李佳+陳志剛+陳紅霞+馬輝

摘 要：西南莊潛山位于南堡凹陷的北部，西南莊斷層的上升盤(pán)，是前第三系的中、古生界潛山，目前在古生界的毛莊組、府君山組獲得了油氣。鉆井揭示主要儲(chǔ)層為裂縫孔隙型、裂縫型儲(chǔ)層。由于埋深、地表?xiàng)l件等因素的影響，地震資料品質(zhì)較差，分辨率較低，儲(chǔ)層特征在地震剖面上沒(méi)有明顯的響應(yīng)，在平面上，儲(chǔ)層分布規(guī)律不清，制約了西南莊潛山的油氣增儲(chǔ)和上產(chǎn)。本文詳細(xì)描述了運(yùn)用疊后地震資料進(jìn)行縫洞型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的方法流程，首先利用分方位曲率及地震和測(cè)井玫瑰圖進(jìn)行分方位裂縫預(yù)測(cè)，優(yōu)選主要方位進(jìn)行螞蟻?zhàn)粉櫦?xì)化，然后利用各向異性強(qiáng)度屬性進(jìn)行縫洞儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，最后將裂縫預(yù)測(cè)與縫洞預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行疊合，從而定性確定兩類(lèi)儲(chǔ)層及非儲(chǔ)層的發(fā)育區(qū)。

關(guān)鍵詞：西南莊潛山；縫洞預(yù)測(cè)；裂縫預(yù)測(cè)；分方位曲率；玫瑰圖；各向異性強(qiáng)度

中圖分類(lèi)號(hào)： P618 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）28-143-4

0 引言

西南莊潛山位于南堡凹陷的北部，西南莊斷層的上升盤(pán)；由于次級(jí)斷層的分割形成一系列的前第三系斷塊潛山，鉆井井主要分布于斷塊的高部位，臨近西南莊斷層（圖1）。主要出油層系為古生界的寒武系毛莊組及府君山組，元古界青白口系、太古界花崗巖及古生界奧陶系及中生界的侏羅系都有不同級(jí)別的油氣顯示。

主要出油層段之一的府君山組主要為開(kāi)闊海潮下低能環(huán)境的碳酸鹽巖沉積，以石灰?guī)r為主，主要發(fā)育泥晶石灰?guī)r、粉晶石灰?guī)r、云斑石灰?guī)r、白云質(zhì)石灰?guī)r、粉細(xì)晶白云巖等；另一個(gè)主要出油層段毛莊組主要潮坪沉積，發(fā)育云灰泥坪、泥灰坪等沉積相帶，鉆井揭示在頂部發(fā)育了一套鮞狀灰?guī)r，向下為紫紅色頁(yè)巖及黏土巖、灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖。鉆井解釋府君山組和毛莊組的主要儲(chǔ)層為碳酸鹽巖網(wǎng)狀縫、角礫間溶孔，按照儲(chǔ)層類(lèi)型及日產(chǎn)液量等因素，將儲(chǔ)層劃分為三種類(lèi)型。一類(lèi)儲(chǔ)層為高孔隙度的孔隙型和裂縫孔隙型，日產(chǎn)液量大于3/t/d/m；二類(lèi)儲(chǔ)層為裂縫孔隙型和裂縫型，日產(chǎn)液量大于2/t/d/m小于3/t/d/m；三類(lèi)儲(chǔ)層裂縫孔隙型、裂縫型和特低孔隙度的孔隙型，日產(chǎn)液小于2/t/d/m。

受制于縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層的規(guī)模，各向異性等因素的影響，利用地震資料進(jìn)行碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)一直是石油勘探和開(kāi)發(fā)的一大難點(diǎn)。近年來(lái)地震資料的“兩寬一高”采集，使很多地區(qū)的地震資料得以改善，在碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方面也取得了較好的進(jìn)展。但由于本區(qū)地震資料為2003年采集，受制于復(fù)雜的地表?xiàng)l件（建筑物、蝦池、鹽池等）、成本等因素的影響，尚沒(méi)有進(jìn)行“兩寬一高”采集，地震資料分辨率低，品質(zhì)較差，利用地震資料進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)也受到了一定的限制，裂縫和孔隙型儲(chǔ)層在平面的展布不清楚，制約了本區(qū)的增儲(chǔ)上產(chǎn)。難點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：

①地震資料主頻低，僅有20Hz，縱向分辨率低，府君山組和毛莊組地層層速度約為5500m/s，按照四分之一波長(zhǎng)計(jì)算，地震縱向分辨率約為70m，而鉆井揭示本區(qū)縫洞儲(chǔ)層縱向厚度最大不到30m，因此地震資料縱向上無(wú)法區(qū)分儲(chǔ)層。

②地震資料并沒(méi)有因?yàn)槟康膶雍辛芽p或油氣而產(chǎn)生明顯的地震響應(yīng)異常。雖然從鉆井上統(tǒng)計(jì)，含油氣的鉆井目的層速度為5000-5300m/s左右，而不含油氣的鉆井目的層層速度為6000-6700m/s左右，即含有油氣的地層層速度明顯偏低，但受地震資料保幅處理程度的限制，地震資料沒(méi)有明顯的能量或其他異常。如圖2所示，1井、2井、3井都鉆遇角礫間孔洞，3井比1井、2井發(fā)育程度較弱，1井、2井為油氣井，3井為干井，地震剖面上3口鉆井沒(méi)有明顯地震響應(yīng)異常，且地震響應(yīng)特征相似，因此常規(guī)屬性無(wú)法區(qū)分。

③從多口鉆井的聲波、密度及自然伽瑪?shù)冗M(jìn)行交匯分析，儲(chǔ)層段和圍巖之間不能明顯的區(qū)分，如圖2所示，含油儲(chǔ)層與圍巖之間無(wú)論自然伽瑪、電阻率、聲波都混淆在一起無(wú)法區(qū)分，因此不能利用波阻抗反演進(jìn)行平面的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。

為此，探索新的縫洞儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方法不僅對(duì)本區(qū)科學(xué)合理的滾動(dòng)勘探、開(kāi)發(fā)工作具有實(shí)際指導(dǎo)意義，而且還對(duì)其他地區(qū)同類(lèi)或類(lèi)似地質(zhì)目標(biāo)的勘探、開(kāi)發(fā)具有技術(shù)推廣價(jià)值。

1 各向異性強(qiáng)度屬性技術(shù)原理

各向異性強(qiáng)度屬性是在三維地震體曲率計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步計(jì)算得到的。在利用疊后地震數(shù)據(jù)提取的幾何屬性中，體曲率的應(yīng)用前景光明，允許我們勾勒裂縫和斷層。雖然裂縫和曲率之間的關(guān)系非常復(fù)雜，許多研究已經(jīng)論述了開(kāi)放的裂縫與強(qiáng)烈的構(gòu)造變形相關(guān)。Hart（2002）和Nelson（2001）研究表明致密砂巖中開(kāi)放裂縫與撓曲相關(guān)。Narhari等人（2009）通過(guò)成像測(cè)井發(fā)現(xiàn)了曲率與天然裂縫直接的關(guān)系。Arasu等人（2010）用Schmidt圖表推導(dǎo)出了估算一個(gè)給定方位角的裂縫甜點(diǎn)的螞蟻?zhàn)粉櫟乃惴?。郭等人?010）年觀察到在Woodford頁(yè)巖中高產(chǎn)的鉆井與最負(fù)主曲率K2表現(xiàn)出的構(gòu)造低相關(guān)。Hennings等人（2000）發(fā)現(xiàn)了在北落基山露頭的Frontier組地層測(cè)量的天然裂縫與古應(yīng)力（通過(guò)古構(gòu)造重構(gòu)估算）和現(xiàn)今的曲率高度相關(guān)。以上的實(shí)例都表明，體曲率與裂縫之間關(guān)系非常密切。自2009年開(kāi)始，地球物理學(xué)家開(kāi)始研究流體和地震體曲率之間的關(guān)系。Nissen（2009）等人，在美國(guó)堪薩斯州的Dickman油田的研究中，發(fā)現(xiàn)流體與鉆井到曲率圖上最近的裂縫異常的距離有很近的相關(guān)性，即隨著到最近的北西向裂縫的距離的增加，水產(chǎn)量下降了，表明北西向裂縫是開(kāi)放的，油氣產(chǎn)量隨著到北東向裂縫距離的增加而增加，表明這些裂縫是封閉的，這些都被附近水平井所證明。根據(jù)以上的實(shí)例，Zhangkui，Marfurt等人（2011）提出了各向異性強(qiáng)度屬性，它是基于兩個(gè)假設(shè)：①流體產(chǎn)量是來(lái)自附近全部裂縫流體的總和而不僅局限在最近的裂縫，即對(duì)于一個(gè)具體的點(diǎn)，附近所有的裂縫都對(duì)流體流有貢獻(xiàn)。②裂縫強(qiáng)度與曲率值成正比。

各向異性強(qiáng)度屬性的計(jì)算流程如圖4所示，主要包括以下幾個(gè)過(guò)程：

①對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行多窗口傾角掃描，從而計(jì)算出主測(cè)線方向和聯(lián)絡(luò)測(cè)線方向的傾角，利用兩個(gè)方向的傾角數(shù)據(jù)體進(jìn)行曲率計(jì)算，得到各種曲率，包括最大曲率、最小曲率，最正曲率、最負(fù)曲率等。

②對(duì)最負(fù)曲率進(jìn)行比例化。如圖5所示，選定較低的門(mén)檻值klower和較高的門(mén)檻值kupper，曲率值小于klower的部分設(shè)定加權(quán)值為1.0，曲率值大于kupper的部分設(shè)定加權(quán)值為0，中間值通過(guò)線性內(nèi)插設(shè)定對(duì)應(yīng)的加權(quán)值。這樣做的目的是在最負(fù)曲率體中能夠更加凸顯裂縫。

③對(duì)最負(fù)曲率進(jìn)行分方位濾波，得到不同方位角的曲率子體。當(dāng)|k2|>|k1|，裂縫的走向是最大曲率的方位角，當(dāng)|k2|≤

|k1|，裂縫的走向是最小曲率的方位角，這里k1 是最正曲率，k2是最負(fù)曲率。

④將步驟3得到的不同方位角的子體與1/r褶積，這里r是任一點(diǎn)到附近裂縫距離。這種方式是基于Nissen等人2009年提出的統(tǒng)計(jì)相關(guān)，即在平層中直井或斷面內(nèi)外流體流的格林函數(shù)可以簡(jiǎn)單地看作1/r，這里r是徑向的距離r=（x2+y2）1/2，1/r可以看作如圖6 所示的脈沖響應(yīng)。

2 技術(shù)應(yīng)用效果

各向異性強(qiáng)度屬性是在體曲率屬性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步計(jì)算的，因此物理意義存在多樣性，取決于曲率本身預(yù)測(cè)出的地質(zhì)體的物理意義。如果曲率屬性表現(xiàn)的地質(zhì)體是裂縫，則各向異性強(qiáng)度反映的也是裂縫，并且是與油氣產(chǎn)量相關(guān)的裂縫。本區(qū)的曲率屬性反映的地質(zhì)體是微斷層或裂縫，而本區(qū)的孔洞儲(chǔ)層主要是角礫孔洞，是由于裂縫作用在裂縫所分割的角礫之間經(jīng)過(guò)溶蝕等作用形成，因此洞與縫具有相關(guān)性，并且產(chǎn)能與縫洞型儲(chǔ)層在本區(qū)具有較好的相關(guān)性，因此可以利用各項(xiàng)強(qiáng)度異性屬性預(yù)測(cè)開(kāi)啟的裂縫發(fā)育帶及縫洞發(fā)育帶。主要研究思路為，首先通過(guò)歐拉曲率及玫瑰圖等屬性或因素確定裂縫的發(fā)育方向，然后優(yōu)選主要的發(fā)育方向進(jìn)行螞蟻?zhàn)粉櫠玫郊?xì)化的裂縫發(fā)育圖，最后利用各向異性屬性預(yù)測(cè)縫洞發(fā)育帶并疊合螞蟻?zhàn)粉櫟慕Y(jié)果定性預(yù)測(cè)儲(chǔ)層并進(jìn)行分類(lèi)。

確定裂縫方向。圖7是毛莊組利用曲率計(jì)算得到的玫瑰圖，可以直觀地反映裂縫的發(fā)育方向，證明本區(qū)的裂縫主要發(fā)育方向?yàn)楸睎|向和北西向兩組方向，玫瑰圖上疊合了2口鉆井的玫瑰圖，與地震預(yù)測(cè)的玫瑰圖吻合，證明裂縫方向預(yù)測(cè)的可靠性。

歐拉曲率是一種分方位的曲率，圖8是主要目地層毛莊組不同方位的歐拉曲率，分別是0度、45度、90度和135度的曲率，圖中暖色調(diào)表示不同方位下發(fā)育的裂縫，也可以看出，本區(qū)的裂縫發(fā)育方向主要有兩組，一組為近北東向展布的裂縫，一組為近北西向展布的裂縫。

進(jìn)一步，優(yōu)選北東向展布和北西向展布的裂縫進(jìn)行螞蟻?zhàn)粉櫍瑥亩鴮?duì)北東向展布的裂縫進(jìn)行細(xì)化，圖9為螞蟻?zhàn)粉櫟慕Y(jié)果，兩組裂縫更加清晰，并且北東向展布的裂縫明顯多于北西向展布的裂縫，因此北東向是本區(qū)裂縫發(fā)育的主要方向。

縫洞儲(chǔ)層綜合預(yù)測(cè)。

在確定了主要裂縫為北東向展布后，利用各向異性強(qiáng)度屬性預(yù)測(cè)北東向的縫洞復(fù)合體，圖10b為連井的各向異性強(qiáng)度屬性剖面，其中B井具有成像測(cè)井資料，從成像測(cè)井看，具有明顯的縫洞體，在地震剖面上對(duì)應(yīng)高值區(qū)（暖色調(diào)），即鉆井結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果相吻合。圖10a是各向異性強(qiáng)度的毛莊組平面圖，暖色調(diào)表示縫洞體的發(fā)育區(qū)。

進(jìn)一步，將各向異性強(qiáng)度與螞蟻?zhàn)粉櫟那氏喁B合（圖11a），可以直觀地反映裂縫儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)和縫洞儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，曲率和各向異性強(qiáng)度同是高值的地區(qū)，為縫洞型儲(chǔ)層；曲率為高值而各向異性強(qiáng)度為低值的地區(qū)，為裂縫型儲(chǔ)層，由于各向異性強(qiáng)度屬性是與產(chǎn)量相關(guān)的屬性，因此認(rèn)為上述裂縫發(fā)育區(qū)裂縫開(kāi)啟程度較差；曲率和各向異性強(qiáng)度屬性同是低值的地區(qū)，儲(chǔ)層不發(fā)育，為非儲(chǔ)層。圖11a中3口鉆井的成像測(cè)井可以看出，A井毛莊組裂縫比較發(fā)育，B井和C井縫洞比較發(fā)育，與預(yù)測(cè)結(jié)果相吻合。的按照上述三種類(lèi)型，進(jìn)一步將圖11a轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)層類(lèi)型圖，見(jiàn)圖11b，縫洞發(fā)育區(qū)為I類(lèi)儲(chǔ)層，約占全區(qū)30%；裂縫發(fā)育區(qū)為II類(lèi)儲(chǔ)層，約占全區(qū)60%；非儲(chǔ)層約占10%。

3 結(jié)束語(yǔ)

各向異性強(qiáng)度屬性是近一兩年出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，目前還存在一定局限性：

①各向異性強(qiáng)度屬性的具有兩個(gè)假設(shè)條件，一是流體產(chǎn)量是來(lái)自附近全部裂縫流體的總和而不僅局限在最近的裂縫，即對(duì)于一個(gè)具體的點(diǎn)，附近所有的裂縫都對(duì)流體流有貢獻(xiàn)，二是裂縫強(qiáng)度與曲率值成正比。假設(shè)條件不一定適用于所有地區(qū)。②各向異性強(qiáng)度屬性是在曲率的基礎(chǔ)上計(jì)算的，本意是預(yù)測(cè)與產(chǎn)量相關(guān)的裂縫發(fā)育帶，預(yù)測(cè)的前提是曲率屬性所反映的地質(zhì)體是裂縫，而在實(shí)際的工作下，曲率除了反映裂縫外，還會(huì)反映其他地質(zhì)現(xiàn)象，比如火山口、鹽丘等，如果有這些地質(zhì)現(xiàn)象存在，各向異性強(qiáng)度屬性必將其計(jì)算在內(nèi)，對(duì)裂縫預(yù)測(cè)造成影響。因此在利用各向異性強(qiáng)度屬性預(yù)測(cè)裂縫的過(guò)程中，要根據(jù)不同地區(qū)，針對(duì)不同情況加以區(qū)分，具體問(wèn)題具體分析。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] Chopra， S.， and K. J. Marfurt， 2007， Seismic attributes for prospect identification and reservoir characterization： SEG.

[2] Goebel， E. D.， 1966， Stratigraphy of Mississippian rocks in western Kansas： Ph. D dissertation， University of Kansas， Lawrence.

[3] Hart， B. S.， R. A. Pearson， and G. C. Rawling， 2002， 3-D seismic horizon-based approaches to fracture-swarm