四川盆地元壩地區大安寨段儲層裂縫預測

胡偉光, 易小林, 范春華

(中國石油化工股份有限公司 勘探分公司研究院, 成都 610041)

0 引言

裂縫作為地殼中的一種普遍現象，廣泛地存在于各類巖石之中。到目前為止，已經在砂巖、泥頁巖、碳酸鹽巖以及火成巖等多種裂縫型儲集層中獲得了大量的工業油氣流。裂縫型油氣藏作為油氣藏的重要類型之一，近年來越來越受到各大石油公司的廣泛關注。

四川盆地大安寨段儲層的形成對裂縫的依賴性很強，裂縫成為儲層的主要儲集空間和滲濾通道，是形成工業產能的必要條件，因而裂縫預測在大安寨段儲層預測中最為關鍵。同時，大安寨段油氣藏基本不受局部構造圈閉的控制，也與構造位置的高低無關，布設在背斜、向斜、高點、低點的鉆井都可能獲得高產油氣流[1]。

1 大安寨段儲層特征

大安寨段的介殼灰巖由于被夾在上下為砂巖或泥巖之間，以及由于灰巖的硬度都比周圍的巖石硬度高，并且灰巖與泥巖、粉砂巖往往呈薄互層狀態，在區域構造應力等其他外力作用下，極易發生破裂而形成裂縫(圖1)。成巖作用后期沿裂縫發育的溶蝕孔、洞和縫也構成了儲層重要的儲集空間和滲流通道。大安寨段中發育的泥頁巖作為烴源巖，具有非常規油氣的特征——吸附氣及游離氣共存，而介殼灰巖中的孔、洞和裂縫體系可以成為其頁巖氣析出的通道之一。

圖1 yb10井大安寨段介殼灰巖中發育的構造裂縫(未充填，井深3962.75m～3963.98m)Fig.1 The structure factures developing in the shell limestones of Da’an zhai member in the well yb10(unfilled, well depth 3962.75m～3963.98 m)

元壩地區大安寨段儲層基質孔隙度分布范圍為0.19%～3.22%，平均為1.082%；滲透率分布范圍為0.011×10- 3μm2～159.5×10- 3μm2，殘余介殼灰巖裂縫較發育，滲透率值可高達200×10- 3μm2。大安寨段儲層的形成環境極其復雜，受多種地質因素的復合控制。

1) 高能介殼灘是大安寨段儲層形成的有利相帶。高能介殼灘對大安寨段孔、洞、縫的發育有著直接的控制作用，次生溶蝕的孔、洞、縫主要分布在介殼灰巖和介殼灰巖夾泥質巖的巖性組合中。高能介殼灘的分布，在區域上受印支晚期形成的北東東向隆起帶的控制，其局部受控于燕山中晚期的古高地。

2)孔、洞、縫發育程度是大安寨段儲層形成的關鍵。次生孔、洞、縫與建設性的成巖作用密切相關。

經過多年的油氣勘探開發實踐證明，四川盆地的大安寨段發育厚大的介殼灘體[2-5]，若缺少裂縫系統，即使對儲層進行相關的改造，也難獲得工業油氣產能。因此，介殼灘體中裂縫的發育程度是控制單井油氣產能的關鍵因素，裂縫預測的準確度對勘探部署起著重要的決定因素。

2 有利沉積相分析

在油氣儲層預測實踐中，相控預測儲層技術中的沉積相分布位置確定至為關鍵。元壩地區的大安寨段沉積相分析，主要通過對元壩地區的三維地震數據進行波形分類[6-8]進行研究(圖2)，通過對該區大安寨段的地震相波形分類分析發現，地震相波形分類圖中不同色帶界線特征明顯，因為不同的沉積環境所對應的巖石組合具有不同的反射波形，不同的反射波形則對應于不同的色帶。根據相關的鉆井資料及波形分類結果研究，揭示研究區內的沉積環境可以分為濱湖亞相、淺湖亞相、淺湖-半深湖亞相及半深湖亞相，其中淺湖亞相的湖坡部位最易于發育介殼灘，并且由于其處在沉積相對高能環境，所以發育的介殼灰巖含生物碎屑較多，極易形成好的油氣儲層。因此，淺湖亞相是元壩地區大安寨段油氣勘探的研究重點。

圖2 元壩地區大安寨段波形分類示意圖Fig.2 The map of waveform classification for Da’an zhai member in Yuanba area

從圖2中也能見到，淺湖亞相中主要分布有兩個大型的介殼灘(圖2中Ⅱ、Ⅲ類中的褐紅色、紫色區域)。西南部的介殼灘走向為NNW向，處在yb2、yb21、yb12等井之間區域；工區中部的介殼灘呈橢圓形，分布在yb5井的附近及東北部，走向上大體呈SN向。介殼灘相外向北方向基本上為砂、泥體(淡藍-淺綠色、藍紫色區域)的沉積區域，而砂、泥體的沉積區域不易發育介殼灘，原因可能與水動力強弱分布有關，且與大安寨時期底棲生物(雙殼類)不喜歡生活在渾濁的水體環境有關，其次可能與水溫變化的情況有關聯，這也影響到底棲生物的分布，砂、泥體沉積區域表明其與濱湖帶接觸距離較近，水動力較弱且水溫較高，不適宜底棲生物生長。

對該研究區的地震剖面(千佛崖組底層拉平)和鉆井相關資料進行分析(圖3)，全區沉積相分為四種。古地貌也顯示總體上NNW向高，ESS向低，向北方向地貌呈整體上緩慢升高。總之研究區內的濱湖亞相的古地理處在古地貌高部位，位于工區北面，地層厚度相對較薄，而向南方向，則地層厚度相應增加。從該拉平剖面上看大安寨段內部的反射形態，可見與上部地層的反射形態相對平行，表明該時期的水體相對平靜，沉積層的成層性較好，具有上超特征。

大量研究成果表明，介殼灘主要在淺湖亞相區內發育，而淺湖-半深湖亞相也可能有少量介殼灘發育，但是不同沉積相帶的介殼灰巖分布特征是不同的。由于淺湖亞相靠近淺湖-半深湖亞相附近地區多為高能帶(圖2、圖3)，這一帶地區的波浪及潮汐作用相對強烈，水體淺、陽光充足，底棲生物適于生長及發育，因而易于形成層厚較大的、泥質雜基較少的高能介殼灘沉積，沉積物中的介殼破碎、分選、磨圓度較好；高能帶的靠陸一側，由于靠近濱湖相帶，水體淺，水動力條件弱，水體循環差，屬于低能環境，不利于底棲生物發育，因此，介殼灘并不發育；高能帶靠深湖相一側，即半深湖亞相區域，由于水體位于浪基面以下，水動力條件很差，雖然有少量底棲生物發育，但是由于能量低，形成的介殼灰巖厚度偏薄、泥質含量高，常與黑色頁巖薄互層出現，屬于低能介殼灘沉積。

圖3 元壩地區大安寨段過井地震剖面沉積相劃分(層拉平顯示)Fig.3 The sedimentary classification of through-well seismic profile (layer flattening display)

通過上述研究，元壩地區大安寨段普遍存在介殼灘。而介殼灰巖中所發育的裂縫體系可能為油氣的儲藏提供有利條件，所以對介殼灰巖中的裂縫系統進行準確地預測，才能找到工業油氣流。

3 裂縫儲層預測

目前，針對裂縫型油氣藏的勘探技術主要有橫波、P—S轉換波、多波多分量、方位VSP和P波等。各種技術方法各有優劣，其中疊前3D方位角P波各向異性檢測被認為是現階段既經濟、又實用的勘探方法，其次是疊后相干性分析，也是各大油田常用的一種檢測裂縫的方法，這些技術方法也在川東南海相頁巖氣勘探中得到成功的應用。

3.1 疊前P波各向異性預測裂縫

從理論上說，縱波垂直于裂縫帶傳播會有明顯的旅行時延遲和衰減，并有反射強度降低和頻率變低等現象；而平行于裂縫方向則沒有這樣的現象，兩者的反射特征具有差異性。因此，可以利用縱波的這些不同方位的地震響應特征來確定裂縫儲集層。

疊前P波各向異性預測裂縫技術是基于P波在遇到裂縫地層產生反射時，由于P波入射方向與裂縫走向的方位角不同，所產生的反射特征就不相同。利用三維地震資料寬方位角的特點，提取不同方位角的地震P波響應特征(振幅、頻率類等屬性)，就可以用于檢測裂縫發育的相對程度，該方法尤其對開啟的高角度裂縫檢測效果相對明顯[9-13]。

當反射P波通過裂縫介質時，對于固定炮檢距，P波反射振幅相應R與炮檢方向和裂縫走向之間的夾角θ有如下關系：

R(θ)=A+Bcos 2θ

(1)

式中:A為與炮檢距有關的偏置因子；B為與炮檢距和裂縫特征相關的調制因子；θ=φ-α為炮檢方向和裂縫走向的夾角，φ為裂縫走向與正北方向的夾角，α為炮檢方向與正北方向的夾角。依照簡諧振蕩特征，式(1)中的A可以看成均勻介質下的反射強度，反映了巖性變化所引起的振幅變化；B可以看成定偏移距下隨方位而變的振幅調制因子，其大小決定了儲層裂縫的發育程度。當B值大，A值小時，裂縫發育；當B值小，A值大時，裂縫不發育，因此B/A是裂縫發育密度的函數。這種關系可近似用以橢圓狀圖形來表示，可以在設定的坐標系中利用橢圓擬合來計算。當炮檢方向平行于裂縫走向時(θ=0°)，振幅(R=A+B)最大；當炮檢方向垂直于裂縫走向時(θ=90°)，振幅(R=A-B)最小。理論上只要知道三個方位或三個以上方位的反射振幅數據就可利用式(1)求解A、裂縫方位角θ及與裂縫密度相關的B，從而得到儲層任一點的裂縫發育方位和密度情況。

3.2 相干體分析技術

相干體技術[14-18]是用于地震資料解釋分析的實用技術，對識別細微的巖層橫向非均一性、斷裂特征和預測裂縫及其發育帶較為有效。相干體技術的實質就是利用地震反射信息計算各道之間的相關性，突出不相關的地震反射波異常現象，從三維地震數據體出發，選用相應、有效的計算方法實現相干數據體的轉換，進而展現出斷裂特征和預測裂縫發育帶的平面分布。

3.3 裂縫預測效果分析

本次裂縫預測研究思路主要采用上述兩種方法對元壩地區大安寨段進行裂縫預測，也就是基于疊前、疊后地震資料的兩種不同技術方法,對同一地區相同的儲層段進行綜合研究。

3.3.1 疊前P波各向異性

在大量的油氣勘探實踐中，發現基于頻率類屬性的P波各向異性技術預測裂縫密度相對比振幅類、波阻抗等屬性為好，準確度相對較高[19]。本次基于疊前P波各向異性計算的裂縫分析中，主要根據衰減屬性(頻率類屬性) 隨方位角的變化情況來分析裂縫密度，亦即是采用頻率類屬性的橢圓擬合計算實施裂縫方向及密度的預測。研究資料表明，當地震波沿裂縫走向傳播時，其頻率類屬性衰減最小，而垂直裂縫走向傳播則其衰減最大。通常情況下，巖石中裂縫發育越強、密度越大，則其各向異性越強(裂縫密度值越大)；反之，則其裂縫密度值趨向等于1(裂縫密度值為1時表明無各向異性)。本次裂縫預測的地震數據處理中，計算并提取了6個方位角的地震疊加數據體，方位角范圍分別為0°～30°、30°～60°、60°～90°、90°～120°、120°～150°、150°～180°，其對應的中心角分別是15°、45°、75°、105°、 135°、 165°。分別對各個疊加數據體進行偏移處理得到偏移數據體，再計算其相關的吸收衰減屬性后對各個CDP點進行各個中心角的數據重構，以便對其實施各向異性計算，得到該點的裂縫密度值。

利用疊前P波各向異性中的頻率屬性,預測大安寨段的裂縫密度平面分布情況(圖4)，可見裂縫發育區的分布沒有規律可尋。裂縫發育區呈斑塊狀分布在研究區內，在沉積相預測的介殼灘相中的裂縫略為發育。從圖4中也能看到，介殼灰巖的裂縫發育情況也不盡相同。有的地方裂縫相對發育密集，而有的介殼灰巖段則裂縫相對發育較差，推測裂縫發育差異與不同區域所受到的構造應力的強弱相關。裂縫相對發育的密集部位主要分布在預測區域中部偏西位置，大部分鉆井均分布在該區域。在顏色方面，黃紅色區域的裂縫相對密集，而藍色區域的裂縫發育最差。

圖4 元壩地區大安寨段裂縫發育密度分析平面圖Fig.4 Plane graph of fracture density in Da’an zhai member of Yuanba area

鉆井資料顯示，yb101井、yb102井、yb11井及yb1井均鉆遇介殼灰巖，灰巖中裂縫相對發育，其中對yb101井、yb102井和yb11井大安寨段進行試氣工作，均獲得工業氣流。在具體到井段的疊前P波各向異性預測的裂縫密度剖面中(圖5)，yb101井、yb11井及yb1井等三口鉆井在大安寨段均鉆遇了預測的裂縫發育密集段上(圖5(a)～圖5(c))，而yb12井介殼灰巖發育(厚度較大)，但裂縫不發育(圖4中的淡藍色區域、圖5(d))，測井資料也顯示該井段裂縫不發育，氣測顯示也較差；而yb101井、yb102井和yb11井大安寨段氣測顯示則較好，關鍵是介殼灰巖中裂縫略為發育。因此，鉆井是否鉆遇介殼灘及介殼灘中發育裂縫與否，對各井的油氣產能影響較大。

圖6顯示按疊前P波各向異性預測的本區裂縫走向玫瑰圖和井中資料測量所得到的裂縫走向玫瑰圖具有較好的一致性，這表明該區的各向異性預測成果準確率較高。預測的裂縫走向玫瑰圖基本上都包含了各井中的裂縫發育方向，都呈近東西向。根據張景和、孫宗欣研究成果[20-21]，當裂縫走向與晚期最大主應力間的夾角小于30°時，裂縫是有效的；當二者夾角大于30°時，裂縫的有效性較差。元壩地區大安寨段晚期最大水平主應力方向為近東西向，與該走向相同或夾角不大時，該裂縫基本上可認為是張開縫。由此可知，大安寨段發育的裂縫基本上都是有效縫，裂縫被充填的相對較少。

疊前P波各向異性預測的裂縫密度剖面和地震資料對比顯示(圖7)，從圖7中可見，裂縫發育部位不一定處在高部位，向斜部位也可能發育裂縫。這點和yb3井在須四段鉆遇工業氣流類似。在大安寨段中，yb3井與yb12井之間中部，向斜底段其裂縫就較為發育。其次yb11井與yb1井之間中部斜坡部位，預測裂縫也相對發育。對應于地震剖面，千佛崖組底部如出現黑色較強的復波反射，推測其可能為裂縫相對發育地段。

圖5 元壩地區過井大安寨段預測的裂縫密度剖面圖Fig.5 The through-well predication of fracture density in Da’an zhai member of Yuanba area(a)yb101井；(b)yb1井；(c)yb11井；(d)yb12井

圖6 大安寨段構造裂縫走向分析Fig.6 The trend of the structure fracture in Da’an zhai member(a)yb12井自流井組裂縫走向；(b)P波各向異性預測的裂縫總體走向

圖7 元壩地區大安寨段聯井的裂縫密度剖面圖與地震剖面對比示意圖Fig.7 The sketch map of fracture densities and seismic profiles contrast of connected wells in Da’an zhai member of Yuanba arear(a)聯井地震剖面；(b)預測聯井剖面裂縫發育密度

3.3.2 相干體分析

相干體技術主要利用道與道之間的相關性和相似性的對比，相干值較低的點與地質體不連續性如斷層和地層、特殊巖性體邊界密切相關。儲層段的相干性的變化與該儲層段的孔、縫、洞的發育程度有關，也是該儲層段儲集能力的評價因素之一[22-24]。

圖8 元壩地區大安寨段相干體切片平面圖Fig.8 The coherence cube slices of Da’an zhai member in Yuanba area

對研究區相干體切片分析發現，相干體的低值部位(淡黑色-黑色麻點狀，相干值小于0.8)和疊前P波各向異性預測的裂縫部位具有較好的一致性，異常帶的分布也以中部偏西向、偏北方向為主(圖8),小型斷裂(黑色線狀)附近的微裂縫相對發育(淡黑色團塊狀)。相干體的低值部位對應研究區大安寨段的微型裂縫發育部位——如yb21井(該井在大安寨段測試獲高產油氣流)。大多數情況下，這些部位含油氣后往往就會產生頻率類的強各向異性特征。

相干體切片顯示，yb101井、yb102井、yb11井及yb1井均處在低相干區域(淡黑色-黑色區域)，異常區域整體連通性較好，而yb12井則處在高相干區(白色區域)，推測其所在部位及周圍裂縫不發育，預測結果也與疊前P波各向異性預測的成果較為吻合。

裂縫預測是世界性難題，任何一種裂縫預測方法都有其優、缺點，單靠一種方法決定裂縫分布結果，具有多解性。本次裂縫預測，以鉆井裂縫評價為出發點,主要依據儲層相干切片分析，并結合疊前P波方位各向異性預測成果,對區內主力儲層大安寨段進行裂縫綜合預測評價，實現針對大安寨段儲層的裂縫綜合預測。對大安寨段來說，介殼灰巖比泥頁巖、粉砂巖更容異產生裂縫，是研究區的優質儲層。所以尋找大安寨段介殼灰巖中的裂縫發育區域,對四川地區陸相中淺層的油氣勘探具有重大意義。

對于相干體切片技術來說，采用該技術得到的大安寨段裂縫預測效果相對較差，因為裂縫儲層的疊后反射波形較為相似、差異不大，所以相干體切片技術對其檢測效果不好，致使微型裂縫的識別相對困難——裂縫發育區域往往呈模糊團塊狀，也可能混雜了巖性變化等因素的影響，具有一定多解性。這是因為相干體技術強調對疊后波形的相似性進行對比，但該技術對大型裂縫(如斷層)的預測效果還是不錯的——斷層引起的波形差異明顯。而疊前P波方位各向異性則是對不同方位角的疊前道集屬性的不同之處進行對比，所檢測的結果分辨率及準確率比疊后結果還高，特別是針對微型裂縫的預測。所以本次裂縫預測研究綜合相關的裂縫預測成果——兩者相互驗證及對比分析，發現疊前P波方位各向異性比相干體切片技術的預測成果相對準確，裂縫異常帶的位置清楚，并為相關鉆井資料所證實，而相干體切片技術對微型裂縫帶位置的刻畫較為模糊，效果不是很好。當然疊前P波方位各向異性技術的使用會受到地震資料(寬方位或窄方位)及劃分方位角的數目、偏移距設定范圍等因素的影響，并且采用不同屬性的計算也可能影響到預測結果。因此，要設計好合適的處理參數,才能做好疊前P波方位各向異性計算。

在本次裂縫預測實踐中，綜合兩者的裂縫預測成果(異常重疊區域)，就可以準確判斷出大安寨段的裂縫發育區域。這些預測的技術方法及原理值得向四川盆地裂縫型儲層預測實踐中推廣。

4 結束語

通過對元壩地區的大安寨段地層的沉積相及裂縫儲層的研究，綜合分析后得到該區大安寨段含油氣的有利勘探區域。大量的勘探資料表明，大安寨段儲層研究的重點是介殼灘相中發育的裂縫系統，而這些裂縫系統往往被油氣所充填。實際油氣勘探中綜合了P波各向異性及相干體計算成果,對該區的大安寨段含油氣裂縫儲層進行預測及評價，得到了P波各向異性預測的裂縫分布區域與相干體切片的低相干區具有較好的對應關系。總的來說，研究區內介殼灘相中的裂縫相對發育，而有利沉積相區中的裂縫發育區域往往是油氣勘探重點關注的區域。