李偉波，章學剛，汪 勇，桂志先，周 游，于曉東，趙 威

(1. 長江大學 油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室，湖北 武漢 430100; 2. 長江大學 工程技術學院，湖北 武漢 430100)

隨著全球油氣勘探程度的不斷增加，常規(guī)的構造油氣藏已越來越少。隱蔽式裂縫型油氣藏開始引起高度重視，開始成為新形勢下重要的勘探領域[1]。儲層裂縫的巖性識別、描述以及預測是裂縫型油氣藏勘探開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。裂縫作為一種特殊的構造，具有雙重作用，既可以作為油氣儲集空間，也能起到油氣運移的通道，在油氣勘探中扮演著重要的地位。裂縫儲層預測的難點在于：一是裂縫發(fā)育區(qū)的預測以及發(fā)育區(qū)的特征；二是裂縫發(fā)育區(qū)確定后，如何確定其發(fā)育程度。針對問題，最開始研究裂縫儲層采用的是直接觀察法，主要是對巖石露頭和巖心裂縫進行宏觀觀察和分析，但此方法局限性較大且預測精度低；為此袁士義等[2]首次系統(tǒng)的總結分析了裂縫的地質特征和裂縫的空間分布預測技術；測井方法也是一種有效的識別評價裂縫的方法，陳冬等[3]討論了裂縫在常規(guī)測井和成像測井上的不同響應特征及機理，綜合利用多種測井圖像來識別裂縫發(fā)育區(qū)；后來又陸續(xù)出現(xiàn)了螞蟻追蹤技術[4]、神經網絡技術[5]、疊前密度預測[6]和疊后多屬性分析[7]等方法來預測裂縫發(fā)育區(qū)。本文針對準噶爾盆地車排子石炭系地區(qū)火山巖裂縫儲層進行預測研究，火山巖油氣藏是一種非常復雜的隱蔽式油氣藏，火山巖巖體分布形式繁多，儲集體非均質性嚴重，含油性錯綜復雜，為此采用地球物理正演模擬方法來明確火山巖裂縫儲層發(fā)育特征；采用多屬性、多信息、多技術的綜合預測方法來進行有利裂縫儲層的精準預測。

1 研究區(qū)概況

車排子凸起位置處于克拉瑪依市沙灣縣，一級構造單元屬準噶爾盆地西部隆起，東面緊鄰紅車斷裂帶，南面為南緣沖斷帶的四棵樹凹陷，北西伸入扎伊爾山山前(如圖1)。車排子地區(qū)位于準噶爾盆地西北緣沖斷帶前端，構造運動劇烈，斷裂十分發(fā)育。這些斷裂依據(jù)斷裂性質和斷裂走向，可分為兩組。一組是海西—印支期形成、后期持續(xù)活動、從石炭系斷至侏羅系底部的一系列近南北走向的逆沖、逆掩斷裂；另一組為喜山期形成的從石炭系斷至新近系的張性正斷裂該凸起是一個海西晚期形成且繼承性發(fā)育的古凸起，海西晚期以來，凸起區(qū)一直為車排子地區(qū)構造最高部位，長期處于沙灣和四棵樹兩個生烴凹陷油氣運移指向區(qū)，石炭系儲層主要為火山巖。

圖1 準噶爾盆地西北緣構造單元

2 巖石物理特性分析

2.1 儲集空間巖相特性

根據(jù)巖相，巖石薄片和鑄體薄片等資料的綜合分析觀察，歸納出車排子石炭系火山巖儲集空間大致可分為如下幾種：孤立孔隙型(14%)、連通孔隙型(22%)、裂縫型(2%)、裂縫孔隙型(27%)和孔—縫—洞型(35%)。但從總體上主要可劃為三大類：裂縫—孔隙型、孔隙—裂縫型和裂縫型。通過對該地區(qū)79個樣本孔隙度、滲透率進行調查統(tǒng)計，總體表現(xiàn)低孔—低滲透；但不同類型火山巖亞相都可以形成有利儲層，車排子石炭系地區(qū)主要是火山頸亞相、近火山口亞相和溢流相下部亞相為主，孔隙度接近于10%，滲透率接近0.1×10-3μm2，主要發(fā)育的巖石類型有安山巖(如圖2a，裂縫發(fā)育)、同生角礫熔巖以及角礫熔巖，總體上這三種亞相有較好的儲層物性；相對而言其他的亞相，如：遠火山口亞相、火山碎屑沉積亞相等發(fā)育的巖石類型為沉凝灰?guī)r、凝灰?guī)r、熔結凝灰?guī)r(如圖2b，裂縫較發(fā)育)及部分火山角礫巖，鏡下觀察分析，除了火山角礫巖以外，原生孔隙均不發(fā)育，且沒有受到次生作用影響，次生孔隙也不發(fā)育。雖然火山角礫巖的孔隙度和滲透率都很高，但僅僅局限于火山角礫巖發(fā)育的位置，此外凝灰?guī)r局部地區(qū)受到斷層的影響，略見微裂隙發(fā)育。但總體上來說，這些亞相的孔隙度、滲透率都不高，因此物性較差。

a 安山巖裂縫 b 凝灰?guī)r裂縫

圖2 裂縫發(fā)育較好巖性野外裂縫照片

2.2 裂縫特征描述

根據(jù)本區(qū)石炭系火山巖巖相特征及成像測井裂縫玫瑰花圖，采用疊前裂縫方位預測方法對研究區(qū)進行裂縫方位的預測，預測結果與實際的成像測井裂縫玫瑰花圖吻合較高，基本一致(如圖3)。

圖3 疊前裂縫走向預測玫瑰花圖

本區(qū)發(fā)育四組裂縫：即近南北向(SN)、東西向(EW)、北東東向(NEE)和北北西(NNW)向。從排66井區(qū)石炭系裂縫走向構造圖中可以看出(如圖4)，裂縫走向與斷裂走向基本一致，受到斷裂構造作用影響較大，裂縫發(fā)育程度受構造應力的控制，離斷層越近，裂縫的發(fā)育越好；不同走向上的裂縫，其發(fā)育程度差異也較大，屬南北向裂縫最為發(fā)育。

圖4 排66井區(qū)石炭系裂縫走向統(tǒng)計

3 裂縫段地球物理響應分析

裂縫的形成受多種因素控制，其物理屬性復雜，橫向、縱向變化大，表現(xiàn)出很強的各向異性[8]。裂縫多為后期生成，不像其他油氣藏具有相應的沉積環(huán)境特征，所以裂縫性油氣藏比常規(guī)油氣藏更難于勘探。由于裂縫的復雜性，井與井之間的裂縫方向和密度的預測難于依靠井中結果的外推，當探區(qū)測井資料數(shù)據(jù)不足時，就必須尋找其他方法。本文通過對研究區(qū)實際地質模型進行地震數(shù)值模擬，以此為基礎來分析裂縫段地震響應特征。

3.1 正演模擬基本原理

有限差分法是最常用的一種正演模擬方法，它將波動方程中波場函數(shù)的空間導數(shù)和時間導數(shù)用相應空間和時間的差分來代替。有限差分一般基于笛卡爾坐標系中的規(guī)則網格，在模擬復雜地質構造和復雜地質體的復雜界面時，必然會出現(xiàn)階梯狀的邊界，容易產生繞射波；對此往往采用精細網格，而這將導致計算量的增大，為此利用交錯網格數(shù)值模擬能很好的解決問題[9]，本文利用三維速度—應力方程交錯網格有限差分彈性波數(shù)值模擬方法[10]，使得地震數(shù)值模擬對地震波在彈性介質中傳播模擬能力有了明顯提高。

從建立波動方程的三個基本方程(位移與應變方程、位移與應力方程和應力與應變方程)出發(fā)，可以推導出以壓力P和體變系數(shù)K的三維聲波方程一般式子。

(1)

對聲波方程進行降階處理，利用位移與質點速度的關系，得到一階壓力—速度方程：

(2)

對式(2)左邊時間域求導采用中心差分格式；

O(Δx2)

(3)

考慮到交錯網格的網格化，空間域求導采用交錯網格一階導數(shù)高階精度中心差分計算公式：

(4)

而交錯網格和常規(guī)網格不同的是：交錯網格中壓力P、K放在整網格上，不同速度分量分別放在其半網格上；最后帶入到壓力—速度方程，整理得到三維聲波交錯網格有限差分方程格式為：

(5)

3.2 模型建立及數(shù)值模擬

根據(jù)車排子石炭系地區(qū)的油藏剖面及地震剖面，建立了過排60和排66的地震地質模型(如圖5)，在石炭系地層不同的位置有不同程度的裂縫發(fā)育，其中，排60和排66井位置裂縫較發(fā)育，在模型的左側，設置了無裂縫發(fā)育區(qū)，目的是為了比較裂縫發(fā)育區(qū)的地震波場特征，指導裂縫預測。

圖5 過排60—排66井石炭系火山巖裂縫地震地質模型

對模型進行波動方程的正演模擬，得到地震波到達裂縫發(fā)育區(qū)與無裂縫發(fā)育區(qū)的波場快照(如圖6)，我們可以看到，與無裂縫發(fā)育區(qū)相比，在地震波到達裂縫區(qū)時，由于裂縫的散射使得反射波雜亂，繞射波相互干涉疊加，造成波前面出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)、模糊的現(xiàn)象。從檢波器記錄的單炮點地震記錄對比圖(如圖7)可得，在位于裂縫發(fā)育區(qū)的單炮點記錄相較與無裂縫發(fā)育區(qū)，波形更為雜亂無序。

a 無裂縫發(fā)育區(qū) b 裂縫發(fā)育區(qū)

圖6 波動方程數(shù)值模擬波場快照

a 無裂縫發(fā)育區(qū) b 裂縫發(fā)育區(qū)

圖7 單炮點地震記錄對比

4 多信息綜合裂縫預測有利勘探區(qū)

車排子石炭系火山巖地區(qū)由于其裂縫發(fā)育程度不均勻，規(guī)模不清，單用一種方法進行儲層預測研究，僅有的信息很難以準確地判斷出裂縫發(fā)育密集地區(qū)，從而勾畫出勘探區(qū)的有利裂縫發(fā)育區(qū)域。考慮到工區(qū)的實際預測難度，本文采用多方法、多技術、多信息的思路進行了綜合裂縫預測的研究[11]。主要分析方法有：疊后相干體裂縫預測方法、神經網絡裂縫預測方法、螞蟻追蹤預測方法、疊前AVOA裂縫預測方法的結果等，根據(jù)其不同方法預測的有利區(qū)域分布規(guī)律各不相同，各有特點的性質，對實際勘探帶進行綜合評價。并把對目標區(qū)綜合預測的結果與實際生產井資料進行了對比(如表1)。通過對比綜合分析，評選有效方法，并對勘探區(qū)井位提出建議。

表1 裂縫儲層預測結果綜合評價對比

如表1所示，統(tǒng)計了每種預測方法圈定的高產預測區(qū)中總井數(shù)(如相干體分析中預測高產區(qū)中有13口井)和其中實際資料顯示為高產井的數(shù)量(如相干體分析中預測區(qū)實際高產井數(shù)量為8口)，并求出高產井吻合率以衡量各方法的準確性?？梢钥闯霪B前裂縫預測技術吻合率是最高的，但是由于其根據(jù)地震各向異性來定量計算裂縫發(fā)育密度和方位的計算過程較為繁瑣，我們也可以采用計算過程相對簡單，吻合率也很高的波形分類法和疊后統(tǒng)計反演法。神經網絡算法是將地震屬性與測井資料綜合分析的方法，其精確度高于單一的地震屬性分析。根據(jù)裂縫預測綜合評價表的對比分析，優(yōu)選出了反射強度、神經網絡、波形分類和疊后統(tǒng)計反演這4種吻合率較高的預測方法(如圖8)，再結合效果較好的疊前裂縫預測的資料，綜合考慮到勘探區(qū)實際硬殼(蓋層)和毯砂(運移)范圍，如圖8f，粗線以東均有“毯砂”分布，是石炭系良好的油氣“運移毯”，可以使油氣與石炭系有效對接。圖8e所示為硬殼分布范圍。勾畫出如圖9a所示的預測有利區(qū)，從圖中可以看出，預測有利區(qū)I、II類與實際的勘探成果有利區(qū)(圖9b)能夠很好的對應匹配，很好的達到了預期效果。對于指導實際的勘探工作起到了良好的作用。

5 結 論

本次研究，以車排子東翼石炭系火山巖裂縫儲層為主要目標，綜合研究了車排子地區(qū)石炭系火山巖的構造、儲層、裂縫等特性，為裂縫儲層預測奠定了基礎和依據(jù)；利用地震數(shù)值模擬技術建立了裂縫發(fā)育區(qū)與不發(fā)育區(qū)(過井模型等)的地震地質模型，分析了裂縫段的地震波場響應特征，指導了實際資料的裂縫儲層預測；采用了多種方法進行裂縫預測研究，其中疊前裂縫預測技術吻合率最高。疊后預測方法吻合率較高的有波形分類法、疊后統(tǒng)計反演法和神經網絡算法等。多種方法綜合分析預測出儲層的有利區(qū)域，并與實際的勘探成果區(qū)進行對比，能夠很好的吻合實際有利區(qū)，很好的指導了勘探區(qū)的井位部署。

圖8 多方法儲層預測有利區(qū)域

a 車排子地區(qū)多方法預測有利區(qū) b 車排子地區(qū)勘探成果

圖9 車排子地區(qū)多方法預測儲層有利區(qū)與實際勘探成果圖對比

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