疊前縱波方位AVO技術(shù)在裂縫預(yù)測(cè)中的研究及應(yīng)用

◇中國石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院 苗哲瑋

目前，在裂縫型油氣藏勘探開發(fā)過程中，最為關(guān)鍵的問題是如何有效預(yù)測(cè)地下儲(chǔ)層裂縫的分布規(guī)律和發(fā)育特征，現(xiàn)已成為相關(guān)企業(yè)和研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文主要對(duì)疊前縱波方位AVO技術(shù)在裂縫預(yù)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析與研究，首先簡(jiǎn)要論述了該技術(shù)的基本原理和基本流程，然后將其應(yīng)用于實(shí)際工區(qū)，裂縫預(yù)測(cè)的結(jié)果與相關(guān)資料的吻合度較高，證實(shí)該技術(shù)具有比較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

目前，在裂縫型油氣藏勘探開發(fā)過程中，最為關(guān)鍵的問題是如何有效預(yù)測(cè)地下儲(chǔ)層裂縫的分布規(guī)律和發(fā)育特征，現(xiàn)已成為相關(guān)企業(yè)和研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文主要對(duì)疊前縱波方位AVO技術(shù)在裂縫預(yù)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析與研究，首先簡(jiǎn)要論述了該技術(shù)的基本原理和基本流程，然后將其應(yīng)用于實(shí)際工區(qū)，裂縫預(yù)測(cè)的結(jié)果與相關(guān)資料的吻合度較高，證實(shí)該技術(shù)具有比較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

近些年以來，由于國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，導(dǎo)致油氣資源的消耗量巨大，我國各大油氣田企業(yè)紛紛加大了油氣勘探開發(fā)的力度，油氣產(chǎn)量逐年遞增或維持往年同期水平。但是，新發(fā)現(xiàn)的常規(guī)油氣藏日益減少，油氣勘探開發(fā)的難度逐漸增加，目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)向更加復(fù)雜的非常規(guī)油氣藏。經(jīng)分析和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國裂縫型油氣藏具有十分巨大的勘探潛力，其油氣儲(chǔ)量約占我國油氣探明儲(chǔ)量的1/3，已經(jīng)成為各大油田油氣勘探和增儲(chǔ)上產(chǎn)的重點(diǎn)領(lǐng)域[1-2]。在裂縫型油氣藏勘探開發(fā)過程中，最為關(guān)鍵的問題是如何有效預(yù)測(cè)地下儲(chǔ)層裂縫的分布規(guī)律和發(fā)育特征，現(xiàn)已成為各大油田企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

目前，常用的地震裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)主要有4種：①縱波疊后地震屬性技術(shù)；②疊前縱波方位AVO技術(shù)；③橫波分裂技術(shù)；④多方位VSP技術(shù)[3-4]。縱波疊后地震屬性技術(shù)具有流程簡(jiǎn)單，易于為石油工作者掌握、效率高等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)外許多研究人員在這方面做了許多的研究工作，并且在實(shí)際應(yīng)用中也取得了比較好的效果，但是該方法的多解性比較強(qiáng)，增加了勘探開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。橫波分裂技術(shù)和多方位VSP技術(shù)的理論都比較成熟，而且應(yīng)用效果也比較好，成功率較高，但是這兩種方法的成本高、流程復(fù)雜，現(xiàn)在并沒有得到大范圍推廣和應(yīng)用。而疊前縱波方位AVO技術(shù)是目前比較常用的裂縫預(yù)測(cè)方法，在很多油田的實(shí)際應(yīng)用中都獲得了比較好的預(yù)測(cè)效果，但是目前在使用過程中，仍然存在著許多問題。本文主要對(duì)疊前縱波方位AVO技術(shù)進(jìn)行研究及應(yīng)用，以期探索出一套有效的裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)流程。

1 基本原理

縱波在地下裂縫介質(zhì)中傳播時(shí)，具有一定的方向特性，即縱波的很多物理性質(zhì)會(huì)隨著地震觀測(cè)系統(tǒng)方位的改變而有所不同，如振幅、速度、時(shí)差、衰減頻率等，而這些變化特征是與實(shí)際地下儲(chǔ)層裂縫的分布規(guī)律和發(fā)育特征（方向和密度）相關(guān)的[2]。如圖1所示，如果地下儲(chǔ)層裂縫發(fā)育（高角度）時(shí)，縱波沿著不同方向傳播，檢波器所接收到的縱波反射信號(hào)數(shù)值不相同。因此，只要地下儲(chǔ)層存在裂縫，就可以利用疊前縱波方位AVO技術(shù)預(yù)測(cè)其發(fā)育情況。

圖1 三維地震采集與垂直裂縫儲(chǔ)層空間關(guān)系示意圖

疊前縱波方位AVO技術(shù)是以Ruger（1997）提出的HTI介質(zhì)縱波反射系數(shù)公式為理論基礎(chǔ)，計(jì)算公式如下[4-6]：

對(duì)（1）式進(jìn)行簡(jiǎn)化并引入三角變換，可得

對(duì)于每個(gè)CMP點(diǎn)，如果已知3個(gè)及以上方位角的地震振幅數(shù)據(jù)，則可得以下方程組：

這樣，求解上述方程組就可以獲得、和，然后對(duì)得到的數(shù)值解進(jìn)行橢圓擬合，最后利用橢圓的長軸或短軸來指示裂縫發(fā)育方向，長軸和短軸之比來預(yù)測(cè)裂縫的發(fā)育程度。

2 基本流程

根據(jù)上述原理，在實(shí)際工作中可以采用相應(yīng)的技術(shù)流程，主要分為以下四步：①對(duì)疊前CMP道集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解其覆蓋次數(shù)、面元大小、信噪比、偏移距等基本情況，如果地震資料品質(zhì)較差，可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化處理，提高疊前CMP道集數(shù)據(jù)的品質(zhì)；②對(duì)處理之后的疊前CMP道集進(jìn)行方位角劃分，通常需要?jiǎng)澐?個(gè)及以上的方位。在劃分的過程中，必須確保各個(gè)方位角道集數(shù)據(jù)的覆蓋次數(shù)基本一致，而且應(yīng)該去除近道和遠(yuǎn)道的數(shù)據(jù)，提高裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性；③將不同方位的道集數(shù)據(jù)分別進(jìn)行疊加、偏移，然后提取各種地震屬性，如頻率類屬性、振幅類屬性等，對(duì)其進(jìn)行橢圓擬合，結(jié)合試油、鉆井、測(cè)井、地質(zhì)等信息來確定裂縫預(yù)測(cè)所使用的地震屬性；④對(duì)工區(qū)中的多口井進(jìn)行巖石物理模型正演，眾多學(xué)者研究表明，不同方位地震數(shù)據(jù)擬合得到的橢圓長軸或短軸都可能指示裂縫發(fā)育的方向，因此在使用疊前縱波方位AVO技術(shù)進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè)時(shí)，應(yīng)考慮使用井上巖石物理模型正演來確定長軸或短軸指示裂縫發(fā)育的方向[7]。

3 實(shí)際應(yīng)用

為了驗(yàn)證疊前縱波方位AVO技術(shù)的實(shí)際效果，本文對(duì)東部某油田A工區(qū)的地震資料進(jìn)行了各向異性研究，并進(jìn)行了裂縫發(fā)育情況的預(yù)測(cè)。A工區(qū)的地震資料為最新采集的寬方位三維地震資料，覆蓋次數(shù)較高，信噪比也比較好。首先通過對(duì)該工區(qū)的CMP道集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并且考慮到不同方位角地震數(shù)據(jù)的覆蓋次數(shù)要求，將CMP道集數(shù)據(jù)劃分為4個(gè)方位角：①0o-45o（平均方位角為22.5o）；②45o-90o（平均方位角為67.5o）；③90o-135o（平均方位角為112.5o）；④135o-180o（平均方位角為157.5o）。雖然不同方位角內(nèi)的地震數(shù)據(jù)覆蓋次數(shù)基本一致，但是覆蓋次數(shù)比較小，導(dǎo)致地震數(shù)據(jù)的信噪比較低，因此在疊加過程中，采用借道法對(duì)不同方位角的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了超面元疊加。然后對(duì)疊加之后的分方位數(shù)據(jù)分別進(jìn)行疊后偏移，通過平面和剖面分析發(fā)現(xiàn)，不同方位角的地震數(shù)據(jù)振幅能量基本一致，信噪比、分辨率大致相同，部分位置存在一定的差異。最后結(jié)合前人工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)不同方位角的偏移數(shù)據(jù)直接提取頻率衰減梯度屬性，并進(jìn)行橢圓擬合，裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果如圖2所示。利用各種資料對(duì)裂縫預(yù)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，效果較好，與實(shí)際地質(zhì)情況吻合。

圖2 實(shí)際工區(qū)裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果

4 結(jié)束語

（1）疊前縱波方位AVO技術(shù)可以用來預(yù)測(cè)儲(chǔ)層裂縫的發(fā)育情況（方向和密度），實(shí)際應(yīng)用效果較好，值得應(yīng)用推廣。

（2）儲(chǔ)層自身的各向異性會(huì)導(dǎo)致疊前縱波方位AVO技術(shù)的結(jié)果存在一定的多解性。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該結(jié)合測(cè)井、鉆井、地質(zhì)等信息進(jìn)行驗(yàn)證，以提高裂縫預(yù)測(cè)的可靠性。

（3）疊前縱波方位AVO技術(shù)是假設(shè)地下儲(chǔ)層裂縫為HTI介質(zhì)，因此，該技術(shù)適合于中、高角度的裂縫預(yù)測(cè)研究，對(duì)于低角度的裂縫，研究人員還應(yīng)該結(jié)合其他技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。