小断层识别方法在海上油田开发中的应用研究

2014-06-27李熙盛杨平华严浩雁王成龙关伟龙

物探化探计算技术 2014年2期

李熙盛，杨平华，严浩雁* ，王成龙，关伟龙

(1.中海石油有限公司深圳分公司，深圳 510000 ；2.中海油能源发展钻采院地球物理研究所，湛江 524057)

0 前言

断层是指岩层或岩体顺破裂面发生位移这样一种地质现象[1]。在油田勘探中,断层解释是整个构造解释的关键,断层解释的精确性和合理性直接影响着构造成果的精度。在常规的构造解释中，解释人员通常是根据地震剖面上同相轴的错断、扭曲、分叉、合并等形态特征或者是特殊波的出现来识别断层的[2-3]。但是受地震分辨率的限制，对于中-深层小断层，采用常规方法来进行解释是很困难的，但对开发中后期的油田如果不能准确地解释小断层，钻井可能会发生事故。作者结合珠江口盆地X油田开发项目，讨论了多项用于小断层识别的技术，以期达到识别工区小断层(断距8 m～10 m)的目的。

1 工区研究背景

该油田是在前震旦基岩断块背景上发育起来的一个披覆背斜构造，背斜的形态是完整的。在构造高部位有两条相向而倾的北西向正断层，工区主体部位断层断距基本大于25 m，较易识别，但主体构造区域还发育有一定数量的断距相对较小的小断层。

在油田之前的构造及断裂研究中，受限于地震资料的分辨能力以及对小断层重要性的认识不足，小断层没有进行较系统的识别。因此在钻探调整井T1井的时候发生了钻入断裂带情况(图1)，对生产造成了影响。对地震资料进行分析，发现在断裂带处有一条人工解释难以发现的小断层F-1。这使研究人员意识到了三点：①本区的小断层对调整井的顺利实施影响很大；②小断层在解释人员工作过程中极容易被漏掉；③地震数据如果具备更高的质量，对断层的解释就会更加有利。

图1 T1井钻入断裂带位置Fig．1 Fault zone with well T1 drilling

2 断层识别方法原理

基于项目研究识别标准，在断裂解释方面不漏掉断距大于8 m～10 m、延伸长度大于 500 m～1 000 m的断层。通过对实际地震数据的解释，15 m断距以上的断层可以较好地确定，但小于此断距的断层，人工解释难以达到目的。因此在调研国内、外使用的断层解释技术的基础上，系统测试了三种主要的技术以及对应的软件。

2.1 蚂蚁体追踪断层识别技术

蚂蚁追踪技术是模拟蚂蚁群体觅食的路径选择行为模式，蚂蚁在寻找食物过程中发现路径的行为，可以总结为一种在图形中寻找并优化路径的机率型选择技术,即是对无数路径进行归纳概括形成最佳路径的过程[4-5]。蚂蚁追踪技术基于地震反射断裂处的条带状异常痕迹，即只要数据上存在这种痕迹，就会计算出异常。但在实际的工作中，地震数据中存在不确定的随机噪音，这些决定了蚂蚁体技术的识别极限。在部分陆地油田的应用研究表明，蚂蚁体追踪的断层识别精度超过了10 m，效果很好[13]。

作者运用PE建模软件中的蚂蚁追踪属性,进行三维地震资料的断裂自动追踪与解释[6-7], 克服了人工地震解释工作中主观性大、容易漏掉小断层的缺点。区域的断裂具有系统性，而蚂蚁体的计算完全由地震数据出发，为了进一步优化蚂蚁体结果，结合本区主要断层形态北西向的特点，对追踪结果进行了滤波，滤除了相反方向的干扰(图2)。通过分析，发现蚂蚁体切片对大断层的特征值很强，小断层特征值较弱，优化后依然分布很多较弱特征值，是否皆为需要识别的小断层需要仔细甄别(图2)。

2.2 相干体识别断层技术

三维相干数据体技术,是利用三维地震数据体中相邻道地震信号之间的相似性，来描述地层和岩性的横向非均匀性。当地层中存在断层或者是岩性发生突变的时候，相邻道地震信号之间的相干性会变差，因此便可以识别微小的断层，或者研究岩性的横向非均匀变化，以识别特殊地质体的边界[8-9]。

地层中存在断层，必然会造成相邻地震信号相干性的变化。但基于地震资料现状，当研究的尺度达到小断层的时候，信噪比对识别精度影响很大[8-9,15]。调研显示胜利油田某凹陷的研究中，面对断距最大 1 000 m、最小 3 m 的复杂断块环境，相干体技术有效地完成了小断层及断层系统的精细解释，效果很好[16]。

作者精选了二种软件进行相干断层识别：①侧重于地震数据处理的 P 软件；②侧重于地震解释的 G 软件。P 软件实际测试显示高分辨率相似性展示的断层形态最好；G 软件测试中选取和三维数据最吻合的矩阵形式进行相干计算。对比二者计算的结果，认为P软件其分辨能力在本区较强(图3)。

图3 G(左)与P(右)软件相干计算结果比较Fig．3 The comparison of coherence cube between G sofrware (left) and P software (rigth)(a)G软件；(b)P软件

针对相干性方法的试验，通过不同软件不同计算模式结果的对比，最终选择P软件中高分辨率相似性为最合适本区的断层识别相干实现手段。

2.3 曲率属性技术[10]

近年来, 随着人们对曲率属性分析技术的不断深入研究, 掌握了有关曲率的很多重要性质, 发现了曲率属性与张裂缝之间的密切关系, 并利用曲率属性进行断层描述和裂缝预测。曲率分析包含平均曲率、高斯曲率、极大曲率、极小曲率、最大正曲率和最小负曲率等, 每一种曲率属性都可以从不同角度来描述地层界面的形态信息[11]。

曲率作为描述曲线(或曲面)上任一点的弯曲程度的数据参数[10,12], 在基本表达式[11]的基础上，可以推导计算三维空间的各种曲率值：平均曲率、主曲率、高斯曲率。进一步应用到地震数据进行曲率计算，将用于反映几何体弯曲程度的曲率开发,应用到了可以通过地震数据及解释的层位来定量描述构造的特征的功能。在地震剖面解释中，人工无法解释的小尺度断层在理论上具备曲率特征，但是由于噪音以及地层本身的空间特征，识别的精度难于一概而论之。就国内的主要应用来看，某大学实验室高精度曲率断层识别研究表明断层识别符合率达到 92%[11];在华北地区的生产研究表明曲率属性对微小断层和裂缝识别很敏感，在要求识别 10 m 以下断层的生产任务中曲率属性与已钻井结果吻合率达到 91%[14]。

本次曲率计算测试选取了两套软件，①某商业软件，效果较差;②国内某大学开发的曲率计算方法，测试了地震数据体 Time = 1 784 ms 时各种曲率属性：曲率、最大曲率、最小曲率、倾角曲率、最大正曲率、最大负曲率等(图4)。通过对比蚂蚁体(图2)、相干体(图3)，认为曲率计算技术对本区的适用性一般，倾角曲率展现的形态最好，但相比而言，其对大断层系统的描述、小断层细节的展示都相对较差。

3 应用效果评价

通过测试蚂蚁体、相干体、曲率体在本区的应用效果(图2及图4)，建立起了适合本区的小断层解释方法：以蚂蚁体为主进行小断层描述，相干体为辅进行断层系统掌控，结合地震剖面进行断层综合识别。

对地震数据进行了重处理之后，开展多方法小断层识别效果明显。在老的地震数据上F-1小断层基本无法解释，在新的地震数据和蚂蚁体上，小断层F-1的分布特征非常清楚(图4及图5)。

通过综合判断，解释出来的小断层最大断距约为 7 m(地层速度约 3 540 m/s,断点时差 4 ms)，达到了识别断距大于 8 m～10 m 断层的技术标准(图6)。平面断层解释结果显示，本区解释大小断层41条，其中延伸长度大于 500 m 断层 21条，小于研究要求尺寸的断层即小断层 20条。

如图7所示，断层集中发育在工区南部东西走向的断裂带内，该断裂带控制了本区的整体构造形态，目前检测均为正断层，且以反向断层为主。北面为油田生产区，目前检测出 F8至 F21 系列断层皆为人工难以解释的小断层。由于这些小断层形成圈闭的不多，对油气的聚集一般不起控制作用，但对生产调节井的实施至关重要。

图5 T1井断裂带处小断层解释效果Fig．5 Identification of minor fault in the fault zone of well T1

图6 小断层识别Fig．6 Identification of minor fault

图7 断层分布图(含小断层)Fig．7 Distribution map of fault (with minor fault)(Ha is the top horizon、Hb is the base horizon) Ha为研究层段顶界面；Hb为研究层段底界面

另外，相干数据体不但对断裂敏感，对岩性边界、特殊地质体亦有一定的敏感度，进行小断层识别时要加以注意。在研究Hc界面断层平面展布的时候，发现工区北偏东区域有一系列较为连续的相干极值点(图8左下)，显示了一系列连续的极值条带，但其分布形态和一般断层不同。通过对比蚂蚁体(图8右下)以及地震剖面(图8上)，最终认为极值边界表现的是砂体尖灭的边界，不是小断层。