杜金玲，林 鶴，紀(jì)擁軍，江 洪，許文莉，伍順偉

（1.中國(guó)石油東方地球物理勘探有限責(zé)任公司新興物探開(kāi)發(fā)處，河北涿州 072751；2.中國(guó)石油新疆油田分公司開(kāi)發(fā)公司，新疆克拉瑪依 834000；3.中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆克拉瑪依 834000）

0 引言

近年來(lái)，隨著水平鉆井技術(shù)和多級(jí)水力壓裂技術(shù)的不斷進(jìn)步，非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)得到了迅猛發(fā)展，頁(yè)巖油即是其中一個(gè)熱點(diǎn)，且在我國(guó)多個(gè)盆地均有發(fā)現(xiàn)［1-3］。非常規(guī)油氣勘探具有高風(fēng)險(xiǎn)、高投入、高難度的特點(diǎn)，該特點(diǎn)促使了多學(xué)科整合技術(shù)的發(fā)展。多學(xué)科整合技術(shù)通過(guò)多種資料和多學(xué)科人員的共同協(xié)作來(lái)提高油氣藏“甜點(diǎn)區(qū)”的識(shí)別能力和水平井段有效儲(chǔ)層的鉆遇率，可優(yōu)化儲(chǔ)層改造方案，實(shí)現(xiàn)單井經(jīng)濟(jì)效益最大化。目前，已有學(xué)者提出了多學(xué)科信息融合的思路，吳奇等［4］提出了地質(zhì)工程一體化概念，并通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證了這一思路的有效性。Sturm 等［5］通過(guò)成像測(cè)井、巖石物理和巖石力學(xué)分析等開(kāi)展了精細(xì)層序地層學(xué)研究，并通過(guò)優(yōu)化鉆井設(shè)計(jì)，獲得較大產(chǎn)能。Hernandez 等［6］提出地質(zhì)和地球物理學(xué)的整合是實(shí)現(xiàn)水平井地質(zhì)導(dǎo)向鉆井軌跡準(zhǔn)確的必要條件。Stephens 等［7］提出了綜合巖石物理、三維地震、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和裂縫模型等信息建立儲(chǔ)層模型的統(tǒng)計(jì)學(xué)巖石物理工作流程。Swenberg 等［8］認(rèn)為通過(guò)多學(xué)科信息的融合分析能優(yōu)化井位部署和完井設(shè)計(jì)，可經(jīng)濟(jì)有效地進(jìn)行資源開(kāi)采。這種不同學(xué)科、不同技術(shù)的交叉研究，多種信息融合分析，可較好地解決目前非常規(guī)油氣藏勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中面臨的多學(xué)科協(xié)作要求。

吉木薩爾凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地東部隆起，是在中石炭統(tǒng)褶皺基底上發(fā)展起來(lái)的西斷東超的箕狀凹陷，構(gòu)造單元面積1 278 km2，經(jīng)歷了海西、印支、燕山、喜馬拉雅等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，在中二疊世晚期，發(fā)育一套三角洲—湖相沉積，形成了該凹陷最重要的蘆草溝組烴源巖，該地層成為吉木薩爾凹陷主要的頁(yè)巖油儲(chǔ)層。蘆草溝組巖性主要為泥巖、泥質(zhì)砂巖、砂巖、白云巖和白云質(zhì)泥巖等［9-11］。蘆草溝組根據(jù)儲(chǔ)層發(fā)育情況和含油性分為“上甜點(diǎn)”和“下甜點(diǎn)”2 套“甜點(diǎn)體”［12-13］。“上甜點(diǎn)體”埋深3 000～3 100 m，厚度30～40 m，平均孔隙度10%，平均滲透率0.01 mD［14-15］，表現(xiàn)為高伽馬、低聲波時(shí)差、中—高密度?！吧咸瘘c(diǎn)體”又細(xì)分為3 套小層，砂屑云巖、砂屑長(zhǎng)石粉細(xì)砂巖和云屑砂巖等。自2011 年在蘆草溝組壓裂后獲得高產(chǎn)油流，目前已在多口井中獲得油氣產(chǎn)能［16］，展現(xiàn)了良好的勘探開(kāi)發(fā)前景。

1 研究方法

頁(yè)巖油儲(chǔ)層具有低孔、低滲的特征，因此需要采用水力壓裂的方式對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行改造［17］，這就要求不僅要分析儲(chǔ)層的物性參數(shù)，還要分析儲(chǔ)層的工程力學(xué)參數(shù)。常規(guī)地震可以開(kāi)展儲(chǔ)層物性參數(shù)和工程力學(xué)參數(shù)的評(píng)價(jià)與分析，但是地震解釋存在多解性，所以地震評(píng)價(jià)的精確度尚不能滿足頁(yè)巖油的開(kāi)發(fā)需求。利用微地震監(jiān)測(cè)成果可以對(duì)儲(chǔ)層改造效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，將其與地震屬性進(jìn)行融合分析，以進(jìn)一步評(píng)價(jià)地震屬性，可以有效降低地震的多解性，同時(shí)將微地震事件點(diǎn)的局部規(guī)律推廣到三維空間，以彌補(bǔ)微地震監(jiān)測(cè)成果的空間局限性。本次研究提出了地震-地質(zhì)-工程一體化技術(shù)，利用鉆井資料研究巖石物理特征，開(kāi)展儲(chǔ)層敏感參數(shù)分析，同時(shí)通過(guò)井震結(jié)合分析儲(chǔ)層地質(zhì)“甜點(diǎn)”的發(fā)育情況和工程“甜點(diǎn)”的發(fā)育特征，并在此基礎(chǔ)上利用微地震監(jiān)測(cè)成果來(lái)分析人工縫網(wǎng)形態(tài)。地震與微地震融合技術(shù)頁(yè)巖油壓后的評(píng)估路線如圖1 所示。

圖1 地震與微地震融合技術(shù)頁(yè)巖油壓后評(píng)估路線Fig.1 Work flow for post fracturing evaluation of seismic and micro-seismic fusion

2 地震屬性分析

反射波振幅屬性是地層巖性、內(nèi)部流體、物性和層序變化等的綜合響應(yīng)，分析目的層內(nèi)振幅變化特征可以預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層。合成記錄標(biāo)定結(jié)果認(rèn)為：儲(chǔ)層物性好，地震反射同相軸表現(xiàn)為弱振幅波峰特征；儲(chǔ)層物性差，地震反射同相軸表現(xiàn)為強(qiáng)振幅波峰特征。從過(guò)水平井W3H 和CH 的聯(lián)井地震剖面［圖2（a）］可看出：CH 井目的層反射同相軸表現(xiàn)為弱振幅特征，W3H 井目的層反射同相軸表現(xiàn)為較強(qiáng)振幅特征。測(cè)井解釋結(jié)果顯示：CH 井儲(chǔ)層物性好；W3H 井近井口的水平段儲(chǔ)層物性好，而近井底水平段儲(chǔ)層物性差。根據(jù)振幅屬性體在儲(chǔ)層位置的平面特征［圖2（b）］可知，在弱振幅發(fā)育的A 區(qū)，CH井平均日產(chǎn)油10.5 t，而A 區(qū)外的W3H 井平均日產(chǎn)油4.9 t。此振幅差異特征不僅是儲(chǔ)層物性的響應(yīng)特征，也是油氣聚集的一個(gè)響應(yīng)，可用來(lái)預(yù)測(cè)油氣的富集情況。

圖2 吉木薩爾凹陷過(guò)W3H 井、CH 井的地震剖面及振幅平面圖Fig.2 Seismic section and slice of RMS amplitude across wells W3H and CH in Jimsar sag

巖石力學(xué)特性可影響儲(chǔ)層改造過(guò)程中技術(shù)措施的針對(duì)性和有效性，這直接關(guān)系到儲(chǔ)層壓裂改造效果和油氣產(chǎn)量。巖石力學(xué)參數(shù)包含彈性參數(shù)和強(qiáng)度參數(shù)，其中彈性參數(shù)有楊氏模量、體積模量、剪切模量、泊松比等［18-19］，這些參數(shù)可利用地震疊前資料中的縱波和橫波信息轉(zhuǎn)換獲得。本次研究以地震疊前資料為基礎(chǔ)研究了彈性參數(shù)中的脆性特征和水平應(yīng)力差。

巖石的脆性決定了儲(chǔ)層的抗壓裂程度，是致密型儲(chǔ)層的一個(gè)重要巖石力學(xué)特征［20-21］。利用疊前地震資料并結(jié)合測(cè)井信息開(kāi)展疊前彈性參數(shù)反演，獲得巖石脆性的空間分布特征。在圖3（a）中的A 區(qū)為脆性較好的儲(chǔ)層，該區(qū)域儲(chǔ)層在改造過(guò)程中容易形成縫網(wǎng)，后期微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示該區(qū)水平井段壓裂時(shí)形成了復(fù)雜縫網(wǎng)。

圖3 吉木薩爾凹陷地震屬性沿目的層切片F(xiàn)ig.3 Slices of brittleness and horizontal stress difference along the target layer in Jimsar sag

當(dāng)最大水平應(yīng)力和最小水平應(yīng)力具有較大差異時(shí)，儲(chǔ)層壓裂改造人工縫網(wǎng)通常向最大主應(yīng)力方向延伸并形成單組縫；當(dāng)二者之間無(wú)明顯差異時(shí)，壓裂產(chǎn)生的人工縫網(wǎng)為任意方向，容易形成網(wǎng)狀縫，儲(chǔ)層改造效果更好。因此利用三維地震資料獲得水平應(yīng)力差參數(shù)并結(jié)合脆性屬性可以較好地開(kāi)展工程甜點(diǎn)的預(yù)測(cè)分析。圖3（b）中A 區(qū)范圍內(nèi)，即W1H 井，W2H 井，W3H 井，W4H 井的部分井段水平應(yīng)力差較小，這些井段在儲(chǔ)層壓裂改造過(guò)程中容易形成復(fù)雜縫網(wǎng)。

3 裂縫預(yù)測(cè)

頁(yè)巖油儲(chǔ)層裂縫的發(fā)育情況會(huì)直接影響油氣產(chǎn)能［22］。從相干體和螞蟻體2 種與裂縫相關(guān)的屬性開(kāi)展天然裂縫評(píng)價(jià)［23-24］，分析天然裂縫對(duì)人工縫網(wǎng)的影響。相干體屬性是用來(lái)檢測(cè)斷層、裂縫以及刻畫(huà)地質(zhì)體邊界的一種屬性。特征值相干算法在保證抗噪能力的同時(shí)能提高斷層的橫向分辨能力，當(dāng)?shù)貙哟嬖诹芽p時(shí)，表現(xiàn)為低相干值特征。從圖4可看出，A 區(qū)是相干值較低的區(qū)域，對(duì)應(yīng)剖面上相同位置具有明顯的低相干值特征，后期生產(chǎn)結(jié)果顯示，天然裂縫發(fā)育區(qū)儲(chǔ)層壓裂改造效果和油氣井產(chǎn)量都很好。說(shuō)明該區(qū)域天然裂縫較發(fā)育，利于儲(chǔ)層改造，易提高水平井油氣產(chǎn)能。

Pedersen 等［25］提出了利用螞蟻?zhàn)粉櫟姆绞皆谌S地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行自動(dòng)斷層識(shí)別的方法，該方法可以精細(xì)刻畫(huà)斷層和微裂縫，將隱藏于屬性中的斷層和微裂縫清晰地展現(xiàn)出來(lái)，這一屬性在微裂縫預(yù)測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)螞蟻體屬性與微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果融合可以建立二者之間的相關(guān)性。從圖5可看出，大震級(jí)的微地震事件主要集中在螞蟻體屬性中的微裂縫位置，進(jìn)一步說(shuō)明在天然裂縫發(fā)育區(qū)，人工縫網(wǎng)也發(fā)育。

圖4 吉木薩爾凹陷相干剖面和平面圖Fig.4 Section and slice of coherence in Jimsar sag

圖5 吉木薩爾凹陷微地震事件與地震螞蟻體屬性疊合圖Fig.5 Fusion of microseismic events and ant trackingattribute in Jimsar sag

4 微地震監(jiān)測(cè)成果分析

在儲(chǔ)層壓裂改造過(guò)程中，當(dāng)巖石發(fā)生破裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生彈性波，用地震檢波器來(lái)探測(cè)和記錄這些彈性波，并由此分析產(chǎn)生微地震信號(hào)的震源信息，進(jìn)而描述人工縫網(wǎng)的空間形狀和尺寸等參數(shù)［26-29］。圖6中，水平井段在藍(lán)色框內(nèi)壓裂改造的人工縫網(wǎng)縱向延伸較低，人工縫網(wǎng)平均縫高34 m，縫寬123 m，縫長(zhǎng)329 m，平面上以網(wǎng)狀分布為主，表現(xiàn)為復(fù)雜縫網(wǎng)形態(tài)；水平井段在綠色框內(nèi)壓裂改造的人工縫網(wǎng)縱向延伸較高，表現(xiàn)為縱向縫網(wǎng)形態(tài)，平均縫高74 m，縫寬143 m，縫長(zhǎng)348 m。本次研究采用了分形維理論以及隨機(jī)事件信息熵理論，對(duì)人工縫網(wǎng)復(fù)雜度指數(shù)進(jìn)行了定義，指數(shù)的高低反映了微地震事件的分布密度（人工縫網(wǎng)的復(fù)雜程度），具體定義如下

式（1）中：r為劃分的網(wǎng)格邊長(zhǎng)；P()r為對(duì)應(yīng)劃分網(wǎng)格（邊長(zhǎng)r）的微地震事件分布密度。

從式（1）可看出，人工縫網(wǎng)復(fù)雜度指數(shù)近似為微地震事件分布的信息熵-∑P(r)lnP(r)與對(duì)應(yīng)ln(1/r)的比值。人工縫網(wǎng)復(fù)雜度指數(shù)越大，人工縫網(wǎng)越復(fù)雜。利用該算法獲得W3H 井各壓裂段的人工縫網(wǎng)復(fù)雜度指數(shù)如表1 所列。從表1 中可看出，W3H 井1—7 段（圖6 中綠色框內(nèi)）在儲(chǔ)層改造過(guò)程中人工縫網(wǎng)復(fù)雜度指數(shù)較低，與微地震事件空間展布縱向縫網(wǎng)特征一致；W3H 井8—15 段（圖6 中藍(lán)色框內(nèi)）在儲(chǔ)層改造過(guò)程中人工縫網(wǎng)復(fù)雜度指數(shù)較高，與微地震事件空間展布復(fù)雜縫網(wǎng)特征吻合。

表1 吉木薩爾凹陷W3H 井各壓裂段人工縫網(wǎng)復(fù)雜度指數(shù)Table 1 Artificial fracture network complexity index for each fracturing stage in well W3H

結(jié)合三維地震屬性分析圖6 中藍(lán)色框內(nèi)的井段，地震屬性表現(xiàn)為弱振幅、高脆性、低水平應(yīng)力差，儲(chǔ)層物性相對(duì)較好，微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示事件點(diǎn)在縱向上集中在井軌跡附近的儲(chǔ)層中，人工縫網(wǎng)表現(xiàn)為復(fù)雜縫網(wǎng)，儲(chǔ)層改造效果較好。圖6 中綠色框內(nèi)的井段，地震屬性表現(xiàn)為強(qiáng)振幅、低脆性和高水平應(yīng)力差，儲(chǔ)層物性較差，預(yù)測(cè)儲(chǔ)層壓裂改造效果較差，微地震監(jiān)測(cè)成果顯示該井段人工縫網(wǎng)呈縱向縫網(wǎng)形態(tài)。由此可見(jiàn)，地震屬性也可以驗(yàn)證微地震監(jiān)測(cè)成果的準(zhǔn)確性，但微地震監(jiān)測(cè)成果只能在壓裂過(guò)程中對(duì)人工縫網(wǎng)進(jìn)行描述，描述的范圍也僅限于壓裂井段，無(wú)法在壓裂前對(duì)儲(chǔ)層改造效果進(jìn)行預(yù)測(cè)，而利用地震屬性的空間特征與人工縫網(wǎng)的結(jié)果進(jìn)行綜合分析，即可在壓裂前開(kāi)展儲(chǔ)層改造效果預(yù)測(cè)。

圖6 吉木薩爾凹陷W3H 井微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果空間展布Fig.6 Distribution of microseismic events along well W3H in Jimsar sag

5 應(yīng)用效果

微地震事件點(diǎn)特征與地震屬性具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，在利用三維地震屬性評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)“甜點(diǎn)區(qū)”時(shí)，融入微地震監(jiān)測(cè)成果，可以降低地震的多解性，提高預(yù)測(cè)精度，還可以直接描述儲(chǔ)層壓裂改造效果。由圖7 可看出，W2H 井A 段表現(xiàn)為低相干值、弱振幅、脆性好、水平應(yīng)力差值小等，測(cè)井曲線顯示儲(chǔ)層物性較好，微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示事件點(diǎn)在縱向上集中在井軌跡附近的儲(chǔ)層中，人工縫網(wǎng)表現(xiàn)為復(fù)雜縫網(wǎng)，儲(chǔ)層壓裂改造效果較好；在高相干值、強(qiáng)振幅、脆性差、水平應(yīng)力差值大的W2H 井B段測(cè)井顯示儲(chǔ)層物性中等，微地震事件表現(xiàn)為縱向發(fā)育，人工縫網(wǎng)為縱向縫網(wǎng)。由于W2H 井未分A，B 段進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試，本次研究結(jié)合儲(chǔ)層物性和產(chǎn)能都與該井相似的W1H 井進(jìn)行分析。W1H 井B 段儲(chǔ)層改造后生產(chǎn)180 d，平均日產(chǎn)油2.3 t，A 段儲(chǔ)層改造后生產(chǎn)1 140 d，平均日產(chǎn)油6.4 t。因此認(rèn)為W2H 井的A，B 段產(chǎn)能情況應(yīng)該與W1H 井的情況相同，即不同的三維地震屬性響應(yīng)特征可影響儲(chǔ)層壓裂改造效果和后期產(chǎn)能。因此開(kāi)展微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果與地震多信息融合研究，識(shí)別出的優(yōu)質(zhì)“甜點(diǎn)區(qū)”更準(zhǔn)確、更可靠。

圖7 吉木薩爾凹陷沿W2H 井井軌跡的屬性剖面與微地震事件融合圖（a）相干屬性；（b）振幅屬性；（c）水平應(yīng)力差屬性；（d）脆性屬性Fig.7 Data fusion of seismic attribute and microseismic events along well W2H path in Jimsar sag

圖8 吉木薩爾凹陷蘆草溝組有利“甜點(diǎn)區(qū)”平面展布Fig.8 Distribution of sweet spots of Lucaogou Formation in Jimsar Sag

用上述方法對(duì)吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁(yè)巖油儲(chǔ)層壓裂改造過(guò)程中的敏感屬性進(jìn)行優(yōu)選分析，最終優(yōu)選了相干、振幅、脆性和水平應(yīng)力差等屬性，共劃分出3 類(lèi)“甜點(diǎn)區(qū)”類(lèi)型（圖8），其中一類(lèi)區(qū)是各項(xiàng)參數(shù)都適于開(kāi)展儲(chǔ)層壓裂改造的區(qū)域，二類(lèi)區(qū)為有1 個(gè)參數(shù)不適宜儲(chǔ)層改造的區(qū)域，三類(lèi)區(qū)為部分參數(shù)適于開(kāi)展儲(chǔ)層壓裂改造的區(qū)域。如CH 井前半支處于一類(lèi)區(qū)，后半支處于二類(lèi)區(qū)，而W1H 井、W2H井、W3H 井、W4H 井只有前半支處于三類(lèi)區(qū)，這一現(xiàn)象符合CH 井產(chǎn)量明顯高于其他4 口井的特征。同時(shí)W2H 井水平段分別處于2 個(gè)儲(chǔ)層類(lèi)別發(fā)育區(qū)，與前文論述的屬性特征、鉆井特征以及縫網(wǎng)特征存在差異的情況吻合。

對(duì)研究區(qū)內(nèi)3 口直井D 井，E 井，F(xiàn) 井開(kāi)展完鉆前儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，從3 口井所在的位置以及剖面、平面屬性等進(jìn)行分析，結(jié)果顯示E 井產(chǎn)能情況好于F井，F(xiàn) 井產(chǎn)能情況好于D 井，3 口井的試油結(jié)果如表2 所列，實(shí)鉆結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果吻合。同時(shí)預(yù)測(cè)2口水平井（W5H 井、W6H 井）的儲(chǔ)層發(fā)育特征，從儲(chǔ)層類(lèi)別劃分來(lái)看，W5H 井儲(chǔ)層優(yōu)于W6H 井。完井后測(cè)井分析結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果一致，核磁測(cè)井解釋成果如表3 所列。

表2 吉木薩爾凹陷直井試油情況Table 2 Oil test of vertical wells in Jimsar sag

表3 吉木薩爾凹陷W5H 井和W6H 井測(cè)井解釋結(jié)果Table 3 Logging interpretation result of wells W5H and W6H in Jimsar sag

6 結(jié)論

（1）微地震監(jiān)測(cè)成果可直觀描述人工縫網(wǎng)的發(fā)育形態(tài)，并評(píng)價(jià)儲(chǔ)層改造效果。

（2）微地震監(jiān)測(cè)成果與地震敏感屬性融合，可降低地震的多解性，提高“甜點(diǎn)區(qū)”預(yù)測(cè)的精度和可靠性。

（3）微地震與地震融合技術(shù)可有效地選擇出水平井鉆探的有利區(qū)域，為優(yōu)化儲(chǔ)層壓裂改造方案提供依據(jù)，提高油氣產(chǎn)能。

（4）微地震與地震融合技術(shù)在吉木薩爾凹陷頁(yè)巖油中應(yīng)用效果良好，“甜點(diǎn)區(qū)”預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合良好，該方法在其他區(qū)塊的應(yīng)用效果還有待進(jìn)一步研究。

致謝：本研究得到了新疆油田公司的謝斌，東方公司微地震技術(shù)中心的徐剛、容嬌君、劉騰蛟、馮超等的大力支持與幫助，在此一并致謝。