变质岩潜山储层地震波组特征分析与应用

2014-06-28张吉昌刘增涛薛大力王强濮孟蕾杨杰

断块油气田 2014年4期

张吉昌，刘增涛，薛大力，王强，濮孟蕾，杨杰

（中国石油辽河油田公司，辽宁沈阳 110316）

0 引言

世界范围众多类型的油气藏勘探中［1］，潜山油气藏的勘探占有举足轻重的地位，是寻找新油田的一个重要领域。目前在大民屯凹陷已发现15个变质岩古潜山油气藏，探明储量达到了亿吨级以上。

以构造裂缝为主的潜山变质岩储层与孔隙型砂岩储层的研究理论、技术存在明显差异。常规潜山储层裂缝预测技术主要是对地震资料进行叠后处理，提取各种属性来达到预测裂缝的目的；构造裂缝为主的古潜山油气藏通常构造比较复杂，地震资料品质不高［2-4］，且受处理算法及主观因素制约，对裂缝分布规律的刻画精度相对较低，制约了构造裂缝为主的古潜山油气藏勘探开发。利用地震波组直接识别裂缝目前还没相关研究，主要原因是变质岩潜山埋藏深，构造复杂，上覆致密层和风化壳对潜山内幕地震波产生严重屏蔽效应，造成变质岩内幕地震反射弱，地震资料分辨率低。

大民屯凹陷2001—2005年采用宽方位、高覆盖次数及小面元进行地震资料二次采集，地震品质比较好，为利用地震波组特征研究变质岩潜山裂缝分布特征提供了条件。通过研究得出了裂缝储层与地震波组特征的关系，达到了利用地震波组特征直接预测变质岩潜山有利储层的目的。

1 理论基础

变质岩潜山储层不同的裂缝空间展布对应不同的地震响应和波形特征。变质岩基质孔隙度较低，基本没有波阻抗差异，造成在变质岩内幕的反射相当弱，甚至无反射。当连续的地震反射发生错断或扭动时，波形的相似性发生变化，连续性变差［5-6］。如果内幕发育有缝洞及岩性变化时，波阻抗突然变化，造成反射系数急剧增大，在缝洞体与围岩的接触部位可形成强烈的绕射源［7-8］，反映到叠后地震资料上，就是振幅突然变大或局部出现与基质反射极不一致的反射特征。为进一步认识裂缝与地震波组的关系，重点开展了以下研究。

1.1 构造裂缝的地震波运动特征

当裂缝存在时，尤其是当裂缝未被充填而饱含地下流体时，流体与致密岩石的物理性质差异导致物性界面（波阻抗差）的存在，引起储集层地震波反射特征改变。裂缝发育带对地震波速度和振幅有较大影响，能直接导致地震波组特征的变化［9］。

1.1.1 裂缝发育带地震波传播速度

地震波传播速度主要与岩层性质有关。在裂缝性油气藏中，储集层内引起地震波速度下降的主要原因就是裂缝的发育和孔隙流体的存在。在大多数沉积岩中，当孔隙度为0时，地层速度最大；当孔隙度为1（100%）时，地层速度最小。致密变质岩储层孔隙度很小，大多不超过10%，故地层速度较高。在裂缝发育带，孔隙度增大，裂缝中饱含流体，所以地层速度明显降低［10］。

1.1.2 裂缝发育带地震波振幅

影响地震波振幅改变的因素很多，在具体研究的目的层段中，其激发条件、接收条件、各种噪声的干扰及吸收衰减等基本相似，故在致密层内部振幅明显变化的主要原因是存在裂缝。反射波的振幅与介质的波阻抗之差呈正比关系，在致密岩层内部，反射振幅一般很低；当岩层中发育裂缝时，岩石块体与裂缝体系之间波阻抗差增加，反射振幅明显变大，导致波组特征发生局部改变。

1.2 变质岩波阻抗

针对大民屯凹陷变质岩潜山储层，充分利用已完钻井的资料，详细分析了骨架岩石的特征与波阻抗值变化的关系。

变质岩潜山岩性比较复杂，储集岩主要有片麻岩、混合花岗岩、变粒岩、浅粒岩等；非储集岩主要为后期侵入岩，岩石类型有辉绿岩、煌斑岩、角闪岩等。对不同岩性的波阻抗进行了统计，不同岩性波阻抗值变化比较大。其中，片麻岩波阻抗最小，角闪岩波阻抗最大。片麻岩波阻抗在12 000～16 000 g/cm3·m/s，平均14 000 g/cm3·m/s；混合岩波阻抗在 13 000～15 600 g/cm3·m/s，平均14 500 g/cm3·m/s；基岩岩脉波阻抗在14 000～17 500 g/cm3·m/s，平均 15 500 g/cm3·m/s；变粒岩波阻抗在15 000～18 000 g/cm3·m/s，平均 16 500 g/cm3·m/s；角闪岩波阻抗在15 000～19 500 g/cm3·m/s，平均17 000 g/cm3·m/s。当潜山储层岩性发生变化时，波阻抗也发生变化，必将在地震响应上产生一个反射界面，具体反射特征取决于不同的岩性组合关系。

1.3 物理模拟分析

建立正演模型，利用物理模拟技术，进一步认识裂缝与地震反射的关系，为利用地震反射特征识别裂缝提供依据。

1）第一潜山储层地质模型：裂缝间距不固定，包括100，50，20，10m；裂缝角度固定，参考大民屯凹陷变质岩储层裂缝，以中、高角度为主；裂缝长度固定，为210 m。

裂缝存在时，地震反射有相应的反射特征，裂缝角度与地震反射角度基本一致；裂缝间距100，50 m时，裂缝可分辨；裂缝间距20，10 m时，每组裂缝变成一个同相轴，不可分辨。实际潜山裂缝间距将更小，所以地震反射为一组裂缝的综合响应，代表的是一个裂缝带，而不是单一裂缝。

2）第二潜山储层地质模型：均质潜山储层，高角度裂缝带，裂缝角度45°，裂缝长度210 m，间距10 m，。

裂缝发育带的顶面、底面可以形成假的反射同相轴，通常会误认为是地层反射造成的。另外，随着裂缝间距的减小，顶、底的反射强度增加；存在高角度裂缝时，地震资料呈高角度、杂乱反射。地质界面对潜山内幕的地震反射特征影响不大，即使没有地质反射界面，裂缝发育带反射特征与之前有地质反射界面基本是一致的，且裂缝发育带的顶面、底面均可以形成假反射同相轴。

2 变质岩潜山地震波组特征

理论分析及物理模拟研究后，初步确定了潜山储层的裂缝发育程度决定地震波组的形态。如何利用地震波组特征直接识别裂缝发育程度，就成了有待解决的问题。研究中采用地质统计学，通过统计钻井资料、油井单井产量与地震反射的关系，达到了利用地震反射直接识别裂缝发育程度的目的。

针对大民屯凹陷变质岩潜山，开展精细层位标定研究［11］，实现井震结合。利用5口井VSP资料及60口井的合成地震资料，对目标层段地震反射波组进行综合标定，建立完钻井和投产井井段裂缝发育特征、产量与地震波组特征的关系［12-21］，达到地震反射波组地质属性的统一、可靠。统计不同产能井的地震波组特征，建立了5类地震波组特征及裂缝发育模型（见图1）。

图1 胜西潜山不同特征地震波形对应地质现象

2.1 空白反射型

该类地震波形反射显示地质体为致密巨厚岩体，岩性均一，构造裂缝不发育或者仅有少数微裂缝发育。统计发现16口井发育该类反射特征，实钻资料及测井资料显示该类反射区为致密混合花岗岩体，内部构造裂缝不发育。该类地震反射特征区域地震波速度最大，单井平均值在5330～5700m/s，总平均值为5590 m/s；波阻抗最大，单井平均值在13 900～15 100 g/cm3·m/s，总平均值 14 400 g/cm3·m/s。

2.2 平直连续反射型

该类地震波形反射特征显示地质体岩层平行，构造活动弱，构造裂缝不发育。胜西潜山地层为多混合变质岩类，由层状砂岩与侵入岩类混合变质而成，部分区域仍保留有较明显的层状特征。平直连续反射显示了地层的层状特征保存较为完整，后期构造运动没有波及到该类反射区，岩层形成后没有经过弯曲变形或错断。根据构造裂缝形成机理，该类岩石内部很难形成构造大裂缝，仅发育原生孔隙。

统计中，12口井具有该类地震波形反射特征，该类油井一般投产后产能比较低。该类反射特征的区域地震波速度比较大，单井平均值在5370～5650m/s，总平均值5 480 m/s；波阻抗值较大，单井平均值13 500～14 600 g/cm3·m/s，总平均值 14000g/cm3·m/s。

2.3 错断反射型

该类地震波形反射特征显示地质体为小断层伴生裂缝，断裂区裂缝十分发育［13］。在层状岩性及断层影响下，地震轴呈明显错断反射，错断越多，深度越大，构造裂缝越发育。由于断层规模小，基本没有断面波反射。

统计中，10口井发育该类地震波形反射特征，油井投产后一般可获得高产，产油量为20～40 t/d，平均一个错断轴15 t/d。该类反射特征区域地震波速度较小，单井平均值在5100～5450m/s，总平均值5 260 m/s；波阻抗较小，单井平均值在13600～14700g/cm3·m/s，总平均值 13 900 g/cm3·m/s。

2.4 不连续杂乱反射型

该类地震波形反射特征显示地质体内部裂缝十分发育。胜西潜山脆性岩体（如浅粒岩、混合花岗岩类）遇褶皱，地层强烈变形，岩体易发生破裂，形成张裂缝，裂缝连通性好。

研究中，18口井具有该类地震波形反射特征，产油量20～50 t/d。该类反射特征区域地震波速度也较小，单井平均值在5 100～5 600 m/s，总平均值为5 300 m/s；波阻抗与错段反射类型基本一致，单井平均值在13 200～14 900 g/cm3·m/s，总平均值 13 900 g/cm3·m/s。

2.5 断面波反射型

该类地震波形反射特征显示了与大断裂有关的伴生裂缝［14］，这类裂缝裂缝开度大、延长距离长，在地震剖面上有明显类似断面波反射。变质岩层状区域受层理及宏观裂缝影响，地震反射特征为断面波+不连续反射。块状混合岩因没有层理影响，地震反射特征为单一的断面波反射。

研究中，9口井具有该类反射特征，产油量在50～150 t/d。该类反射特征区域地震波速度最小，单井平均5 100～5 330 m/s，总平均值 5 230 m/s；波阻抗最小，单井平均值为13 200～14 200 g/cm3·m/s，总平均值13 700 g/cm3·m/s。

3 实例

胜西潜山储层非均质性非常强，裂缝分布规律研究难度非常大［15］，该区从 1983年开始勘探，至2007年累计实施13口直井，均未获得工业油流，勘探一直处于停滞状态。2008年开展利用地震波组特征分析裂缝预测研究，在胜西潜山划分出了5类地震反射特征的平面分布（见图2），总结出了裂缝分布规律。

图2 胜西潜山地震反射特征的平面分布

平面上，胜西潜山北段的胜601块及南段的沈628块裂缝发育程度最高，中部的沈630块及沈629块裂缝发育程度较差；纵向上，潜山面以下50～200 m，裂缝发育程度最高。

在裂缝分布认识基础上，采用勘探开发一体化的立体开发模式，在裂缝集中发育区优先实施新井；同时，为钻遇更多的有利地震波组区，大规模采用复杂结构井［16］，保证了潜山有利储层钻遇率，提高了单井产量。截至2013年5月，胜西变质岩潜山裂缝发育区共计部署滚动探井20口，开发井41口，其中复杂结构井60口。探井成功率达到了92%，远高于该区周边平均探井成功率，2011年整体报新增探明石油地质储量2×107t以上，新建产能1.35×105t，实现了增储与建产同步。

研究也发现，研究区的局部地震资料存在信噪比低、分辨率低、内幕反射品质差或无反射等问题，造成部分井产量与地震反射吻合性差。其解决方案为采用合理的处理方案，只针对潜山进行处理会改善潜山内幕的反射特征［17-22］，可准确反映地下构造形态与地质体的物理属性，会使该方法的准确性更高，应用前景更加广阔。