確定性。同時偏移距道集是反射點所有信息的綜合，掩蓋了不同方位的速度變化特征，并沒有準(zhǔn)確包含傾角信息和方位角信息，無法將角度信息從道集中提取和分離出來，也無法精確描述與方位有關(guān)的各向異性。

因此，當(dāng)?shù)叵碌貙颖容^平坦，速度場簡單時，可利用常規(guī)疊前裂縫預(yù)測方法近似預(yù)測裂縫強度及方向，但在構(gòu)造復(fù)雜、橫向速度變化劇烈時，地震波的路線是發(fā)生變化的，會產(chǎn)生一些意想不到的運動學(xué)與動力學(xué)假像，導(dǎo)致地震數(shù)據(jù)所包含的信息與地下真實情況誤差較大。要確定地下反射點的位置，須考慮角度信息，但CMP道集不包含地下反射點的方位信息，因此使裂縫預(yù)測陷入困境。

疊前全方位裂縫預(yù)測方法所用道集的偏移方法是共反射角偏移成像，是在共反射角度域?qū)Τ上竦兰M(jìn)行重建，從成像點向地面進(jìn)行射線追蹤成像，將地面的地震信息影射到地下局部角度域，使每個成像點都包含地層方位角信息，然后在地下局部角度域以連續(xù)方式，對所有的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移成像，得到全方位共反射角道集[3]。該方法能克服共偏移距道集中存在的假象，提高地震成像的精確度[5]。利用全方位反射角道集不同方位的剩余時差可獲得準(zhǔn)確有效的HTI各向異性參數(shù)和裂縫信息。因為采集及成像的優(yōu)勢，該道集包含了地層全部真實的方位信息，且提供真振幅反射系數(shù)，從而得到真實的振幅異常，能反映地下速度和巖性變化的信息，更有利于地震振幅屬性分析及斷裂的研究，克服了復(fù)雜構(gòu)造及射線多路徑產(chǎn)生的共偏移距道集不保幅性等一系列缺陷給裂縫研究帶來的困難，更有利于利用方位信息預(yù)測裂縫[6-8]。

1.3 預(yù)測方法優(yōu)勢

常規(guī)疊前分方位裂縫預(yù)測方法首先根據(jù)工區(qū)裂縫方向?qū)MP道集分為不同扇區(qū)，一般扇區(qū)方向平行或者垂直裂縫方向，然后對分扇區(qū)CMP道集進(jìn)行疊加；或者對原始數(shù)據(jù)首先按裂縫方向分扇區(qū)，然后偏移出不同方位角扇區(qū)的地震剖面。再利用疊加或者偏移的不同扇區(qū)數(shù)據(jù)上振幅的差異，運用P波反射系數(shù)簡化公式(1)進(jìn)行橢圓擬合[9-10]，從而預(yù)測裂縫強度與裂縫方向。這種方法的缺點是：①CMP道集本身并不包含方位角信息；②分扇區(qū)疊加或者偏移數(shù)據(jù)信息是扇區(qū)內(nèi)信息的綜合效應(yīng)，而不是地下某一點處真實的信息；③扇區(qū)的分法是基于地表炮點、接收點的方位角，不是地下真實反射面的方位角，且扇區(qū)角度的選取以及數(shù)目的不同，直接會導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果的不同，所以該方法預(yù)測結(jié)果多解性較強。

R(θ,φ)=I+[G+Ganisocos2(φ-β)]sin2θ

(1)

式中，φ是方位角，θ是反射角, β是裂縫走向,I是截距，G是各向同性AVO梯度，Ganiso是各向異性AVO梯度。

全方位裂縫預(yù)測方法，是運用P波反射系數(shù)簡化公式(1)，用G1=G和G2=Ganiso+G進(jìn)行置換，得到公式(2)。

R(θ,φ)=I+[G1sin2(φ-β)+G2cos2(φ-β)]sin2θ

(2)

使用公式(2)對每個采樣點執(zhí)行AVAZ反演[10]，得到每一道的I、G1、G2和β參數(shù)，β為裂縫走向，G2-G1=Ganiso，為各向異性AVO梯度，可以表示裂縫發(fā)育密度。Ganiso值越大，表示裂縫越發(fā)育[11]。該方法的優(yōu)點是：①應(yīng)用了全部的方位信息，可以檢測到地下全部裂縫，分辨率高；②通過AVAZ反演，可以得到裂縫發(fā)育方向和密度的唯一解，能為裂縫特征的描述提供可靠的依據(jù)。

2 應(yīng)用研究

應(yīng)用工區(qū)為塔里木盆地某井區(qū)。該區(qū)奧陶系碳酸鹽巖發(fā)育大規(guī)模裂縫-孔洞型儲層，裂縫是非常重要的儲集空間，也是油氣運移的通道，因此，對該區(qū)進(jìn)行裂縫預(yù)測至關(guān)重要。

為了提高橫向、縱向、及方位分辨率，采用高密度、全方位野外采集。通過全方位共反射角偏移成像，得到全方位共反射角道集。

地震波穿過HTI介質(zhì)時，平行于斷裂方向傳播的地震波速度快，垂直斷裂方向傳播的地震波速度慢，因此，全方位共反射角道集上，在平行于斷裂方向的方位上道集同相軸上翹，垂直于斷裂方向的方位上道集同相軸下拉，所以可以直接從全方位共反射角道集上反映出地層的各向異性。圖1中，將道集按不同反射角沿360度方位展開成二維道集剖面，可以直觀看到不同方位角數(shù)據(jù)所顯示的各項異性問題，可以判斷各向異性的強度以及最強方向，進(jìn)而識別裂縫發(fā)育強度及裂縫方向。圖中，隨著入射角增大，深度在6 250 m、方位角在310°附近的同相軸下拉現(xiàn)象明顯，說明在該深度、310°方位上的各向異性反映最強，裂縫強度最大。而此方向正好垂直裂縫方向，因此可判斷在該空間點處，裂縫方向為40°左右。

通過對全方位共反射角道集進(jìn)行疊前AVAZ反演，對該區(qū)的裂縫發(fā)育強度及裂縫方向進(jìn)行了預(yù)測。與常規(guī)疊前裂縫預(yù)測結(jié)果相比，該方法預(yù)測效果主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一是裂縫密度與方向符合地質(zhì)規(guī)律；二是與實鉆井吻合度高，預(yù)測精度較高。

圖2顯示，該區(qū)奧陶系頂界南北部裂縫及斷層比較發(fā)育，中部不發(fā)育，北部風(fēng)化巖溶發(fā)育。在南部，裂縫主要分布在斷層附近，方向主要為北東及北西向；北部裂縫除了分布在斷層附近外，溶洞附近也有發(fā)育，方向除了北東與北西向，在巖溶較發(fā)育的位置存在部分近似水平方向的裂縫。目前該工區(qū)有多口井有成像測井資料，其中未鉆遇溶洞的井，裂縫預(yù)測結(jié)果與成像測井資料吻合；而鉆遇溶洞的井，預(yù)測與實鉆之間吻合度卻較低。分析認(rèn)為，當(dāng)井鉆遇溶洞，AVAZ反演時將溶洞內(nèi)部視為各向同性，預(yù)測結(jié)果為裂縫不發(fā)育，導(dǎo)致預(yù)測出現(xiàn)誤差；當(dāng)井未鉆遇溶洞，即介質(zhì)為各向異性時，預(yù)測結(jié)果與實鉆結(jié)果吻合。因此，圖2北部溶洞附近的裂縫，應(yīng)該是介質(zhì)各向異性的響應(yīng)，而不是溶洞的響應(yīng)。所以，該區(qū)南部裂縫主要以由局部構(gòu)造作用形成的或與局部構(gòu)造作用相伴生的構(gòu)造裂縫為主，北部裂縫主要為構(gòu)造裂縫，伴生著與地表或近地表各種風(fēng)化作用有關(guān)的風(fēng)化裂縫。

圖1 全方位反射角道集

圖2 奧陶系頂界裂縫發(fā)育密度與斷層疊合平面圖(左)及裂縫方向與溶洞預(yù)測平面圖(右)

圖3是利用該區(qū)高密度、全方位采集數(shù)據(jù)，用目前常用的CMP道集分扇區(qū)疊前裂縫預(yù)測方法預(yù)測出的該區(qū)奧陶系頂界裂縫密度平面圖。由于該區(qū)斷層走向主要為北東向及北西向，因此，在用該方法預(yù)測裂縫之前，首先主觀認(rèn)為該區(qū)裂縫方向應(yīng)該為北東及北西向，將CMP道集按北東向及北西向分為幾個扇區(qū)，然后運用橢圓擬合進(jìn)行預(yù)測。圖3中左右兩圖的區(qū)別在于：左圖從0°～180°平均分為五個扇區(qū)，右圖從-22°～158°平均分為六個扇區(qū)。二者因為角度選取以及扇區(qū)數(shù)量的不同，導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果存在很大差異，并且與斷層匹配關(guān)系不明顯。

圖3 常規(guī)疊前裂縫預(yù)測方法預(yù)測奧陶系頂界裂縫發(fā)育強度與斷層疊合平面圖

圖3與圖2左圖相對比，井A、井B存在明顯預(yù)測差異。奧陶系頂界，井A、井B成像測井圖顯示裂縫發(fā)育。實鉆井結(jié)論與全方位裂縫預(yù)測結(jié)果吻合，與目前常用的疊前裂縫預(yù)測方法存在較大差異。

圖4b中全方位裂縫預(yù)測結(jié)果上，黑色線條代表裂縫方向,c與d中，值越大，表示該方向裂縫越發(fā)育。全方位裂縫預(yù)測的結(jié)果與實鉆測井解釋結(jié)果吻合，井C奧陶系頂界裂縫主要方向為北東及北西向，但目前常規(guī)疊前裂縫預(yù)測結(jié)果，因為扇區(qū)數(shù)與角度分法的不同，兩種預(yù)測結(jié)果差異較大，都只預(yù)測出真實裂縫方向的一部分，并且由于分扇區(qū)以及橢圓擬合的原因，預(yù)測出的部分裂縫方向與真實的方向也存在一些誤差。

圖4 井C奧陶系頂界實鉆、全方位與常規(guī)疊前裂縫方向預(yù)測對比

綜上所述，用常規(guī)分扇區(qū)疊前裂縫預(yù)測方法預(yù)測過程中，人為參與度較高，預(yù)測結(jié)果多解性較強，可信度較低。疊前全方位裂縫預(yù)測結(jié)果唯一，符合地質(zhì)規(guī)律，并且與已鉆井吻合較好，預(yù)測結(jié)果較為可信。

3 結(jié)論

(1)全方位裂縫預(yù)測要求全方位或者寬方位數(shù)據(jù)采集， 必須采用全方位共反射角疊前偏移得到全方位共反射角道集。

(2)利用全方位共反射角道集，運用AVAZ反演預(yù)測裂縫發(fā)育強度及方向，較目前常用的分扇區(qū)疊前裂縫預(yù)測的結(jié)果精度更高，更符合地質(zhì)規(guī)律；

(3)全方位裂縫預(yù)測方法，在各向同性較強、各向異性較弱的地質(zhì)異常體內(nèi)，會影響裂縫預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確度，因此，預(yù)測結(jié)果需結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識進(jìn)行解釋及應(yīng)用。這也是目前通過預(yù)測HTI各向異性，從而預(yù)測裂縫的所有疊前裂縫預(yù)測方法的共同局限性。

[1] 張明，姚逢昌，韓大匡，等.多分量地震裂縫預(yù)測技術(shù)進(jìn)展[J].天然氣地球科學(xué)，2007，18(2):293-297.

[2] 莫午零，吳朝東.裂縫介質(zhì)中多方位AVO特征分析技術(shù)及應(yīng)用舉例[J].天然氣地球科學(xué)，2007，18(6):813-818.

[3] 王西文，劉文卿，王宇超,等.共反射角疊前偏移成像研究及應(yīng)用[J].地球物理學(xué)報，2010，53(11)：2732-2738.

[4] 楊光海，王必金，郭建偉.利用地震多波NMO速度信息預(yù)測裂縫的方法[J].天然氣地球科學(xué)，2005，16(5):647-649.

[5] 陳生昌, 馬在田,Wu Rushan.波動方程角度域共成像道集[J].地球科學(xué),2007,32(4):569～573

[6] Xu S，Chauris H, LambaréG, Noble M. Common angle migration：A strategy for imaging complex media[J]. Geophysics, 2001, 66(6):1877-1894.

[7] 張宇．振幅保真的單程波方程偏移理論[J].地球物理學(xué)報，2006，49(5)：1410-1430.

[8] 王西文，楊孔慶，周立宏，等.基于小波變換的地震相干體算法研究[J].地球物理學(xué)報，2002,45(6):847-852.

[9] Ruger.Variation of P-wave reflectivity with offset and azimuth in anisotropic media[J].Geophysics，1988,63(3):935-947.

[10] Ruger，Tsvankin I. Using AVO for fracture detection: Analytic basis and practical solutions[J].The Leading Edge,1997,16(10):1429-143.

[11] Edward Jenner.Azimuthal AVO: Methodology and data examples[J]. The Leading Edge,2002,21(8):783-786.

編輯：李金華

1673-8217(2015)06-0072-01

2015-05-27

蔣春玲，工程師，1980年生，2003年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院勘查技術(shù)與工程專業(yè)，現(xiàn)從事地震資料解釋、儲層預(yù)測及綜合研究。

P631

A