YD高密度三維區(qū)沙四段灰?guī)r有利儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)

劉海寧，韓宏偉，魏文，張?jiān)沏y，趙景蒲

(1.中國(guó)石化勝利油田分公司 物探研究院，山東 東營(yíng) 257022;2.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580;3.東營(yíng)市自然資源和規(guī)劃局，山東 東營(yíng) 257000)

0 引言

利用地震資料進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè)的技術(shù)較多，按照所使用的地震數(shù)據(jù)類型可將這些方法大致分為多分量轉(zhuǎn)換波裂縫檢測(cè)、疊后地震屬性分析及疊前縱波方位各向異性檢測(cè)裂縫等[1]，其中疊前縱波方位各向異性裂縫檢測(cè)方法是利用疊前縱波信號(hào)所攜帶的與方位相關(guān)的變化特征，來解決裂縫方位和密度，該方法具有分辨率高、計(jì)算穩(wěn)定性高等特征，但是要求資料必須是寬方位或全方位采集[2]。

勝利油田三維地震技術(shù)經(jīng)過40多年的歷程，已從常規(guī)三維地震走向高密度地震[3-4]。現(xiàn)階段勝利東部探區(qū)高密度地震的界定為：面元網(wǎng)格小于(等于)12.5 m×12.5 m，覆蓋次數(shù)200次左右，炮道密度大于100萬道/km2[5]。高密度地震資料具有寬方位、寬頻帶和高密度特征[6]。寬方位觀測(cè)可提高成像精度，有利于識(shí)別小斷層[7]；寬頻地震，低頻穿透能力較強(qiáng)、衰減慢，有利于深層和潛山成像[8-9]；高密度地震，炮道密度加大，資料覆蓋次數(shù)增加，信噪比提高，薄層識(shí)別、巖性體刻畫精度更高[10]。在各向異性介質(zhì)條件下，不同方位上的地震響應(yīng)特征會(huì)存在差異，這種差異使得方位地震技術(shù)在研究非均質(zhì)性強(qiáng)的地質(zhì)目標(biāo)時(shí)效果更明顯[11-12]。

YD地區(qū)高密度三維地震于2013年采集，是該區(qū)第三次采集資料，使用3串18個(gè)超級(jí)檢波器小組合接收，12.5 m×12.5 m面元，覆蓋次數(shù)216次，炮道密度138萬道/km2，橫縱比0.54[5]，具備高密度、寬方位地震采集特點(diǎn)，為研究地層各向異性特征，并利用地層各向異性特征預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)(裂縫型儲(chǔ)層)提供了豐富的信息。本文針對(duì)YD高密度三維區(qū)沙四段上亞段灰?guī)r有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，充分利用高密度三維方位地震信息，在儲(chǔ)層各向異性特征正演模擬分析基礎(chǔ)上，聯(lián)合應(yīng)用基于方位地震屬性的儲(chǔ)層裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)和儲(chǔ)層各向異性參數(shù)地震反演技術(shù)，提高了沙四段灰?guī)r有效儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)精度。

1 研究工區(qū)概況

YD地區(qū)高密度三維區(qū)位于濟(jì)陽坳陷沾化凹陷西北部義東斷層下降盤，中古生界基底之上自下而上發(fā)育沙河街組(沙四段、沙三段、沙二段、沙一段)、東營(yíng)組、館陶組、明化鎮(zhèn)組等地層[13-14]。YD斷裂帶是目前濟(jì)陽坳陷最復(fù)雜且油氣最富集的斷裂帶之一，其中新近系各類巖性體勘探空間非常大，尤其是沙四段上亞段的灰質(zhì)灘壩沉積[15]。沙四段沉積末期，該區(qū)整體為濱淺湖沉積環(huán)境，水體較淺，氣候干旱，缺乏大規(guī)模的物源供給，為化學(xué)和生物化學(xué)沉積創(chuàng)造了良好條件，發(fā)育砂質(zhì)灰?guī)r灘壩、生物礁[16]。在YD斷層下降盤，目前已有YD301、YD302等井在沙四段上亞段鉆遇灰?guī)r儲(chǔ)層取得成功，說明沙四段灰?guī)r儲(chǔ)層具有較大的勘探潛力。前人研究已初步解決了該區(qū)沙四段碳酸鹽巖發(fā)育區(qū)預(yù)測(cè)及沉積相劃分問題[17-18]，但是眾多鉆井資料證實(shí)，該區(qū)沙四段灰?guī)r儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，產(chǎn)能差異較大，YD301井對(duì)沙四段上亞段3 579.86～3 715 m厚層灰?guī)r、泥灰?guī)r段試油，自噴日油147 m3，日水0，日氣5 178 m3；YD302井對(duì)沙四上亞段3 571.3～3 584.2 m灰?guī)r段酸壓試油，泵抽，日油4.74 m3，日水2.37 m3，日氣0，產(chǎn)能較低。分析其主要原因是碳酸鹽巖儲(chǔ)集類型有別于碎屑巖儲(chǔ)層，以裂縫和溶蝕孔洞為主要儲(chǔ)集空間[19]，其沉積厚度變化大，非均質(zhì)性強(qiáng)，分布規(guī)律復(fù)雜。同時(shí)受常規(guī)地震資料信息限制，有效儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)難度大[20]，存在不確定性和多解性，碳酸鹽巖圈閉評(píng)價(jià)和勘探部署面臨較大困難。

2 儲(chǔ)層各向異性特征正演模擬

導(dǎo)致地層各向異性特征的因素很多，儲(chǔ)層各向異性影響因素分析是利用方位地震信息預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的基礎(chǔ)，可以指導(dǎo)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果的解釋。

2.1 儲(chǔ)層巖性

在儲(chǔ)層厚度及圍巖參數(shù)不變的情況下，只改變儲(chǔ)層巖性。圖1為對(duì)兩種不同巖性儲(chǔ)層進(jìn)行各向異性強(qiáng)度正演模擬分析結(jié)果，可以看出，地層各向異性強(qiáng)度隨儲(chǔ)層巖性的變化而存在差異，這為利用方位地震信息預(yù)測(cè)儲(chǔ)層巖性提供基礎(chǔ)。

圖1 不同巖性儲(chǔ)層各向異性正演模擬Fig.1 The reservoirs anisotropic forward modeling with different lithology

2.2 儲(chǔ)層裂縫

建立含裂縫儲(chǔ)層地質(zhì)模型，進(jìn)行不同方位的地震正演模擬，得到各個(gè)方位地震道集，每隔5°抽取方位道集，分析含裂縫儲(chǔ)層頂、底面的方位地震振幅。從圖2中可以看出，在不同方位上，地震響應(yīng)特征同樣存在差異，各向異性特征明顯。

改變儲(chǔ)層裂縫密度，變化為0～45%?？梢钥闯?，儲(chǔ)層裂縫密度與各向異性強(qiáng)度成正比，與各向異性之間呈非線性正相關(guān)。裂縫密度為0～15%時(shí)，各向異性強(qiáng)度變化范圍為0.051；裂縫密度為30%～45%時(shí)，各向異性強(qiáng)度變化范圍為 0.184。圖3為YD301井沙四段灰?guī)r儲(chǔ)層段各向異性正演結(jié)果，其目的層段各向異性強(qiáng)度值為1.683，結(jié)合正演模擬結(jié)果，定性推測(cè)YD301井灰?guī)r儲(chǔ)層段裂縫密度大于50%，裂縫較為發(fā)育。

a—方位道集;b—方位橢圓振幅a—azimuth gather;b—azimuth ellipse amplitude圖2 含裂縫儲(chǔ)層頂、底面各向異性特征Fig.2 Anisotropic characteristics of top and bottom surfaces of fractured reservoirs

a—YD301井各向異性正演模擬結(jié)果;b—YD301井目的層3612.95 m處方位各向異性特征分析a—anisotropic forward modeling results of YD301 well;b—analysis of azimuthal anisotropy at 3612.95 m of YD301 well圖3 YD301井目的層段各向異性特征正演Fig.3 Anisotropic characteristics forward modeling of target interval in well YD301

3 基于方位地震屬性的儲(chǔ)層裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)

3.1 方位角劃分、疊加

相比YD地區(qū)高密度三維的CMP道集，OVT道集的最大覆蓋次數(shù)為224次，最小覆蓋次數(shù)為171次，其覆蓋次數(shù)相對(duì)較為均勻。在利用方位地震信息進(jìn)行儲(chǔ)層裂縫預(yù)測(cè)時(shí)，方位角劃分、疊加是技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。

在對(duì)OVT道集進(jìn)行分方位角疊加時(shí)，由于偏移距范圍的選擇影響分方位地震疊加效果[21]，因此需要選擇合適的偏移距范圍進(jìn)行疊加，以保證不同方位地震數(shù)據(jù)反映的各向異性特征。根據(jù)高密度三維方位角與偏移距的分布特點(diǎn)，考慮到各個(gè)方位偏移距均勻分布以及近偏移距噪聲較重，舍去755 m以下的偏移距數(shù)據(jù)，選擇2 000 m作為最大偏移距，將高密度三維地震方位6等分并進(jìn)行疊加，分別為0°～30°、30°～60°、60°～90°、90°～120°、120°～150°和150°～180°。

3.2 方位地震屬性提取

基于上述6等分方位疊加地震資料，對(duì)6個(gè)不同方位地震資料提取灰?guī)r儲(chǔ)層段的地震振幅、阻抗以及地震頻率等屬性，為了直觀地對(duì)比不同方位上地震屬性之間的差異，將兩兩相互垂直方向上的振幅、阻抗和頻率等屬性作差值分析，然后結(jié)合區(qū)內(nèi)已鉆井情況分析，YD301、YD302井鉆探成功，沙四段灰?guī)r儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，儲(chǔ)層物性相對(duì)較好。對(duì)比不同方位地震屬性差異，方位地震頻率屬性差異性在YD301和YD302井區(qū)更為明顯，由此選定不同方位的地震頻率屬性預(yù)測(cè)該區(qū)沙四段灰?guī)r儲(chǔ)層裂縫[22-23]。

圖4是YD301井區(qū)裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果的局部圖。裂縫發(fā)育區(qū)主要位于斷裂系統(tǒng)附近，區(qū)內(nèi)斷裂系統(tǒng)主要有NE和NW兩組走向，在兩組斷裂系統(tǒng)的影響下，區(qū)內(nèi)裂縫發(fā)育方向主要有兩組：一組為NW走向，另一組為NE走向。

4 儲(chǔ)層各向異性參數(shù)地震反演技術(shù)

Thomsen儲(chǔ)層各向異性參數(shù)[24-25]包括ε、γ、δ，其中ε表征縱波在平行和垂直于裂縫面的傳播速度相對(duì)差異；γ表征橫波在平行和垂直于裂縫面的傳播速度相對(duì)差異；δ表征縱橫波各向異性程度之間的連接橋梁。上述3個(gè)各向異性參數(shù)主要反映了地震波在裂縫介質(zhì)中傳播的等效各向異性特征。

a—儲(chǔ)層裂縫密度;b—儲(chǔ)層裂縫方向a—fracture density of reservoir;b—fracture direction of reservoir圖4 YD301井區(qū)灰?guī)r儲(chǔ)層裂縫密度及方向預(yù)測(cè)Fig.4 Fracture density and direction prediction of limestone reservoir in YD301 well area

Ruger[26]根據(jù)一階擾動(dòng)理論給出了上、下HTI介質(zhì)傾向一致的反射系數(shù)近似公式，即

(1)

式中：θ是入射角；φ是方位角；Z是縱波阻抗，kg·m-3·m·s-1；G是剪切模量，N/mm2；α是縱波速度，m/s；β是橫波速度，m/s；δ(v)表征縱波與橫波各向異性之間的聯(lián)系；γ(v)表征橫波的各向異性參數(shù)；ε(v)為縱波各向異性程度。

對(duì)近似方程進(jìn)行整理，將其表示為縱、橫波速度、密度以及各向異性參數(shù)的線性表達(dá)式，即

利用方程(2)，我們就可以實(shí)現(xiàn)各向異性參數(shù)反演。圖5是YD301井區(qū)沙四段灰?guī)r儲(chǔ)層各向異性參數(shù)反演結(jié)果，可以看出，ε、γ、δ這3個(gè)參數(shù)表現(xiàn)的各向異性特征基本相似，YD301井和YD302井位置處均呈現(xiàn)明顯的各向異性特征，利用上述3個(gè)參數(shù)所呈現(xiàn)的各向異性較強(qiáng)的區(qū)域可以描述為裂縫發(fā)育區(qū)。

圖5 YD301井區(qū)灰?guī)r儲(chǔ)層各向異性參數(shù)反演結(jié)果Fig.5 Inversion results of limestone reservoir anisotropic parameters in YD301 well area

5 應(yīng)用實(shí)例

基于方位地震屬性裂縫預(yù)測(cè)和各向異性參數(shù)反演結(jié)果，利用兩者的預(yù)測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)YD301井區(qū)灰?guī)r有效儲(chǔ)層的綜合預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)思路為：首先，利用各向異性參數(shù)反演結(jié)果劃分出較強(qiáng)的各向異性區(qū)域；然后，在較強(qiáng)各向異性區(qū)域內(nèi)，圈定通過方位地震屬性預(yù)測(cè)的儲(chǔ)層裂縫發(fā)育區(qū)，并以單井各向異性強(qiáng)度正演模擬值1.683作為門檻值(圖3)進(jìn)行限定，將各向異性值大于1.683的裂縫發(fā)育區(qū)域預(yù)測(cè)為有利灰?guī)r儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)(如圖6中的黑色虛線范圍)。該區(qū)除YD301、YD302井之外，鉆遇該套地層的井位還有YD301X2、YD301X3等5口井，從鉆遇情況來看：YD301-4井位于預(yù)測(cè)有利區(qū)內(nèi)，屬性值為黃色，3 592 m鉆遇1層厚層泥灰?guī)r33 m，錄井見熒光顯示，綜合解釋油層；YS2井位于有利區(qū)之外，屬性值為淺綠色，3 822 m進(jìn)入沙四段上亞段，鉆遇薄層石灰?guī)r、石膏巖、泥灰?guī)r、石膏質(zhì)灰?guī)r，單層厚度均小于2 m，測(cè)井解釋為干層；YD301X2井位于預(yù)測(cè)有利區(qū)內(nèi)，但是從屬性值來看為淺綠色、偏弱，該井于3 567 m進(jìn)入沙四段上亞段，鉆遇泥灰?guī)r17層累計(jì)厚度50 m、白云質(zhì)灰?guī)r3層累計(jì)厚度8 m，錄井見多套熒光、油斑顯示，綜合解釋油層8層累計(jì)厚度22 m，干層7層累計(jì)厚度17 m；YD301X3井位于有利區(qū)之外，屬性值為淺綠色，該井于3 719 m進(jìn)入沙四段上亞段，鉆遇灰?guī)r9層累計(jì)厚度14.5 m、泥灰?guī)r5層累計(jì)厚度12 m，綜合解釋油層1層，厚度3 m，總體上單層厚度較薄、含油性較差；YS10井位于有利區(qū)之外，屬性值為偏白的淺綠色，該井3 896 m進(jìn)入沙四上，鉆遇泥膏巖16層累計(jì)厚度50 m，未鉆遇灰?guī)r、白云巖，未解釋儲(chǔ)層。從上述鉆探結(jié)果來看，預(yù)測(cè)結(jié)果與鉆遇結(jié)果基本吻合，根據(jù)沙四段灰?guī)r有利儲(chǔ)層的綜合預(yù)測(cè)結(jié)果，預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)面積為13 km2，預(yù)測(cè)石油地質(zhì)儲(chǔ)量1 300×104t。

圖6 YD301井區(qū)沙四段灰?guī)r有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果Fig.6 The prediction results of favorable limestone reservoir in the fourth member of Shahejie Formation in YD301 well area

6 結(jié)論

高密度三維具備高密度、寬方位地震采集特點(diǎn)，滿足利用地層各向異性開展有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)(裂縫型儲(chǔ)層)預(yù)測(cè)的資料條件。在儲(chǔ)層各向異性正演模擬分析的基礎(chǔ)上，聯(lián)合應(yīng)用基于方位地震屬性的儲(chǔ)層裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)和儲(chǔ)層各向異性參數(shù)地震反演技術(shù)，對(duì)研究區(qū)沙四段上亞段灰?guī)r有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果與已鉆井吻合較好。通過YD高密度三維區(qū)沙四段灰?guī)r有利儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)方法的應(yīng)用研究，可以得到以下3點(diǎn)結(jié)論:

1)儲(chǔ)層巖性、儲(chǔ)層裂縫可以引起方位地震屬性差異，并且儲(chǔ)層裂縫密度與各向異性強(qiáng)度成正比。

2)不同方位的地震頻率屬性差異可以預(yù)測(cè)該區(qū)沙四段灰?guī)r儲(chǔ)層裂縫，裂縫發(fā)育區(qū)主要位于斷裂系統(tǒng)附近，區(qū)內(nèi)裂縫主要有兩組：一組NW走向，另一組為NE走向。

3)聯(lián)合應(yīng)用各向異性參數(shù)及不同方位屬性差異地震裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果，兩者相互驗(yàn)證、約束，可以提高該區(qū)沙四段灰?guī)r有利儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)精度。充分挖掘?qū)挿轿坏卣鹳Y料的豐富信息，利用不同地球物理方法獲取不同的儲(chǔ)層參數(shù)，從不同角度對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)測(cè)，綜合多種參數(shù)信息精細(xì)描述儲(chǔ)層，可以減少由于單一參數(shù)預(yù)測(cè)儲(chǔ)層存在的不確定性和多解性，提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度。