基于全方位OVT地震數據的各向異性裂縫預測技術在迪北致密砂巖研究中的應用

熊興銀，楊茂智，許建洋，李　濤

(1.西安石油大學，陜西西安 710000；2.中國石油東方地球物理公司研究院；3.中國石油東方地球物理公司)

基于全方位OVT地震數據的各向異性裂縫預測技術在迪北致密砂巖研究中的應用

熊興銀1，2，楊茂智1，2，許建洋2，李濤3

(1.西安石油大學，陜西西安 710000；2.中國石油東方地球物理公司研究院；3.中國石油東方地球物理公司)

摘要：介紹了致密砂巖氣藏各向異性裂縫預測原理，以迪北地區為例，通過對全方位OVT地震數據進行偏移距和方位角的優選疊加，得到覆蓋次數和振幅能量等都較為均勻的分方位數據體，在此基礎上，利用P波頻率衰減屬性的各向異性特征，開展了研究區侏羅系阿合組致密砂巖裂縫分布特征的預測。綜合區域斷裂特征、區域應力場特征和高精度成像測井資料分析認為，裂縫預測與實際地質情況吻合，顯示了該技術能為該區的油氣勘探開發提供有效支撐。

關鍵詞：塔里木盆地；迪北地區；地震數據處理；裂縫預測； 致密砂巖

對于致密砂巖氣藏來講，找到了具備成藏規模的裂縫型儲層發育區就等同于找到了致密砂巖氣藏，因此裂縫型儲層的預測對于致密砂巖氣藏的勘探和開發具有十分重要的意義[1]。利用地震手段預測裂縫型儲層的技術主要有：多場信息預測技術[2]、分方位地震屬性各向異性裂縫預測技術[3]、多分量與各向異性檢測技術[4-5]、裂縫邊緣檢測技術及裂縫非線性預測技術[6]、AVA裂縫檢查技術等[7]。自2000年以來，對裂縫型儲層預測的迫切需求推動了裂縫預測技術的快速發展，尤其是在對小尺度裂縫的預測方面，以分方位地震屬性各向異性裂縫預測技術為主的裂縫預測技術得到了快速發展和完善。同時也推動了三維地震采集從窄方位采集向寬方位[8]和全方位采集發展[9]，相應的處理技術從常規分方位處理向OVT域處理發展。

OVT即偏移距向量片(offset vector tile)，又叫COV即共偏移距向量(common offset vector)。偏移距向量片是利用十字排列道集抽取得到的，它的主要特點是保留了方位角和偏移距的信息，并且近、中、遠道能量較為均衡[10]。通過OVT域處理得到的螺旋道集數據，為分方位地震屬性各向異性裂縫預測提供了較好的數據基礎。

1各向異性裂縫預測原理

利用分方位地震屬性進行各向異性裂縫預測的原理主要是基于地層為HTI介質的假設。大量的研究表明：在HTI介質中由于受裂縫密度以及裂縫中流體物性的影響，地震波在不同方向上傳播過程中表現的速度、振幅、走時以及頻率衰減梯度等參數的特征都是不同的，并且這些參數在平面上表現為橢圓的特征[11]。因此利用不少于三個方位的地震數據的頻率衰減梯度信息進行橢圓擬合，橢圓的長、短軸方向能夠指示裂縫的走向和地層的各向異性強度。

根據 Mitchell等提出的計算地震信號能量衰減的EAA技術，地震波在傳播過程中的表達式為：

A=A0e-αxei(krx±ω t)

(1)

式中：kr=k-iα，k是復數；α是信號的衰減系數。

利用地震波信號的能量計算頻率衰減梯度的算法是：首先對每一道的地震記錄做時頻分析，在時頻剖面上把每個時間樣點處局部頻率中的最大能量頻率當作初始的衰減頻率，再計算過總能量65%以及85%兩點的斜線斜率，該斜率即為頻率衰減梯度(如圖1所示)，其數學表達式為公式(2)。該方法在地震資料信噪比較高或地震資料的頻譜比較簡單時，可以較好的反映頻率的衰減特征[12]。

(2)

式中：Y-85和f-85代表能量衰減到85%時對應的能量和頻率，Y-65和f-65代表能量衰減到65%時對應的能量和頻率。

圖1　頻率衰減梯度計算示意圖

通過計算6個方位的地震數據的頻率衰減梯度，然后采用最小二乘法進行橢圓擬合，預測了研究區裂縫的走向和地層的各向異性強度。在HTI介質中，地震波的衰減主要受裂縫中的流體物性的影響，以及裂縫密度的影響。因此，在含有相同流體的情況下，裂縫密度越大，衰減梯度越大；裂縫中含有流體時的衰減特征為：含氣的衰減梯度大于含油的衰減梯度，含油的衰減梯度略大于含水的衰減梯度[13-15]。裂縫中流體物性和裂縫密度的綜合響應表現為地層的各向異性強度。根據以上特點，利用衰減梯度進行橢圓擬合的長軸方向是衰減梯度大的方向，短軸方向是衰減梯度小的方向。由此可知，短軸的方向指示了裂縫的走向，而長軸的方向與裂縫的走向垂直。利用短軸與長軸的比率可以表征橢圓的扁度，比率越大代表橢圓越扁，即衰減越強，地層的各向異性越強。

2應用實例

2.1地質背景

迪北地區位于塔里木盆地庫車山前帶，該區受多期斷裂作用，斷塊比較發育。自中生代以來，受北側天山造山帶向南的強烈逆沖推覆作用，地塊整體向南傾斜，現今表現為斜坡構造形態(如圖2所示)。綜合分析野外露頭、鉆井巖心、測井資料認識到：迪北地區侏羅系阿合組為辮狀河三角洲平原和前緣亞相沉積的地層；阿合組巖性表現為致密砂巖特征，其基質孔隙度主要分布區間為4%～8%，平均值為5.89%，基質滲透率主要分布于(0.1～1)×10-3μm2，中值為0.699×10-3μm2。阿合組氣藏氣水倒置、壓力異常、頂底板封蓋強，表現出致密砂巖氣藏的特征[16]。通過鉆井產能與儲層特征的對比表明：天然氣產能高的井裂縫型儲層非常發育，天然氣產能低或者無產能的井，裂縫型儲層不發育。因此在致密砂巖中尋找裂縫型儲層，是研究區鉆井獲得高產的必要條件。

圖2　迪北地區地質結構剖面

2.2分方位地震數據優選

為了滿足裂縫型儲層預測的需要，對研究區采用了全方位采集的觀測系統，采集的地震資料應用了OVT處理流程進行處理。由于利用分方位地震數據進行裂縫預測，必須要保證各個方位角的地震數據體的能量是均衡的，從而減少由地震數據方位覆蓋次數不均勻而帶來的各向異性差異，導致預測結果不準[17]。OVT處理流程的優勢是保證了各個方位的地震數據都按照相同的處理參數和流程進行處理，使得數據的保真度高、均衡性強。但是由于觀測系統的原因，不同方位的偏移距是不一致的，從而導致不同方位數據疊加的時候，能量不均衡。因此在對OVT螺旋道集數據進行分方位疊加之前，首先必須進行偏移距、方位角以及覆蓋次數等之間的關系分析，然后根據分析結果優選合適的偏移距、方位角范圍進行數據疊加，這樣才能保證在有一定信噪比的基礎上盡可能多的劃分方位角，并且保證各個方位角數據的能量均衡，從而在基礎資料方面消除影響裂縫預測結果的因素[18]。對OVT螺旋道集數據的優選工作主要是應用自主研發的EASYTRACK軟件進行偏移距、方位角與各向異性之間的關系分析，以及與覆蓋次數之間的關系分析，從而為疊加分方位數據提供支持。通過試驗分析，優選了偏移距和方位角的范圍進行疊加，保證了不同方位地震數據的能量均衡(如表1所示)。

2.3各向異性裂縫預測

在保證分方位地震數據均勻對稱的基礎上，對不同方位的地震數據進行時頻分析。圖3為研究區過W4井的不同方位的瞬時頻率剖面，圖中藍色代表高頻，紅色代表低頻。結合斷裂系統對比分析表明：裂縫分布對頻率的衰減特征明顯，平行于區域斷裂方向的剖面表現為相對高頻特征，而垂直于區域斷裂走向的剖面表現為相對低頻特征。根據研究區目的層厚度和速度規律，確定分析時窗為30 ms，計算了目的層的頻率衰減梯度，然后利用最小二乘法進行橢圓擬合，預測裂縫的方向和地層的各向異性強度。對于預測結果，利用了區域構造特征、應力特征、鉆井揭示的裂縫方向等來驗證預測的可靠性。

表1　方位角、偏移距與覆蓋次數關系表

圖3　過W4井的不同方位的瞬時頻率剖面對比圖

利用頻率衰減梯度進行各向異性裂縫預測，預測的裂縫型儲層發育規律可靠性較高，主要表現在三個方面：第一個方面，預測的裂縫走向和裂縫分布密度與研究區應力場的分布規律(如圖4所示，紅色到綠色漸變代表應力由強變弱)較為吻合：應力強的地方裂縫發育密度大。第二個方面，預測的裂縫密度和方向符合構造學原理。構造研究表明：研究區整體表現為一個南傾的斜坡，受幾組走滑斷裂分割為幾個斷塊，并在W3井附近存在一個構造高部位。根據構造學的理論，在擠壓應力背景下構造高部位曲率大的地方，張性裂縫較為發育，且裂縫發育方向與擠壓應力方向近于垂直；在斷裂附近構造縫較為發育，且與斷裂走向呈一定夾角。本區的擠壓應力方向為近南北向，斷裂走向為近東西向，因此預測在構造高部位裂縫密度大，且裂縫的主方向為近東西向，在斷裂附近裂縫密度大，且裂縫的主方向為北東南西走向，符合地質規律(如圖5所示)。第三個方面，預測的裂縫方向與研究區鉆井的成像測井預測的方向一致。例如：W1井高精度成像測井表明發育兩組小角度相交的主方向為近東西走向的裂縫，W2井高精度成像測井表明發育兩組幾乎正交的裂縫，主方向為北東—南西走向，各向異性裂縫預測的裂縫方向與成像測井揭示的裂縫方向完全一致(如圖6、圖7所示)。

通過把裂縫預測成果、油氣檢測成果和地質分析成果相結合，在庫車東部迪北地區的裂縫預測與已鉆井實際情況吻合率達到90%，對新部署的3口正鉆井的預測吻合率達到100%。以此為依據確定了該區儲量計算的相關技術參數，提供凝析氣控制地質儲量數百億方；并且總結了該區的開發評價井位優選原則，提供了4口開發評價井位建議。

圖4　迪北地區應力場預測平面圖

圖5　迪北地區侏羅系阿合組裂縫預測平面圖與斷裂系統疊合圖

圖6　W1井成像測井裂縫方向(左) 與W1井區裂縫預測平面圖(右)

圖7　W2井成像測井裂縫方向(左) 與W2井區裂縫預測平面圖(右)

3結論與認識

通過利用全方位OVT地震數據進行基于頻率衰減梯度的各向異性裂縫預測認識到，做好以下三個方面對于各向異性裂縫預測非常重要：第一，在進行采集觀測系統設計的時候，應該充分考慮數據在不同方位上的對稱性和均勻性；第二，在全方位OVT地震數據在進行處理的過程中，必須進行數據規則化處理，更好地提高地震數據的均勻性；第三，在利用全方位OVT地震數據進行分方位地震屬性各向異性裂縫預測之前，必須進行偏移距、方位角、覆蓋次數與各向異性關系的驗證分析，從而保證分方位地震數據的均勻性。

對本區的裂縫預測研究表明：頻率衰減梯度屬性適合于氣藏區的裂縫預測，預測的裂縫方向和地層各向異性強度能較好地符合地質規律。

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編輯：李金華

文章編號：1673-8217(2016)01-0065-04

收稿日期：2015-09-23

作者簡介：熊興銀 ，高級工程師，1979年生， 2002年畢業于西南石油大學應用地球物理專業，現為西安石油大學石油與天然氣工程在讀碩士，研究方向：地震資料解釋方法研究。

基金項目：國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發中高精度地球物理勘探技術研究及應用”(2011zx05019-005)。

中圖分類號：P631

文獻標識碼：A