疊前方位各向異性裂縫預測技術在雷家地區的應用研究

劉寶　(中石油遼河油田分公司勘探事業部，遼寧 盤錦 124010)

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疊前方位各向異性裂縫預測技術在雷家地區的應用研究

劉寶(中石油遼河油田分公司勘探事業部，遼寧 盤錦 124010)

[摘要]遼河油田西部凹陷雷家地區古近系沙河街組四段(Es4)儲層以裂縫型白云巖為主，經過主斷裂的多期活動，形成了具有多方位、多組系特征的裂縫型儲層。對該類儲層主要采用窄方位地震資料的疊前方位各向異性裂縫預測技術，介紹了該技術的原理及主要技術流程，并進行了實際地震資料的應用。結果表明，雷家地區Es4裂縫型白云巖儲層可以劃分出3塊裂縫發育區，通過與實際資料的對比分析，符合度較高，驗證了預測結果的可靠性，提高了油氣預測的成功率。

[關鍵詞]方位各向異性；裂縫預測；雷家地區

裂縫型白云巖是良好的油氣儲層，常表現為強的各向異性。該次研究的白云巖儲層位于遼河油田西部凹陷的雷家地區古近系沙河街組四段(Es4)，其沉積時期為斷裂盆地的開裂期，研究區主干斷裂有著多期活動的演變過程，每次活動都產生一定方位的裂縫系統[1]。根據巖心觀察，白云巖、泥質白云巖晶間孔、微裂縫、宏觀裂縫發育，為主要的儲集空間。據沉積研究發現，該區白云巖最厚層發育在lei59井和lei58井位置，累積厚度大于140m，并以此為中心，向四周逐漸減薄。平面上呈北東向條帶狀展布，具有東西較寬、南北較窄的特點。在不同時期、多種不同應力作用下，該區白云巖儲層裂縫具有多方位、多組系的特征，使得裂縫預測較困難。

以往通常采用疊后裂縫預測方法，利用道與道之間的相關性，主要反映小斷裂或斷裂發育帶、巖性突變帶，主要用于斷層邊緣和斷裂體系的檢測，但很難預測出裂縫的發育特征，在預測結果上會顯示無效裂縫(如被富含碳酸鈣的物質所充填的裂縫等)[2，3]。而疊前各向異性裂縫預測技術是針對只有那些被油、氣、水等流體充填的裂縫才能顯示其方位各向異性特征，因此該方法可以有效地預測出有效裂縫發育帶及其發育特征。

1方法原理

地震波在地下介質傳播過程中會出現各向異性的特征，按照表1設置雙層地質模型的相關參數，從圖1中可以清楚地看出，上、下層都是各向同性介質，反射系數不隨方位角的改變而變化，當上層為各向同性介質、下層是方位各向異性介質(HTI介質)時，縱波反射系數不僅與入射角有關，而且隨方位角的改變出現周期性的變化。

表1　地質模型參數

圖1　不同介質間的反射系數隨方位角和入射角變化的曲面圖

在裂縫各向異性介質縱波線性近似反演中，被廣泛采用的是Ruger反射系數[4]。Ruger裂縫模型介質的縱波反射系數的近似公式為：

R(i,φ)≈12ΔZZ+12Δαα-2βα?è???÷2ΔGG+ΔδV+22βα?è???÷2Δγ?è??cos2(φm-φs){}sin2i+

(1)

式中：R(i,φ)是Ruger裂縫模型介質的縱波反射系數，1；i為入射角，(°)；φ是方位角，(°)；Z是縱波垂直入射時的波阻抗，100g/(cm2·s)；-、Δ分別表示上、下2層介質物理量的平均值、差值；α、β、εV、δV、γ是Thomsen參數，1；G是切向模量，Pa；φm是測線方位角，(°)；φs是反演得到的裂縫走向，(°)。

當i較小時，可以進一步簡化Ruger公式為：

AX=B

(2)

式中：A表示n行4列矩陣；X 是列向量；B 表示沒有噪聲的地震反射振幅。

式(2)是超定線性方程組，常規的裂縫反演問題就是求解該方程組中未知量X的問題。

很多學者應用上述算法對許多地區寬方位地震資料進行了裂縫預測[5～11]。但是，該算法進行裂縫反演的不足之處在于，要應用全(寬)方位采集的地震資料進行反演，才能克服噪聲對反演結果的不利影響。而當使用的地震資料為有限(窄)方位角時，含有噪聲的資料會使反演失效或不準確。寬方位地震數據所需要的成本非常高，為了利用有限方位的地震資料進行裂縫反演，可以采用特殊算法來壓制噪聲干擾[12，13]。在式(2)的基礎上，加入噪聲因子N，那么要求解的方程轉化為：

AX=B+N

(3)

通過奇異值分解的方法求解式(3)，將A進行奇異值分解可得：

A=UWV

(4)

式中：U是n行4列正交矩陣；W是4行4列對角矩陣，對角元素是正值或0；V是4行4列正交矩陣。根據奇異值分解的方法求解A的廣義逆，可得：

X=(ATA)-1AT(B+N)=VTW-1UTB+VTW-1UTN

(5)

通過式(5)，可以將地震數據的有效信號項和噪聲項分開。具體來說，用一個很小的數乘以N，含噪聲部分的值接近0。

2主要技術流程

2.1資料處理

為了得到較理想的疊前各向異性裂縫反演結果，前期地震數據的處理尤為重要。疊前偏移對噪聲比較敏感，有放大噪聲的作用，因此做好疊前去噪是后續處理工作的基礎[14]。保幅處理是各向異性反演的基礎，保幅的核心就是消除非地質因素對地震資料的干擾，恢復和保持儲層物性變化對地震波的影響，保持地震資料的真實性。圖2為不同方位數據的處理結果，可以看出，資料的信噪比和分辨率較高，不同方位的數據差異較小，減少了裂縫反演的誤差。真實的地震資料才能給裂縫反演提供可靠的振幅變化信息。

圖2　不同方位數據處理結果

圖3　方位角分布示意圖

2.2方位角分析

根據處理時所建立的觀測系統可知，該次研究屬于有限方位角采集?；谏鲜鼍C合處理后的疊前道集的方位角分析，選取6個方位角范圍，得到平均方位角分別為90、106、122、138、154、170°的6個方位角數據體(見圖3)。同時，在方位角分析中，由于單個CDP(共深度點)的覆蓋次數較低，因此在處理中使用超面元，使各個方位都有盡可能高的疊加次數，提高方位各向異性分析的穩定性和可信度。另外，為了使每個方位的覆蓋次數比較均勻，在反演時舍棄較小和較大的偏移距。

2.3角道集數據分析

在反演前的角道集地震數據中，抽取雷家地區線號L4654，偏移距為4010m的地震數據，分析各個CRP(共反射點)的各向異性特征。結合層位解釋數據，確定對應的旅行時間，在角道集中找到相應位置，分析各向異性程度。如圖4所示，在T2472處，目的層Es4位于2850ms處，在106、138°方位上反射振幅能量較強；在T2398處，Es4位于2760ms處，138°方位振幅最強；在斷層T2380處，沒有明顯的層位反射振幅信息，即無方位各向異性顯示。由上述分析可知，Es4存在與方位變化有關的方位各向異性特征。

圖4　雷家地區幾個典型方位角道集(黑色虛線對應Es4儲層頂)

3實際應用效果分析

圖5　雷家地區杜家臺油組預測裂縫分布圖

3.1層位裂縫密度和方位

利用疊前各向異性裂縫預測方法，對雷家地區裂縫發育情況進行預測。結合地震資料、井資料的統計分析以及該區的沉積特征，綜合預測研究區Es4白云巖整體裂縫密度高值沿北東-西南方向延伸，向東西兩端呈擴散狀，西南部存在較多小型密度高值區域，范圍較廣。由圖5、6可知，研究區的裂縫發育整體呈北東-西南向，這與該區所受應力相符。在主要油氣產區，如lei39井、lei15井區，方位各向異性整體呈片狀。將裂縫密度與生產情況較好的井進行對比發現，產量較高的井分布在方位各向異性強-中強區域，這為使用各向異性進行儲層預測提供了一個標準，即所選擇的有利區帶必須是方位各向異性存在的位置，也是方位各向異性不是特別強的位置，根據該規律，雷家地區劃分3塊主要裂縫發育區(圖5、6圈出部分)。

圖6　雷家地區高升油組預測裂縫分布圖

3.2過井剖面分析

圖7　過lei77井的裂縫密度剖面和成像測井對比圖　　　圖8　過lei88井的裂縫密度剖面與巖性及產油層段對比圖

在雷家地區，根據經驗認為產油井是裂縫發育的井，產油層段是裂縫發育的層段。如圖8所示，lei88井的裂縫密度剖面的高值區與產油層段相對應，進一步說明了該技術反演結果的可靠性。

4結論與認識

1)通過對雷家地區Es4白云巖裂縫型儲層進行疊前方位各向異性反演，經過分析，劃分出3塊主要裂縫密度高值區，通過與多種實際資料對比分析，符合度較高，證實了裂縫預測結果的可靠性，為下一步油氣預測提供了重要依據。

2)疊前方位各向異性裂縫預測技術對裂縫的認識得以量化，且成本相對較低，不僅可以用于預測碳酸鹽儲層裂縫發育區，也可以應用于預測非常規油氣藏中的裂縫發育帶。

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[編輯]龔丹

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)5-0020-06

[中圖分類號]P631.44

[作者簡介]劉寶(1980-)，男，工程師，現主要從事地質綜合研究工作，19679859@qq.com。

[基金項目]中石油天然氣股份有限公司科技重大專項(2012E-30)。

[收稿日期]2015-07-23

[引著格式]劉寶.疊前方位各向異性裂縫預測技術在雷家地區的應用研究[J].長江大學學報(自科版), 2016,13(5):20～25.