陳 勝，曾慶才，包世海，黃家強(qiáng)，姜 仁，常 鑫，李新豫，葛 蘭

(中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007)

地震曲率體技術(shù)在九龍山氣田珍珠沖組礫巖儲層裂縫預(yù)測中的應(yīng)用

陳 勝，曾慶才，包世海，黃家強(qiáng)，姜 仁，常 鑫，李新豫，葛 蘭

(中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007)

礫巖儲層作為一種特殊巖性儲層，具有非均質(zhì)性強(qiáng)，受裂縫發(fā)育帶控制作用非常明顯的特點。提出應(yīng)用地震曲率體技術(shù)對礫巖儲層的裂縫發(fā)育程度和分布狀況進(jìn)行預(yù)測的方法，闡述了地震曲率體裂縫預(yù)測技術(shù)的原理，應(yīng)用該方法對四川九龍山地區(qū)礫巖儲層進(jìn)行了裂縫預(yù)測，進(jìn)而對該地區(qū)天然氣富集區(qū)帶進(jìn)行了預(yù)測，預(yù)測結(jié)果與實鉆結(jié)果和巖心觀察結(jié)果十分符合，說明用地震曲率體技術(shù)對該地區(qū)進(jìn)行裂縫預(yù)測是可行的。

曲率體；裂縫預(yù)測；礫巖儲層

近年來，隨著我國以構(gòu)造圈閉油氣藏勘探占主導(dǎo)地位的結(jié)束,實現(xiàn)油氣的增儲上產(chǎn)和開拓油氣勘探新局面的重任主要就落在復(fù)雜性油氣藏的勘探上,裂縫性油氣藏受裂縫發(fā)育的密度、方向、強(qiáng)度等因素控制作用十分明顯，因而儲層裂縫預(yù)測對于我國油氣的勘探開發(fā)有著重要意義。

九龍山氣田區(qū)域構(gòu)造位于四川盆地川北古中坳陷低緩構(gòu)造區(qū)內(nèi)梓潼-通江凹陷帶中，九龍山至中壩構(gòu)造群的東部，地面為一大型背斜構(gòu)造。珍珠沖組為一扇三角洲沉積，儲層非均質(zhì)性較強(qiáng)。九龍山氣田珍珠沖組儲層以砂巖、含礫砂巖和砂礫巖體為主，儲層中孔隙、溶洞及裂縫均較發(fā)育，表現(xiàn)為裂縫-孔隙型儲層，儲層物性無論在縱向上還是橫向上均有較強(qiáng)非均質(zhì)性。該地區(qū)礫巖儲層與致密礫巖之間的波阻抗差異非常小，常規(guī)波阻抗反演和屬性分析等儲層預(yù)測技術(shù)不能滿足該地區(qū)儲層預(yù)測和含氣檢測的需要。由于礫巖脆性較大,巖層中易于形成小斷層和與之相關(guān)的構(gòu)造縫,而裂縫在起到溝通作用的同時也對儲層的空隙度和滲透率起著重要的控制作用。因此，裂縫對該地區(qū)優(yōu)質(zhì)儲層的展布和高產(chǎn)富集區(qū)具有明顯的控制作用。為此，筆者基于九龍山氣田珍珠沖組氣藏與裂縫的關(guān)系及其地質(zhì)特征，利用地震曲率體技術(shù)對其裂縫分布情況進(jìn)行預(yù)測。

1 地震曲率體技術(shù)原理

地震曲率體技術(shù)是基于裂縫的生成機(jī)理而形成的一種用于描述裂縫分布情況的數(shù)學(xué)方法。曲率是用來刻畫線或面的彎曲程度的物理量，曲率值越大意味著曲面彎曲程度越大，曲面彎曲程度越大則地應(yīng)力越大，一般來說，地應(yīng)力越大的地方裂縫和斷層越發(fā)育[1]。因此，曲率在一定程度上控制了裂縫發(fā)育的密度、強(qiáng)度和方向，同時在一定程度上也控制了氣層厚度及與之有關(guān)的裂縫空隙度和滲透率。根據(jù)該原理，通過求取地震同向軸的曲率值，進(jìn)而對儲層裂縫發(fā)育情況進(jìn)行預(yù)測和評價。曲率是構(gòu)造應(yīng)力的表現(xiàn)形式，而褶皺、斷層及與之相關(guān)的裂縫均是構(gòu)造應(yīng)力的產(chǎn)物，而對于某一特定時期的地層在一定范圍內(nèi)應(yīng)具有同一應(yīng)力場。因此，應(yīng)用地震曲率體技術(shù)能夠預(yù)測儲層的裂縫分布情況。

2 曲率計算方法

對于一條曲線，其曲率可定義為：

(1)

式中，K為曲率；φ為曲線上某點的切線方向角；s為方向角所對應(yīng)的弧長。

由式(1)可知，曲率和曲線的二階導(dǎo)數(shù)有關(guān)，無正負(fù)之分，但在地震勘探中則應(yīng)通過正負(fù)的定義來代表不同的地質(zhì)意義[2]：①當(dāng)曲率為零時，地層為一平面；②當(dāng)曲率為正時，地層為背斜、隆起等正構(gòu)造；③曲率為負(fù)時，地層為向斜、凹陷等負(fù)構(gòu)造。

由于真實的地層界面為三維空間，因而可將二維曲線定義推廣到三維曲面上，任何一個切割地層界面的平面都可以和地層界面確定一條曲線，而這條曲線上任意一點的曲率都可計算出來。過三維曲面上任意一點的切割平面有無窮多個，因而該點有很多曲率，在實際應(yīng)用中最有意義的是與地層界面垂直相交的平面所確定的曲率，將這些曲率按不同的方法組合就可得到許多對實際生產(chǎn)有用的曲率，如高斯曲率、最大曲率、最小曲率、最正曲率、最負(fù)曲率、傾向曲率和走向曲率等[3]。

在較小的局部地層范圍內(nèi),地層分界面對應(yīng)的空間曲面可用如下二元二次方程來近似:

z(x,y)=ax2+by2+cxy+dx+ey+f

(2)

式中，x、y、z分別代表空間坐標(biāo)；a、b、c、d、e、f代表曲面參數(shù)。

由式(2)中二次多項式的系數(shù)計算，可得到高斯曲率、最大曲率、最小曲率、最正曲率、最負(fù)曲率等曲率體屬性。

3 實例應(yīng)用

研究區(qū)位于川西北地區(qū)，目的層為珍珠沖組，其區(qū)域性含氣且分布較廣，主要由下部礫巖和上部多層砂體組成。受古地貌坡度控制，川西北部地區(qū)珍珠沖組體現(xiàn)出不同的沉積特征。在該地區(qū)沉積巨厚的扇三角洲，主要表現(xiàn)為顆粒粗大(礫為主)、分選差、磨圓較好。電測曲線表現(xiàn)為箱型特征，礫間泥質(zhì)不發(fā)育，層間泥巖夾層厚度小，砂體常呈透鏡狀。其有效的儲層主要分布在扇三角洲前緣水下河道沉積微相中，該微相中巖石分選磨圓變好，礫間以充填砂質(zhì)為主，取芯觀察結(jié)果表明儲層發(fā)育地區(qū)裂縫、孔洞發(fā)育。通過對該地區(qū)多口探井及生產(chǎn)井的分析表明，該地區(qū)儲層受裂縫控制作用明顯，該地區(qū)儲層預(yù)測及含氣檢測的關(guān)鍵在于預(yù)測裂縫發(fā)育強(qiáng)度及走向。

圖1 九龍山珍珠沖組最大主曲率分布圖

為了充分發(fā)揮地震資料橫向分辨率高、覆蓋面積廣的優(yōu)勢，研究中用地震曲率體技術(shù)對該地區(qū)珍珠沖組的裂縫分布情況進(jìn)行了預(yù)測。研究中采用的地震資料為經(jīng)過疊前深度偏移的疊加縱波資料，滿覆蓋面積300km2,數(shù)據(jù)主頻35Hz左右，滿足曲率體裂縫預(yù)測要求。根據(jù)算法的不同，曲率可分為最大曲率、最小曲率、高斯曲率等，經(jīng)過多次參數(shù)試驗和與已知井進(jìn)行對比，最終選定最大曲率對該地區(qū)的裂縫進(jìn)行預(yù)測研究，因為最大曲率屬性的密度和分布方向可以反映裂縫的發(fā)育密度和方向(見圖1)。實鉆結(jié)果表明，該地區(qū)高產(chǎn)井均落在圖中最大曲率值較大區(qū)域，裂縫發(fā)育，而低產(chǎn)井和干井則均落在最大曲率相對較小區(qū)域，裂縫發(fā)育程度低或不發(fā)育。

分析裂縫發(fā)育和含氣性好的4口開發(fā)井的過井剖面(見圖2)，發(fā)現(xiàn)上述井的井旁地震道同相軸均表現(xiàn)為一定程度的錯動、間斷、撓曲等橫向變化(如圖2中橢圓標(biāo)示)，說明上述地區(qū)的地應(yīng)力較大，因而是裂縫發(fā)育的有利區(qū)。分析4口裂縫發(fā)育和含氣性差的4口開發(fā)井的過井剖面(見圖3)，發(fā)現(xiàn)上述井的井旁道同相軸表現(xiàn)出平滑、連續(xù)、同向性較好等特點(圖3中箭頭所指為目的層頂界同相軸)，說明上述地區(qū)的地應(yīng)力較小，因而裂縫不發(fā)育。上述分析表明，基于地震曲率體技術(shù)的裂縫預(yù)測結(jié)果與該地區(qū)的實際鉆井結(jié)果、地震數(shù)據(jù)、成像測井結(jié)果符合程度較高，因而能夠很好地預(yù)測該地區(qū)裂縫發(fā)育密度和裂縫走向等特征。

圖2 裂縫發(fā)育井的過井剖面特征

圖3 裂縫不發(fā)育井的過井剖面

4 結(jié) 語

由于曲率體屬性與裂縫之間的關(guān)系可以反映地層褶皺或彎曲變形時的應(yīng)力過程，因而利用地震曲率體技術(shù)直接從疊后數(shù)據(jù)體中提取地震同相軸的曲率及由曲率擴(kuò)展的各種曲率體屬性，能有效刻畫地層界面的彎曲程度、應(yīng)力場分布及裂縫發(fā)育情況，具有較高分辨率[4]。應(yīng)用該技術(shù)對四川九龍山地區(qū)珍珠沖組礫巖儲層的裂縫發(fā)育密度及裂縫發(fā)育方向進(jìn)行了預(yù)測，預(yù)測結(jié)果與實鉆結(jié)果十分符合，說明運(yùn)用地震曲率體技術(shù)對該地區(qū)進(jìn)行裂縫預(yù)測是可行的，這對指導(dǎo)該地區(qū)的開發(fā)井位部署具有重要作用。

[1]楊午陽,鄧央,徐云澤,等.基于小波變換的曲率體屬性提取和重構(gòu)方法[J].天然氣工業(yè),2007,27(5)：55-57.

[2]李志勇,曾佐勛,羅文強(qiáng).裂縫預(yù)測主曲率法的新探索[J].石油勘探與開發(fā),2003,30(6)：83-85.

[3]王越之,宋金初，賀斌.利用曲率法預(yù)測構(gòu)造裂縫方向[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報,2004,26(4):52-53.

[4]孫尚如.預(yù)測儲層裂縫的兩種曲率方法應(yīng)用比較[J].地質(zhì)科技情報,2003,22(4):71-74.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.10.021

TE122.23

A

1673-1409(2012)10-N069-03