等效应力场模拟与叠前弹性波阻抗反演综合预测锦州25－1南潜山裂缝储层

黄保纲 赵春明 杨庆红 宋洪亮 曹树春 汪利兵 张丙亮

（中海石油（中国）有限公司天津分公司）

等效应力场模拟与叠前弹性波阻抗反演综合预测锦州25－1南潜山裂缝储层

黄保纲 赵春明 杨庆红 宋洪亮 曹树春 汪利兵 张丙亮

（中海石油（中国）有限公司天津分公司）

锦州25－1南潜山裂缝储层埋藏深、年代老、非均质性强，影响储层发育和分布的因素非常复杂，采用单一的常规储层预测方法难以准确预测储层的分布。基于裂缝形成的主控因素和储层特征分析，运用等效应力场模拟与叠前弹性波阻抗反演方法综合预测了锦州25－1南潜山裂缝储层分布，并得到了后钻开发井的验证，这在渤海油田尚属首次，对同类储层研究具有一定的借鉴意义。

等效应力场模拟 叠前弹性波阻抗反演 裂缝储层预测 锦州25－1南潜山

1 锦州25－1南潜山地质概况及储层特征

锦州25－1南潜山位于辽西低凸起中北段，夹持在辽西和辽中凹陷之间（图1），已钻探井7口，油藏属“新生古储新盖”组合类型，储层为太古界变质岩，裂缝发育[1－3]。该潜山构造呈北东—南西向展布，沙河街组直接覆盖在潜山上，油藏的西北边界是分割辽西低凸起和辽西凹陷的辽西1号断层，辽西2号断层将该潜山构造分为东、西2个高带，其中东高带小断层较发育。

图1 锦州25－1南潜山构造位置示意图

锦州25－1南潜山储层岩性复杂，包括变质花岗岩、片麻岩和碎裂岩等，主要为区域变质岩类的片麻岩[4－6]。探井钻遇该潜山储层厚度为50～150 m，储层厚度和构造发育存在如下关系：古构造高并且现今构造也高的储层厚度大，古构造低并且现今构造也低的储层厚度小，古构造低而现今构造高的储层厚度居中[4]。该潜山储层具有双重介质特征，非均质性强，储集类型为孔隙－裂缝型，裂缝及在裂缝基础上形成的少量溶蚀孔隙是主要储集空间；全直径岩心平均孔隙度8%，垂向渗透率0.074～157 m D，水平渗透率0.553～351 mD，孔隙度与渗透率相关性差；从岩心、DST测试和生产测井资料来看，宏观缝对渗流起主要作用[4，6－7]。

锦州25－1南潜山储层测井响应特征为：斜长片麻岩自然伽马值较低，曲线相对平滑；二长片麻岩反之。裂缝角度越高，开度越大，双侧向电阻率幅度差也越大；裂缝发育且充填程度低时，密度表现为低值[7]。

2 锦州25－1南潜山裂缝发育特征及储层发育主控因素分析

依据岩心及FMI（井壁成像）解释成果，锦州25－1南潜山裂缝按形成时期及产状可分为4类，即早期闭合水平缝（倾角小于15°）、早期半充填—充填垂直缝（倾角大于75°）、晚期半充填碎裂缝和晚期开启倾斜缝（倾角15°～75°），其中倾斜缝是主要裂缝类型。

综合分析岩性、构造、断裂系统和裂缝产状等特征认为，锦州25－1南潜山储层发育程度与裂缝发育程度呈正相关，储层形成受岩性、构造运动及风化溶蚀作用等因素综合控制，其中花岗片麻岩有利于形成裂缝[8]，但锦州25－1南潜山基岩相对单一，而风化溶蚀作用在该区主要表现为对储层的进一步改造，仅对裂缝开度和渗透性有一定影响，因此构造运动是潜山储层形成的主控因素。

区域上，锦州25－1南潜山基底经历了裂陷、拉张和挤压等长期地质动力作用，构造运动频繁、期次多，断裂发育且复杂。根据断层活动时期及强度，可将该区断层划分为4个级别：

（1）Ⅰ级断层 为边界断层，控制潜山构造及断裂系统总体格局；切穿太古界及古近系地层，活动强度大，主要活动时期为沙三期。

（2）Ⅱ级断层 为局部高点的分界断层，对潜山裂缝形成起重要作用；切穿太古界和沙河街组地层，主要活动时期在沙三至沙一期。

（3）Ⅲ级断层 不发育，切穿太古界至沙三段地层。

（4）Ⅳ级断层 延伸较短，断距较小，但数量最多，对裂缝储层发育与否影响最大；仅切穿太古界潜山顶，形成于沙三段沉积时期，之后不再活动。

根据FMI解释成果统计该区单井裂缝的产状，并与潜山构造断裂系统进行对比，发现Ⅳ级断层与潜山裂缝的发育程度和方向具有较强的一致性。分析认为，锦州25－1南潜山裂缝主要形成于喜山期，并受2期构造应力场，即古近纪早期（沙河街组沉积期）拉张应力场和古近纪末期（东营组沉积末期）走滑应力场控制，从而形成了不同方位与不同性质的裂缝（图2）。

图2 锦州25－1南潜山断裂系统与裂缝产状

3 锦州25－1南潜山裂缝储层预测

锦州25－1南潜山裂缝储层的形成与断裂关系密切，而断裂的形成受构造运动控制，构造运动又与地应力和应力场息息相关。因此，基于潜山裂缝储层形成的主控要素分析，可以运用等效应力场模拟与叠前弹性波阻抗反演相结合的方法综合预测锦州25－1南潜山裂缝储层的分布，并指导开发井的部署。

3.1 等效应力场模拟

运用ANSYS软件对研究区应力场进行模拟。在常规应力场模拟的基础上，本次模拟在两方面进行了创新：①采用体建模，这样既可满足对断层大小的控制，又便于察看储层段内各深度点的储层发育情况；②采用等效应力模拟，避免了由于某2个或3个方向应力大小差异较大造成的结果误差。

根据锦州25－1南潜山顶面构造图和断层活动速率图建立地质模型（图3），并将模型网格化（图4）。由于潜山周边均为断层，本次模拟以断层作为边界，采用自由网格划分（对于断层带，由于其变化剧烈，须划分得更细，在划分单元时节点数有所增加）；正常地层区的岩石力学参数由岩心实验获得，而断层带的泊松比较正常地层区略大，其弹性模量取正常地层区的40%～70%（断层越复杂，其弹性模量应越小，相应的泊松比越大）；根据岩石力学参数表，断层和变质岩岩体采用的泊松比分别为0.26和0.19，弹性模量分别为10.5 GPa和17.5 GPa。

断层分析和岩心声发射实验结果表明，锦州25－1南潜山储层主要受新生代以来北西—南东向拉张作用的影响，差应力约为90 MPa。该期构造运动在潜山顶面以及内部产生了100余条断层，在断层附近的古构造高点形成了大量裂缝，为锦州25－1南潜山储层的形成打下了基础。

锦州25－1南潜山等效应力场模拟采取库仑破裂准则，模拟出岩石破裂后形成裂缝的位置。如果地质体未破裂，则按应力释放原则，等效应力最小的地方为裂缝发育带。工区的最大主应力及方向往往无法直接得到，通常先借用区域值进行模拟，并用已钻井作为模拟结果的约束条件，对储层预测结果进行质量控制。

运用等效应力场模拟技术[9]对锦州25－1南潜山裂缝储层分布进行了预测，如图5所示，图中偏蓝色区域代表裂缝储层发育带，裂缝主要沿潜山长轴分布，集中发育在西翘倾构造带高部位、辽西1号断层旁以及东侧潜山隆起带高部位，裂缝发育呈沿“长轴、扭曲、陡坡”在“高点、鞍部、断块”分布的特征。

图5 锦州25－1南潜山等效应力场模拟结果

3.2 叠前弹性波阻抗反演

首先，根据工区纵波、密度及横波测井等数据计算出纵波阻抗、横波阻抗、泊松比、拉梅系数及剪切模量等岩石物理弹性参数。通过密度－电阻率、孔隙度－电阻率、孔隙度－横波阻抗、孔隙度－剪切模量及横波阻抗－剪切模量等多参数交会分析，发现裂缝储层表现为低电阻率、低密度、低横波阻抗、低剪切模量和高孔隙度特征，而非储层特征与之相反。如图6所示，各种岩石物理特性参数对裂缝储层和非储层的敏感度不一，其中横波阻抗交会对裂缝储层与非储层的判别最为敏感，能较好地划分裂缝储层与非储层，所以选取横波阻抗作为本次预测的敏感性参数，横波阻抗小于7500 g/cm3·（m/s）的为裂缝储层。

图6 锦州25－1南潜山岩石物理参数交汇分析

然后，利用工区内所有井的全波列测井纵、横波速度和密度计算弹性波阻抗，采用地震分形插值技术建立可保留复杂地质信息的弹性波阻抗模型。采用广义线性反演技术反演各个角度的地震子波，得到与入射角有关的地震子波。在每一个角道集上，采用宽带约束反演方法反演弹性波阻抗，得到与入射角有关的弹性波阻抗。最后对不同角度的弹性波阻抗反演纵横波阻抗，进而获得泊松比等弹性参数，并筛选出对裂缝储层敏感的参数进行储层预测。图7为锦州25－1南潜山横波阻抗反演结果，图中偏红色区域为储层发育带，与等效应力场模拟结果几乎完全一致。

图7 锦州25－1南潜山横波阻抗反演结果

3.3 储层预测结果的应用

上述预测结果综合应用于锦州25－1南潜山开发井部署，钻井结果吻合率达到70%～90%，已完钻的5口开发井在投产初期日产量均超过500 m3，其中有2口井日产量超过了1000 m3。

4 结束语

对于裂缝储层，如果裂缝主要由构造运动和断裂因素造成或受地应力控制，则运用等效应力场模拟技术预测储层分布的效果较好，且方法简单可行；如果再辅以其它方法，则可以确保预测结果的准确性。因此，本文采用等效应力场模拟与叠前弹性波阻抗反演相结合的方法综合预测锦州25－1南潜山裂缝储层分布，精度较高，是降低开发井风险的有效途径，对同类储层研究具有一定的借鉴意义。

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Predicting fractured reservoirs in Jinzhou25－1S buried hill by comprehensively using equivalent stress－field simulation and pre－stack elastic impedance inversion

Huang Baogang Zhao Chunming Yang Qinghong Song Hongliang Cao Shuchun Wang Libing Zhang Bingliang
（Tianjin Branch of CNOOC Ltd.，Tianjin，300452）

In Jinzhou25－1S buried hill，a single conventional method can not be used to accura telly predict fractured reservoirs，because of their deep burial，old age and high heterogeneity and complex factors affecting their development and distribution.The major factors to produce fractures and the reservoir characteristics were analyzed in the buried hill.Then equivalent stress－field simulation and pre－stack elastic impedance inversion were comprehensively used to predict the distribution of fractured reservoirs there，with the results confirmed by the follow－up drilling.It is the first time to use the approach in Bohai oilfield，and this may be used for reference in other similar reservoirs.

equivalent stress－field simulation；prestack elastic impedance inversion；fractured－reservoir prediction；Jinzhou25－1S buried hill

黄保纲，男，地质师，主要从事油田地质研究工作。地址：天津市塘沽区609信箱（邮编：300452）。电话：022－25803503。E－mail：huangbg2＠cnooc.com.cn。

2011－04－08改回日期：2011－08－05

（编辑：周雯雯）