劉海寧，韓宏偉，魏文，張云銀，趙景蒲

(1.中國石化勝利油田分公司 物探研究院，山東 東營 257022;2.中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580;3.東營市自然資源和規(guī)劃局，山東 東營 257000)

0 引言

利用地震資料進(jìn)行裂縫預(yù)測的技術(shù)較多，按照所使用的地震數(shù)據(jù)類型可將這些方法大致分為多分量轉(zhuǎn)換波裂縫檢測、疊后地震屬性分析及疊前縱波方位各向異性檢測裂縫等[1]，其中疊前縱波方位各向異性裂縫檢測方法是利用疊前縱波信號所攜帶的與方位相關(guān)的變化特征，來解決裂縫方位和密度，該方法具有分辨率高、計算穩(wěn)定性高等特征，但是要求資料必須是寬方位或全方位采集[2]。

勝利油田三維地震技術(shù)經(jīng)過40多年的歷程，已從常規(guī)三維地震走向高密度地震[3-4]。現(xiàn)階段勝利東部探區(qū)高密度地震的界定為：面元網(wǎng)格小于(等于)12.5 m×12.5 m，覆蓋次數(shù)200次左右，炮道密度大于100萬道/km2[5]。高密度地震資料具有寬方位、寬頻帶和高密度特征[6]。寬方位觀測可提高成像精度，有利于識別小斷層[7]；寬頻地震，低頻穿透能力較強(qiáng)、衰減慢，有利于深層和潛山成像[8-9]；高密度地震，炮道密度加大，資料覆蓋次數(shù)增加，信噪比提高，薄層識別、巖性體刻畫精度更高[10]。在各向異性介質(zhì)條件下，不同方位上的地震響應(yīng)特征會存在差異，這種差異使得方位地震技術(shù)在研究非均質(zhì)性強(qiáng)的地質(zhì)目標(biāo)時效果更明顯[11-12]。

YD地區(qū)高密度三維地震于2013年采集，是該區(qū)第三次采集資料，使用3串18個超級檢波器小組合接收，12.5 m×12.5 m面元，覆蓋次數(shù)216次，炮道密度138萬道/km2，橫縱比0.54[5]，具備高密度、寬方位地震采集特點(diǎn)，為研究地層各向異性特征，并利用地層各向異性特征預(yù)測有利儲層發(fā)育區(qū)(裂縫型儲層)提供了豐富的信息。本文針對YD高密度三維區(qū)沙四段上亞段灰?guī)r有利儲層預(yù)測，充分利用高密度三維方位地震信息，在儲層各向異性特征正演模擬分析基礎(chǔ)上，聯(lián)合應(yīng)用基于方位地震屬性的儲層裂縫預(yù)測技術(shù)和儲層各向異性參數(shù)地震反演技術(shù)，提高了沙四段灰?guī)r有效儲層地震預(yù)測精度。

1 研究工區(qū)概況

YD地區(qū)高密度三維區(qū)位于濟(jì)陽坳陷沾化凹陷西北部義東斷層下降盤，中古生界基底之上自下而上發(fā)育沙河街組(沙四段、沙三段、沙二段、沙一段)、東營組、館陶組、明化鎮(zhèn)組等地層[13-14]。YD斷裂帶是目前濟(jì)陽坳陷最復(fù)雜且油氣最富集的斷裂帶之一，其中新近系各類巖性體勘探空間非常大，尤其是沙四段上亞段的灰質(zhì)灘壩沉積[15]。沙四段沉積末期，該區(qū)整體為濱淺湖沉積環(huán)境，水體較淺，氣候干旱，缺乏大規(guī)模的物源供給，為化學(xué)和生物化學(xué)沉積創(chuàng)造了良好條件，發(fā)育砂質(zhì)灰?guī)r灘壩、生物礁[16]。在YD斷層下降盤，目前已有YD301、YD302等井在沙四段上亞段鉆遇灰?guī)r儲層取得成功，說明沙四段灰?guī)r儲層具有較大的勘探潛力。前人研究已初步解決了該區(qū)沙四段碳酸鹽巖發(fā)育區(qū)預(yù)測及沉積相劃分問題[17-18]，但是眾多鉆井資料證實(shí)，該區(qū)沙四段灰?guī)r儲層非均質(zhì)性較強(qiáng)，產(chǎn)能差異較大，YD301井對沙四段上亞段3 579.86～3 715 m厚層灰?guī)r、泥灰?guī)r段試油，自噴日油147 m3，日水0，日氣5 178 m3；YD302井對沙四上亞段3 571.3～3 584.2 m灰?guī)r段酸壓試油，泵抽，日油4.74 m3，日水2.37 m3，日氣0，產(chǎn)能較低。分析其主要原因是碳酸鹽巖儲集類型有別于碎屑巖儲層，以裂縫和溶蝕孔洞為主要儲集空間[19]，其沉積厚度變化大，非均質(zhì)性強(qiáng)，分布規(guī)律復(fù)雜。同時受常規(guī)地震資料信息限制，有效儲層地震預(yù)測難度大[20]，存在不確定性和多解性，碳酸鹽巖圈閉評價和勘探部署面臨較大困難。

2 儲層各向異性特征正演模擬

導(dǎo)致地層各向異性特征的因素很多，儲層各向異性影響因素分析是利用方位地震信息預(yù)測儲層的基礎(chǔ)，可以指導(dǎo)儲層預(yù)測結(jié)果的解釋。

2.1 儲層巖性

在儲層厚度及圍巖參數(shù)不變的情況下，只改變儲層巖性。圖1為對兩種不同巖性儲層進(jìn)行各向異性強(qiáng)度正演模擬分析結(jié)果，可以看出，地層各向異性強(qiáng)度隨儲層巖性的變化而存在差異，這為利用方位地震信息預(yù)測儲層巖性提供基礎(chǔ)。

圖1 不同巖性儲層各向異性正演模擬Fig.1 The reservoirs anisotropic forward modeling with different lithology

2.2 儲層裂縫

建立含裂縫儲層地質(zhì)模型，進(jìn)行不同方位的地震正演模擬，得到各個方位地震道集，每隔5°抽取方位道集，分析含裂縫儲層頂、底面的方位地震振幅。從圖2中可以看出，在不同方位上，地震響應(yīng)特征同樣存在差異，各向異性特征明顯。

改變儲層裂縫密度，變化為0～45%?？梢钥闯觯瑑恿芽p密度與各向異性強(qiáng)度成正比，與各向異性之間呈非線性正相關(guān)。裂縫密度為0～15%時，各向異性強(qiáng)度變化范圍為0.051；裂縫密度為30%～45%時，各向異性強(qiáng)度變化范圍為 0.184。圖3為YD301井沙四段灰?guī)r儲層段各向異性正演結(jié)果，其目的層段各向異性強(qiáng)度值為1.683，結(jié)合正演模擬結(jié)果，定性推測YD301井灰?guī)r儲層段裂縫密度大于50%，裂縫較為發(fā)育。

a—方位道集;b—方位橢圓振幅a—azimuth gather;b—azimuth ellipse amplitude圖2 含裂縫儲層頂、底面各向異性特征Fig.2 Anisotropic characteristics of top and bottom surfaces of fractured reservoirs

a—YD301井各向異性正演模擬結(jié)果;b—YD301井目的層3612.95 m處方位各向異性特征分析a—anisotropic forward modeling results of YD301 well;b—analysis of azimuthal anisotropy at 3612.95 m of YD301 well圖3 YD301井目的層段各向異性特征正演Fig.3 Anisotropic characteristics forward modeling of target interval in well YD301

3 基于方位地震屬性的儲層裂縫預(yù)測技術(shù)

3.1 方位角劃分、疊加

相比YD地區(qū)高密度三維的CMP道集，OVT道集的最大覆蓋次數(shù)為224次，最小覆蓋次數(shù)為171次，其覆蓋次數(shù)相對較為均勻。在利用方位地震信息進(jìn)行儲層裂縫預(yù)測時，方位角劃分、疊加是技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。

在對OVT道集進(jìn)行分方位角疊加時，由于偏移距范圍的選擇影響分方位地震疊加效果[21]，因此需要選擇合適的偏移距范圍進(jìn)行疊加，以保證不同方位地震數(shù)據(jù)反映的各向異性特征。根據(jù)高密度三維方位角與偏移距的分布特點(diǎn)，考慮到各個方位偏移距均勻分布以及近偏移距噪聲較重，舍去755 m以下的偏移距數(shù)據(jù)，選擇2 000 m作為最大偏移距，將高密度三維地震方位6等分并進(jìn)行疊加，分別為0°～30°、30°～60°、60°～90°、90°～120°、120°～150°和150°～180°。

3.2 方位地震屬性提取

基于上述6等分方位疊加地震資料，對6個不同方位地震資料提取灰?guī)r儲層段的地震振幅、阻抗以及地震頻率等屬性，為了直觀地對比不同方位上地震屬性之間的差異，將兩兩相互垂直方向上的振幅、阻抗和頻率等屬性作差值分析，然后結(jié)合區(qū)內(nèi)已鉆井情況分析，YD301、YD302井鉆探成功，沙四段灰?guī)r儲層裂縫發(fā)育，儲層物性相對較好。對比不同方位地震屬性差異，方位地震頻率屬性差異性在YD301和YD302井區(qū)更為明顯，由此選定不同方位的地震頻率屬性預(yù)測該區(qū)沙四段灰?guī)r儲層裂縫[22-23]。

圖4是YD301井區(qū)裂縫預(yù)測結(jié)果的局部圖。裂縫發(fā)育區(qū)主要位于斷裂系統(tǒng)附近，區(qū)內(nèi)斷裂系統(tǒng)主要有NE和NW兩組走向，在兩組斷裂系統(tǒng)的影響下，區(qū)內(nèi)裂縫發(fā)育方向主要有兩組：一組為NW走向，另一組為NE走向。

4 儲層各向異性參數(shù)地震反演技術(shù)

Thomsen儲層各向異性參數(shù)[24-25]包括ε、γ、δ，其中ε表征縱波在平行和垂直于裂縫面的傳播速度相對差異；γ表征橫波在平行和垂直于裂縫面的傳播速度相對差異；δ表征縱橫波各向異性程度之間的連接橋梁。上述3個各向異性參數(shù)主要反映了地震波在裂縫介質(zhì)中傳播的等效各向異性特征。

a—儲層裂縫密度;b—儲層裂縫方向a—fracture density of reservoir;b—fracture direction of reservoir圖4 YD301井區(qū)灰?guī)r儲層裂縫密度及方向預(yù)測Fig.4 Fracture density and direction prediction of limestone reservoir in YD301 well area

Ruger[26]根據(jù)一階擾動理論給出了上、下HTI介質(zhì)傾向一致的反射系數(shù)近似公式，即

(1)

式中：θ是入射角；φ是方位角；Z是縱波阻抗，kg·m-3·m·s-1；G是剪切模量，N/mm2；α是縱波速度，m/s；β是橫波速度，m/s；δ(v)表征縱波與橫波各向異性之間的聯(lián)系；γ(v)表征橫波的各向異性參數(shù)；ε(v)為縱波各向異性程度。

對近似方程進(jìn)行整理，將其表示為縱、橫波速度、密度以及各向異性參數(shù)的線性表達(dá)式，即

利用方程(2)，我們就可以實(shí)現(xiàn)各向異性參數(shù)反演。圖5是YD301井區(qū)沙四段灰?guī)r儲層各向異性參數(shù)反演結(jié)果，可以看出，ε、γ、δ這3個參數(shù)表現(xiàn)的各向異性特征基本相似，YD301井和YD302井位置處均呈現(xiàn)明顯的各向異性特征，利用上述3個參數(shù)所呈現(xiàn)的各向異性較強(qiáng)的區(qū)域可以描述為裂縫發(fā)育區(qū)。

圖5 YD301井區(qū)灰?guī)r儲層各向異性參數(shù)反演結(jié)果Fig.5 Inversion results of limestone reservoir anisotropic parameters in YD301 well area

5 應(yīng)用實(shí)例

基于方位地震屬性裂縫預(yù)測和各向異性參數(shù)反演結(jié)果，利用兩者的預(yù)測結(jié)果實(shí)現(xiàn)YD301井區(qū)灰?guī)r有效儲層的綜合預(yù)測，預(yù)測思路為：首先，利用各向異性參數(shù)反演結(jié)果劃分出較強(qiáng)的各向異性區(qū)域；然后，在較強(qiáng)各向異性區(qū)域內(nèi)，圈定通過方位地震屬性預(yù)測的儲層裂縫發(fā)育區(qū)，并以單井各向異性強(qiáng)度正演模擬值1.683作為門檻值(圖3)進(jìn)行限定，將各向異性值大于1.683的裂縫發(fā)育區(qū)域預(yù)測為有利灰?guī)r儲層發(fā)育區(qū)(如圖6中的黑色虛線范圍)。該區(qū)除YD301、YD302井之外，鉆遇該套地層的井位還有YD301X2、YD301X3等5口井，從鉆遇情況來看：YD301-4井位于預(yù)測有利區(qū)內(nèi)，屬性值為黃色，3 592 m鉆遇1層厚層泥灰?guī)r33 m，錄井見熒光顯示，綜合解釋油層；YS2井位于有利區(qū)之外，屬性值為淺綠色，3 822 m進(jìn)入沙四段上亞段，鉆遇薄層石灰?guī)r、石膏巖、泥灰?guī)r、石膏質(zhì)灰?guī)r，單層厚度均小于2 m，測井解釋為干層；YD301X2井位于預(yù)測有利區(qū)內(nèi)，但是從屬性值來看為淺綠色、偏弱，該井于3 567 m進(jìn)入沙四段上亞段，鉆遇泥灰?guī)r17層累計厚度50 m、白云質(zhì)灰?guī)r3層累計厚度8 m，錄井見多套熒光、油斑顯示，綜合解釋油層8層累計厚度22 m，干層7層累計厚度17 m；YD301X3井位于有利區(qū)之外，屬性值為淺綠色，該井于3 719 m進(jìn)入沙四段上亞段，鉆遇灰?guī)r9層累計厚度14.5 m、泥灰?guī)r5層累計厚度12 m，綜合解釋油層1層，厚度3 m，總體上單層厚度較薄、含油性較差；YS10井位于有利區(qū)之外，屬性值為偏白的淺綠色，該井3 896 m進(jìn)入沙四上，鉆遇泥膏巖16層累計厚度50 m，未鉆遇灰?guī)r、白云巖，未解釋儲層。從上述鉆探結(jié)果來看，預(yù)測結(jié)果與鉆遇結(jié)果基本吻合，根據(jù)沙四段灰?guī)r有利儲層的綜合預(yù)測結(jié)果，預(yù)測有利儲層發(fā)育區(qū)面積為13 km2，預(yù)測石油地質(zhì)儲量1 300×104t。

圖6 YD301井區(qū)沙四段灰?guī)r有利儲層預(yù)測結(jié)果Fig.6 The prediction results of favorable limestone reservoir in the fourth member of Shahejie Formation in YD301 well area

6 結(jié)論

高密度三維具備高密度、寬方位地震采集特點(diǎn)，滿足利用地層各向異性開展有利儲層發(fā)育區(qū)(裂縫型儲層)預(yù)測的資料條件。在儲層各向異性正演模擬分析的基礎(chǔ)上，聯(lián)合應(yīng)用基于方位地震屬性的儲層裂縫預(yù)測技術(shù)和儲層各向異性參數(shù)地震反演技術(shù)，對研究區(qū)沙四段上亞段灰?guī)r有利儲層發(fā)育區(qū)進(jìn)行了預(yù)測，預(yù)測結(jié)果與已鉆井吻合較好。通過YD高密度三維區(qū)沙四段灰?guī)r有利儲層地震預(yù)測方法的應(yīng)用研究，可以得到以下3點(diǎn)結(jié)論:

1)儲層巖性、儲層裂縫可以引起方位地震屬性差異，并且儲層裂縫密度與各向異性強(qiáng)度成正比。

2)不同方位的地震頻率屬性差異可以預(yù)測該區(qū)沙四段灰?guī)r儲層裂縫，裂縫發(fā)育區(qū)主要位于斷裂系統(tǒng)附近，區(qū)內(nèi)裂縫主要有兩組：一組NW走向，另一組為NE走向。

3)聯(lián)合應(yīng)用各向異性參數(shù)及不同方位屬性差異地震裂縫預(yù)測結(jié)果，兩者相互驗(yàn)證、約束，可以提高該區(qū)沙四段灰?guī)r有利儲層地震預(yù)測精度。充分挖掘?qū)挿轿坏卣鹳Y料的豐富信息，利用不同地球物理方法獲取不同的儲層參數(shù)，從不同角度對儲層進(jìn)行預(yù)測，綜合多種參數(shù)信息精細(xì)描述儲層，可以減少由于單一參數(shù)預(yù)測儲層存在的不確定性和多解性，提高儲層預(yù)測精度。