裂縫性儲(chǔ)層三維可視化預(yù)測(cè)

吳朝容 段文燊 龔 莉

（1.成都理工大學(xué) 地球探測(cè)與信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610059；

2.中國石化 西南油氣分公司，成都610016；3.東方地球物理公司研究院，河北 涿州072750）

上三疊統(tǒng)須家河組廣布四川盆地內(nèi)，分布面積＞15×104km2，是最重要的陸相烴源層和儲(chǔ)集層［1］。由于須家河組時(shí)代相對(duì)較老、埋藏深度較大，為低孔低滲的致密、超致密碎屑巖儲(chǔ)層，儲(chǔ)層高產(chǎn)依賴于裂縫對(duì)儲(chǔ)層孔滲性的改善。特別是川西拗陷須家河組第二段（T3x2），埋深普遍＞4.5 km，儲(chǔ)層孔隙度基本＜10%，天然氣的產(chǎn)出與裂縫關(guān)系更加密切，因此，該類儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的關(guān)鍵是尋找可能的裂縫發(fā)育段及其空間展布規(guī)律［1］。實(shí)鉆、測(cè)井資料都證明裂縫型儲(chǔ)層的發(fā)育與裂縫和破碎帶密切相關(guān)。從地震資料的分辨率角度來講，小尺寸的裂縫根本無法預(yù)測(cè)；問題的關(guān)鍵是利用地震資料識(shí)別和尋找與裂縫發(fā)育有關(guān)的可能的破碎帶。

本文從測(cè)井資料分析出發(fā)，通過多屬性剖面分析建立地震響應(yīng)模型，在此基礎(chǔ)上優(yōu)選特殊處理方法，再利用先進(jìn)的三維可視化理念進(jìn)行裂縫性儲(chǔ)層三維可視化分析，預(yù)測(cè)可能的裂縫發(fā)育帶，為井位部署提供依據(jù)。研究的技術(shù)方法對(duì)四川盆地廣泛分布的須家河組裂縫性儲(chǔ)層預(yù)測(cè)具有重要意義。

1 測(cè)井特征分析

在須家河組第二段尋找裂縫型或相對(duì)高滲透帶儲(chǔ)層是預(yù)測(cè)高產(chǎn)富集區(qū)的重要基礎(chǔ)。基于地震資料的預(yù)測(cè)，主要是利用儲(chǔ)層的速度和密度差異建立相應(yīng)的地震響應(yīng)模式；而地震響應(yīng)模式建立的基礎(chǔ)是對(duì)測(cè)井資料進(jìn)行仔細(xì)分析，主要是對(duì)與速度和密度相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行分析。

圖1為X51井深度為4 822.3～4 842.0m的測(cè)井曲線，經(jīng)測(cè)試證實(shí)該段為典型的裂縫型儲(chǔ)層段，其特征為：比較明顯的低GR、CAL縮徑、電阻率較高；并且RD、RS具有一定的幅度差；DEN變化不明顯，總體在2.4～2.6范圍內(nèi)波動(dòng)；AC呈跳躍狀，具有一定的跳波特征。儲(chǔ)層段和圍巖段的GR、RT、RXO的差異明顯，可作為區(qū)分裂縫發(fā)育儲(chǔ)層段的明顯標(biāo)志；而AC、DEN等與地震預(yù)測(cè)有密切關(guān)聯(lián)的參數(shù)變化卻不十分明顯，AC均值相比于圍巖僅有較小幅度的高值，從波阻抗差異的角度預(yù)測(cè)裂縫段具有較大難度。

圖1 X51井測(cè)井曲線Fig.1 Well log of Well X51

2 地震響應(yīng)分析

研究中選取了裂縫較發(fā)育的X10井和裂縫不發(fā)育的X11井進(jìn)行剖面分析，并進(jìn)行了幾何屬性、瞬時(shí)屬性、子波屬性共3大類30余種參數(shù)的特殊處理試驗(yàn)。通過與實(shí)鉆情況對(duì)比分析，選取了振幅、平均能量、混沌反射及振幅加權(quán)瞬時(shí)頻率（簡稱AWIF）4種參數(shù)進(jìn)行剖面分析。

圖2為聯(lián)井振幅剖面，X10井、X11井在T3x2－6和 T3x2－7層位顯示均較好，都為短軸狀、斷續(xù)、弱振幅反射特征。而在T3x2－4和T3x2－5層段X10井顯示較好，并已經(jīng)獲得工業(yè)油氣流，剖面上表現(xiàn)為斷續(xù)的弱振幅反射特征。而T3x2－3層段的2口井顯示均不太好，表現(xiàn)為連續(xù)的強(qiáng)振幅反射特征。T3x2－2層段X10井顯示較好，表現(xiàn)為斷續(xù)的弱振幅反射特征；X11井顯示比X10井差，表現(xiàn)為較連續(xù)的中弱振幅反射特征。

平均能量代表2個(gè)波峰之間的平均能量強(qiáng)度，是2個(gè)峰值間反射能量的2次方。這種參數(shù)更能突出振幅的強(qiáng)弱，有利于劃分地震相帶，適合于區(qū)分研究區(qū)的強(qiáng)弱能量帶。圖3為聯(lián)井平均能量剖面，X10井、X11井在 T3x2－6和 T3x2－7層位顯示均較好；特別是X11井的顯示更好，為平均能量低值反射特征。在 T3x2－4和 T3x2－5層段，X10井顯示較好，并已經(jīng)獲得工業(yè)油氣流，剖面上表現(xiàn)為平均能量低值反射特征，X11井剖面上表現(xiàn)為平均能量高值反射特征。在T3x2－3層段的2口井顯示均不太好，表現(xiàn)為平均能量高值反射特征。T3x2－2層段X10井顯示較好，表現(xiàn)為平均能量低值反射特征；X11井顯示比X10井差，表現(xiàn)為平均能量相對(duì)更高的反射特征。

混沌反射（chaotic reflection）是一種近期提出的混合屬性特殊處理方法，用于檢測(cè)有序反射間的無反射帶。混沌反射帶定義為具有高度側(cè)向連續(xù)性層間的、傾角任意變化的區(qū)域。側(cè)向連續(xù)性由相似性及其變化確定；換句話說，計(jì)算側(cè)向相似性的加權(quán)產(chǎn)生的傾角標(biāo)準(zhǔn)差，可應(yīng)用于檢測(cè)地層的側(cè)向連續(xù)性及其變化，適用于對(duì)斷層和小斷層或裂縫發(fā)育帶的檢測(cè)。其數(shù)學(xué)模型如下

式中：C（k）為混沌反射值；αk為任意樣點(diǎn)處的傾角值；αs為傾角的平均值。

圖2 振幅剖面Fig.2 Profile of amplitude

圖4為混沌反射屬性的連井剖面，X10井、X11井在T3x2－6和T3x2－7層位顯示均較好，為混沌反射高值特征，可能反映裂縫比較發(fā)育。在T3x2－4和 T3x2－5層段，X10井有較好顯示，并已經(jīng)獲得工業(yè)油氣流，剖面上表現(xiàn)為混沌反射高值特征，反映裂縫較發(fā)育；X11井剖面上表現(xiàn)為混沌反射低值特征，反映裂縫不十分發(fā)育。T3x2－3層段的2口井顯示均不太好，不是裂縫型儲(chǔ)層，表現(xiàn)為混沌反射低值特征。T3x2－2層段X10井、X11井實(shí)鉆證實(shí)均為裂縫不發(fā)育的致密碎屑巖儲(chǔ)層，表現(xiàn)為混沌反射低值特征。

圖3 平均能量剖面Fig.3 Profile of average energy

圖4 混沌反射剖面Fig.4 Profile of chaotic reflection

振幅加權(quán)瞬時(shí)頻率，簡稱AWIF，是一種既考慮振幅，又考慮頻率的特殊處理參數(shù)，它能較好地識(shí)別裂縫型儲(chǔ)層發(fā)育帶。其數(shù)學(xué)模型為

其中：E（t）為地震道包絡(luò)；f（t）為瞬時(shí)頻率。

圖5為AWIF聯(lián)井剖面，X10井、X11井在T3x2－6和 T3x2－7層位顯示均較好，都為短軸狀、斷續(xù)、弱異常反射特征。而在T3x2－4和T3x2－5層段X10井的顯示較好，并已經(jīng)獲得工業(yè)油氣流，剖面上表現(xiàn)為斷續(xù)的弱異常反射特征。T3x2－3層段的2口井的顯示均不太好，表現(xiàn)為強(qiáng)異常反射特征。T3x2－2層段X10井的顯示較好，表現(xiàn)為斷續(xù)的弱異常反射特征；X11井顯示比X10井差，表現(xiàn)為較連續(xù)的中弱異常反射特征。

圖5 AWIF剖面Fig.5 Profile of AWIF

剖面解剖表明，裂縫性儲(chǔ)層發(fā)育段具備“弱振幅、低平均能量、低AWIF、高混沌發(fā)射”的特征，特別是高混沌反射是進(jìn)一步進(jìn)行儲(chǔ)集體空間識(shí)別的重要基礎(chǔ)。

3 裂縫性儲(chǔ)層三維可視化預(yù)測(cè)方法

一般情況，對(duì)于亮點(diǎn)型響應(yīng)特征分析，三維可視化有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)［2－5］，可快速進(jìn)行地震異常識(shí)別和追蹤解釋；但對(duì)于破碎帶的絕對(duì)值低值響應(yīng)特征，地震資料是由一個(gè)又一個(gè)正弦波組成，純粹的低值不僅是弱振幅的代表，而可能更多的是某個(gè)正弦波的低值部分，這樣就給識(shí)別帶來很大困難。面對(duì)裂縫型儲(chǔ)層要找弱的需求，通過對(duì)地震參數(shù)的反復(fù)分析實(shí)驗(yàn)，選擇了混沌反射（chaotic reflection）這種混合屬性參數(shù)和自動(dòng)斷層提取技術(shù)（automatic fault extraction，簡稱 AFE，是一種利用三維相干屬性自動(dòng)提取斷層信息的技術(shù)），進(jìn)行裂縫發(fā)育帶預(yù)測(cè)。這類參數(shù)的特征是大值代表了可能的裂縫發(fā)育帶，有利于在三維可視化系統(tǒng)中對(duì)大值進(jìn)行空間刻畫，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫型儲(chǔ)層的三維可視化分析。

利用三維可視化軟件尋找裂縫發(fā)育帶的具體技術(shù)總結(jié)如下：（1）在可視化系統(tǒng)中加入進(jìn)行可視化分析的數(shù)據(jù)體。（2）通過快速瀏覽方式，初步分析地震數(shù)據(jù)體在空間的變化規(guī)律。（3）結(jié)合研究區(qū)實(shí)際資料和有關(guān)地震響應(yīng)模式分析需要突出的異常類型，對(duì)振幅、波阻抗類數(shù)據(jù)體主要分析弱振幅帶，在顯示中重點(diǎn)突出弱振幅，對(duì)混沌反射、自動(dòng)斷層提取參數(shù)則重點(diǎn)突出其高值特征，尤其要突出線性特征，尋找有利的異常帶。（4）充分利用綜合分析建立的尋找異常模式，利用顏色控制和透明度控制菜單提供的功能進(jìn)行調(diào)試，尋找可能的異常。一般情況下，數(shù)據(jù)顯示的透視度都為0%，即每張剖面后面的剖面是不可見的，每次只能看到一張地震剖面。為了直觀地分析整個(gè)數(shù)據(jù)體，必須考慮一個(gè)圖形學(xué)問題，即對(duì)顯示圖像的透視度進(jìn)行控制，通過透視度控制［6，7］，突出最有意義的異常體，從而在三維空間快速發(fā)現(xiàn)異常體。這也是能否實(shí)現(xiàn)裂縫性儲(chǔ)層識(shí)別的關(guān)鍵。（5）利用抓圖軟件抓取屏幕中顯示的異常體圖形，保存為成果，作為進(jìn)一步研究的重要資料。同時(shí)也可用軟件的動(dòng)畫功能將成果保存為動(dòng)畫。（6）結(jié)合地質(zhì)、測(cè)試資料進(jìn)一步分析地震異常成果，劃分有利目標(biāo)。

4 研究成果

選取了XQ地區(qū)95.625km2的三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行 T3x2－2、T3x2－4、T3x2－5、T3x2－7共4個(gè)主要層段的裂縫儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究，優(yōu)選出有利于裂縫型儲(chǔ)層發(fā)育的目標(biāo)，累計(jì)面積約147.71km2。

XQ地區(qū)T3x2－4層是一套以X51井區(qū)氣層為代表的砂體，X51井、X56井、X2井都在該段獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，裂縫十分發(fā)育，在地震剖面上為典型“弱振幅、混沌反射高值、自動(dòng)斷層識(shí)別高值”的地震異常，識(shí)別該異常并不難，弄清楚其空間分布規(guī)律才是關(guān)鍵。本次研究充分利用三維可視化工具特點(diǎn)，使用振幅、混沌反射、自動(dòng)斷層識(shí)別3種參數(shù)刻畫了其空間展布特點(diǎn)。

圖6為T3x2－4層振幅屬性的三維可視化立體顯示圖。據(jù)圖分析，該層段由多個(gè)零散的弱地震異常組成，在異常帶內(nèi)部還存在振幅異常差異（紅色為強(qiáng)振幅，白色為弱振幅），弱異常最典型位置位于X2井附近，與X2井為高產(chǎn)井符合；但異常的分帶型不強(qiáng)，總體比較籠統(tǒng)。

圖7為T3x2－4層儲(chǔ)層混沌反射屬性的三維可視化立體顯示圖。據(jù)圖分析，該層段由工區(qū)西北的X11井－X10井異常帶和東南的X2井以西－X65井以東2個(gè)北東向的地震異常帶組成，在異常帶內(nèi)部還存在混沌反射異常差異（紅色為高值，淺色為低值）。混沌反射反映該層段可能存在X10井區(qū)的裂縫型儲(chǔ)層發(fā)育部位，同時(shí)在X65井－X51井區(qū)也存在一片北東向裂縫型儲(chǔ)層可能發(fā)育區(qū)。三維可視化成果的分帶型和橫向分辨率都較振幅更加清楚。

圖7 T3x2－4層儲(chǔ)層混沌反射三維可視化Fig.7 3－D visualization of chaotic reflection in T3x2－4

圖8為T3x2－4層AFE屬性的三維可視化立體顯示圖，該層段由一個(gè)X11井－X10井和X65井以北－X2井的2個(gè)北東向的地震異常帶組成，在異常帶內(nèi)部還存在AFE異常差異（紅色為高值，藍(lán)色為低值）。AFE屬性反映該層段可能存在X11井－X10井裂縫型儲(chǔ)層發(fā)育部位，同時(shí)在X2井－X65井的工區(qū)東南部的X51井區(qū)也存在一片北東向裂縫型儲(chǔ)層可能發(fā)育區(qū)。

圖8 T3x2－4層AFE屬性三維可視化Fig.8 3－D visualization of AFE in T3x2－4

上述分析表明，研究區(qū)在T3x2－4層的X65、X3、X56、X1、X2、X10井都位于較弱振幅、高混沌反射、高AFE屬性參數(shù)的區(qū)域，與測(cè)試情況符合。據(jù)測(cè)試資料，上述幾口井測(cè)試都獲得了＞0.1×106m3／d的高產(chǎn)。

5 結(jié)束語

a.建立了裂縫性儲(chǔ)層具有“弱振幅、低平均能量、低AWIF、高混沌反射、高AFE”的地震響應(yīng)特征。

b.研制了解決裂縫性儲(chǔ)層弱振幅帶識(shí)別的三維可視化儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法。

c.進(jìn)行了具體三維區(qū)的預(yù)測(cè)研究，優(yōu)選出有利目標(biāo)層累計(jì)面積約為147.71km2，對(duì)進(jìn)一步的井位部署和勘探開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

感謝中國石化西南油氣分公司各位領(lǐng)導(dǎo)和同行的指導(dǎo)、幫助以及對(duì)部分資料使用的支持。

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