致密砂礫巖儲層裂縫預(yù)測方法及應(yīng)用

徐亞楠，冀冬生，唐建華，賀陸明

(中國石油新疆油田分公司研究院，新疆 烏魯木齊 830013)

致密砂礫巖儲層裂縫預(yù)測方法及應(yīng)用

徐亞楠，冀冬生，唐建華，賀陸明

(中國石油新疆油田分公司研究院，新疆 烏魯木齊 830013)

裂縫是致密、低滲透油氣藏的重要儲集空間與運(yùn)移通道。準(zhǔn)噶爾盆地腹部D井區(qū)二疊系屬于致密砂巖油藏，針對致密砂巖儲層裂縫分布非均質(zhì)性強(qiáng)、難以預(yù)測的問題，開展了致密砂礫巖裂縫分布預(yù)測研究，并提出了井震結(jié)合的地震屬性裂縫預(yù)測方法。該方法首先利用成像測井解釋成果得到的儲層段裂縫孔隙度，然后用平均孔隙度與方差、傾角等疊后地震屬性預(yù)測的裂縫分布結(jié)果進(jìn)行交會，分別確定出這些屬性的有效范圍，再將有效范圍內(nèi)的屬性值進(jìn)行融合得到疊后大尺度裂縫分布特征；采用疊前分方位CRP道集計(jì)算頻率衰減屬性進(jìn)行小尺度裂縫預(yù)測，并將預(yù)測結(jié)果與成像測井裂縫孔隙度進(jìn)行交會得到小尺度裂縫分布；最后融合兩種預(yù)測結(jié)果，得到儲層裂縫綜合預(yù)測結(jié)果。

致密砂礫巖儲層 裂縫預(yù)測 井震結(jié)合 地震屬性

基于地震資料的裂縫識別預(yù)測是目前油氣地球物理勘探的重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。上世紀(jì)90年代國內(nèi)外對于裂縫型油氣藏地震識別和預(yù)測技術(shù)的研究已嶄露頭角，但由于裂縫成因和尺度問題與地震響應(yīng)特征及分辨率間的復(fù)雜關(guān)系和矛盾，裂縫發(fā)育帶的地震檢測技術(shù)仍處在不斷完善和繼續(xù)發(fā)展的階段。對于儲層裂縫的預(yù)測，目前采用的方法主要分為疊前與疊后兩類。這兩類基本只局限于地震信息本身，并沒有考慮到井震信息的有效結(jié)合，會影響預(yù)測結(jié)果的可靠性。此次改進(jìn)了以往的裂縫預(yù)測技術(shù)流程，研究并提出了井震結(jié)合的地震多屬性融合裂縫預(yù)測方法。該方法將地震屬性的裂縫預(yù)測結(jié)果與成像測井提取的裂縫孔隙度通過交會圖分析確定屬性有效范圍，然后對有效范圍內(nèi)的屬性值再進(jìn)行融合形成最終的裂縫預(yù)測結(jié)果，從而減少裂縫預(yù)測的多解性，發(fā)揮測井信息在裂縫預(yù)測中的作用，同時降低了直接使用屬性預(yù)測的誤差，提高了預(yù)測的精度。將該方法應(yīng)用于準(zhǔn)噶爾盆地腹部D井區(qū)的致密砂礫巖儲層裂縫預(yù)測，通過鉆井結(jié)果驗(yàn)證了方法的有效性。

1 方法流程

在含裂縫介質(zhì)和均勻介質(zhì)中，地震波的傳播特性是不同的，裂縫的存在會使地震波動力學(xué)特征發(fā)生改變，可以通過研究裂縫發(fā)育段地層的地震響應(yīng)特征，作為致密砂礫巖裂縫預(yù)測的出發(fā)點(diǎn)與切入點(diǎn)[1]。不同尺度的裂縫地震響應(yīng)特征不同[2]，在疊后剖面上主要包含地震可成像(大于1/4波長)的大尺度裂縫，疊前地震信息中則包含了雜亂反射(或空白反射)表征的離散小裂縫甚至微裂縫。因此，本文提出的裂縫預(yù)測方法針對大尺度裂縫和小尺度裂縫的不同地震響應(yīng)特征，分別采用疊后屬性和疊前屬性進(jìn)行預(yù)測，在預(yù)測過程中引入成像測井資料解釋的裂縫孔隙度，對裂縫預(yù)測屬性進(jìn)行標(biāo)定，最后再將兩者的預(yù)測結(jié)果融合，具體流程見圖1所示。

圖1 井震結(jié)合的裂縫預(yù)測方法流程

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1工區(qū)概況

準(zhǔn)噶爾盆地腹部D井區(qū)構(gòu)造位于準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷東道海子凹陷，為低頻、高密度寬方位三維勘探工區(qū)，滿覆蓋次數(shù)為1 200次，面元大小25 m×25 m，能夠滿足裂縫儲層預(yù)測的需要。目前工區(qū)內(nèi)鉆遇目的層的完鉆井38口，其中26口井經(jīng)過壓裂改造獲油流。本次以D井區(qū)梧桐溝組致密砂礫巖儲層為研究對象，檢驗(yàn)本文提出的井震結(jié)合地震多屬性裂縫預(yù)測方法的有效性與實(shí)用性。

圖2 D8井成像測井裂縫解釋

D井區(qū)梧桐溝組儲層裂縫特征的描述難度相對較大，裂縫的長度可以從幾米到幾千米，按照裂縫發(fā)育的級別分為3類，即大尺度、中等尺度和微小尺度，大尺度和中等尺度的裂縫先采用螞蟻體、方差、傾角、曲率等疊后多屬性分別預(yù)測，優(yōu)選出效果較好的屬性，再利用井震結(jié)合的方式對結(jié)果進(jìn)行多屬性融合，得到最終的大、中等裂縫預(yù)測成果，而小裂縫的則通過頻率衰減屬性分析來描述。

2.2成像測井解釋預(yù)測裂縫孔隙度

成像測井識別裂縫的主要依據(jù)，是裂縫發(fā)育處的電阻率與圍巖的差異[3]。有效縫(張開縫)可以清晰地在電阻率井壁圖像上反映出來。實(shí)際輸出的電阻率圖像是沿井壁正北方向向右的展開圖,完整的平直有效縫在電阻率圖像上是一個波長的黑色正弦曲線(見圖2)。根據(jù)正弦曲線的特征和分布,可以確定有效縫的方位和傾角。統(tǒng)計(jì)分析后可以確定出裂縫性儲集層的分布規(guī)律，可以計(jì)算出裂縫視孔隙度等參數(shù)。

VPA為裂縫視孔隙度，%,為電成像裂縫孔隙度表示統(tǒng)計(jì)窗長內(nèi)裂縫的視開口面積(∑Wi·Li)與FMI圖像的面積(∏DH)之比。由以下公式計(jì)算：

2.3大、中等尺度裂縫預(yù)測

針對大、中等尺度裂縫，本次研究首先采用振幅反差體進(jìn)行裂縫預(yù)測。振幅反差是根據(jù)傾角方向?qū)⒌卣饠?shù)據(jù)進(jìn)行三維濾波、去噪，通過突出地震數(shù)據(jù)中的不連續(xù)性，來識別裂縫的一項(xiàng)技術(shù)[4]。

其次采用方差體技術(shù)[5]對大尺度裂縫進(jìn)行預(yù)測，主要參數(shù)包括處理范圍、比較模式、時窗大小等。其中比較模式和時窗大小與地質(zhì)問題緊密相關(guān)，要根據(jù)不同地質(zhì)目的采用不同的參數(shù)值。本次應(yīng)用研究選3道，選擇分析時窗大小為30 ms。

然后采用傾角屬性[6]對大尺度裂縫進(jìn)行預(yù)測。傾角檢測技術(shù)就是利用層位與斷面傾角的差異性來識別斷層。在小斷層或裂隙發(fā)育時，傾角值將會發(fā)生瞬間突變。在實(shí)際的三維地震采集時一般都要記錄方位角的范圍，而當(dāng)?shù)貙又袛鄬雍土芽p存在時，會導(dǎo)致地震反射波的方位角發(fā)生變化，通過對方位角變化的檢測來確定裂縫系統(tǒng)。

圖3 不同屬性的沿層裂縫預(yù)測結(jié)果

再采用曲率屬性[7-9]對大尺度裂縫進(jìn)行預(yù)測。如背斜在受兩側(cè)應(yīng)力擠壓的過程中向上彎曲，此時在地震剖面上表現(xiàn)為曲率屬性異常。前人研究成果表明，曲率屬性異常與裂縫發(fā)育密切相關(guān)，且微裂縫發(fā)育區(qū)在曲率屬性上表現(xiàn)為線條狀或網(wǎng)狀的曲率屬性異常。

圖3為不同屬性的沿層裂縫預(yù)測結(jié)果，可以看到裂縫的發(fā)育和分布與斷層匹配，在工區(qū)東部和北部關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)。圖3(a)為振幅反差預(yù)測結(jié)果與研究區(qū)斷裂系統(tǒng)分布圖的疊合顯示，從振幅反差沿層切片可以較好顯示裂縫分布，但是與方差體(圖3(b))相比冗余信息較多，并且預(yù)測的裂縫發(fā)育帶平面展布形態(tài)也與其它三種屬性有些差異。圖3(c)為傾角屬性預(yù)測裂縫結(jié)果與研究區(qū)斷裂系統(tǒng)分布圖的疊合顯示，可以看出工區(qū)東部和北部傾角大，而且傾角分布范圍與斷層有高度的吻合性。圖3(d)為曲率屬性，圖中顯示斷層附近曲率較大，與其它屬性顯示一致，工區(qū)東部與北部曲率較大，但是整體上曲率預(yù)測的結(jié)果信噪比較低，因此，本次研究采用方差體與傾角預(yù)測結(jié)果與孔隙度進(jìn)行交會。

圖4 成像測井資料統(tǒng)計(jì)的目的層裂縫孔隙度

(a) (b)

圖6 疊后多屬性融合預(yù)測的研究區(qū)目的層大尺度裂縫分布(與斷裂分布疊合顯示)

從以上4種疊后屬性應(yīng)用結(jié)果的分析可以發(fā)現(xiàn)，由于各屬性的原理、算法和參數(shù)的選擇不同，預(yù)測的研究區(qū)大尺度裂縫分布存在差異，去除冗余信息，消除多屬性預(yù)測的差異性，才能得到最接近真實(shí)的地下裂縫分布特征。利用成像測井資料統(tǒng)計(jì)單井儲層段的裂縫平均孔隙度，將得到的裂縫孔隙度與井點(diǎn)位置裂縫段地震屬性平均值進(jìn)行交會，分析裂縫發(fā)育的不同地震屬性門檻值，將門檻值范圍內(nèi)的各屬性預(yù)測結(jié)果進(jìn)行融合，得到研究區(qū)大尺度裂縫的最終預(yù)測結(jié)果。由于應(yīng)用測井分析所得結(jié)果，相對利用地震資料所得裂縫孔隙度結(jié)果尺度較小，因此采用地震資料對應(yīng)層段平均裂縫孔隙度，來表征井點(diǎn)位置的裂縫孔隙度(圖4)，這樣更能反映裂縫發(fā)育情況和裂縫對儲層的貢獻(xiàn)。本文分析研究的對應(yīng)層段為二疊系梧桐溝組(深度范圍3 277～4 200 m)。

在井點(diǎn)位置提取螞蟻體、方差、傾角、曲率屬性平均值，并且與裂縫平均孔隙度進(jìn)行交會，確定出不同屬性條件下的門檻值，其中方差屬性為0.12，傾角屬性為32(圖5)。再將分析得到的門檻值范圍內(nèi)屬性進(jìn)行融合，就可以確定大尺度裂縫發(fā)育的有效范圍。根據(jù)所確定的大尺度裂縫分布范圍，可以將融合后的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，得到最終的大尺度裂縫成果(圖6)。與前面各屬性單獨(dú)預(yù)測的結(jié)果對比可以發(fā)現(xiàn)，圖7中去掉了很多冗余信息，而且具備了多種屬性預(yù)測裂縫的綜合特征，預(yù)測結(jié)果較可靠，與斷層的吻合度更高。

2.4疊前方位各向異性分析小裂縫預(yù)測

疊前方位各向異性分析技術(shù)，是將不同方位的疊前數(shù)據(jù)疊加并偏移，提取敏感屬性進(jìn)行橢圓擬合，通過計(jì)算橢圓的長短軸之比反映各向異性強(qiáng)度(各向異性強(qiáng)度信息大都與裂縫密度相關(guān))，從而通過疊前分方位各向異性分析定量化解釋裂縫發(fā)育程度[10-12]。

根據(jù)Ekanem等的研究[13]，衰減屬性可以反映散射小裂縫信息，本次在疊前分方位CRP道集上，分別計(jì)算每一道集的頻率衰減梯度屬性，然后通過橢圓擬合來預(yù)測疊前小裂縫信息。同理，利用井點(diǎn)位置成像測井統(tǒng)計(jì)的目的層段裂縫平均孔隙度，與疊前預(yù)測的井點(diǎn)位置小裂縫發(fā)育強(qiáng)度進(jìn)行交會，確定小裂縫發(fā)育強(qiáng)度值的有效范圍門檻值為1.9，如圖7所示根據(jù)小尺度裂縫發(fā)育強(qiáng)度的有效范圍，選擇大于1.9門檻值的頻率衰減屬性預(yù)測裂縫發(fā)育強(qiáng)度值，作為最終目的層小尺度裂縫分布預(yù)測結(jié)果。圖8給出了確定門檻值前、后的疊前頻率梯度屬性小裂縫發(fā)育強(qiáng)度預(yù)測結(jié)果，分別與研究區(qū)斷裂分布疊合顯示。圖8a是確定門檻值前目的層小裂縫發(fā)育強(qiáng)度預(yù)測結(jié)果，預(yù)測出的小裂縫分布與斷層的相關(guān)性比較好。

(a) (b)

圖8 研究區(qū)目的層小裂縫發(fā)育強(qiáng)度預(yù)測結(jié)果

圖8(b)是通過井震結(jié)合確定疊前屬性門檻值后，對小尺度裂縫分布最終預(yù)測結(jié)果，可以看出小裂縫發(fā)育帶主要集中在工區(qū)的東部，西部小裂縫不發(fā)育。對比圖8(a)和(b)可以發(fā)現(xiàn)兩者差異明顯，本文提出的方法減少了冗余信息，提高了小裂縫與斷層的吻合度。經(jīng)過以上井震結(jié)合的多屬性應(yīng)用研究與分析，分別預(yù)測出了目的層的大裂縫、小裂縫分布，將兩者預(yù)測結(jié)果進(jìn)行融合，得到應(yīng)用本文方法的裂縫分布綜合預(yù)測最終成果圖，如圖9(b)所示。作為對比，圖9(a)給出了應(yīng)用常規(guī)方法(未確定有效值前的疊前小裂縫預(yù)測結(jié)果疊合)的綜合預(yù)測結(jié)果。

3 裂縫預(yù)測效果分析

根據(jù)本文提出方法預(yù)測裂縫發(fā)育區(qū)分布的結(jié)果，結(jié)合實(shí)鉆井的測井、鉆井及產(chǎn)能特征等資料分析，D井區(qū)裂縫預(yù)測結(jié)果符合率達(dá)85%左右。在預(yù)測的裂縫發(fā)育區(qū)，單井累積產(chǎn)量高，鉆井放空漏失量大。

對比可見，圖9(a)中裂縫分布過于廣泛，為后期地質(zhì)解釋帶來了困難，甚至可能造成嚴(yán)重的誤判。如南部的D8井，鉆井過程中漏失5次，其中梧桐溝組3次，分析梧桐溝組漏失主要原因?yàn)椋旱貙訋r性硬脆、裂縫發(fā)育，鉆井過程中擾動效應(yīng)導(dǎo)致裂縫性漏失。FMI圖像顯示本井裂縫較發(fā)育，主要裂縫類型有斜交縫、誘導(dǎo)縫、充填縫，梧桐溝組裂縫主要以斜交縫為主。投產(chǎn)后自噴產(chǎn)油，綜合含水達(dá)42.7%，產(chǎn)量呈下降趨勢。綜合分析認(rèn)為該井產(chǎn)量下降主要與裂縫溝通程度較差有關(guān)，其產(chǎn)能受到儲集空間和滲流作用的限制，不利于儲層流體流動。從圖9(b)來看，D8井鉆遇了裂縫，但裂縫密度小，裂縫之間的溝通程度較差，應(yīng)用新方法得到的解釋與鉆、測井分析結(jié)果一致。但從圖9(a)可以看出，應(yīng)用常規(guī)方法預(yù)測，該井附近廣泛發(fā)育裂縫，裂縫密度較大，而且裂縫之間連通性好，該井應(yīng)該為高產(chǎn)井，該結(jié)論顯然與實(shí)鉆結(jié)果不符。由此可見，在本研究區(qū)采用此次提出的方法進(jìn)行裂縫預(yù)測可以減少解釋誤差，提高精度。

圖9 研究區(qū)目的層裂縫密度綜合預(yù)測結(jié)果

4 結(jié)論與認(rèn)識

(1)在準(zhǔn)噶爾盆地腹部高密度三維嘗試了致密砂礫巖儲層裂縫預(yù)測，實(shí)現(xiàn)了裂縫細(xì)致的有效描述。利用該方法預(yù)測D8井鉆遇了裂縫，但裂縫密度小，裂縫之間的溝通程度較差，其產(chǎn)能受到儲集空間和滲流作用的限制，不利于儲層流體流動。應(yīng)用新方法得到的解釋與鉆、測井分析結(jié)果一致，應(yīng)用效果較好。同時該方法為類似儲層裂縫預(yù)測提供了借鑒。

(2)本文提出的井震結(jié)合的地震多屬性裂縫預(yù)測方法，因?yàn)椴捎昧顺上駵y井信息做約束，對裂縫預(yù)測結(jié)果的精度要明顯優(yōu)于常規(guī)的多屬性預(yù)測方法。

[1] 陸明華，駱璞，姜傳芳，等.地震屬性技術(shù)在頁巖裂縫預(yù)測中的應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2013，35(8)：62-64.

[2] Willis M E，Burns D R，Rao R，et al.Spatial orienta-tion and distribution ofreservoir fractures from scat-tered seismic energy[J].Geophysics，2006，71(5)：043-051.

[3] 童享茂.成像測井資料在構(gòu)造裂縫預(yù)測和評價中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2006，26(9)：58-61.

[4] 馬曉宇，王軍，李勇根，等.基于螞蟻?zhàn)粉櫟寞B前裂縫預(yù)測技術(shù)[J].石油地球物理勘探，2014，49(6)：1199-1203.

[5] 王峣鈞，鄭多明，李向陽，等.碳酸鹽巖裂縫-孔洞型儲層縫洞體系綜合預(yù)測方法及應(yīng)用[J].石油物探，2014，53(6)：727-736.

[6] 汪勇, 陳學(xué)國, 王月蕾，等．疊后多屬性分析在哈山西石炭系火山巖裂縫預(yù)測中的應(yīng)用研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2014，29(4)：1772-1779.

[7] 孔選林，唐建明，徐天吉．曲率屬性在川西新場地區(qū)裂縫檢測中的應(yīng)用[J].石油物探，2011，50(5)：517-520.

[8] 李志軍，張瀛，竇煜，等．曲率法致密砂巖儲層裂縫預(yù)測[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，35(6)：57-63.

[9] Roberts A.Curvature atributes and their applicationto 3D interpreted horizons [J].First Break,2001，19(2)：85-100.

[10] 畢研斌，龍勝祥，郭彤樓，等．地震方位各向異性技術(shù)在TNB地區(qū)嘉二段儲層裂縫檢測中的應(yīng)用[J]．石油地球物理勘探，2009，44(2)：190-195．

[11] 鄧道靜．碳酸鹽巖裂縫型儲層疊前地震預(yù)測技術(shù)應(yīng)用[J].勘探地球物理進(jìn)展，2009，32(2)：133-137．

[12] 尹志恒，狄?guī)妥?，李向陽，等．國外?yīng)用縱波各向異性技術(shù)檢測裂縫的研究進(jìn)展[J]．科技導(dǎo)報(bào)，2011，29(30)：73-79.

[13] Ekanem A M,Wei J,Li X Y,et al,P-wave attenuation anisotropy in fractured media:a seismic physical modeling study[J].Geophysical Prospecting,2013，61(S1)：420-433.

(編輯 楊芝文 韓 楓)

Fracture prediction method and application in tight sandstone reservoir

Xu Yanan,Ji Dongsheng,Tang Jianhua,He Luming

(ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,XinjiangOilfieldCompany,PetroChina,Urumqi830013,China)

Fracture is important space and migration channel for tight low-permeable reservoirs.The Permian system of D area in the backland of Junggar Basin belongs to tight sandstone reservoirs.Aiming at the problems of strong heterogeneity and hard to prediction of the fracture distribution for the tight sandstone reservoirs,it was carried out study on prediction of fracture distribution.And then a facture prediction method was proposed by seismic attributes in the combination of logging and seism.Firstly,the fracture porosity of reservoir was obtained by the interpretation results of imaging logging.And then the average porosity was intersected with the results of fracture distribution predicted by several poststack seismic attributes such as variance,dip angle,and so on.So the valid range of these attributes are respectively determined.The distribution feature of large-scale fractures was obtained by integrating the attribute values in the valid range.Secondly,the small-scale fractures were predicted by the frequency attenuation attribute calculated by the prestack azimuthal CRP gather.And then the predicted results were intersected with the fracture porosity of imaging logging to obtain the small-scale fracture distribution.Finally,the comprehensive prediction of fracture distribution was proposed by integrating the predicted results of large-scale and small -scale fractures.

tight sandstone reservoir;fracture prediction;the combination of logging and seism;seismic attributes

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.02.004

2016-12-06；改回日期：2017-01-24。

徐亞楠(1984—),女,工程師,現(xiàn)從事地質(zhì)工程一體化研究工作。E-mail：cnxuyn@petrochina.com.cn。

國家重大專項(xiàng)《準(zhǔn)噶爾盆地致密氣地質(zhì)評價與勘探目標(biāo)優(yōu)選》(2016ZX05047001-004)。

TE121

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