陳 超,印興耀,陳祖慶,劉曉晶

(1.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;2.中國(guó)石油化工股份有限公司勘探分公司,四川成都610041)

四川盆地及周緣頁(yè)巖氣地質(zhì)資源豐富,在“二元富集”理論[1]的指導(dǎo)下,南方海相五峰-龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)取得重大突破,焦石壩、長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)等頁(yè)巖氣田的發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了我國(guó)頁(yè)巖氣行業(yè)快速發(fā)展。勘探地球物理技術(shù)貫穿頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)整個(gè)過(guò)程,發(fā)揮了關(guān)鍵作用[2],形成了適合我國(guó)南方中淺層平穩(wěn)構(gòu)造區(qū)的海相頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”地震預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)體系,包括基于疊前高精度密度反演有機(jī)碳含量(TOC)的預(yù)測(cè)技術(shù)[3]、多元回歸脆性指數(shù)預(yù)測(cè)技術(shù)[4]、壓力系數(shù)預(yù)測(cè)技術(shù)[5]、二元約束含氣量預(yù)測(cè)技術(shù)[6]等,有效支撐了南方海相頁(yè)巖氣的勘探及開(kāi)發(fā)。目前,美國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)由中淺層向深層逐漸拓展,Haynesville、Eagle Ford和CanaWoodford這3個(gè)埋深為3500～4100m的深層頁(yè)巖氣藏已實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)發(fā),正在探索更深(埋深4500m左右)的Hilliard-Baxter和Mancos頁(yè)巖氣藏[7-8]。中國(guó)深層(埋深≥4000m)頁(yè)巖氣資源量遠(yuǎn)大于中淺層的頁(yè)巖氣資源量,2015年以來(lái)已取得了系列勘探突破,單井測(cè)試最高產(chǎn)量達(dá)137.9×104m3/d,揭示了良好的勘探前景和巨大勘探潛力[9]。但是,深層頁(yè)巖地層溫度較高,頁(yè)巖塑性增強(qiáng),地應(yīng)力較大且應(yīng)力差值高,導(dǎo)致裂縫起裂及延伸困難,體積壓裂改造難度大[10]。工程可壓裂性是制約深層頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的核心問(wèn)題。

前人針對(duì)工程“甜點(diǎn)”的研究形成了一些認(rèn)識(shí)[11-13],脆性指數(shù)及裂縫發(fā)育可表征深層頁(yè)巖地層能否壓開(kāi),可結(jié)合破裂壓力聯(lián)合分析;地應(yīng)力差可以評(píng)價(jià)能否壓裂形成縫網(wǎng),可結(jié)合壓裂G函數(shù)或者微地震展開(kāi)評(píng)價(jià)。目前,針對(duì)深層頁(yè)巖氣勘探的工程“甜點(diǎn)”地球物理參數(shù)不完全明確,尤其缺少針對(duì)性地震預(yù)測(cè)技術(shù);常用的礦物脆性指數(shù)只能反映頁(yè)巖氣儲(chǔ)層靜態(tài)指標(biāo)的變化,不能反映脆性隨深度的變化特征;地應(yīng)力的理論研究較多,實(shí)際應(yīng)用仍不完全成熟。本文進(jìn)一步結(jié)合大量巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)及鉆井壓裂施工參數(shù),分析DS地區(qū)可表征深層頁(yè)巖氣工程“甜點(diǎn)”的敏感地球物理參數(shù),建立針對(duì)性地震預(yù)測(cè)模型,利用OVT域疊前地震資料,形成脆性指數(shù)、裂縫及地應(yīng)力差地震預(yù)測(cè)技術(shù),期望取得良好的應(yīng)用效果。

1 研究區(qū)概況

DS研究區(qū)主體位于重慶市綦江縣境內(nèi),距離涪陵頁(yè)巖氣田150km,構(gòu)造位置位于四川盆地東南部盆緣褶皺帶,形態(tài)上表現(xiàn)為一個(gè)向盆內(nèi)延伸的鼻狀構(gòu)造(圖1)。該區(qū)五峰組-龍馬溪組一段一亞段為典型的深水陸棚沉積環(huán)境,發(fā)育了一套黑色碳質(zhì)泥頁(yè)巖。共完鉆6口重點(diǎn)探井,早期DY1井及DY3井鉆探頁(yè)巖氣層埋深小于3000m,但保存條件較差,勘探效果一般,近期勘探逐步向深層探索,DY4井、DY5井及DYS1井均試獲高產(chǎn)頁(yè)巖氣流,產(chǎn)量分別為20.56×104,16.33×104,31.18×104m3/d。研究區(qū)頁(yè)巖整體具有有機(jī)碳含量高、有機(jī)質(zhì)類型好、熱演化程度適中、脆性礦物含量高等特征;同時(shí)距離齊岳山斷裂的遠(yuǎn)近、埋深、頁(yè)巖氣層頂板特征,共同決定了該地區(qū)保存條件的差異;隨著埋深的增大,水平擴(kuò)散影響逐漸減少,保存條件好,壓力系數(shù)高[14-15],該區(qū)深層頁(yè)巖氣具有良好的富集條件。

圖1 DS研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置

2 工程“甜點(diǎn)”地震預(yù)測(cè)技術(shù)

2.1 深層頁(yè)巖脆性指數(shù)構(gòu)建與預(yù)測(cè)方法

2.1.1 基于塑延性轉(zhuǎn)換敏感因子的頁(yè)巖脆性指數(shù)

通常利用礦物脆性指數(shù)開(kāi)展頁(yè)巖地層脆性評(píng)價(jià),目前基于地震資料的脆性指數(shù)預(yù)測(cè)方法主要以基于礦物脆性指數(shù)為目標(biāo)[4,16],沒(méi)有體現(xiàn)埋深變化對(duì)脆性的影響。DS地區(qū)礦物脆性指數(shù)為52%～54%,差異不大,但隨著埋深、地層圍壓的增加,巖石破裂壓力及難度顯著增大,礦物脆性指數(shù)與破裂壓力相關(guān)性差,不能有效評(píng)價(jià)地層可壓性(圖2)。

圖2 DS地區(qū)礦物脆性指數(shù)與破裂壓力的交會(huì)結(jié)果

侯振坤等[17]針對(duì)龍馬溪組頁(yè)巖脆性特征進(jìn)行了詳細(xì)的試驗(yàn)研究,基于跌落系數(shù)、應(yīng)力降系數(shù)、軟化模量定義了頁(yè)巖綜合脆性指數(shù):

BI=αB1+βB2+γB3

(1)

式中:B1,B2,B3分別為與跌落系數(shù)、應(yīng)力降系數(shù)、軟化模量相關(guān)的巖石力學(xué)參數(shù);α,β,γ分別表示B1,B2,B3在脆性評(píng)價(jià)中的權(quán)重,且α+β+γ=1。

在不同有效圍壓條件下,采用相同方法開(kāi)展DS地區(qū)重點(diǎn)探井優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段巖石力學(xué)試驗(yàn)。研究結(jié)果表明,隨著埋深及有效圍壓的增大,頁(yè)巖會(huì)發(fā)生脆塑性轉(zhuǎn)換,圍壓從0增加至80MPa,頁(yè)巖綜合脆性指數(shù)由0.8696減小到0.6586,降幅達(dá)24.3%(表1)。同時(shí),鑒于楊氏模量和泊松比是反映巖石力學(xué)性質(zhì)的兩個(gè)關(guān)鍵力學(xué)參數(shù),進(jìn)行了重點(diǎn)對(duì)比分析,結(jié)果表明,楊氏模量與圍壓相關(guān)性差(圖3a),并不能有效反映脆性隨深度變化的脆性特征,利用楊氏模量的Rickman公式[18]并不適用于DS地區(qū)頁(yè)巖的脆性評(píng)價(jià);同時(shí)可以明顯看出,泊松比與有效圍壓具有較好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)達(dá)0.81(圖3b),其線性關(guān)系可表示為:

圖3 楊氏模量(a)及泊松比(b)隨圍壓變化的結(jié)果

表1 川東南五峰—龍馬溪組頁(yè)巖脆性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

ν=aPeff+b

(2)

式中:ν為泊松比;a,b為回歸系數(shù),Peff為有效圍壓。

我們對(duì)比分析了相同脆性礦物含量下泊松比隨圍壓的變化規(guī)律以及相同圍壓下泊松比隨脆性礦物含量的變化規(guī)律(圖4),可以看出,有效圍壓相同時(shí),泊松比隨著脆性礦物的增加而緩慢降低(圖4中橙色箭頭),脆性礦物含量由35%增加至60%時(shí),泊松比由0.22減小至0.20,相對(duì)減少10%;脆性礦物含量相同時(shí),泊松比隨著圍壓的增加而增加(圖4中藍(lán)色箭頭),表征巖樣塑性增強(qiáng),脆性降低,其變化幅度大于泊松比隨脆性礦物含量的變化幅度。

圖4 泊松比、脆性礦物含量和有效圍壓的交會(huì)結(jié)果

礦物脆性反映單井縱向上脆性的變化,不能反映平面上脆性隨深度的變化,而巖石力學(xué)參數(shù)泊松比反映脆性隨圍壓的變化趨勢(shì),是脆性變化的低頻趨勢(shì),將二者結(jié)合起來(lái),基于泊松比引入深層脆塑性轉(zhuǎn)換因子,構(gòu)建深層頁(yè)巖脆性指數(shù),對(duì)礦物脆性指數(shù)進(jìn)行修正:

BId=f(ν)·BIm

(3)

式中:BIm為礦物脆性指數(shù);BId為深層脆性指數(shù);f(ν)為塑延性轉(zhuǎn)換敏感因子。

泊松比增加表明脆性降低,為了使f(ν)與脆性的變化趨勢(shì)一致,將f(ν)表示為泊松比的倒數(shù)形式,同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)f(ν)對(duì)BIm的校正作用,利用研究區(qū)最大有效圍壓和最小有效圍壓的泊松比的平均值對(duì)其進(jìn)行歸一化處理,將塑延性轉(zhuǎn)換敏感因子f(ν)表示為:

(4)

式中:ν(Peffmax),ν(Peffmin)分別為研究區(qū)最大和最小有效圍壓下的泊松比。其中有效圍壓可以通過(guò)埋深和孔隙壓力推算得到:

(5)

式中:g是重力加速度;ρ(z)是密度;z是深度;Pp是孔隙壓力。

利用公式(3)和公式(4)開(kāi)展單井計(jì)算測(cè)試,由計(jì)算結(jié)果可知f(ν)在1附近變化,當(dāng)f(ν)>1時(shí),則脆性增強(qiáng),當(dāng)f(ν)<1時(shí),則脆性降低?；赗ickman公式計(jì)算的DY1井(頁(yè)巖埋深2054m)、DY3井(頁(yè)巖埋深2272m)及DY2井(頁(yè)巖埋深4367m)脆性指數(shù)基本相當(dāng),如圖5中淺藍(lán)色曲線,與深度無(wú)明顯相關(guān)性,且未體現(xiàn)出自上而下脆性增大的趨勢(shì),其原因?yàn)?楊氏模量影響因素復(fù)雜,不適用于脆性評(píng)價(jià);利用本文方法計(jì)算的新脆性指數(shù)如圖5中紅色曲線所示,可以明顯看出,自上而下脆性增強(qiáng),與石英等脆性礦物含量增加的特征(圖5中藍(lán)色曲線)一致,同時(shí)隨著頁(yè)巖埋深的增加,DY1井和DY2井的脆性指數(shù)呈現(xiàn)明顯降低趨勢(shì),與巖石力學(xué)變化特征一致,DY2井深度超過(guò)4300m,脆性指數(shù)基本小于50%,降低明顯。

圖5 DY1井(a)、DY3井(b)和DY2井(c)新脆性指數(shù)、礦物脆性指數(shù)與Rickman脆性指數(shù)對(duì)比

2.1.2 脆性指數(shù)地震預(yù)測(cè)及效果分析

基于上述分析可知,泊松比是開(kāi)展深層脆性指數(shù)預(yù)測(cè)的關(guān)鍵參數(shù)。為實(shí)現(xiàn)泊松比的高精度反演,基于宗兆云等[19]提出的楊氏模量-泊松比-密度(YPD)彈性阻抗反演方程開(kāi)展泊松比直接反演,以減小累計(jì)誤差,提高預(yù)測(cè)精度。YPD彈性阻抗方程為:

(6)

式中:E0,ν0和ρ0分別定義為楊氏模量E、泊松比ν和密度ρ的平均值;A0為縱波阻抗的均值,通過(guò)A0的標(biāo)定,可以使函數(shù)變得更加穩(wěn)定。

從圖6可以看出,泊松比反演結(jié)果與單井實(shí)測(cè)結(jié)果基本一致,隨著深度的增大,DY1井、DY3井和DY2井的泊松比不斷增大,頁(yè)巖脆性明顯有降低的趨勢(shì)。基于新建立的深層脆性指數(shù)(公式(3))完成了DS地區(qū)五峰組—龍馬溪組一段優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖脆性指數(shù)的預(yù)測(cè),結(jié)果如圖7所示,可以看出,預(yù)測(cè)結(jié)果很好地體現(xiàn)了隨埋深增加的塑延性變化趨勢(shì)特征,同時(shí)由于泊松比的橫向變化,反映出脆性的平面細(xì)節(jié)變化特征。比較工區(qū)內(nèi)已鉆井的脆性預(yù)測(cè)結(jié)果與破裂壓力的關(guān)系可以看出,優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖脆性與破裂壓力有良好相關(guān)性,脆性指數(shù)越高,破裂壓力越低,預(yù)測(cè)DY5井的脆性指數(shù)高于DY4井的脆性指數(shù)(表2),與實(shí)際結(jié)果匹配較好。

表2 川東南DS地區(qū)探井脆性指數(shù)預(yù)測(cè)對(duì)比

圖6 泊松比反演結(jié)果與單井實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比

圖7 DS地區(qū)優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖新脆性指數(shù)預(yù)測(cè)平面

2.2 基于OVT域數(shù)據(jù)的疊前裂縫地震預(yù)測(cè)技術(shù)

高角度裂縫發(fā)育的地層(HTI介質(zhì))導(dǎo)致地震波在不同傳播方向的振幅、衰減、彈性性質(zhì)等屬性隨方位的變化而變化。研究人員提出了多種基于縱波方位各向異性信息識(shí)別天然微裂縫的預(yù)測(cè)方法,如AVAz技術(shù)[20-22]等。但是研究區(qū)處于四川盆地盆緣復(fù)雜構(gòu)造區(qū),地表起伏大、巖性橫向變化快,地震資料振幅能量的保幅性及一致性處理要求極高,實(shí)際資料難以達(dá)到上述技術(shù)的要求,未能取得較好的預(yù)測(cè)效果。HTI介質(zhì)下地震波傳播速度的差異可表現(xiàn)為地震波同相軸旅行時(shí)的差異,固定入射角情形下,不同方位旅行時(shí)可近似為橢圓,進(jìn)而可以預(yù)測(cè)裂縫強(qiáng)度及其走向,即VVAz技術(shù)。本次研究基于DS地區(qū)OVT域數(shù)據(jù)分析旅行時(shí)隨方位變化的特征,盡量避免了AVAz技術(shù)因能量一致性處理而造成的裂縫預(yù)測(cè)誤差,形成了方位旅行時(shí)橢圓擬合裂縫預(yù)測(cè)新技術(shù),尤其是針對(duì)五峰組—龍馬溪組深層頁(yè)巖氣地震反射層穩(wěn)定,旅行時(shí)易于自動(dòng)拾取等特點(diǎn),取得了一定效果。

2.2.1 裂縫方位各向異性響應(yīng)分析

通過(guò)偏移距向量片(OVT域)單次覆蓋地震數(shù)據(jù)全三維分方位處理,可充分挖掘?qū)?全)方位三維地震方位信息和改善成像品質(zhì),為裂縫預(yù)測(cè)提供豐富的疊前數(shù)據(jù)信息。單井的巖心裂縫分析結(jié)果以及成像測(cè)井分析結(jié)果均表明,DS地區(qū)頁(yè)巖層內(nèi)高角度裂縫均較為發(fā)育(圖8,圖9)。抽取了DY4井井旁道OVT域道集,分析所有方位的五峰組底界反射同相軸的旅行時(shí),可以看出,不同的方位存在明顯的旅行時(shí)差異,即旅行時(shí)各向異性特征(圖10)。

圖8 DY4井(a)與DY5井(b)成像測(cè)井裂縫發(fā)育

圖9 DY4巖心高角度裂縫發(fā)育

圖10 DY4井區(qū)OVT域疊前道集(a)及旅行時(shí)隨方位變化(b)

2.2.2 方位旅行時(shí)差異裂縫地震預(yù)測(cè)技術(shù)

RüGER[23]研究發(fā)現(xiàn),縱波的方位各向異性信息可以近似為一個(gè)橢圓,即可以利用最小二乘橢圓擬合法(RüGER橢圓)或者傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)進(jìn)行各向異性小尺度裂縫檢測(cè)。首先求取分方位角的地震同相軸旅行時(shí)T與全疊加同相軸旅行時(shí)T0的時(shí)差,并將其投影在實(shí)際觀測(cè)三維坐標(biāo)中,得到直角坐標(biāo)系中的x分量與y分量:

(7)

其中,φ是與疊前道集相關(guān)的分方位角。

利用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)原理,針對(duì)方位旅行時(shí)間得到的x與y分量進(jìn)行橢圓擬合,標(biāo)準(zhǔn)的橢圓方程表示為:

(8)

式中:θ是與裂縫相關(guān)的方位角;a,b為確立橢圓的參數(shù)。當(dāng)a>b時(shí),a為橢圓長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度,b為橢圓短軸的長(zhǎng)度;當(dāng)a=b時(shí),公式(8)為標(biāo)準(zhǔn)圓,表明裂縫不發(fā)育。

采用最小二乘法求解(8)式,可以得到橢圓的長(zhǎng)、短軸大小以及與裂縫相關(guān)的方位角,橢圓短軸指示裂縫走向,長(zhǎng)短軸之比指示裂縫發(fā)育強(qiáng)度(圖11)。

圖11 方位旅行時(shí)差異橢圓擬合示意

針對(duì)該方法采取各向異性正演模擬進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。由于HTI介質(zhì)中的縱波速度隨入射角和方位角的變化而變化,地震同相軸的振幅、旅行時(shí)也將隨著入射角和方位角的變化而變化,設(shè)計(jì)如圖12所示的3層模型開(kāi)展正演模擬分析。圖12中,上覆與下伏地層均為各向同性地層,中間地層為HTI介質(zhì),各地層彈性參數(shù)如表3所示。采用主頻35Hz的雷克子波正演的道集如圖13所示,在入射角相對(duì)較大(20°～25°)時(shí),可以明顯看出,隨著方位角的變化,HTI介質(zhì)地層出現(xiàn)旅行時(shí)周期性變化,據(jù)此即可進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè)。

圖12 裂縫介質(zhì)模型示意

圖13 裂縫介質(zhì)模型正演道集

表3 裂縫介質(zhì)模型參數(shù)

2.2.3 裂縫地震預(yù)測(cè)及效果分析

在實(shí)際地震預(yù)測(cè)研究中,首先需做好OVT域道集預(yù)處理,如未校正目的層上部地層方位旅行時(shí)各向異性,錯(cuò)誤地將目的層上部地層的方位旅行時(shí)各向異性累積到了目的層,會(huì)影響目的層預(yù)測(cè)精度。采用的方法是:①針對(duì)目的層頂界面反射波同相軸進(jìn)行校平處理,校正后的數(shù)據(jù)更能真實(shí)反映目的層的各向異性特征(圖14);②針對(duì)校平后地震道集數(shù)據(jù)進(jìn)行方位角劃分與疊加,獲得多個(gè)分方位疊加數(shù)據(jù),拾取所述分方位疊加數(shù)據(jù)的目的層地震同相軸旅行時(shí)開(kāi)展解釋,進(jìn)而通過(guò)橢圓擬合可預(yù)測(cè)裂縫發(fā)育強(qiáng)度和方位。

圖14 疊前道集上覆地層各向異性校正前(a)、后(b)對(duì)比

針對(duì)五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層段底界反射開(kāi)展了橢圓擬合裂縫預(yù)測(cè)。DY4井、DY5井導(dǎo)眼井處預(yù)測(cè)的優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段高角度裂縫發(fā)育(圖15),與成像測(cè)井解釋結(jié)果的吻合度較高,如DY4井深3700～3725m內(nèi)高角度裂縫發(fā)育,DY5井深3800～3825m內(nèi)高角度裂縫發(fā)育。分析預(yù)測(cè)結(jié)果可知,裂縫的發(fā)育程度明顯表現(xiàn)出對(duì)水平井水力壓裂施工有重要影響。DY5HF井各段破裂壓力(地面)為93.60～105.73MPa,大多低于100.00MPa,平均為98.69MPa;DY4HF井各段破裂壓力為97.65～106.47MPa,大多高于100.00MPa,平均為103.19MPa。分析后認(rèn)為,DY5HF井裂縫更為發(fā)育,有效降低了深層頁(yè)巖破裂壓力,預(yù)測(cè)結(jié)果與工程壓裂施工破裂壓力相吻合。

圖15 DS地區(qū)基于方位旅行時(shí)差異裂縫強(qiáng)度預(yù)測(cè)結(jié)果的平面展示

2.3 水平地應(yīng)力差地震預(yù)測(cè)方法

地應(yīng)力是決定所生成裂縫的形態(tài)、方位以及延伸方向的關(guān)鍵因素,水平應(yīng)力差異系數(shù)(DHSR)是有效的表征參數(shù)[24],低DHSR值表明其所在區(qū)域在水力壓裂施工時(shí),容易被壓裂成復(fù)雜縫網(wǎng);高DHSR值容易被壓裂成定向排列的裂縫,縫網(wǎng)復(fù)雜程度較差。馬妮等[25]基于地應(yīng)力的基礎(chǔ)理論以及地震各向異性介質(zhì)地震巖石物理理論,推導(dǎo)建立了地應(yīng)力差系數(shù)與各種彈性參數(shù)、各向異性參數(shù)之間的定量關(guān)系:

(9)

其中,μ為剪切模量,ZN為裂縫的法向柔度,γ為各向異性參數(shù),這3個(gè)參數(shù)均可通過(guò)疊前各向異性反演獲取。法向柔度(ZN)與法向弱度(ΔN)的關(guān)系為:

(10)

其中,λ為拉梅參數(shù),μ為剪切模量,ΔN為裂縫的法向弱度。ΔN的表達(dá)式為:

(11)

式中:g為橫波速度與縱波速度比的平方;ε(v)為高角度縫各向異性參數(shù),可以通過(guò)疊前各向異性反演獲取。

基于方位地震數(shù)據(jù)的地應(yīng)力反演方法,首先要開(kāi)展方位彈性阻抗反演,若對(duì)不同方位的部分疊加數(shù)據(jù)分別開(kāi)展彈性阻抗反演,則可能導(dǎo)致不同方位的反演結(jié)果不具有一致性,從而造成預(yù)測(cè)精度降低。對(duì)于同一套地層而言,不同方位、不同入射角的彈性阻抗應(yīng)具有相同的地層結(jié)構(gòu),只是不同方位的彈性阻抗值不同。將同一采樣點(diǎn)的不同方位角、不同入射角的反射系數(shù)組合,組內(nèi)反射系數(shù)呈高斯分布,組與組之間滿足修正柯西分布?；谪惾~斯理論框架,建立組稀疏彈性阻抗反演目標(biāo)函數(shù)(如(12)式),保證了不同方位彈性阻抗采樣點(diǎn)一致性。

(12)

求解(12)式得到不同方位角、不同入射角的彈性阻抗數(shù)據(jù)體,再利用馬妮等[25]提出的方法流程,同時(shí)充分考慮測(cè)井各向異性巖石物理先驗(yàn)信息,實(shí)現(xiàn)各向異性參數(shù)ε(v)的反演,最后應(yīng)用(9)式至(11)式,結(jié)合彈性模量的反演,實(shí)現(xiàn)水平地應(yīng)力差異系數(shù)五維地震預(yù)測(cè)。

從DY5HF井的DHSR反演預(yù)測(cè)剖面(圖16)可以明顯看出,在優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖段具有較低的水平應(yīng)力差系數(shù),具備形成縫網(wǎng)的能力。DY5HF井各段壓裂G函數(shù)顯示5～12段壓裂裂縫整體復(fù)雜程度高(圖17),形成了復(fù)雜網(wǎng)縫,預(yù)測(cè)剖面(圖16)中5～12段地應(yīng)力差系數(shù)較低,與實(shí)際壓裂效果一致。

圖17 DY5HF井壓裂施工G函數(shù)

3 工程“甜點(diǎn)”綜合預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)

前文研究結(jié)果表明,脆性指數(shù)、裂縫及地應(yīng)力差是評(píng)價(jià)本區(qū)深層頁(yè)巖氣能否實(shí)現(xiàn)體積改造的工程“甜點(diǎn)”,脆性指數(shù)越高,儲(chǔ)層裂縫越發(fā)育,頁(yè)巖越容易壓開(kāi),破裂壓力越低;地應(yīng)力差越小,越容易壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng),增加改造體積。我們?cè)诖嘶A(chǔ)上,利用多屬性融合技術(shù),實(shí)現(xiàn)了工程“甜點(diǎn)”的綜合預(yù)測(cè)(圖18),具體工程甜點(diǎn)預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)流程如圖19所示。

圖18 DS地區(qū)工程“甜點(diǎn)”綜合預(yù)測(cè)

圖19 工程“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)流程

圖18中,DY4井和DY5井基本處于工程“甜點(diǎn)”區(qū),基本實(shí)現(xiàn)了較好的壓裂改造,測(cè)試獲工業(yè)氣流;從圖18中還可以看出,DY2井區(qū)脆性指數(shù)高于45%,儲(chǔ)層裂縫更為發(fā)育,地應(yīng)力差小,同樣為工程“甜點(diǎn)”區(qū),由于DY2井未實(shí)施大規(guī)模壓裂改造,所以未獲得高產(chǎn),評(píng)價(jià)認(rèn)為該井區(qū)應(yīng)該是DS地區(qū)深層頁(yè)巖氣勘探的有利目標(biāo)區(qū),如進(jìn)一步實(shí)施鉆探,有望獲得新突破。

4 結(jié)論

本文以DS地區(qū)為例,分析了深層頁(yè)巖氣工程“甜點(diǎn)”的敏感地球物理參數(shù),建立了針對(duì)性的地震預(yù)測(cè)模型,利用OVT域疊前地震資料開(kāi)展高精度疊前彈性參數(shù)反演,形成了地震預(yù)測(cè)技術(shù)。首先,結(jié)合巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了泊松比對(duì)圍壓變化敏感,基于此構(gòu)建了塑延性轉(zhuǎn)換敏感因子及脆性指數(shù)地震預(yù)測(cè)新模型;其次,通過(guò)各向異性研究,發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖具有明顯HTI介質(zhì)旅行時(shí)方位各向異性特征,通過(guò)分方位地震旅行時(shí)解釋及校正,利用橢圓擬合技術(shù),形成了一種有效的裂縫地震預(yù)測(cè)新技術(shù);第三,基于貝葉斯理論推導(dǎo)建立了組稀疏方位彈性阻抗同時(shí)反演方法,保證了不同方位彈性阻抗采樣點(diǎn)一致性,實(shí)現(xiàn)了各向異性參數(shù)及水平地應(yīng)力差異系數(shù)的預(yù)測(cè)。

預(yù)測(cè)結(jié)果表明,脆性指數(shù)越高儲(chǔ)層裂縫越發(fā)育,頁(yè)巖越容易壓開(kāi),破裂壓力越低;地應(yīng)力差越小,越容易壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng),增加改造體積。形成的地震預(yù)測(cè)技術(shù)可有效支撐深層頁(yè)巖氣的勘探部署及評(píng)價(jià),具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。