黔北正安區(qū)塊牛欄組基于疊后地震屬性的多尺度裂縫預測

藍寶鋒，黃 藝，張 福，李剛權，劉 婷，張金川

(1.貴州頁巖氣勘探開發(fā)有限責任公司，貴州 貴陽 550008；2.貴州省土地礦產(chǎn)資源儲備局，貴州 貴陽 550008；3.貴州烏江能源集團有限責任公司，貴州 貴陽 550008；4.中國地質大學(北京)，北京 100083)

0 引 言

2017年，黔北正安地區(qū)鉆探實施的AY1井在志留系石牛欄組鉆遇良好的油氣顯示，且在井深為2 194.96 m處發(fā)現(xiàn)溢流，獲得10.22×104m3/d的高產(chǎn)工業(yè)氣流。貴州頁巖氣勘探開發(fā)有限責任公司相繼部署了AY2、AY3井，但AY2井在石牛欄組氣顯微弱。綜合巖心、成像等地質分析表明，石牛欄組氣藏儲層含氣性與裂縫分布密切相關。前人利用地震相干、曲率等屬性進行了裂縫預測，受地震分辨率的限制，只能對大的裂縫發(fā)育帶進行預測，預測精度有限，該文提出基于疊后三維地震像素處理的裂縫增強屬性技術來提高裂縫預測精度。地震像素處理技術最早是由英國FFA公司提出來的，其基本理論是利用先進的圖像增強技術，基于地震像素處理，突破傳統(tǒng)的頻率域地震去噪及提頻處理手段，解決復雜的地質體刻畫問題。鐘勇，陳東等人[1]基于此原理亦提出了基于圖像增強技術來提高地震成像，但在裂縫預測方面應用較少。裂縫增強屬性是一種基于像素處理數(shù)據(jù)體計算的地層張量、傾角及相似性屬性體融合而得的全新屬性體，該文將以實際數(shù)據(jù)為例，通過地震像素處理技術提高地震數(shù)據(jù)對裂縫的識別能力，基于像素處理的地震數(shù)據(jù)計算裂縫增強屬性完成對裂縫的精細預測。

1 安場向斜石牛欄組儲層特征

黔北地區(qū)志留系石牛欄組總體表現(xiàn)為陸棚—臺緣緩坡沉積模式[2-4]。主力含氣層段位于石牛欄組下段，以淺灰色灰?guī)r夾鈣質泥巖不等厚薄互層為主。儲層有機碳含量較低，普遍小于1%?？紫抖葹?.993%～10.471%，滲透率為0.003 4～0.040 3 mD，屬中低孔低滲儲層。裂縫主要為發(fā)育于泥頁巖層中的成巖收縮縫，少見高角度剪切縫(圖1)。巖心微裂縫以長縫為主，裂縫最長為50 cm。井深2 107.20～2 125.00 m處裂縫密度為31條/m，井深2 125.00～2 157.00 m處縫密度為20條/m。儲層含氣類型主要為游離氣，實鉆氣測顯示局部活躍，多次發(fā)生溢流。AY1井石牛欄組下段現(xiàn)場解吸含氣量為0.064～0.842 m3/t(不包括殘余氣)，在井深2 105.00～2 204.00 m處志留系石牛欄組下段鉆遇氣測異常15層，在井深2 105.60 m處氣測異常強烈，全烴由0.35%迅速升至85.40%，甲烷由0.25%升至80.50%。氣測顯示曲線表現(xiàn)指狀(尖峰狀)特征，為典型裂縫氣形態(tài)。統(tǒng)計分析成像測井資料發(fā)現(xiàn)，錄井顯示異常高值處均發(fā)育不同角度和延伸方向的裂縫(圖2)。

圖1 AY1井巖心裂縫照片F(xiàn)ig.1 Photos of core fractures of Well AY1

圖2 AY1井裂縫與氣體顯示對應關系Fig.2 Corresponding relationship between fractures and gas show of Well AY1

通過對比石牛欄組氣顯與硅質礦物含量之間的關系發(fā)現(xiàn)，石英礦物含量較高的地層對應的氣顯明顯增強，這主要由于儲層硅質礦物含量增加，引起巖石脆性增加，巖石在構造應力作用下容易產(chǎn)生微裂縫，氣體從巖石基質運移至裂縫并聚集。

綜上研究可知，石牛欄儲層為典型的裂縫型氣藏[4]，影響石牛欄組儲層高產(chǎn)的直接因素為天然裂縫發(fā)育程度，間接因素為地層脆性礦物含量占比；區(qū)域應力及局部應力作用下，直接因素和間接因素共同決定了石牛欄組裂縫的平面分布規(guī)律；泥灰?guī)r儲層為致密儲層，后期開發(fā)需要利用水平井壓裂工藝。唐邦忠，沈華[5]等人研究表明，天然裂縫的發(fā)育程度對壓裂改造效果具有重要的影響，進而影響后期試氣效果及實際產(chǎn)能。

2 地震屬性裂縫預測

2.1 地震曲率裂縫預測

裂縫通常伴隨斷裂及形變產(chǎn)生。斷裂及形變在地震屬性(如本征相干、方差、對稱和曲率等)上有明顯的響應特征。關寶文等[6]研究表明，地震曲率屬性具有最明顯直接響應。對地震資料進行地震形變曲率計算，提取石牛欄組儲層段曲率屬性平面圖(圖3)，對比石牛欄組構造特征發(fā)現(xiàn)，斷層與曲率屬性吻合較好，曲率異常區(qū)域斷層較發(fā)育，顯示了斷層附近與之伴隨產(chǎn)生的裂縫帶。3口探井井旁曲率均不發(fā)育，預測結果表明：3口井裂縫均欠發(fā)育，但從實鉆井數(shù)據(jù)來看，AY1井2 056.00 m處發(fā)現(xiàn)溢流，壓井期間發(fā)生鉆井液漏失，累計漏失泥漿量約為64.86 m3。AY2HF井亦發(fā)生漏失，但預測結果顯示該井曲率值中等偏低，與實際結果不符。綜合研究表明，基于地震曲率屬性來預測研究區(qū)裂縫發(fā)育存在一定局限性。

圖3 石牛欄組曲率屬性平面圖Fig.3 Plan map of curvature of Shiniulan Formation

2.2 裂縫增強屬性裂縫預測

裂縫增強屬性是一種基于像素理論的技術方法，基本流程是首先對地震數(shù)據(jù)開展像素濾波處理，計算得到地震張量屬性、構造相似性以及地層傾角屬性，聯(lián)合3個屬性聚類分析計算裂縫增強屬性體來開展裂縫預測。其最大優(yōu)點是完全通過地震像素單元來進行數(shù)學檢測，在像素單元框架內(nèi)剔除非地震構造成因的噪聲信號，提高單一像素內(nèi)的有效信號信噪比和分辨率[1-8]，研究規(guī)避了傳統(tǒng)的相干、曲率等基于地震波形等特征來識別裂縫，不受巖性及流體變化影響。

地震像素處理技術主要包括像素去噪和像素提頻。常規(guī)地震去噪處理是在頻率域進行去噪，尺度難以把控，易傷及有效信號。首先對原始三維地震采用地震像素處理，通過前后對比可知信噪比得到明顯提高，同時地震分辨率得到明顯提高，一些模糊不清的小斷層在像素處理后地震剖面上清晰可見，從地震剖面上看從淺到深明顯看到發(fā)育不同期次的斷裂[6-7]，地震像素處理后斷面清晰可見，較原始地震有較大的改善，為裂縫預測奠定了良好的數(shù)據(jù)基礎(圖4)。在地震像素處理的基礎上，開展了地震構造張量屬性計算、波形相似性屬性計算以及地層傾角屬性計算?；谌龑傩泽w開展聚類分析RGB融合，最終得到裂縫增強屬性體[9-18]。

圖4 地震像素處理前后對比Fig.4 Contrast before and after seismic pixel processing

基于裂縫增強屬性體提取石牛欄組儲層段沿層裂縫屬性預測平面分布。從平面分布看，裂縫在向斜核部相對更為發(fā)育，其分布呈現(xiàn)一定的條帶狀特征，裂縫整體走向以北東向為主，AY1、AY2HF及AY3HF等探井均位于向斜西翼且由南向北一字排開，AY1井以東及以南區(qū)域裂縫最為發(fā)育，裂縫增強屬性顯示極高異常值，3口井中，AY1井周圍裂縫最為發(fā)育，AY2HF井和AY3HF井周圍裂縫發(fā)育相對次之(圖5)。

圖5 石牛欄組裂縫增強屬性平面圖 Fig.5 Plan map of fracture enhancement attribute of Shiniulan Formation

2.3 裂縫預測結果分析

基于上述2種裂縫預測技術方法所得成果，開展了方法對比分析。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)3口井鉆井過程中發(fā)生的漏失數(shù)據(jù)以及沿井軌跡裂縫預測剖面結果進行了標定對比，整體從剖面對比來看，2種方法預測結果趨勢趨于一致，AY2HF井與AY3HF井間裂縫相對較發(fā)育，AY1井與AY2HF井間裂縫相對欠發(fā)育，同時，裂縫增強屬性具有更高的分辨率，AY1井鉆井過程中在井深2 056.00 、2 122.73 、2 139.88 、2 194.96、2 203.95 m等處發(fā)生鉆井泥漿漏失，AY2HF井在水平段1 974.3、2 374.2、3 674.3 m發(fā)生大的漏失，AY3HF在水平井鉆進過程中亦同樣多次漏失(圖6)。疊后曲率屬性的裂縫預測結果表明：AY1井石牛欄組下部漏失點2 056.0 m為相對曲率中等異常特征，在裂縫增強屬性上為異常高特征。在AY2HF井和AY3HF井水平段部分井漏處，地震曲率預測結果為高曲率異常特征，但在某些井漏處地震曲率檢測結果不吻合。統(tǒng)計表明，在3口井目的層段最主要的6處井漏中，地震曲率裂縫檢測有3處不吻合，裂縫預測吻合率為50.00%，而裂縫增強屬性檢測結果僅在AY2HF井水平井入靶附近存在不吻合情況，其他漏失點位預測結果均與實鉆情況一致，綜合吻合率達83.3%，進一步證實了利用裂縫增強屬性技術方法在研究區(qū)裂縫預測具有較好的適用性，為石牛欄組下一步勘探方向以及防范鉆井施工風險均起到了較好的指導作用(圖6)。

圖6 AY1—AY2HF—AY3HF井連井地震形變曲率及裂縫增強屬性剖面Fig.6 Seismic deformation curvature and fracture enhancement attribute section through Wells AY1-AY2HF-AY3HF

3 結論與建議

(1) 正安地區(qū)石牛欄組油氣顯示活躍，但平面分布存在較強差異性。石牛欄組油氣富集與天然裂縫的發(fā)育程度直接相關。通過常規(guī)地震曲率裂縫預測及基于地震像素處理的裂縫增強屬性裂縫預測2種方法對比，證實了裂縫增強屬性方法可以較好地適用于研究區(qū)的裂縫預測。

(2) 裂縫預測結果符合實際地質情況。安場向斜石牛欄組核部裂縫較為發(fā)育，兩翼斜坡區(qū)大尺度裂縫及斷裂相對欠發(fā)育。向斜南部小尺度裂縫明顯強于北部，東翼裂縫發(fā)育明顯強于西翼。

(3) 基于裂縫增強屬性裂縫預測技術在安場地區(qū)取得了較好的應用效果，豐富了類似區(qū)塊的裂縫預測技術手段，為今后的預測方法提供了新的思路。該方法是基于原始地震數(shù)據(jù)計算的3種屬性體基礎上計算得到的，對地震資料原始品質要求較高，同時計算3種屬性體時所運用的參數(shù)的不確定性會對裂縫增強屬性體產(chǎn)生不確定性，在今后工作中應加強原始地震資料品質的分析和參數(shù)質控。