劉 群，王世星，顧漢明，鄧光校

（1.中國(guó)石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆烏魯木齊830011；2.中國(guó)石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院，江蘇南京211103；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地空學(xué)院，湖北武漢430074）

塔河油田奧陶系碳酸鹽巖巖溶縫洞型油藏經(jīng)過(guò)十多年的勘探開(kāi)發(fā)，針對(duì)縫洞型儲(chǔ)層的定性預(yù)測(cè)研究取得了很好的效果，發(fā)展集成了一系列實(shí)用的方法技術(shù)，為塔河油田儲(chǔ)量和產(chǎn)量的不斷增長(zhǎng)發(fā)揮了重要的支撐作用。隨著塔河油田的不斷外擴(kuò)，縫洞型油藏受斷裂控制的特征更為明顯，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性更強(qiáng)，在進(jìn)行地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算時(shí)，沿用以前將井上儲(chǔ)層碾平后采用容積法按面積計(jì)算的辦法，將會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。能否運(yùn)用巖溶縫洞體在地震資料上呈現(xiàn)出的“串珠狀”強(qiáng)反射異常來(lái)對(duì)縫洞體的體積進(jìn)行定量預(yù)測(cè)計(jì)算，從而指導(dǎo)油藏地質(zhì)儲(chǔ)量的計(jì)算以及后續(xù)開(kāi)發(fā)方案的制定，近幾年我們對(duì)此進(jìn)行了積極的研究探索。前期也有一些有關(guān)這方面的文獻(xiàn)［1－5］發(fā)表，但大多只是針對(duì)定量計(jì)算方法應(yīng)用的論述介紹，缺乏從地震資料的分辨率、定量計(jì)算的理論依據(jù)，到計(jì)算結(jié)果的精度和影響因素等的系統(tǒng)分析和客觀評(píng)價(jià)。

無(wú)容置疑，碳酸鹽巖縫洞體的定量預(yù)測(cè)計(jì)算是一個(gè)需要長(zhǎng)期攻關(guān)的高難度研究課題。由于縫洞儲(chǔ)層強(qiáng)烈的非均質(zhì)性、對(duì)應(yīng)繞射波場(chǎng)的復(fù)雜性以及地震資料的分辨率、信噪比等問(wèn)題，導(dǎo)致預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果具有很大的不確定性。如何不斷提高溶洞體積定量計(jì)算的精度，使之逐步逼近地下實(shí)際地質(zhì)情況，從而真正服務(wù)于生產(chǎn)，是地球物理工作者不斷努力的方向。

我們以塔河油田主體區(qū)為例，從地震資料的分辨率、定量計(jì)算的理論根據(jù)、研究探索的計(jì)算方法，以及影響最終計(jì)算結(jié)果精度的主要因素等多個(gè)方面，對(duì)塔河碳酸鹽巖縫洞體體積定量預(yù)測(cè)計(jì)算的研究進(jìn)展做了系統(tǒng)的論述與探討。

1 塔河油田巖溶縫洞體地震資料的分辨率

塔河油田奧陶系主力產(chǎn)層埋深較大（6 000m左右），地震信號(hào)的高頻成分不可避免地顯著衰減，目前開(kāi)發(fā)地震高精度地震資料主頻在30Hz左右，分辨率較低。地震成像分辨率可以分為縱向分辨率和橫向分辨率［6－8］。一般認(rèn)為地震縱向分辨率為1／4波長(zhǎng)；而用第一菲涅爾帶寬度定義的地震橫向分辨率可以簡(jiǎn)記為1／2波長(zhǎng)。

塔河油田奧陶系灰?guī)r地層的速度為6 000m／s，對(duì)于主頻30Hz的地震資料，1／4波長(zhǎng)的縱向分辨率在時(shí)間上可分辨縫洞體的高度為50m；塔河油田主體區(qū)奧陶系灰?guī)r儲(chǔ)層的上覆地層下泥巖段的速度為4 800m／s，對(duì)于主頻30Hz的地震資料，1／2波長(zhǎng)的橫向分辨率可分辨的縫洞體寬度為80m。也就是說(shuō)，在縫洞體高度小于50m時(shí)，地震波在時(shí)間上無(wú)法分辨其高度；在縫洞體寬度小于80m時(shí)，在地震道集上無(wú)法分辨其寬度。

塔河油田碳酸鹽巖儲(chǔ)層以洞和縫的形式表現(xiàn)，鉆井放空漏失揭示洞穴高度一般為1～10m（圖1），遠(yuǎn)小于地震垂向上可分辨的50m；從現(xiàn)代巖溶考察來(lái)看，溶洞寬度一般亦小于地震橫向可分辨的80m寬度。因此，根據(jù)地震資料在時(shí)間及道數(shù)上難以分辨塔河地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層單個(gè)洞穴的形態(tài)及大小，地震資料所得到的縫洞響應(yīng)是縫洞集合體的綜合響應(yīng)。

圖1 塔河油田TK217井鉆遇溶洞井震標(biāo)定結(jié)果

通過(guò)理論模型［9－12］及勘探實(shí)際檢驗(yàn)，塔河油田碳酸鹽巖巖溶縫洞在地震剖面上一個(gè)最典型的特征是強(qiáng)振幅異常反射，即通常所說(shuō)的“串珠狀”反射［13］（圖1）。需要指出的是，通常所說(shuō)的能夠分辨大小與“可識(shí)別”是兩個(gè)不同的概念，看到地震剖面上有“串珠”，雖然不知道溶洞的具體形態(tài)及大小，但是可以肯定是有溶洞的，這就是可識(shí)別。“串珠”反射異常的大小與實(shí)際縫洞體大小是否存在一定的關(guān)系，下面做進(jìn)一步討論。

2 縫洞體體積地震定量化計(jì)算方法

2.1 定量化計(jì)算的理論依據(jù)

雖然從地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)方面來(lái)說(shuō)，地下縫洞體的規(guī)模絕大部分都小于地震資料的分辨率，不能分辨其大小和形態(tài)；但從地震波的動(dòng)力學(xué)特征上也可以看到，縫洞體越大，其產(chǎn)生的繞射波能量越強(qiáng)，偏移歸位后“串珠狀”反射異常的體積也就越大。

圖2a給出了12個(gè)不同大小溶洞的物理模型，溶洞的直徑由0.7～3.0m逐漸變大；模型圍巖速度為2 975m／s，密度為1.35g／cm3；溶洞充填物速度為2 040m／s，密度為0.12g／cm3；CDP長(zhǎng)度為5m，比例尺1∶10 000。由圖2b和圖2c可以看出，隨著溶洞的逐漸變大，地震“串珠狀”反射異常的體積及其振幅的能量也逐漸變大變強(qiáng)；且地震反射異常體的體積遠(yuǎn)大于實(shí)際溶洞的體積。在實(shí)際生產(chǎn)中也能體會(huì)到，“串珠”反射異常體越大，往往井的產(chǎn)能及產(chǎn)液能力越強(qiáng)，預(yù)示著縫洞規(guī)模越大，但兩者之間不是一個(gè)簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。

2.2 縫洞體體積校正系數(shù)的確定

為了確定地震“串珠狀”反射異常體積大小與實(shí)際溶洞體積之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，首先想到的是鉆井資料標(biāo)定。但是，經(jīng)過(guò)對(duì)塔河油田數(shù)百口鉆井的統(tǒng)計(jì)，鉆井上放空漏失段的高度與對(duì)應(yīng)的“串珠狀”反射異常體積大小及其振幅能量強(qiáng)弱沒(méi)有擬合關(guān)系。也就是說(shuō)，鉆井放空漏失段揭示的溶洞高度并不能代表實(shí)際溶洞的大小，這正說(shuō)明了碳酸鹽巖縫洞體的空間形態(tài)存在著千變?nèi)f化的復(fù)雜性，畢竟塔河地區(qū)鉆井最后一開(kāi)的鉆頭直徑只有13.97cm，探測(cè)到的只是“一孔之見(jiàn)”。前述分析表明，受目前塔河地區(qū)地震資料的分辨率所限，根據(jù)“串珠狀”反射異常可以識(shí)別碳酸鹽巖溶洞的存在與否，但難以分辨單個(gè)洞穴的形態(tài)及大小；而在鉆井揭示溶洞高度不能代表實(shí)際溶洞大小的情況下，如何確定出兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，是縫洞體體積定量化計(jì)算的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

正演模擬方法在設(shè)計(jì)地質(zhì)模型時(shí)溶洞的實(shí)際大小是已知的，通過(guò)對(duì)模擬地震資料偏移數(shù)據(jù)體屬性的處理，可以估算出“串珠狀”反射異常體的體積。物理模擬結(jié)果亦已證實(shí)，地震資料上“串珠狀”反射異常體的體積遠(yuǎn)大于實(shí)際縫洞體的體積。那么，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果的“串珠狀”異常體體積與模型溶洞體大小的擬合關(guān)系（體積比），就可以得到地震分辨率內(nèi)溶洞地震屬性的校正系數(shù)。考慮到大批量模型正演計(jì)算的可實(shí)現(xiàn)性，選擇采用數(shù)值模型正演方法，且數(shù)值正演模型可以盡可能多地考慮各種不同疊置關(guān)系、形態(tài)和充填物的洞穴及其組合。通過(guò)300多個(gè)溶洞組合模型的正演模擬，統(tǒng)計(jì)得到不同大小模型溶洞與其對(duì)應(yīng)的地震反射異常體之間的寬度校正關(guān)系曲線（圖3a）和高度校正關(guān)系曲線（圖3b），其體積校正系數(shù)VC為

式中：HC為高度校正系數(shù)；WXC為x方向的寬度校正系數(shù)；WYC為y方向的寬度校正系數(shù)。

2.3 縫洞體的體積計(jì)算

首先對(duì)地震偏移保幅數(shù)據(jù)體進(jìn)行處理，得到地震能量體；試驗(yàn)出合適的門(mén)檻值，對(duì)能量體進(jìn)行雕刻，將縫洞體的地震響應(yīng)強(qiáng)能量體雕刻出來(lái)，通過(guò)時(shí)深轉(zhuǎn)換獲得地震強(qiáng)振幅異常體的體積；再根據(jù)大量數(shù)值模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)求得的體積校正系數(shù)，對(duì)地震異常體的體積進(jìn)行校正，從而獲得縫洞體的有效體積（計(jì)算流程見(jiàn)圖4）。

采用該方法對(duì)塔河油田4區(qū)縫洞單元進(jìn)行了體積計(jì)算，并與常規(guī)容積法儲(chǔ)量計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，選取其中4個(gè)具有代表性的多井縫洞單元數(shù)據(jù)列于表1。從表1中可以看出，對(duì)地震強(qiáng)反射異常體校正后獲得的有效縫洞體體積與地震異常體體積之比為1∶22～1∶17。多個(gè)縫洞單元實(shí)際計(jì)算的校正前、后體積比統(tǒng)計(jì)結(jié)果為1∶20～1∶15，也就是說(shuō)，校正后的有效縫洞體體積只有地震異常體體積的1／20～1／15。

圖4 縫洞體體積定量計(jì)算流程

為了與常規(guī)容積法儲(chǔ)量計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將這4個(gè)縫洞單元按容積法計(jì)算的地質(zhì)儲(chǔ)量粗略換算（不考慮含油飽和度）為縫洞體體積，即

式中：V為換算的縫洞體體積；D代表地質(zhì)儲(chǔ)量。

由公式（2）計(jì)算的結(jié)果見(jiàn)表1中第2列數(shù)據(jù)，與定量計(jì)算出的有效縫洞體體積（表1中第4列數(shù)據(jù)）比較可見(jiàn)，兩者之間存在一定的差距。當(dāng)然，目前借用碎屑巖儲(chǔ)量計(jì)算的容積法來(lái)計(jì)算碳酸鹽巖地質(zhì)儲(chǔ)量也是一種近似的辦法，計(jì)算出的地質(zhì)儲(chǔ)量與實(shí)際情況也有一定的出入，塔河油田后期開(kāi)發(fā)實(shí)踐證實(shí)（按實(shí)際采收率計(jì)算），計(jì)算及提交的儲(chǔ)量整體偏大，外圍區(qū)偏差更大。不過(guò)目前還沒(méi)有更好的儲(chǔ)量計(jì)算方法取代容積法。但是，表1對(duì)比結(jié)果同樣表明，如果采用目前由地震異常體定量計(jì)算出的有效縫洞體體積來(lái)計(jì)算儲(chǔ)量，也存在著較大的不確定性。

表1 縫洞單元地震屬性定量計(jì)算有效縫洞體體積與容積法地質(zhì)儲(chǔ)量換算體積對(duì)比

3 定量化計(jì)算精度的影響因素分析

根據(jù)地震“串珠狀”反射異常體進(jìn)行縫洞體體積定量化計(jì)算的研究嘗試，取得了探索性的初步成果，也給予我們很多的啟示?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，從地震響應(yīng)異常反推地質(zhì)體形態(tài)必定具有很強(qiáng)的多解性；從比較顯在的影響考慮，巖溶縫洞的特性和地震資料采集、處理等諸多因素，都會(huì)影響“串珠”響應(yīng)的數(shù)量、能量及體積大小，從而影響縫洞體體積定量化預(yù)測(cè)的計(jì)算精度。

3.1 溶洞特性的影響

圖5 不同大小、不同充填物、不同疊置方式溶洞組合模型正演結(jié)果

地下深埋溶洞洞穴的實(shí)際形態(tài)和內(nèi)部充填物、多個(gè)溶洞的疊置方式等都會(huì)影響反射波振幅異常體的大小。模型正演結(jié)果表明，洞內(nèi)充填物速度越低，振幅越強(qiáng)，地震響應(yīng)異常體越大（見(jiàn)圖5中模型④和⑦）；當(dāng)多層溶洞相互疊置時(shí)，反射振幅和振幅異常體的大小與其中單個(gè)洞穴的大小以及溶洞之間的間隔距離都有關(guān)系，在地震分辨率以內(nèi)會(huì)產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉和相消干涉，從而使溶洞大小與“串珠”反射異常體積大小的對(duì)應(yīng)關(guān)系變得復(fù)雜（見(jiàn)圖5中模型⑤和⑥）。

3.2 地震資料采集因素的影響

不同年代三維地震采集資料的面元、覆蓋次數(shù)等采集參數(shù)的不同，會(huì)造成“串珠”反射異常數(shù)量和形態(tài)、體積的不同［14］。如在25m×75m面元、24次覆蓋采集的艾協(xié)克常規(guī)三維地震資料（圖6a）上，“串珠”反射特征不明顯；而在15m×15m面元、352次覆蓋重新采集的S48井區(qū)高精度三維地震資料上，同一位置處的“串珠”反射數(shù)量增多，能量變得清楚（圖6b）。由此可見(jiàn)，對(duì)于同一個(gè)縫洞體，根據(jù)這兩塊資料估算出的“串珠”反射異常體積是完全不同的。

3.3 地震資料處理參數(shù)的影響

在地震資料處理中采用不同的處理流程、方法技術(shù)及處理參數(shù)，如偏移方法［15］、反褶積等參數(shù)的不同，均會(huì)影響到“串珠”反射異常的形態(tài)和體積。圖7a為疊后偏移地震資料，左邊的大“串珠”反射寬度為28道，道間隔為25m，即反射異常體寬度為700m；圖7b為同一資料的疊前時(shí)間偏移結(jié)果，相同位置處的“串珠”反射寬度為18道，則異常體寬度為475m。在不同偏移方法處理后的資料上“串珠”反射異常體的寬度縮小了1／3，據(jù)此計(jì)算出的溶洞體積則會(huì)發(fā)生很大的變化。

3.4 體積校正系數(shù)的影響

由2.2節(jié)的論述可知，在將地震“串珠狀”反射異常體的體積轉(zhuǎn)換成有效縫洞體體積的計(jì)算中，所用的校正系數(shù)是通過(guò)大量縫洞地質(zhì)模型的正演數(shù)值模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)得到的，它與實(shí)際地震資料還是有著較大的差別，起碼沒(méi)有考慮到噪聲、衰減、吸收等眾多因素的影響。

4 縫洞體體積定量計(jì)算的發(fā)展前景

目前，塔河油田外圍的勘探工作由于儲(chǔ)層發(fā)育受斷裂控制，條帶性非常強(qiáng)，不能再按井控面積計(jì)算儲(chǔ)量，而要按條帶計(jì)算并提交儲(chǔ)量。如果根據(jù)地震資料預(yù)測(cè)計(jì)算的縫洞體體積相對(duì)準(zhǔn)確，將能給儲(chǔ)量計(jì)算提供重要的參考資料，也為后續(xù)開(kāi)發(fā)方案的制定提供重要依據(jù)。

提高縫洞體體積定量化預(yù)測(cè)的精度，首先要保證地震資料采集、處理的質(zhì)量以及各種參數(shù)的穩(wěn)定性。目前，塔河油田經(jīng)過(guò)地震采集參數(shù)優(yōu)化研究，已經(jīng)確定15m×15m面元、168次覆蓋次數(shù)等高精度采集參數(shù)，并開(kāi)展了大面積的采集工作，獲得了較好的疊前時(shí)間偏移處理結(jié)果；今后還將開(kāi)展疊前逆時(shí)深度偏移處理，預(yù)期會(huì)使資料的品質(zhì)及穩(wěn)定性進(jìn)一步提升，為縫洞體體積定量化計(jì)算提供較好的資料基礎(chǔ)。

在上述巖溶縫洞體體積的定量計(jì)算方法中，如何將反射異常體體積相對(duì)準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為有效縫洞體的體積是一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)。在從鉆井資料得不到實(shí)際縫洞單元體積的情況下，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的統(tǒng)計(jì)結(jié)果求取校正系數(shù)，則要求模型正演盡可能地逼近地下地質(zhì)情況和實(shí)際地震資料采集、處理過(guò)程。對(duì)此，今后需嘗試開(kāi)展塔河油田碳酸鹽巖縫洞儲(chǔ)層的物理模型正演研究，并盡可能多地考慮各種復(fù)雜的縫洞單元，正演模擬資料與實(shí)際地震資料的采集、處理參數(shù)盡量保持一致，從而逐步提高校正結(jié)果的吻合精度。這是基于目前的地震技術(shù)發(fā)展水平，進(jìn)一步探索塔河油田碳酸鹽巖縫洞體體積定量化計(jì)算方法的一個(gè)研究方向。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于塔河地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖縫洞強(qiáng)烈的非均質(zhì)性和對(duì)應(yīng)繞射波場(chǎng)的復(fù)雜性，諸多因素會(huì)影響縫洞體體積定量化計(jì)算的精度，如溶洞特性（充填物、多個(gè)溶洞的疊置方式等）、地震資料采集因素（面元的大小、疊加次數(shù)等）和處理因素（偏移方法、反褶積參數(shù)等）、地震反射異常的體積校正系數(shù)等，都會(huì)對(duì)有效縫洞體的體積預(yù)測(cè)計(jì)算產(chǎn)生較大的影響，使得定量計(jì)算結(jié)果缺乏穩(wěn)定性。在塔河地區(qū)開(kāi)展大面積的高精度地震采集，發(fā)展與應(yīng)用適應(yīng)縫洞體準(zhǔn)確成像的疊前深度偏移處理新技術(shù)，提高地震資料的品質(zhì)和資料的穩(wěn)定性；開(kāi)展盡可能逼近塔河各區(qū)塊實(shí)際地質(zhì)情況的各種類型縫洞體的持續(xù)批量化物理模擬實(shí)驗(yàn)研究，有望逐步提高縫洞體體積定量化預(yù)測(cè)的精度，為縫洞儲(chǔ)集體的儲(chǔ)量計(jì)算以及后續(xù)開(kāi)發(fā)方案的制定提供可靠的參考依據(jù)。

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