地震數據在儲層裂縫預測中的應用研究

聶 妍，范廷恩，張雨晴，劉向南

（中海油研究總院 北京 100028）

1 引言

關于儲層裂縫分布預測的研究一直是石油工作者面臨的一大困難和攻關難題，近年來，國內相關企業通過十余個裂縫性油藏的實際勘探開發，探索出了一套能夠綜合的裂縫識別和分布預測技術方案和手段，例如：基質評價方法，天然裂縫識別方法及天然裂縫分布規律預測方法。在國際上，相關研究學者把注意力集中在利用測井成像分析、多分量多波地震處理等技術進行檢測裂縫，取得了較為顯著的效果。但是，由于裂縫分布具有普遍復雜性和差異性，同時受到地震數據采集精度和相關設備技術的影響，目前對精度要求在10米級以上斷距的斷層和裂縫預測，可以實現較為清楚和精確的解釋，而對于精度要求在10米左右及以下的小斷裂，當前的技術還難以做到，仍然是一項技術挑戰[1]。因此，相關的研究仍處在探索階段。本文基于不同類型的地震數據，對不同裂縫分布預測方法進行探討和研究。

2 基于疊后地震數據的裂縫預測方法

基于疊后地震數據的裂縫預測方法是一種較為有效的預測方法。

首先，應用相干屬性及曲率屬性相結合，可明確目的區斷層解釋組合的分布規律。在地層沉積原始階段，地層結構往往是橫向勻稱的（或者是變化微小的），因此，兩個相鄰道之間的地震反射信號圖譜通常是連續穩定的。即使地震反射信號有變化也應是緩和變化的。此時，我們認為相鄰道結構之間是相似的。而當地層經過地質構造應力作用發生擠壓或拉升后，地層結構的連續性會遭到損壞，地層構造發生變形甚至形成斷層。這個過程導致地震道之間的波形屬性產生變化，進而使得局部道與道之間的相關性變低。具體變化可通過相干性屬性來進行分析。

其次，從構造地質學和地質力學角度出發，通過曲率分析可以有效進行微小斷層和裂縫的預測。因為構造運動，巖層受到構造應力的作用，產生擠壓、拉伸或扭曲。通常我們會遵循一個巖石破裂準則（如格里菲斯準則，庫倫－納維葉和莫爾剪破裂準則[2]）。如果形變程度達到或超過其形變極限閾值而遵循巖石破裂準則時，巖層就會無法承受應力強度，發生破裂并產生裂縫。以上過程可以得出，構造面曲率的大小與裂縫有一定的關系：曲率越大的巖層區域通常裂縫發育高，曲率小的區域裂縫發育程度低或不發育。

再次，螞蟻追蹤是一種數據處理技術，可以在相干體基礎上提供呈現清晰斷裂痕跡的數據體。由于這種技術具有噪聲低特點，因此被應用于裂縫描述，對中-小尺度裂縫帶精確刻畫提供一種思路。盡管用地震屬性預測中-小尺度裂縫存在困難，但是如果考慮到在一個中-小尺度裂縫比較集中發育的區域，裂縫間隙和內部流體使得儲層原來的物性發生變化，從而影響地震波的傳播和轉發。依據這個理論，與裂縫不發育區相比，裂縫區域在屬性體上會表現出較大不同。為更進一步的刻畫斷裂信息，最后在相干體的基礎上，應用Petrel軟件實現“螞蟻追蹤”。蟻群算法[3-5]實際上是模擬自然界群體智能尋優過程的一種最優化算法，其目的是精細刻畫斷裂特征。

同時，應力場數值模擬技術也是應用疊后地震數據進行裂縫預測的典型方法。應力場即為空間中應力狀態的變化。通常應力場隨時間變化，但在某一地質時間相對穩定。應力場主要研究應力的分布規律，需要確定應力的方向，屬性，大小等。應力場在空間上可分為全球，區域及局部應力場。根據受力模式可分為抗壓、抗拉及剪切應力場。應力場數值模擬技術主要預測構造縫可能發育的區域。該方法以薄板理論為基礎，通過背斜構造對模型進行分析得到結論。某一點的裂縫發育程度通過該點的最大曲率值來表示，而張性裂縫可能的走向近似為最小主曲率的方向。因此，構造縫的預測轉化為計算構造平面的主曲率問題。

3 基于疊前地震數據的裂縫預測方法

疊前方位角各向異性主要檢測高角度裂縫儲層。其理論基礎是，當地震波在HTI介質中傳播時，傳播的方位角與一系列反射波屬性有關，包括振幅，速度，頻率，衰減量及其他屬性。而這些屬性也就間接反映了裂縫的方向及密度。

應用FRS裂縫檢測是基于縱波的裂縫檢測方法。當地震波經過裂縫處，不同裂縫角度形成的反射振幅能量不同，同一炮點激發，由于介質中裂縫的存在，裂縫方向，密度及流體等變化導致不同檢波器接收到地震波能量不同，產生強烈的地震各向異性特征。方位各向異性分析是基于每一采樣點上地震道集的橢圓擬合進行的。在巖石物理正演模擬過程中，我們首先假定高滲區是正南北方向發育，然后觀察長軸和短軸方向與假定方向的一致性，來分析各向異性。如果橢圓擬合的長軸與假定方向一致，則各向異性方向為長軸方向。相反地，如果橢圓擬合的短軸與假定方向相同，則各向異性方向為短軸方向。更進一步，長軸與短軸的比反映了同一點各向異性的大小。因此，基于這個理論，可以完成方位各向異性分析。

4 結語

應用疊后地震數據得到的是定性的裂縫帶分布范圍，而通過疊前地震數據得到的是定量的裂縫帶分布大小和趨勢。針對不同油田的地質特征和地震資料基礎，應用不同的方法進行地震裂縫預測。目前，全球諸多油田，尤其是碳酸鹽油田都面臨裂縫預測的難題，因此為該技術推廣應用提供了廣闊的空間，但對于更復雜的碳酸鹽油藏（強注強采、復雜構造、稠油等），技術尚需深化研究。

[1]彭仕宓等.整合多尺度信息的裂縫性儲層建模方法探討.西安石油大學學報，16(4)：1-6，2011.

[2]鄧攀，魏國齊，楊泳.儲層構造裂縫定量預測中地質數學模型的建立與應用研究.天然氣地球科學，17(4)：480-484，2006.

[3]趙偉.基于蟻群算法的三維地震斷層識別方法研究.南京理工大學碩士論文，2009.