葛紅旗, 金科年, 吳沁軒

(1.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北武漢 430100；2.長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北武漢 430100；3.中國(guó)石油集團(tuán)西部鉆探工程有限公司測(cè)井公司，新疆克拉瑪依 834000)

基于測(cè)井-地震信息的碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫預(yù)測(cè)方法

葛紅旗1，2, 金科年3, 吳沁軒3

(1.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北武漢 430100；2.長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北武漢 430100；3.中國(guó)石油集團(tuán)西部鉆探工程有限公司測(cè)井公司，新疆克拉瑪依 834000)

碳酸鹽儲(chǔ)層裂縫發(fā)育、非均質(zhì)性強(qiáng)，單一測(cè)井或地震方法識(shí)別裂縫存在局限性，為此提出了測(cè)井-地震信息融合預(yù)測(cè)碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫的方法。首先，將粗糙集理論與裂縫發(fā)育程度劃分相結(jié)合，把權(quán)系數(shù)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為粗糙集中屬性重要性評(píng)價(jià)問(wèn)題，根據(jù)鉆井取心對(duì)測(cè)井識(shí)別的裂縫進(jìn)行刻度；其次，基于疊前地震方位各向異性預(yù)測(cè)裂縫發(fā)育優(yōu)勢(shì)方位及裂縫密度；最后，通過(guò)井震標(biāo)定完成測(cè)井與地震尺度匹配，擬合測(cè)井裂縫可拓識(shí)別結(jié)果與疊前地震各向異性檢測(cè)強(qiáng)度的函數(shù)關(guān)系，劃分地震邊緣檢測(cè)裂縫級(jí)別。以實(shí)際工區(qū)資料為例，進(jìn)行了碳酸鹽巖裂縫測(cè)井-地震信息融合的裂縫預(yù)測(cè)，結(jié)果表明：該方法既能提高裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性，又能對(duì)縱向及橫向不同尺度的裂縫進(jìn)行有效識(shí)別。研究結(jié)果可為碳酸鹽巖儲(chǔ)層的裂縫預(yù)測(cè)提供有益的借鑒。

裂縫預(yù)測(cè)；粗糙集；各向異性；地震；測(cè)井

隨著油氣勘探開發(fā)逐漸由常規(guī)油氣藏轉(zhuǎn)向非常規(guī)油氣藏，儲(chǔ)層裂縫的研究越發(fā)重要。裂縫不僅可以作為油氣儲(chǔ)集空間，也是油氣運(yùn)移的重要通道，所以裂縫識(shí)別是裂縫性儲(chǔ)層研究的重要組成部分[1]。測(cè)井和地震是油氣勘探中的2種重要手段[2]：測(cè)井資料能夠刻畫井壁地層及其巖性的發(fā)育情況，但是測(cè)井成本太高及反映信息的范圍不足限制了其適用性[3-5]。利用測(cè)井資料識(shí)別裂縫以人工識(shí)別為主，主要依靠經(jīng)驗(yàn)分析，識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)也各不相同，受技術(shù)人員對(duì)地質(zhì)、測(cè)井、地震知識(shí)理解程度的限制，主觀因素影響較大[6],導(dǎo)致裂縫識(shí)別效率低；地震裂縫預(yù)測(cè)識(shí)別技術(shù)發(fā)展迅速[7-11]，與測(cè)井資料識(shí)別裂縫相比，地震資料分辨率低，但地震波覆蓋范圍廣、傳播深度大，解決了測(cè)井預(yù)測(cè)范圍小的問(wèn)題。將地震預(yù)測(cè)技術(shù)和測(cè)井資料識(shí)別相互結(jié)合，基于各向異性理論預(yù)測(cè)裂縫，既能刻畫裂縫發(fā)育程度，又能表征裂縫發(fā)育走向，李軍[12]、Hampson[13]和Leiphart等人[14]結(jié)合2種方法進(jìn)行了裂縫預(yù)測(cè)，取得較好的應(yīng)用效果。

測(cè)井方法和地震檢測(cè)雖然在各自領(lǐng)域均表現(xiàn)出良好的應(yīng)用效果，但無(wú)法對(duì)裂縫反演強(qiáng)度進(jìn)行定量化研究[15]。筆者根據(jù)裂縫的常規(guī)測(cè)井曲線的響應(yīng)特征，提出了基于粗糙集的測(cè)井裂縫識(shí)別與地震裂縫預(yù)測(cè)相融合的碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫預(yù)測(cè)方法。實(shí)例應(yīng)用表明，測(cè)井裂縫識(shí)別與成像測(cè)井結(jié)果吻合度高，通過(guò)測(cè)井裂縫與疊前地震各向異性結(jié)果交互標(biāo)定，可以有效識(shí)別碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫的發(fā)育強(qiáng)度，對(duì)于指導(dǎo)相近碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫預(yù)測(cè)具有一定的借鑒意義。

1 預(yù)測(cè)方法的原理

1.1基于粗糙集的測(cè)井裂縫發(fā)育評(píng)價(jià)

裂縫在常規(guī)測(cè)井曲線上的響應(yīng)特征是測(cè)井裂縫識(shí)別的基礎(chǔ)[16-17]。裂縫測(cè)井響應(yīng)特征有助于定性判斷裂縫發(fā)育情況，要想達(dá)到定量識(shí)別裂縫的目的，須將其轉(zhuǎn)化為定量指標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫定量直觀的表征[18-19]。

粗糙集只依賴于數(shù)據(jù)本身，從不完整的數(shù)據(jù)集中發(fā)現(xiàn)模式和規(guī)律，不需要樣本之外的經(jīng)驗(yàn)或者附加信息，能避免人為選擇決策機(jī)制過(guò)程中的主觀性，僅根據(jù)所觀測(cè)數(shù)據(jù)刪除冗余信息，分析不完整知識(shí)的程度，生成分類或決策規(guī)則，是一種處理模糊和不確定性知識(shí)的數(shù)學(xué)工具[20-21]，這為裂縫定量化識(shí)別提供了方法支撐。

粗糙集理論中，“知識(shí)”可以被看作一種分類能力，可以理解為對(duì)數(shù)據(jù)的劃分。用集合的觀念表達(dá)就是：使用等價(jià)關(guān)系集R對(duì)離散表示的空間U進(jìn)行劃分，知識(shí)就是R對(duì)U的劃分結(jié)果，由此在U及R的意義下，知識(shí)庫(kù)K可以定義為：屬于R中的所有可能關(guān)系對(duì)U的劃分，記作：

K=(U，R)

(1)

假設(shè)知識(shí)系統(tǒng)S=(U,A,V,f)，其中，U是對(duì)象的非空有限集合，稱為論域?qū)ο罂臻g；A是屬性集合，V是屬性值集合，f為信息函數(shù)，則

(2)

式中：子集C為條件屬性集,子集D為決策屬性集。

具有條件屬性和決策屬性的知識(shí)表達(dá)系統(tǒng)稱為決策表，即稱T=(U,R,C,D)為決策表。假定：

(3)

決策屬性集D依賴于條件屬性集C的依賴度k為：

(4)

式中：k為決策屬性集D依賴于條件屬性集C的依賴度。

k=1時(shí)，D完全依賴于C；0

在決策表中，不同的屬性可能具有不同的重要性。為了找出某些屬性的重要性，從決策表中去掉一些屬性，考察沒(méi)有該屬性后的分類變化情況。若去掉該屬性后，相應(yīng)的分類變化較大，說(shuō)明該屬性的強(qiáng)度大，即重要性高；反之，說(shuō)明該屬性的強(qiáng)度小，即重要性低。定義條件屬性Ci關(guān)于決策屬性集D的重要程度σCD(Ci)為：

σCD(Ci)=γC(D)-γC-Ci(D)

(5)

其中

(6)

式中：γC-Ci(D)為決策屬性集D對(duì)條件屬性Ci的依賴度。

σCD(Ci)越大，說(shuō)明屬性Ci在整個(gè)屬性集中的重要性越高。

識(shí)別指標(biāo)權(quán)系數(shù)是建立裂縫發(fā)育強(qiáng)度識(shí)別模型的關(guān)鍵，計(jì)算流程如下：

1) 利用式(4)計(jì)算最簡(jiǎn)決策表中決策屬性集對(duì)條件屬性集的依賴度γC(D);

2) 對(duì)每個(gè)識(shí)別指標(biāo)Ci，根據(jù)式(6)計(jì)算決策屬性集D對(duì)條件屬性Ci的依賴度γC-Ci(D)；

3) 根據(jù)式(5)計(jì)算第i種識(shí)別指標(biāo)在指標(biāo)集合中的重要性σCD(Ci)；

4) 計(jì)算第i種評(píng)判指標(biāo)的權(quán)系數(shù)αi,公式為：

(7)

測(cè)井裂縫識(shí)別指標(biāo)包括曲線變化率、巖石孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)、地層因素比值、飽和度比、骨架指數(shù)和三孔隙度比，以上指標(biāo)作為條件屬性集，以測(cè)井裂縫識(shí)別結(jié)果的不發(fā)育、低密度微裂縫、中密度裂縫和高密度裂縫為決策屬性集，通過(guò)建立識(shí)別量版，實(shí)現(xiàn)測(cè)井裂縫的定量識(shí)別，避免結(jié)果受人為劃分的主觀及經(jīng)驗(yàn)因素的干擾，主要步驟如下：

1) 根據(jù)地質(zhì)特征、巖電對(duì)比資料確定研究區(qū)域特定裂縫所對(duì)應(yīng)的測(cè)井曲線響應(yīng)特征；

2) 利用測(cè)井裂縫識(shí)別指標(biāo)及地震裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果離散化區(qū)間構(gòu)建模型的條件屬性集和決策屬性集；

3) 利用樣本構(gòu)建模型的待識(shí)別裂縫發(fā)育類別；

4) 利用基于粗糙集理論的權(quán)系數(shù)，得出待估樣本的識(shí)別結(jié)果。

1.2疊前地震方位各向異性裂縫預(yù)測(cè)

AndreasRuger[22]對(duì)Christoffel方程進(jìn)行了一系列簡(jiǎn)化，提出了Ruger近似公式，并通過(guò)比較分析計(jì)算的理論模型反射系數(shù)發(fā)現(xiàn)，Ruger近似公式在弱各向異性的垂直定向排列裂縫介質(zhì)(HTI介質(zhì))中具有很好的適用性，利用其進(jìn)行AVO梯度反演可計(jì)算HTI介質(zhì)中的裂縫參數(shù)。地震波在裂縫介質(zhì)中傳播的反射系數(shù)隨方位變化的情況如圖1和圖2所示。

圖1 地震反射振幅隨方位的變化Fig.1 Changes in amplitudes of seismic reflection with changes in azimuth

圖2 AVAZ擬合橢圓圖Fig.2 Ellipse for AVAZ fitting

縱波在裂縫介質(zhì)傳播時(shí)，當(dāng)偏移距一定時(shí)縱波的反射振幅隨方位變化的關(guān)系為[23]：

R=Ar+Brcos2φ

(8)

式中：R為反射振幅；φ為觀測(cè)方向與裂縫走向的夾角，(°)；Ar為均勻介質(zhì)下的振幅；Br為裂縫引起的振幅變化調(diào)制因子，即Br是在固定偏移距下隨觀測(cè)方位的變化而引起的振幅變化量，Ar和Br之間的相對(duì)變化能夠反映裂縫的發(fā)育情況和走向。

前人對(duì)裂縫介質(zhì)的大量研究成果表明，縱波在裂縫介質(zhì)傳播過(guò)程中，縱波的反射振幅與觀測(cè)方位的關(guān)系可以近似擬合成橢圓圖形式，如圖2所示。當(dāng)平行裂縫走向觀測(cè)時(shí)，采集的縱波振幅最強(qiáng)，其振幅值為(A+B)；當(dāng)垂直裂縫走向觀測(cè)時(shí)，采集的縱波振幅最弱，其振幅值為(A-B)。構(gòu)建比值關(guān)系(A+B)/(A-B)，用來(lái)表征地下裂縫的發(fā)育程度。

因此，利用3個(gè)方位角即可實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫密度和發(fā)育方位的定量預(yù)測(cè)。假設(shè)每個(gè)共中心道集在相同固定偏移距上具有3個(gè)方位的觀測(cè)資料R(φ)、R(φ+α)和R(φ+β),其中φ為首個(gè)觀測(cè)方位與裂縫發(fā)育走向之間的夾角,α和β分別為第二個(gè)和第三個(gè)方位道集與首個(gè)道集之間的角度，可以通過(guò)已知的采集觀測(cè)系統(tǒng)計(jì)算獲得α和β，聯(lián)立方程組求解Ar和Br：

(9)

獲得Ar,Br及裂縫方位的對(duì)應(yīng)數(shù)值，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫密度和走向的刻畫。雖然3個(gè)方位的地震數(shù)據(jù)可以滿足求解式(9)的條件，但是方位信息量不夠，對(duì)裂縫的刻畫必然會(huì)不充分，導(dǎo)致求得的結(jié)果隨機(jī)性很強(qiáng)，容易受到噪音干擾。

為了提高預(yù)測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性，更真實(shí)地反映出地下裂縫信息,通常采用多個(gè)方位信息的組合,根據(jù)式(9)構(gòu)建超定方程組，可以采用最小二乘反演方法求解超定方程組，得到A、B及裂縫方位。

針對(duì)N(N>3)個(gè)不同方位角的反射振幅，可以建立超定方程：

Rj=A+Bcos2(αj-φ)j=1,2,…,N

(10)

式中：Rj為反射系數(shù);αj為觀測(cè)方位角,(°)。

令fj(X)=Rj-A-Bcos2(αj-φ)，其中X=[A,B,φ]T，則可以建立目標(biāo)函數(shù)：

(11)

函數(shù)fj是關(guān)于A,B和φ的多元函數(shù)，對(duì)其進(jìn)行一階泰勒展開，可得：

(12)

將式(12)代入式(11)，可得：

(F(X0)+JΔX)T(F(X0)+JΔX)=

FTF+2FTJΔX+ΔXTJTJΔX

(13)

式中：J為雅克比矩陣。

給出初始值X0，目標(biāo)函數(shù)式是關(guān)于增量ΔX的函數(shù)，要使目標(biāo)函數(shù)最小，可有：

(14)

對(duì)式(14)進(jìn)行形式變換，可得：

ΔX=-(JTJ)-1JTF

(15)

則最小二乘解的迭代形式為：

Xm+1=Xm+ΔXm

(16)

通過(guò)上述算法，給出初始值，即可求取A、B和φ。首先利用寬方位觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行資料采集，再進(jìn)行分方位處理，提取疊前地震方位的地震數(shù)據(jù)，研究 P 波振幅隨方位角的變化與裂縫之間的關(guān)系，根據(jù)以上基本算法，通過(guò)裂縫介質(zhì)中縱波表現(xiàn)出的方位各向異性特征，就可以判別油氣儲(chǔ)層中的裂縫方位和裂縫發(fā)育程度。

1.3測(cè)井與地震數(shù)據(jù)的尺度匹配

測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的采樣間隔通常為0.125m，地震采樣間隔為2ms，地震數(shù)據(jù)與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的頻寬及頻率成分有很大的不同，導(dǎo)致進(jìn)行深時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與地震數(shù)據(jù)存在尺度不匹配的問(wèn)題，因此采用中值濾波法實(shí)現(xiàn)二者的尺度匹配。中值濾波法是一種非線性平滑技術(shù)，它把時(shí)窗內(nèi)的值按大小排序，然后將中間值重新置于窗的中心點(diǎn)，并通過(guò)時(shí)窗的滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，可以保持信號(hào)的邊緣不被惡化。中值濾波法能消除聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)中的異常峰值，同時(shí)，還能消除高頻成分的影響。

對(duì)一個(gè)給定的序列{Xi}(i=1,2,…,n)，其中值濾波過(guò)程如下：

1) 選擇時(shí)窗的大小，也就是濾波點(diǎn)數(shù)m(m≤n)；

2) 從第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)開始，取m個(gè)數(shù)據(jù)，比較其值的大小，把m個(gè)數(shù)據(jù)的中位數(shù){Yi}作為中值濾波的輸出結(jié)果；

3) 向前移動(dòng)一個(gè)點(diǎn)，并重復(fù)步驟2)，開始下一個(gè)點(diǎn)計(jì)算，直到完成所有點(diǎn)計(jì)算。

采用中值濾波有效消除測(cè)井高頻采樣的干擾，實(shí)現(xiàn)與地震資料頻率相匹配，然后將測(cè)井裂縫識(shí)別結(jié)果與疊前地震裂縫強(qiáng)度的曲線進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，得到裂縫發(fā)育分類與裂縫密度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以定量刻畫地震裂縫發(fā)育情況，實(shí)現(xiàn)測(cè)井地震信息融合的裂縫綜合識(shí)別。

2 應(yīng)用實(shí)例

X區(qū)塊位于中東某國(guó)的扎格羅斯褶皺帶，構(gòu)造主要為北西南東向的背斜，具備典型的前陸盆地結(jié)構(gòu)特征。研究區(qū)目的層為白堊系，包含Shiranish,Kometan及Qamchuqa組3個(gè)層段。目的層段位于背斜構(gòu)造區(qū)域，由于擠壓褶皺作用導(dǎo)致目的層段Shiranish段以下的層段(Kometan段和Qamchuqa段)結(jié)構(gòu)破碎，裂縫發(fā)育且分布復(fù)雜；同時(shí)，工區(qū)主要發(fā)育泥灰?guī)r、灰?guī)r和白云巖。目的層白堊系平均孔隙度為20%，滲透率為100～525mD，為高孔中高滲海相沉積環(huán)境。

該研究區(qū)具有較好的疊后地震和方位地震處理成果資料，測(cè)井資料也相對(duì)齊全，既有常規(guī)測(cè)井資料，部分井又有成像測(cè)井資料，為后續(xù)對(duì)該區(qū)碳酸鹽巖裂縫性儲(chǔ)層從疊后地震、疊前地震、常規(guī)測(cè)井及成像測(cè)井多重手段多個(gè)角度的全面研究提供了很好的基礎(chǔ)。針對(duì)工區(qū)的特點(diǎn)及現(xiàn)有的資料，利用測(cè)井-地震信息的碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫預(yù)測(cè)開展研究區(qū)的裂縫檢測(cè)，驗(yàn)證相關(guān)流程的合理性及可行性。

2.1基于測(cè)井資料的裂縫識(shí)別

根據(jù)測(cè)井參數(shù)對(duì)裂縫的響應(yīng)特征及敏感性，對(duì)比優(yōu)選出能夠反映裂縫發(fā)育程度的地質(zhì)及測(cè)井參數(shù)，分別是聲波時(shí)差變化率、巖石孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)、地層因素比值、飽和度比、骨架指數(shù)和三孔隙度比值[24]，決策屬性1—4分別代表不發(fā)育、低密度裂縫、中密度裂縫和高密度裂縫。

根據(jù)裂縫在常規(guī)測(cè)井曲線上的響應(yīng)特征，利用常規(guī)測(cè)井獲得的測(cè)井曲線、鉆井、錄井及取心等資料，建立關(guān)系數(shù)據(jù)模型、進(jìn)行屬性特征化和建立決策表，通過(guò)屬性約減計(jì)算出定量衡量裂縫發(fā)育程度的各指標(biāo)權(quán)重，實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫常規(guī)測(cè)井的定量描述。以下為實(shí)際工區(qū)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

選取研究區(qū)較為典型的30口井的成像測(cè)井結(jié)果及常規(guī)測(cè)井曲線作為樣本，對(duì)樣本進(jìn)行量化處理后得到初始決策表，通過(guò)相容性檢查，完成屬性約減。根據(jù)式(6)計(jì)算聲波時(shí)差變化率、巖石孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)、地層因素比值、飽和度比、骨架指數(shù)和三孔隙度比值等指標(biāo)對(duì)應(yīng)的γC-Ci(D)值，分別為0.311，0.356，0.289，0.467，0.333和0.445；根據(jù)式(5)計(jì)算得到各指標(biāo)的重要性σCD(Ci)，分別為0.689，0.644，0.711，0.533，0.667和0.555；最后根據(jù)式(7)計(jì)算得到各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，分別為0.185，0.169，0.191，0.145，0.179和0.151。

選取工區(qū)35口井進(jìn)行裂縫發(fā)育識(shí)別，識(shí)別結(jié)果的吻合率達(dá)到85%，說(shuō)明基于粗糙集的裂縫發(fā)育可拓識(shí)別方法可行，部分井段裂縫發(fā)育識(shí)別結(jié)果見表1，其中各指標(biāo)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化換算，以統(tǒng)一計(jì)算尺度。從表1可以看出，識(shí)別結(jié)果基本符合實(shí)際測(cè)井裂縫發(fā)育檢測(cè)結(jié)果。

表1 裂縫發(fā)育識(shí)別結(jié)果對(duì)比Table 1 Comparison of performances in identification of fracture development

在該區(qū)測(cè)井裂縫識(shí)別研究中，利用常規(guī)測(cè)井裂縫預(yù)測(cè)方法對(duì)T4井、T8井和T9井等多口井的中生界井段進(jìn)行了裂縫預(yù)測(cè)。T4井裂縫識(shí)別與測(cè)井解釋對(duì)比結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，巖性與裂縫發(fā)育強(qiáng)度關(guān)聯(lián)密切，白云巖集中區(qū)的裂縫發(fā)育強(qiáng)度總體高，灰?guī)r井段的裂縫發(fā)育相對(duì)弱，與巖石物理統(tǒng)計(jì)信息相吻合，說(shuō)明白云巖是裂縫發(fā)育的有利巖性。

圖3 T4井裂縫識(shí)別與測(cè)井裂縫解釋對(duì)比Fig.3 Fractures identified and fracture interpretation based on logging data in Well T4

成像測(cè)井不僅能直觀刻畫描述復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)(裂縫、溶孔、溶洞、層理和井壁坍塌)的實(shí)際特征，還能進(jìn)行圖像處理解釋出裂縫參數(shù)，所以，可以利用該區(qū)已有成像測(cè)井解釋的裂縫密度FVDC與常規(guī)測(cè)井基于粗糙集可拓識(shí)別結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

圖4為T8井某井段裂縫識(shí)別與巖性解釋及成像測(cè)井裂縫密度對(duì)比結(jié)果。從圖4可以看出，成像測(cè)井解釋結(jié)果與測(cè)井識(shí)別裂縫結(jié)果基本吻合，在成像測(cè)井解釋裂縫密度高的井段，常規(guī)測(cè)井識(shí)別的裂縫發(fā)育程度也比較強(qiáng)。該結(jié)果一方面驗(yàn)證了常規(guī)測(cè)井裂縫可拓識(shí)別的可靠性；另一方面說(shuō)明，當(dāng)成像測(cè) 井資料缺乏時(shí)，可以考慮采用利用常規(guī)測(cè)井資料基于粗糙集的可拓識(shí)別方法定量預(yù)測(cè)裂縫。對(duì)圖4所示T8井某井段裂縫可拓識(shí)別結(jié)果與巖性柱及成像測(cè)井裂縫密度進(jìn)行對(duì)比，同樣可以發(fā)現(xiàn)，2種識(shí)別方式的預(yù)測(cè)結(jié)果具有高度的一致性，進(jìn)一步確定了常規(guī)測(cè)井基于粗糙集可拓識(shí)別方法的有效性。

圖4 T8井某井段裂縫識(shí)別與巖性解釋及成像測(cè)井裂縫密度解釋對(duì)比Fig.4 Fracture identification, lithologic interpretation and fracture density determined by using image logging data in Well T8

2.2基于疊前各向異性的裂縫預(yù)測(cè)

基于振幅的方位各向異性裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)不僅能夠有效刻畫大尺度斷層特征，也能夠有效分辨小尺度裂縫發(fā)育信息。圖5所示為主要試井解釋滲透率與裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果的層段對(duì)比結(jié)果(圖中縱向藍(lán)色柱表示試油井段；底部橫向彩色柱表示“裂縫發(fā)育密度”，表示裂縫的發(fā)育程度)。從圖5可以看出，縱波方位各向異性預(yù)測(cè)結(jié)果能夠有效識(shí)別剖面上的同相軸大的錯(cuò)斷及微弱的不連續(xù)性，很好地說(shuō)明該方法識(shí)別裂縫的有效性。試井結(jié)果表明，總體來(lái)說(shuō)，對(duì)應(yīng)井段滲透率隨試井層段埋深增加而增大；裂縫密度與試井解釋的滲透率成正相關(guān)趨勢(shì)。已鉆井目的層段試井解釋的滲透率與裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果吻合率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，測(cè)井解釋分層平均吻合率可達(dá)到80%左右。試井層段經(jīng)酸化改造后，地層孔隙大小發(fā)生改變，會(huì)出現(xiàn)試井解釋所得的滲透率與地震預(yù)測(cè)裂縫密度趨勢(shì)不吻合的情況。

圖5 聯(lián)井裂縫密度與試井滲透率剖面對(duì)比Fig.5 Well-tie fracture density contrasted and permeability profile of the tested interval

根據(jù)三階多項(xiàng)式最小誤差原則，對(duì)測(cè)井裂縫可拓識(shí)別結(jié)果與疊前地震裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果(見圖6)進(jìn)行擬合，可得：

r=-2.9×10-11t3+1.8×10-7t2-

3.8×10-5t+0.23

(17)

式中：r為疊前地震裂縫檢測(cè)強(qiáng)度；t為測(cè)井裂縫可拓識(shí)別指標(biāo)綜合權(quán)重。

從擬合結(jié)果可以看出，疊前裂縫檢測(cè)結(jié)果與測(cè)井裂縫識(shí)別結(jié)果的低頻近似，這也符合地震-測(cè)井的頻率分布規(guī)律。

圖6 測(cè)井裂縫可拓識(shí)別權(quán)重與疊前方位各向異性檢測(cè)擬合Fig.6 Well logging extension identification weight and pre-stack azimuthal anisotropy fitting curve

采用中值濾波法實(shí)現(xiàn)測(cè)井與地震尺度匹配后，利用擬合關(guān)系式進(jìn)行疊前地震方位各向異性檢測(cè)結(jié)果向裂縫發(fā)育級(jí)別信息的轉(zhuǎn)換及與疊后相干體的對(duì)比，結(jié)果見圖7、圖8和圖9。從圖7可以看出，工區(qū)裂縫發(fā)育方位以中等角度為主，與構(gòu)造密切相關(guān)；由于工區(qū)構(gòu)造背斜核部受擠壓應(yīng)力作用，裂縫方位主要表現(xiàn)為垂直和平行構(gòu)造走向。圖8為裂縫發(fā)育強(qiáng)度預(yù)測(cè)結(jié)果，圖中的大裂縫、中裂縫、微裂縫和致密分別對(duì)應(yīng)高密度裂縫、中密度裂縫、低密度裂縫和不發(fā)育，可以看出裂縫發(fā)育程度與構(gòu)造之間具有一定的正相關(guān)性，通過(guò)測(cè)井-地震綜合預(yù)測(cè)，能夠得到定量化的裂縫發(fā)育強(qiáng)度及方位信息。疊后相干體能夠有效刻畫大的斷裂構(gòu)造背景，對(duì)斷裂輪廓之外的裂縫信息識(shí)別能力相對(duì)弱；疊前地震方位各向異性裂縫預(yù)測(cè)利用了地震資料方位和偏移距信息，分辨率更高，對(duì)微裂縫等小尺度斷裂刻畫效果顯著。同時(shí)，利用測(cè)井結(jié)果標(biāo)定地震反演結(jié)果，使地震預(yù)測(cè)結(jié)果的物理含義更加明確(見圖9)。

圖7 裂縫發(fā)育方位Fig.7 Azimuth of fracture development

圖8 裂縫發(fā)育強(qiáng)度預(yù)測(cè)平面展布Fig.8 Plane distribution of fracture development intensities

圖9 裂縫疊后相干體Fig.9 Coherence of post-stack fractures

3 結(jié) 論

1) 根據(jù)測(cè)井資料及地震信息建立了基于測(cè)井-地震信息的碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫預(yù)測(cè)方法，其中基于粗糙集的常規(guī)測(cè)井識(shí)別能夠避免人為劃分權(quán)重，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)井裂縫發(fā)育的高效定量刻畫。

2) 疊前地震方位各向異性裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果分辨率更高，預(yù)測(cè)的裂縫信息更加豐富，可用于低密度裂縫的識(shí)別。將裂縫評(píng)價(jià)權(quán)系數(shù)與縫發(fā)育密度建立映射，能夠避免單一方法的局限性，提高預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性。

3) 實(shí)際工區(qū)的裂縫發(fā)育識(shí)別結(jié)果表明，基于測(cè)井-地震信息的碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫預(yù)測(cè)方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同裂縫級(jí)別的有效預(yù)測(cè)，同時(shí)能夠更加直觀地刻畫裂縫級(jí)別和更加精確地認(rèn)識(shí)裂縫發(fā)育程度及分布規(guī)律，可以為相同或相近類型的碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫識(shí)別提供一定的參考。

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[編輯 滕春鳴]

FracturePredictioninaCarbonateReservoirBasedonLogging-SeismicData

GEHongqi1，2,JINKenian3,WUQinxuan3

(1.MOEKeyLaboratoryofExplorationTechnologiesforOilandGasResources(YangtzeUniversity),Wuhan,Hubei, 430100,China；2.GeophysicsandOilResourceInstitute,YangtzeUniversity,Wuhan,Hubei, 430100,China;3.WellLoggingCompany,CNPCXibuDrillingEngineeringCompanyLimited,Karamay,Xinjiang, 834000,China)

Carbonate reservoir formations are characterized by the development of fractures and strong heterogeneity.Under such circumstances, singular logging or seismic techniques have limitations in the identification of fractures.In the concerned study, a method involving a combination of logging and seismic data was proposed for predicting fracture development in carbonate reservoir formations.First of all, the rough set theory could be combined with development of fractures to transform weight coefficient problem into the attribute evaluation in rough set.In this way, fractures identified by using logging data could be calibrated by using drilling and coring data.Second, based on azimuthal anisotropy of pre-stacking seismic data, the fracture development, dominant azimuth and fracture growth density could be predicted;Finally, the matching of logging and seismic scale was completed through drilling-seismic calibration.In addition, the functional relationship between the logging fracture extension recognition results and pre-stack seismic anisotropy detection intensity could be matched to highlight extent of the seismic data and grades of fractures.Field data were used to predict fracture development in carbonate reservoir formations through a combination of logging-seismic data.Research results showed the proposed method could effectively enhance the reliability of prediction.In addition, fractures of various scales in both horizontal and vertical directions could be identified effectively.Relevant research might provide valuable references for prediction of fracture development in carbonate reservoir formations.

fracture prediction;rough set;anisotropy;seismic;logging

P631

A

1001-0890(2017)05-0118-09

10.11911/syztjs.201705021

2017-01-13；改回日期2017-06-30。

葛紅旗(1989—)，男，湖北仙桃人，2012年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，在讀碩士研究生，主要從事地球物理勘探及測(cè)井資料解釋研究。E-mail：15807212270@163.com。

國(guó)家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目“碳酸鹽巖縫洞型油藏儲(chǔ)層物性參數(shù)建?！?編號(hào)：41402113)部分研究?jī)?nèi)容。