劉寶　(中石油遼河油田分公司勘探事業(yè)部，遼寧 盤錦 124010)

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疊前方位各向異性裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)在雷家地區(qū)的應(yīng)用研究

劉寶(中石油遼河油田分公司勘探事業(yè)部，遼寧 盤錦 124010)

[摘要]遼河油田西部凹陷雷家地區(qū)古近系沙河街組四段(Es4)儲(chǔ)層以裂縫型白云巖為主，經(jīng)過(guò)主斷裂的多期活動(dòng)，形成了具有多方位、多組系特征的裂縫型儲(chǔ)層。對(duì)該類儲(chǔ)層主要采用窄方位地震資料的疊前方位各向異性裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)，介紹了該技術(shù)的原理及主要技術(shù)流程，并進(jìn)行了實(shí)際地震資料的應(yīng)用。結(jié)果表明，雷家地區(qū)Es4裂縫型白云巖儲(chǔ)層可以劃分出3塊裂縫發(fā)育區(qū)，通過(guò)與實(shí)際資料的對(duì)比分析，符合度較高，驗(yàn)證了預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性，提高了油氣預(yù)測(cè)的成功率。

[關(guān)鍵詞]方位各向異性；裂縫預(yù)測(cè)；雷家地區(qū)

裂縫型白云巖是良好的油氣儲(chǔ)層，常表現(xiàn)為強(qiáng)的各向異性。該次研究的白云巖儲(chǔ)層位于遼河油田西部凹陷的雷家地區(qū)古近系沙河街組四段(Es4)，其沉積時(shí)期為斷裂盆地的開(kāi)裂期，研究區(qū)主干斷裂有著多期活動(dòng)的演變過(guò)程，每次活動(dòng)都產(chǎn)生一定方位的裂縫系統(tǒng)[1]。根據(jù)巖心觀察，白云巖、泥質(zhì)白云巖晶間孔、微裂縫、宏觀裂縫發(fā)育，為主要的儲(chǔ)集空間。據(jù)沉積研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)白云巖最厚層發(fā)育在lei59井和lei58井位置，累積厚度大于140m，并以此為中心，向四周逐漸減薄。平面上呈北東向條帶狀展布，具有東西較寬、南北較窄的特點(diǎn)。在不同時(shí)期、多種不同應(yīng)力作用下，該區(qū)白云巖儲(chǔ)層裂縫具有多方位、多組系的特征，使得裂縫預(yù)測(cè)較困難。

以往通常采用疊后裂縫預(yù)測(cè)方法，利用道與道之間的相關(guān)性，主要反映小斷裂或斷裂發(fā)育帶、巖性突變帶，主要用于斷層邊緣和斷裂體系的檢測(cè)，但很難預(yù)測(cè)出裂縫的發(fā)育特征，在預(yù)測(cè)結(jié)果上會(huì)顯示無(wú)效裂縫(如被富含碳酸鈣的物質(zhì)所充填的裂縫等)[2，3]。而疊前各向異性裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)是針對(duì)只有那些被油、氣、水等流體充填的裂縫才能顯示其方位各向異性特征，因此該方法可以有效地預(yù)測(cè)出有效裂縫發(fā)育帶及其發(fā)育特征。

1方法原理

地震波在地下介質(zhì)傳播過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各向異性的特征，按照表1設(shè)置雙層地質(zhì)模型的相關(guān)參數(shù)，從圖1中可以清楚地看出，上、下層都是各向同性介質(zhì)，反射系數(shù)不隨方位角的改變而變化，當(dāng)上層為各向同性介質(zhì)、下層是方位各向異性介質(zhì)(HTI介質(zhì))時(shí)，縱波反射系數(shù)不僅與入射角有關(guān)，而且隨方位角的改變出現(xiàn)周期性的變化。

表1　地質(zhì)模型參數(shù)

圖1　不同介質(zhì)間的反射系數(shù)隨方位角和入射角變化的曲面圖

在裂縫各向異性介質(zhì)縱波線性近似反演中，被廣泛采用的是Ruger反射系數(shù)[4]。Ruger裂縫模型介質(zhì)的縱波反射系數(shù)的近似公式為：

R(i,φ)≈12ΔZZ+12Δαα-2βα?è???÷2ΔGG+ΔδV+22βα?è???÷2Δγ?è??cos2(φm-φs){}sin2i+

(1)

式中：R(i,φ)是Ruger裂縫模型介質(zhì)的縱波反射系數(shù)，1；i為入射角，(°)；φ是方位角，(°)；Z是縱波垂直入射時(shí)的波阻抗，100g/(cm2·s)；-、Δ分別表示上、下2層介質(zhì)物理量的平均值、差值；α、β、εV、δV、γ是Thomsen參數(shù)，1；G是切向模量，Pa；φm是測(cè)線方位角，(°)；φs是反演得到的裂縫走向，(°)。

當(dāng)i較小時(shí)，可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化Ruger公式為：

AX=B

(2)

式中：A表示n行4列矩陣；X 是列向量；B 表示沒(méi)有噪聲的地震反射振幅。

式(2)是超定線性方程組，常規(guī)的裂縫反演問(wèn)題就是求解該方程組中未知量X的問(wèn)題。

很多學(xué)者應(yīng)用上述算法對(duì)許多地區(qū)寬方位地震資料進(jìn)行了裂縫預(yù)測(cè)[5～11]。但是，該算法進(jìn)行裂縫反演的不足之處在于，要應(yīng)用全(寬)方位采集的地震資料進(jìn)行反演，才能克服噪聲對(duì)反演結(jié)果的不利影響。而當(dāng)使用的地震資料為有限(窄)方位角時(shí)，含有噪聲的資料會(huì)使反演失效或不準(zhǔn)確。寬方位地震數(shù)據(jù)所需要的成本非常高，為了利用有限方位的地震資料進(jìn)行裂縫反演，可以采用特殊算法來(lái)壓制噪聲干擾[12，13]。在式(2)的基礎(chǔ)上，加入噪聲因子N，那么要求解的方程轉(zhuǎn)化為：

AX=B+N

(3)

通過(guò)奇異值分解的方法求解式(3)，將A進(jìn)行奇異值分解可得：

A=UWV

(4)

式中：U是n行4列正交矩陣；W是4行4列對(duì)角矩陣，對(duì)角元素是正值或0；V是4行4列正交矩陣。根據(jù)奇異值分解的方法求解A的廣義逆，可得：

X=(ATA)-1AT(B+N)=VTW-1UTB+VTW-1UTN

(5)

通過(guò)式(5)，可以將地震數(shù)據(jù)的有效信號(hào)項(xiàng)和噪聲項(xiàng)分開(kāi)。具體來(lái)說(shuō)，用一個(gè)很小的數(shù)乘以N，含噪聲部分的值接近0。

2主要技術(shù)流程

2.1資料處理

為了得到較理想的疊前各向異性裂縫反演結(jié)果，前期地震數(shù)據(jù)的處理尤為重要。疊前偏移對(duì)噪聲比較敏感，有放大噪聲的作用，因此做好疊前去噪是后續(xù)處理工作的基礎(chǔ)[14]。保幅處理是各向異性反演的基礎(chǔ)，保幅的核心就是消除非地質(zhì)因素對(duì)地震資料的干擾，恢復(fù)和保持儲(chǔ)層物性變化對(duì)地震波的影響，保持地震資料的真實(shí)性。圖2為不同方位數(shù)據(jù)的處理結(jié)果，可以看出，資料的信噪比和分辨率較高，不同方位的數(shù)據(jù)差異較小，減少了裂縫反演的誤差。真實(shí)的地震資料才能給裂縫反演提供可靠的振幅變化信息。

圖2　不同方位數(shù)據(jù)處理結(jié)果

圖3　方位角分布示意圖

2.2方位角分析

根據(jù)處理時(shí)所建立的觀測(cè)系統(tǒng)可知，該次研究屬于有限方位角采集?；谏鲜鼍C合處理后的疊前道集的方位角分析，選取6個(gè)方位角范圍，得到平均方位角分別為90、106、122、138、154、170°的6個(gè)方位角數(shù)據(jù)體(見(jiàn)圖3)。同時(shí)，在方位角分析中，由于單個(gè)CDP(共深度點(diǎn))的覆蓋次數(shù)較低，因此在處理中使用超面元，使各個(gè)方位都有盡可能高的疊加次數(shù)，提高方位各向異性分析的穩(wěn)定性和可信度。另外，為了使每個(gè)方位的覆蓋次數(shù)比較均勻，在反演時(shí)舍棄較小和較大的偏移距。

2.3角道集數(shù)據(jù)分析

在反演前的角道集地震數(shù)據(jù)中，抽取雷家地區(qū)線號(hào)L4654，偏移距為4010m的地震數(shù)據(jù)，分析各個(gè)CRP(共反射點(diǎn))的各向異性特征。結(jié)合層位解釋數(shù)據(jù)，確定對(duì)應(yīng)的旅行時(shí)間，在角道集中找到相應(yīng)位置，分析各向異性程度。如圖4所示，在T2472處，目的層Es4位于2850ms處，在106、138°方位上反射振幅能量較強(qiáng)；在T2398處，Es4位于2760ms處，138°方位振幅最強(qiáng)；在斷層T2380處，沒(méi)有明顯的層位反射振幅信息，即無(wú)方位各向異性顯示。由上述分析可知，Es4存在與方位變化有關(guān)的方位各向異性特征。

圖4　雷家地區(qū)幾個(gè)典型方位角道集(黑色虛線對(duì)應(yīng)Es4儲(chǔ)層頂)

3實(shí)際應(yīng)用效果分析

圖5　雷家地區(qū)杜家臺(tái)油組預(yù)測(cè)裂縫分布圖

3.1層位裂縫密度和方位

利用疊前各向異性裂縫預(yù)測(cè)方法，對(duì)雷家地區(qū)裂縫發(fā)育情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)合地震資料、井資料的統(tǒng)計(jì)分析以及該區(qū)的沉積特征，綜合預(yù)測(cè)研究區(qū)Es4白云巖整體裂縫密度高值沿北東-西南方向延伸，向東西兩端呈擴(kuò)散狀，西南部存在較多小型密度高值區(qū)域，范圍較廣。由圖5、6可知，研究區(qū)的裂縫發(fā)育整體呈北東-西南向，這與該區(qū)所受應(yīng)力相符。在主要油氣產(chǎn)區(qū)，如lei39井、lei15井區(qū)，方位各向異性整體呈片狀。將裂縫密度與生產(chǎn)情況較好的井進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)量較高的井分布在方位各向異性強(qiáng)-中強(qiáng)區(qū)域，這為使用各向異性進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即所選擇的有利區(qū)帶必須是方位各向異性存在的位置，也是方位各向異性不是特別強(qiáng)的位置，根據(jù)該規(guī)律，雷家地區(qū)劃分3塊主要裂縫發(fā)育區(qū)(圖5、6圈出部分)。

圖6　雷家地區(qū)高升油組預(yù)測(cè)裂縫分布圖

3.2過(guò)井剖面分析

圖7　過(guò)lei77井的裂縫密度剖面和成像測(cè)井對(duì)比圖　　　圖8　過(guò)lei88井的裂縫密度剖面與巖性及產(chǎn)油層段對(duì)比圖

在雷家地區(qū)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為產(chǎn)油井是裂縫發(fā)育的井，產(chǎn)油層段是裂縫發(fā)育的層段。如圖8所示，lei88井的裂縫密度剖面的高值區(qū)與產(chǎn)油層段相對(duì)應(yīng)，進(jìn)一步說(shuō)明了該技術(shù)反演結(jié)果的可靠性。

4結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)通過(guò)對(duì)雷家地區(qū)Es4白云巖裂縫型儲(chǔ)層進(jìn)行疊前方位各向異性反演，經(jīng)過(guò)分析，劃分出3塊主要裂縫密度高值區(qū)，通過(guò)與多種實(shí)際資料對(duì)比分析，符合度較高，證實(shí)了裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性，為下一步油氣預(yù)測(cè)提供了重要依據(jù)。

2)疊前方位各向異性裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)對(duì)裂縫的認(rèn)識(shí)得以量化，且成本相對(duì)較低，不僅可以用于預(yù)測(cè)碳酸鹽儲(chǔ)層裂縫發(fā)育區(qū)，也可以應(yīng)用于預(yù)測(cè)非常規(guī)油氣藏中的裂縫發(fā)育帶。

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[編輯]龔丹

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2016)5-0020-06

[中圖分類號(hào)]P631.44

[作者簡(jiǎn)介]劉寶(1980-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事地質(zhì)綜合研究工作，19679859@qq.com。

[基金項(xiàng)目]中石油天然氣股份有限公司科技重大專項(xiàng)(2012E-30)。

[收稿日期]2015-07-23

[引著格式]劉寶.疊前方位各向異性裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)在雷家地區(qū)的應(yīng)用研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2016,13(5):20～25.