窄方位角地震資料在裂縫儲層預測中的應用

田立新 周東紅 明 君 孫向陽 楊紹國

（1.中國石油大學“石油與天然氣成藏機理”教育部重點實驗室，北京102249；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452；3.中國地質大學地球物理與空間信息學院，武漢430074；4.恒泰艾普石油天然氣技術服務股份有限公司，北京100084）

裂縫性儲層在油氣勘探中的地位越來越重要，并且分布廣泛，全球石油天然氣產量有一半以上分布于裂縫性儲層中［1，2］。裂縫性儲層在全球均有分布，巖石類型包括碳酸鹽巖、火成巖、變質巖、致密砂巖和致密泥巖等。裂縫的成因復雜，根據成因類型的不同，可分為構造縫和非構造縫。構造運動、構造應力場以及巖石力學性質等多種因素共同制約了裂縫的特征和分布規律。斷裂體系、構造變形、構造位置等與應力相關的因素影響了裂縫的發育程度和橫向展布特征；儲層厚度、巖石成分、巖石力學性質等因素均影響裂縫的發育。由于裂縫發育程度受多方面的因素控制，裂縫型儲層預測存在很大難度。近年來由于地震資料在縱橫方向連續性上的優勢，利用地震方法描述和檢測裂縫成為裂縫型儲層的研究主導趨勢之一［3，4］。

雖然地震資料中包含有裂縫信息，但是由于裂縫信息對地震資料的影響非常微弱，如何從常規采集的地震資料中識別出裂縫，是目前研究的難點和熱點［5～8］。本文從疊前地震資料入手，利用裂縫儲層在入射角、偏移距、方位角等不同地震資料上的異常響應，各種預測手段相互補充，實現對裂縫儲層的預測，總結對窄方位角采集特點識別裂縫的方法。通過在JZ區塊的實際應用，預測效果得到了驗證。

1 概況

研究區塊目的層為太古界片麻巖潛山，由于長期遭受剝蝕和多期構造運動的疊加，在片麻巖潛山表層形成厚厚的風化和半風化層。根據已鉆井取心資料，裂縫及溶蝕孔洞是本區最主要的儲層空間類型，并且以裂縫占主導。利用FMI成像資料與裂縫儲層測井解釋結果交會分析，結果顯示中高角度縫具備較高的儲集能力。因此如何實現對這部分裂縫的檢測，是本次研究的主要任務。

本次研究所使用的地震資料具備以下特點：（1）方位角窄，有效方位角的范圍小于30°，覆蓋次數相對均勻的方位角范圍甚至小于20°（圖1）；（2）偏移距大，目的層埋深在2km左右，地震資料最大偏移距達到3.7km，可利用的有效偏移距資料也已經達到2.5km。

圖1 地震資料中方位角與偏移距分布范圍Fig.1 Offset vs azimuth of the seismic data

2 方法原理

本次研究的總體思路為從宏觀到微觀，從易到難的逐步刻畫（圖2）。通過井震標定，尋找潛山儲層的地震響應特征，實現儲層的三維分布預測。然后在儲層框架內，通過窄方位地震資料，尋找儲層中裂縫的地球物理響應特征，實現儲層中裂縫的三維檢測。結合基于巖石物理特性的應力場模擬結果，最終實現裂縫的精細刻畫。

圖2 裂縫檢測的流程框圖Fig.2 Flow chart of fractured reservoir detection

2.1 疊前彈性參數反演

圖3反映了研究區已鉆井中的儲層分布特點.從圖中可以看出，反映巖石物理彈性性質的橫波阻抗和剪切模量對儲層與非儲層的區分較為敏感，而二者同樣可以通過3D地震疊前彈性參數反演獲得。

2.2 遠近道地震屬性差異分析

圖3 橫波阻抗與剪切模量交會圖Fig.3 Cross plot between shear－wave impedance（SI）and shear modulus

裂縫儲層在不同偏移距數據體上引起的地震響應也不同。FUL＿FRQ屬性反映了裂縫對地震頻率衰減屬性的影響，其值為能量衰減到85%時對應的頻率.根據正演模擬結果（圖4），裂縫儲層在不同偏移距數據體上的地球物理響應特征的表現差異較大，隨著偏移距的增大，裂縫引起的FUL＿FRQ值呈降低趨勢（圖4－A）；在同一偏移距條件下，裂縫發育程度越高，反映出地震衰減越快（即FUL＿FRQ值越低）的特性。根據這一特點，將遠道FUL＿FRQ與近道FUL＿FRQ相減與裂縫發育程度進行交會，得到圖4－B。可以更加清晰地看到裂縫的發育程度增大，差異的絕對值越大，反映出地震異常越顯著。

圖4 FUL＿FRQ屬性隨偏移距的變化Fig.4 Attribution of FUL＿FRQ vs offset

利用遠近道FUL＿FRQ屬性差異，得到裂縫檢測結果如圖5所示。在裂縫相對發育的地方，異常增大；裂縫相對不發育的地方，異常較小。

圖5 基于遠近道屬性差異的裂縫檢測結果Fig.5 Fractures distribution profile based on attribution abnormity between far and near offset

2.3 方位各向異性分析

各向異性是目前檢測裂縫發育程度的最有效方法之一。針對本區地震采集窄方位角的特點，本文利用不同方位角地震屬性差異檢測裂縫，極大地提高了裂縫檢測的有效性和穩定性。圖6為裂縫引起的FUL＿FRQ屬性方位各向異性，在差異為0.2%的置信度條件下，通過不同方位地震屬性差異異常檢測裂縫，可以滿足0°～95°和115°～180°范圍內分布的裂縫，但對100°～110°范圍內分布的裂縫檢測能力較弱。

圖6 窄方位角地震各向異性Fig.6 Seismic isotropy in narrow azimuthal seismic data

2.4 應力場模擬

裂縫的產生，尤其是構造相關裂縫的產生，與距離斷裂的遠近、巖層的厚度、巖石的孔隙度、巖石的密度、巖石的彈性參數等都具有密切的關系，把這些參數用于應力場的恢復，所得到的應力、應變參數以及應力、應變方向在一定程度上反映了本區裂縫的發育程度和發育方向。基于上述原理，對本次研究的區塊進行應力場模擬，其結果與已鉆井的FMI成像解釋結果吻合度非常高（圖7），說明了應力場模擬方法對該區裂縫檢測有很好的指示作用，同時也說明該區裂縫組成主要以構造成因縫為主。

圖7 裂縫預測結果與FMI解釋結果對比Fig.7 Comparison between the results from stress field modeling and FMI interpretation

3 裂縫儲層預測結果

通過上述研究，JZ區塊的裂縫儲層發育表現以下特點：（1）縱向上，緊鄰潛山頂面20ms范圍內，裂縫儲層總體不發育，局部地區有利；潛山頂面15～100ms范圍內，是裂縫儲層相對發育帶，整體較好；100ms以下裂縫相對不發育，總體顯示較差。這一結論在后期的A18井中得到了證實。A18井為水平開發井，在距潛山頂面22ms范圍鉆遇了含油氣層。（2）橫向上不連續，表現為明顯塊狀儲層的特點。（3）平面上裂縫儲層位于潛山的高部位，與斷層關系密切，非均質性強。（4）本區裂縫以構造成因縫為主，裂縫方向以北東向為主，北西和北西西向為輔。

4 討論

裂縫型儲層由于其埋藏深，非均質性強，成為目前研究的熱點。本次針對窄方位地震采集的資料特點，利用有井參與的疊前彈性參數反演，提高儲層研究的準確性；利用無井參與的地震屬性裂縫檢測，提高裂縫檢測的客觀性，二者有機結合，相互驗證。但裂縫檢測的精度仍然受地震采集、處理、儲層識別技術等各方面因素的制約。相信隨著地震采集、處理、解釋、儲層預測等技術的發展，對裂縫的刻畫將會更加精細。

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