缝洞型碳酸盐岩储集层高效井预测地震技术

杨平 ，孙赞东，梁向豪，李海银，但光箭

（1. 中国石油大学（北京）；2. 中国石油东方地球物理公司；3. 中国石油塔里木油田公司）

0 引言

塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩地层埋深一般超过5 500 m，储集空间主要为溶洞和溶缝[1]。规模较大的缝洞储集体通常被称为缝洞体，在致密灰岩地层中非均匀分布，在地震剖面上表现为“串珠状反射”，是目前碳酸盐岩勘探开发的主要钻探目标[2]。尽管钻探“串珠状反射”的井一般都能获得较高的初期产量，但只有不到 40%的井能够保持稳产。这些稳产井的总产量约占工区油气总产量的 50%以上，直接影响工区整体开发效益，被称为高效井[3-4]。为了提高高效井预测成功率，前人主要从解释方法入手进行各种探索[5]，但一直未能有效解决这一问题。这是因为在早期的地震资料上，高效井与低效井所对应的“串珠状反射”并无明显差异。直到2008年，随着地震资料品质的不断提高和钻井资料的不断丰富，才逐步认识到不同缝洞体在大小、结构、裂缝发育程度、与周边储集层的连通关系、含油气性等方面均存在差异，因而造成了储集单元之间含油气规模的差异，并最终导致了单井油气产量的不同。因此，要解决缝洞型碳酸盐岩储集层“高产而不稳产”的问题，就必须从相似的串珠状反射入手，发现并量化上述差异。早期研究受限于地震资料的保幅性、偏移精度以及解释技术水平，并不能实现这一目标。本文提出了以全方位高密度地震采集为基础、叠前保幅深度偏移为核心、缝洞储集层量化描述为重点的一体化地震技术对策，通过研究缝洞体储集空间的大小、缝洞体之间的连通关系以及缝洞体的含油气性等关键问题，优选含油气规模较大的缝洞单元作为钻探目标，可有效提高高效井预测成功率。

1 技术对策

1.1 高效井的4种模式

要实现碳酸盐岩油气藏的高效开发，首先需要对高效井的基本特征进行归纳和总结，并建立高效井所在缝洞体储集单元的基本模式。笔者通过对研究区多口已钻井进行综合对比分析，总结出高效井的 3个基本特征：①储集空间大，有足够的油气储量；②整体渗透性好，能够快速实现油水疏导与分异；③水体不活跃，井眼不直接与地层水沟通。其中第①条最重要，是实现稳产的基础。据此建立了缝洞体储集单元的 4种基本模式，如图1所示。

图1 缝洞体储集单元的4种基本模式示意图

1.2 关键问题分析

由高效井特征及图 1可见，高效井勘探开发一方面需要研究地震反射串珠本身，推测储集体体积、孔隙度、含油气性等，并预测其储量；另一方面还要研究目标串珠周缘裂缝、溶洞的发育状况，以及彼此间的连通关系，推测整个连通缝洞单元的储量规模[6]。因此，问题核心在于小尺度地质体（溶洞、裂缝）的精细、保幅成像以及定量描述。

分析认为，工区前期研究一方面偏重于对串珠振幅强弱的分析而忽略了对串珠大小的研究，另一方面受裂缝预测技术水平的限制无法准确进行缝洞单元划分，故不能可靠落实储集单元（缝洞体或缝洞单元）的储量规模，也就不能有针对性地落实高效井的井位。

1.3 技术思路及对策

由于主要研究目标（溶洞和裂缝）埋藏很深、尺度很小，加上地震响应对小尺度地质体有明显的放大效应[7]，要实现小尺度地质体精细、保幅成像以及定量描述，单靠发展地震处理与解释技术很难实现，必须通过采集、处理、解释相互配套，形成一体化的完整解决方案，才能从根本上解决碳酸盐岩缝洞体油气藏高效勘探开发的难题。基于上述认识，本文提出了针对缝洞型碳酸盐岩高效勘探开发的地震技术对策：通过面向叠前偏移的全方位高密度地震采集获得均匀、密集采样的原始地震数据，通过叠前保幅深度偏移获得缝洞体的储集层及流体特征，并通过缝洞储集层量化描述落实储集层规模、物性、裂缝发育程度、与周边储集层的连通关系、含油气性等信息，计算储集体的含油气规模，优选出高效井位。

2 关键技术及应用效果

2.1 全方位高密度地震采集

Seggern利用数值模拟方法研究了观测方式对成像结果的影响[8]，结果表明采样率不均匀以及非全方位观测均会对成像结果造成影响。对于缝洞体及其周缘的裂缝、孔洞这样的小尺度地质体而言，这种影响是非常巨大的。因此地震资料采集必须面向叠前偏移的需求，采用全方位高密度观测方式，实现地震采集数据在三维空间连续、均匀、对称分布。同时，这种观测方式对偏移过程中的假频、频散等问题都有很好的抑制作用，还有利于提高地震资料的横向分辨率[9]，对裂缝预测非常有利。

全方位勘探比窄方位勘探成本要高许多，但“不能获得地质信息的三维是最昂贵的三维”[10]。特别是对于缝洞型碳酸盐岩而言，其他观测方式均不能满足高精度成像的需求，并由此导致钻井风险的提高。因此很有必要采用这种观测方式。

图2是哈7井区宽方位（横纵比为0.58，72次覆盖，25 m×25 m面元）与全方位资料（225次覆盖，15 m×15 m面元）的相干体地震属性对比图，由图可见，除了由于覆盖次数的增加使得信噪比明显提高以外，全方位地震资料对河道、断裂的刻画更加清晰（如图中蓝、绿色虚线框所示），对缝洞体的刻画也更加全面、准确。同时串珠状反射的轮廓更加清晰、圆滑，与断裂、河道的接触关系也更加明确，老资料中不清楚的的串珠也变得清晰（如图中红色虚线框所示）。地震资料质量的提高无疑会对缝洞关系的研究起到很大帮助。

2.2 逆时偏移和分方位处理

图2 宽方位三维与全方位三维相干体地震属性对比图

地震资料处理偏移方法是影响资料成像效果最重要的因素。近年来，针对缝洞储集层的地震偏移技术实现了从叠后到叠前、从时间域到深度域、从各向同性到各向异性、从积分法到波动方程的 4个转变，串珠成像也随之从无到有、从偏到准、从不保幅到保幅，成像精度不断提高。

逆时偏移是目前最能满足精细、保幅成像要求的偏移方法。图3是哈7井区积分法偏移与逆时偏移剖面对比，由图可见逆时偏移很好地消除了偏移噪声，绕射波更加收敛，串珠状反射得到了很好的聚焦，这对研究缝洞体体积非常有利。

图3 积分法偏移处理与逆时偏移处理剖面对比

图4 是哈7井区积分法偏移与逆时偏移振幅地震属性对比图，钻井揭示 H701井、H7-3井、H7-4井分别为高产井、低产井与干井，图4a中3口井所在的串珠反射分别是强、中、弱振幅，图4b中3口井所在的串珠分别是强、强、中振幅，可见逆时偏移资料的振幅地震属性与实际更加吻合，保幅性更好。串珠状反射是缝洞体物性及含油气性的综合响应[7]，因而地震资料的保幅性对储集层预测及油气检测至关重要。理论研究和实际资料都表明，逆时偏移处理资料具有更好的保幅性。

为使在解释阶段利用方位各向异性进行裂缝预测的结果更可靠，还需进行分方位角叠前偏移处理，得到4～6个不同方位角上的限方位角地震偏移数据体。分方位角处理的重点是要正确反映不同方位角之间地震属性的相对关系，既要消除不同方位上面元属性差异带来的不同，又要保持地层各向异性特征引起的差异。全方位高密度地震采集为分方位角处理和各向异性裂缝预测提供了较好的基础数据。

图4 逆时偏移与积分法偏移振幅地震属性对比图

2.3 储集层定量描述

通过上述步骤得到高品质地震资料后，就可进行缝洞储集层定量描述，主要研究缝洞体储集空间的大小、缝洞体之间的连通关系以及缝洞体的含油气性等问题。

笔者通过对孔隙体的定量雕刻计算缝洞体储集空间的大小，主要包括深度域孔隙体描述、储集空间雕刻以及容积计算和校正 3个环节。缝洞体的含油气性预测包括叠后与叠前两种，前者主要利用频谱衰减原理，后者主要分析储集层的AVO特征。油气检测与构造、断层研究相结合，能够有效避免直接钻遇水层。

判别缝洞体之间连通性的主要目的是为了实现用1口井开采多个串珠的油气，裂缝预测结果是判别缝洞体连通性的主要依据。相干与曲率分析是最常见的两种叠后裂缝预测方法，效果较好但精度仍显不足。叠前裂缝预测是指利用裂缝介质的各向异性特征预测裂缝的方向和密度[11]，理论上具有更高的精度，实际应用也取得了较好效果，但也存有一定弊端。图 5是H601-2井区与 H7-4井区各向异性裂缝预测与实测结果，预测图中 H601-2井区裂缝方向比较杂乱（见图5a），与实测H601-2井区仅发育两组裂缝（见图5b）出入较大，而H7-4井裂缝预测图中裂缝方向（见图5c）与实测结果（见图5d）基本一致。裂缝密度预测方面，实测资料与生产曲线均表明H601-2井比H601-6井裂缝发育，与预测结果（见图5a）不吻合。这是因为基于各向异性的裂缝预测实际上检测的是介质的各向异性强度，而不是真正的裂缝密度。单组缝（H7-4井）要比多组缝（H601-2）的各向异性程度更强，但并不表示其裂缝密度就更高。可见，目前基于各向异性介质理论的叠前裂缝预测技术只适用于单组、定向排列的垂直裂缝，而不适用于多组、多向的复杂裂缝的预测[7-11]。

因此，笔者采用叠前与叠后相结合的裂缝综合预测方法：充分考虑两类技术的优势和不足，以叠后预测为基础，以叠前成果为补充，使预测结果在合理的基础上能够尽可能提高预测精度。

图5 H601-2井与H7-4井裂缝预测结果与实测结果对比

图6 哈601井区缝洞单元划分及单井生产曲线

在裂缝预测的基础上进行缝洞单元划分，可以很好地解释已钻井的生产情况[2-3,5-6,12-13]。图6a是哈601井区缝洞单元划分图，H601-6井及 H601-2井在不改变生产方式的情况下都出现了产量增加的现象（见图6b，6c），说明在生产过程中沟通了其他的缝洞体，与裂缝预测结果吻合。这两口井均为累计产量大于5×104t的高效井，这同时也证明了图1中高效井缝洞体储集单元模式的合理性。

在哈 7井区，将储集空间大小计算、缝洞单元划分以及油气检测结果相结合，将 221个缝洞体划分为95个缝洞单元，其中I类单元24个，在钻遇I类单元的9口井中，有5口井达到高效井的指标，高效井预测成功率得到明显提高，证实了该套技术的有效性。

3 结论

塔里木盆地缝洞型碳酸盐岩储集层由于尺度小、埋深大、非均质性强，需要非常精细的地震勘探技术才能有效解决高效勘探开发难题。“高产而不稳产”是缝洞型碳酸盐岩储集层开发普遍存在的问题，本文针对缝洞型储集层高效开发提出的以全方位高密度地震采集为基础、叠前保幅深度偏移为核心、缝洞储集层量化描述为重点的一体化地震技术对策，能够实现对缝洞体的精细研究和对缝洞单元的准确划分，进而为落实目标的含油气规模、指导高效井位部署提供重要依据。

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