OVT域方位各向異性技術(shù)在中非花崗巖裂縫預(yù)測中的應(yīng)用研究

夏亞良,魏小東,王中凡,曹 暉,張素紅,陳 剛,王迎曉

(1.中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司研究院,河北涿州072751;2.新南威爾士大學(xué)工程學(xué)院,澳大利亞悉尼1466)

裂縫作為重要的儲(chǔ)集空間和滲流通道,在致密砂巖、碳酸鹽巖、花崗巖等油藏中廣泛存在,是儲(chǔ)層空隙空間的重要連通渠道,有利于單井高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。裂縫成因機(jī)理復(fù)雜,非均質(zhì)性極強(qiáng),預(yù)測難度大。疊后裂縫預(yù)測多采用測井分析與地震屬性或地震反演相結(jié)合的方法,但由于裂縫尺度小,與地震資料分辨率不匹配,所以該方法較難預(yù)測裂縫產(chǎn)狀及空間展布特征[1-3]。疊前裂縫預(yù)測技術(shù)主要包括多分量轉(zhuǎn)換波裂縫檢測技術(shù)[4-5]及縱波方位各向異性裂縫檢測技術(shù)。前者技術(shù)復(fù)雜,勘探成本高,仍處于完善和發(fā)展中;后者資料采集、處理相對(duì)簡單,且地震縱波同樣具有非常明顯的且可以識(shí)別方位各向異性特征,因而受到業(yè)界廣泛重視。

裂縫儲(chǔ)層方位各向異性與HTI各向異性介質(zhì)波場傳播理論密切相關(guān),前人對(duì)此開展了較多的理論探索及應(yīng)用研究。CRAMPIN[6]針對(duì)橫波在各向異性介質(zhì)傳播的快慢橫波分離現(xiàn)象提出了HTI介質(zhì)理論;THOMSEN[7]提出了定向排列的裂縫介質(zhì)的地震波傳播相速度公式;ANDREAS等[8-9]論述了在弱各向異性條件下,VTI介質(zhì)和HTI介質(zhì)中縱波反射系數(shù)隨方位角及偏移距的變化關(guān)系;KEMPTON等[10]論證了地震波頻率變化方位各向異性理論,提出反射系數(shù)理論同樣適用于頻率變化特征。HALL[11-12]在挪威北海Valhall油田利用方位各向異性技術(shù)預(yù)測了該油田裂縫儲(chǔ)層各向異性強(qiáng)度及裂縫走向。國內(nèi)學(xué)者SUN等[13]、PENG等[14]、YANG等[15]利用方位各向異性技術(shù)成功預(yù)測了塔里木盆地碳酸鹽巖縫-洞型儲(chǔ)層;詹仕凡等[16]論述了OVT域縱波各向異性裂縫檢測的屬性分析方法;孫煒等[17]研究了基于HTI介質(zhì)各向異性正演的裂縫預(yù)測屬性優(yōu)選。

前人研究大多基于分方位疊后數(shù)據(jù),而本文則采用全方位高密度OVT道集資料。OVT處理的優(yōu)點(diǎn)在于其將地震數(shù)據(jù)拓展到整個(gè)滿覆蓋區(qū)域,空間不連續(xù)性幅度小,同時(shí)偏移距和方位角相對(duì)恒定,有利于數(shù)據(jù)規(guī)則化,偏移后數(shù)據(jù)更好地保存了方位角信息,有利于進(jìn)行方位各向異性分析及裂縫檢測。OVT道集能根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)目標(biāo)優(yōu)選出任意偏移距及方位角范圍道集,進(jìn)行時(shí)差校正、疊加等,由此開展各向異性、AVO分析、多方位分析等研究[18-19]。本文綜合地質(zhì)、地震、測井、油藏工程研究等技術(shù)手段,提出了OVT域縱波方位各向異性裂縫預(yù)測技術(shù)思路及流程,最終有效預(yù)測了中非某探區(qū)花崗巖油藏裂縫發(fā)育強(qiáng)度及走向,提高了裂縫預(yù)測精度。

1 方法簡介

1.1 縱波方位各向異性裂縫預(yù)測原理

當(dāng)?shù)卣鸩◤牟煌较蛲ㄟ^整齊排列的垂直或斜交地面的裂縫時(shí),會(huì)產(chǎn)生各向異性,其反射系數(shù)、旅行時(shí)差都會(huì)存在一定變化。假設(shè)裂縫沿同一走向垂直地面展布,地震波通過時(shí),就會(huì)產(chǎn)生水平各向異性,主要表現(xiàn)為縱波振幅、速度、旅行時(shí)差會(huì)隨著裂縫走向的不同而發(fā)生變化,其反射系數(shù)不僅與地震波的入射角有關(guān),而且與地震波傳播方位也密切相關(guān)。對(duì)于HTI水平各向異性介質(zhì),前人將其反射系數(shù)與方位角及入射角的關(guān)系描述為[20-21]:

(1)

其中:i表示入射角;φ表示測線方位與裂縫走向夾角;Z表示縱波阻抗,單位是(kg/m3)·(m/s);G表示剪切模量;α表示縱波速度,單位是m/s;β表示橫波速度,單位是m/s;Δ表示界面上、下參數(shù)之差;δ(v),ε(v),γ表示HTI介質(zhì)坐標(biāo)系統(tǒng)的Thomsen參數(shù);字母上面加符號(hào)“—”表示平均值。

如公式(1)所示,當(dāng)入射角較小時(shí),公式(1)的第三項(xiàng)近似為0,該式即可被簡化為:

(2)

式中:X(i),Y(i)表示入射角i的函數(shù),與方位角無關(guān)。

公式(2)表明,當(dāng)入射角一定時(shí)或在較小范圍內(nèi)變化時(shí),HTI的縱波反射系數(shù)隨方位角變化關(guān)系可以擬合為一個(gè)橢圓。當(dāng)φ=0,即地震波平行裂縫傳播時(shí),反射系數(shù)RPP取最大值,縱波能量衰減小,振幅較強(qiáng),對(duì)應(yīng)于橢圓的長軸X(i)+Y(i);當(dāng)φ=90°,即地震波垂直裂縫走向傳播時(shí),縱波能量衰減大,振幅相對(duì)較弱,對(duì)應(yīng)于橢圓的短軸X(i)-Y(i),因此,橢圓的長軸方向平行于裂縫走向,而短軸方向則垂直于裂縫走向。橢圓越扁(即[X(i)+Y(i)]/[X(i)-Y(i)]值越大),代表各向異性越強(qiáng),裂縫密度就越大。

1.2 OVT域裂縫預(yù)測技術(shù)思路

花崗巖潛山裂縫型儲(chǔ)層發(fā)育,非均質(zhì)性強(qiáng),加之后期風(fēng)化、淋濾、沉積及構(gòu)造改造作用等因素影響,其預(yù)測難度極大。OVT域裂縫預(yù)測技術(shù)思路的核心是以巖心裂縫分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),將地質(zhì)、測井、地震及生產(chǎn)測試資料匹配結(jié)合,綜合開展基于OVT道集的方位各向異性裂縫檢測研究(圖1)。關(guān)鍵步驟包括以下幾點(diǎn):①根據(jù)露頭調(diào)查、巖心分析、FMI分析等獲取裂縫密度、走向等基礎(chǔ)數(shù)據(jù),落實(shí)研究區(qū)裂縫發(fā)育的實(shí)際情況;②分析OVT道集資料品質(zhì),落實(shí)不同埋深潛山道集的有效偏移距范圍以及不同方位角、偏移距道集資料品質(zhì),開展基于OVT道集的裂縫預(yù)測可行性分析;③結(jié)合裂縫分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、總結(jié)裂縫發(fā)育及不發(fā)育時(shí)單井OVT方位角道集的振幅切片特征,定性識(shí)別裂縫發(fā)育區(qū)帶;④優(yōu)選敏感偏移距及方位角道集,開展單井道集全方位橢圓擬合,模擬單井裂縫發(fā)育特征,落實(shí)各區(qū)帶裂縫預(yù)測參數(shù)(偏移距、方位角范圍及方位角劃分方案),定量計(jì)算裂縫強(qiáng)度及走向,并進(jìn)行單井驗(yàn)證;⑤綜合地質(zhì)、構(gòu)造、生產(chǎn)測試等資料,分析裂縫分布規(guī)律及優(yōu)勢儲(chǔ)層主控因素。

圖1 OVT域裂縫預(yù)測技術(shù)思路

2 實(shí)際應(yīng)用

2.1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于中非裂谷帶,是受中非剪切帶右旋走

滑作用誘導(dǎo)發(fā)育的陸相中-新生代裂谷盆地,盆地呈NWW向長軸狀展布。盆地?cái)嗔寻l(fā)育,以NE和NW向斷裂為主。基底為前寒武系紐芬蘭世-新元古代變質(zhì)巖、巖漿巖(以花崗巖、花崗閃長巖、正長巖為主),與上覆白堊統(tǒng)地層呈不整合接觸。普羅索匹斯組與麥摩薩組泥巖既是很好的生源巖,同時(shí)也是很好的蓋層,麥摩薩組泥巖全區(qū)穩(wěn)定分布(圖2)。基底裂縫型儲(chǔ)層發(fā)育,試油產(chǎn)液量最高4000桶/d,但基底儲(chǔ)層分布不均,各潛山頂部試油產(chǎn)液量相差很大,個(gè)別井甚至為干井,優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的控制因素不清楚,潛山內(nèi)幕儲(chǔ)層描述難度大。縱向上,根據(jù)花崗巖潛山的地質(zhì)成因大致可以將潛山儲(chǔ)層劃分為風(fēng)化淋濾帶、縫-洞發(fā)育帶、部分充填裂縫發(fā)育帶、致密帶4類[22]。其中風(fēng)化殼型儲(chǔ)層局部區(qū)域發(fā)育,溶蝕縫洞、自然裂縫為基底主要儲(chǔ)層類型,深層裂縫大部分局部充填,縱向上,裂縫型儲(chǔ)層發(fā)育于基底頂面以下0～250m,巖心可見高角度溶蝕縫洞或自然縫(圖3)。

2.2 OVT道集資料分析

研究區(qū)三維地震采用小面元、高密度、寬方位方式采集,最大偏移距5297m,面元12.5m×12.5m,每炮總接收道數(shù)8930,炮線距125m,滿覆蓋次數(shù)448,掃描頻率4～80Hz,橫縱比0.87。地震資料處理采用“兩寬一高”處理配套技術(shù),主要包括高精度模型靜校正、高精度速度建模、低頻補(bǔ)償及方位各向異性校正等[23-24],以提高地震資料信噪比、分辨率和保真度,有利于開展方位各向異性裂縫預(yù)測。最終處理成果顯示,花崗巖潛山頂面成像精度明顯得到提高,內(nèi)幕儲(chǔ)層特征更清晰。

對(duì)研究區(qū)進(jìn)行分區(qū)帶OVT道集對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),受花崗巖基底頂面構(gòu)造影響,不同區(qū)帶潛山頂面的道集資料覆蓋次數(shù)不同,有效偏移距范圍差異較大。隨著潛山埋深的增加,目的層道集覆蓋次數(shù)和有效偏移距增大(圖4)。圖4為單點(diǎn)OVT道集振幅切片,是在對(duì)單點(diǎn)道集進(jìn)行基底頂面對(duì)齊校正的基礎(chǔ)上,提取目的層均方根振幅屬性并疊合該點(diǎn)所在面元滿覆蓋炮檢點(diǎn)分布(紅點(diǎn)為激發(fā)點(diǎn);綠點(diǎn)為接收點(diǎn))的結(jié)果,顏色填充代表該點(diǎn)道集振幅變化,填充范圍內(nèi)的接收點(diǎn)數(shù)為覆蓋次數(shù)。研究區(qū)基底構(gòu)造最高位于W1井附近,目的層道集資料覆蓋次數(shù)40～60次,有效偏移距范圍260～1600m,振幅切片顯示各向異性特征明顯(圖4a),表明研究區(qū)目的層道集資料覆蓋次數(shù)有利于開展方位各向異性裂縫預(yù)測研究。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)剖面

圖3 自然裂縫的巖心及薄片特征a 自然裂縫巖心照片; b 自然裂縫鑄體薄片

圖4 潛山頂部、斜坡部位及洼陷振幅切片a 潛山頂部; b 斜坡部位; c 洼陷部位

對(duì)W2井OVT道集分析表明,不同偏移距范圍資料品質(zhì)差異較大(圖5),近偏移距道集資料分辨率高,但受到面波等干擾,其振幅較弱,方位角道集剖面顯示無明顯各向異性特征;遠(yuǎn)偏移距道集在目的層的覆蓋次數(shù)通常不夠。近、遠(yuǎn)偏移距道集不利于開展裂縫檢測研究,中偏移距道集方位各向異性特征明顯,資料品質(zhì)最好,因此,在開展裂縫檢測時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用中偏移距道集。

圖5 W2井偏移距道集資料品質(zhì)分析a 近偏移距道集(260～1000m); b 中偏移距道集(1000～2500m); c 遠(yuǎn)偏移距道集(2500～3400m)

2.3 裂縫型儲(chǔ)層預(yù)測

2.3.1裂縫型儲(chǔ)層方位各向異性特征分析

縱波方位各向異性主要表現(xiàn)為振幅各向異性及旅行時(shí)各向異性。研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,花崗巖基底頂面與上覆碎屑巖地層不整合接觸,較難開展旅行時(shí)各向異性研究,因此此次研究主要針對(duì)縱波振幅方位各向異性。結(jié)合巖心及FMI測井裂縫分析成果,通過精細(xì)地震地質(zhì)標(biāo)定,對(duì)研究區(qū)裂縫型儲(chǔ)層開展方位角道集響應(yīng)特征分析,總結(jié)裂縫發(fā)育及不發(fā)育的OVT道集響應(yīng)特征,由此開展花崗巖裂縫型儲(chǔ)層定性解釋。研究區(qū)W1井位于潛山構(gòu)造高點(diǎn),裂縫型儲(chǔ)層發(fā)育,成像測井可見連續(xù)張開縫,密度為10～15條/m(圖6)。由圖6可見,裂縫型儲(chǔ)層發(fā)育帶目的層道集資料振幅切片各向異性突出,以NW向的振幅最強(qiáng),內(nèi)幕儲(chǔ)層呈低中頻、強(qiáng)振幅反射特征。W5井位于基底斜坡部位,裂縫欠發(fā)育,成像測井可見較少半充填裂縫或閉合縫。該井道集資料振幅切片則較弱,全方位振幅各向異性較差,內(nèi)幕儲(chǔ)層道集顯示為中高頻、中弱振幅反射特征(圖7)。根據(jù)上述特征,完成研究區(qū)裂縫發(fā)育區(qū)帶定性識(shí)別,由此指導(dǎo)優(yōu)選研究區(qū)儲(chǔ)層裂縫強(qiáng)度及走向定量計(jì)算參數(shù)。

2.3.2 井震協(xié)同裂縫預(yù)測

在裂縫儲(chǔ)層定性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,遵從由點(diǎn)到面的原則,開展花崗巖基底儲(chǔ)層裂縫強(qiáng)度及走向定量計(jì)算。圖8為W7井單井裂縫檢測實(shí)例,從FMI動(dòng)態(tài)圖可以看出,該井裂縫儲(chǔ)層發(fā)育,以中高角度網(wǎng)狀裂縫為主,解釋裂縫密度為10～15條/m,走向以NE為優(yōu)勢方向。對(duì)道集資料開展目的層振幅切片分析發(fā)現(xiàn),該井振幅切片以NE向最強(qiáng),各向異性明顯,優(yōu)選中偏移距道集(2000～2900m),綜合考慮計(jì)算機(jī)運(yùn)算效率及橢圓擬合程度,方位角道集疊加為10道。由圖8d可見,選用上述偏移距及方位角參數(shù),橢圓擬合程度高,模擬裂縫走向與FMI解釋裂縫走向一致,且橢圓扁度大,證明單井裂縫發(fā)育。由此確定各區(qū)帶裂縫檢測參數(shù),最終分區(qū)帶完成研究區(qū)儲(chǔ)層裂縫強(qiáng)度及走向預(yù)測。

圖6 W1井基底內(nèi)幕儲(chǔ)層OVT方位角道集響應(yīng)特征a FMI動(dòng)態(tài)圖; b OVT道集; c 目的層振幅切片

圖7 W5井基底內(nèi)幕儲(chǔ)層OVT方位角道集響應(yīng)特征a FMI動(dòng)態(tài)圖; b OVT道集; c目的層振幅切片

圖8 W7井單井裂縫檢測a FMI動(dòng)態(tài)圖; b FMI裂縫走向; c 偏移距優(yōu)選范圍; d 橢圓擬合

3 預(yù)測效果分析

根據(jù)“兩寬一高”資料抽取的OVT道集,利用方位各向異性疊前裂縫檢測技術(shù),對(duì)研究區(qū)花崗巖基底裂縫的走向及強(qiáng)度進(jìn)行定性及定量預(yù)測,再綜合研究區(qū)構(gòu)造、儲(chǔ)層、FMI等研究成果,識(shí)別花崗巖基底裂縫型儲(chǔ)層發(fā)育特征。從基底裂縫強(qiáng)度及走向平面分布圖、FMI裂縫走向圖(圖9和圖10)可以看出,基底裂縫主要沿?cái)嗔颜共?以NW向和NEW向?yàn)閮?yōu)勢方向,近EW向裂縫次之,潛山頂面裂縫較斜坡及洼陷部分發(fā)育,與區(qū)域的構(gòu)造保持一致。

將基底裂縫預(yù)測強(qiáng)度與FMI標(biāo)定分析,花崗巖基底裂縫大致可以分成3類:Ⅰ類裂縫以NW和NE向?yàn)閮?yōu)勢方向,以高角度網(wǎng)狀縫為主,沿NW和NE向斷裂皆有分布,潛山頂部發(fā)育,地震檢測裂縫強(qiáng)度值為0.85～1.00;Ⅱ類裂縫以NE向?yàn)閮?yōu)勢方向,以高角度、斜交縫為主,沿部分NE向斷裂及次級(jí)潛山展布,強(qiáng)度值為0.70～0.85;Ⅲ類裂縫以低角度縫為主,成像測井大部分可見充填,主要分布在潛山斜坡部分及局部洼陷部位,強(qiáng)度值為0.65～0.80。

裂縫強(qiáng)度是儲(chǔ)層產(chǎn)液量的主要控制因素。將研究區(qū)地震預(yù)測裂縫強(qiáng)度與試油產(chǎn)液量進(jìn)行交會(huì)分析(圖11),結(jié)果表明,裂縫強(qiáng)度大的井區(qū)試油日產(chǎn)液量高,裂縫不發(fā)育時(shí),試油則以干層為主。綜合分析認(rèn)為裂縫強(qiáng)度達(dá)到0.80時(shí),較容易形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層,試油產(chǎn)液量明顯增大,此類裂縫主要以I類裂縫為主。

以上分析表明,地震預(yù)測裂縫走向與成像測井解釋的裂縫走向一致,裂縫強(qiáng)度與成像測井解釋裂縫密度、單井試油產(chǎn)液量一致,表明OVT域縱波方位各向異性裂縫檢測技術(shù)預(yù)測花崗巖基底裂縫型儲(chǔ)層效果好,對(duì)裂縫型花崗巖潛山油藏勘探開發(fā)具有重要的指導(dǎo)作用。與疊后屬性裂縫預(yù)測相比,預(yù)測精度得到很大提高。

圖9 花崗巖基底裂縫強(qiáng)度及走向平面預(yù)測分布(0～250m)(黑色桿狀圖為裂縫走向;彩色為裂縫強(qiáng)度分布)

圖10 FMI裂縫走向a W1井FMI裂縫走向; b W2井FMI裂縫走向; c W3井FMI裂縫走向

圖11 裂縫強(qiáng)度與試油產(chǎn)液量交會(huì)分析

4 結(jié)論與討論

1) OVT道集保留了豐富的偏移距及方位角信息,將地震解釋拓展到五維領(lǐng)域,可開展多方法儲(chǔ)層預(yù)測及流體檢測,但資料品質(zhì)差異較大,開展方位各向異性裂縫預(yù)測應(yīng)分區(qū)帶,優(yōu)選中偏移距道集。

2) 方位各向異性裂縫預(yù)測是以巖心、露頭分析裂縫數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),綜合OVT、FMI、試油等資料,由裂縫定性識(shí)別到裂縫定量計(jì)算,適時(shí)調(diào)整偏移距、方位角參數(shù),提高預(yù)測精度。

3) 研究區(qū)花崗巖潛山主要發(fā)育3類裂縫,以北西向和北東向?yàn)閮?yōu)勢方向,裂縫發(fā)育區(qū)帶沿?cái)嗔颜共?潛山頂部較斜坡及洼陷部位發(fā)育,裂縫展布特征與區(qū)域構(gòu)造背景一致。裂縫強(qiáng)度是該探區(qū)花崗巖基底優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主控因素。

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