叠前全方位裂缝预测方法应用研究

2015-07-02蒋春玲刘文卿谢春辉王恩利陈启艳王洪求

石油地质与工程 2015年6期

关键词：扇区方位角方位

蒋春玲,刘文卿,谢春辉,王恩利,陈启艳,王洪求

(中国石油勘探开发研究院西北分院，甘肃兰州 730020)

叠前全方位裂缝预测方法应用研究

蒋春玲,刘文卿,谢春辉,王恩利,陈启艳,王洪求

(中国石油勘探开发研究院西北分院，甘肃兰州 730020)

常规叠前裂缝预测方法由于数据结构及预测方法的局限性，预测结果不精确，且呈多解性。叠前全方位裂缝预测方法是在全方位地震采集数据的基础上，构建全方位共反射角道集，利用AVAZ叠前反演方法预测裂缝发育强度及方向；全方位共反射角道集包含了地层全部真实的方位信息，有利于方位各向异性的预测；AVAZ叠前反演能够得到裂缝方向及发育强度的唯一解。该方法通过在塔里木盆地某井区的应用，取得了良好的预测效果，预测结果符合地质规律，与已钻井测试资料结果吻合度高。

全方位裂缝预测；全方位角道集；AVAZ反演；裂缝方向

储层裂缝空间分布规律的合理预测与有利区评价，对精细描述裂缝性储层、预测剩余油分布、提高采收率都有十分重要的意义[1]。但裂缝分布复杂、规律性差,精确预测储层岩体中裂缝的发育程度、产状及分布特征难度较大，因此，裂缝预测技术是近年来研究的热点。

前人在裂缝预测方面作了大量的研究，提出了许多预测技术，并且在实际应用中取得了很好的效果。目前传统的裂缝检测方法有两种：一种是运用相干、倾角、曲率等叠后属性进行预测，但叠后数据分辨率低，对微小裂缝无法识别，精度较低；另一种是利用叠前地震分方位数据进行叠前裂缝预测，该方法是对共偏移距CMP道集进行分扇区叠加，对分扇区叠加数据体进行属性计算，根据不同方位角数据属性之间的差异，通过椭圆拟合进行裂缝强度及方向的预测[2]，该方法受扇区数目及角度分法的不同，以及椭圆拟合求解方法的影响，使预测结果多解性强，裂缝预测的结果与实际存在较大差异。

叠前全方位裂缝检测方法，是在全方位采集地震数据基础上，基于爆炸反射面折射模型的倒置射线追踪方法对地震波场进行分解与成像，构建全方位共反射角道集，运用全方位共反射角道集进行叠前AVAZ反演，对裂缝密度及方向进行预测。

1 全方位叠前裂缝预测方法

1.1 原始数据优势

常规叠前裂缝预测方法采用的数据多为窄方位采集，方位信息不足，直接影响裂缝预测的精度；叠前全方位裂缝预测要求全方位或宽方位(目的层埋深较浅时可用)采集，全方位或者宽方位采集数据方位分辨率较高，方位角信息齐全，有利于方位各向异性的预测。

1.2 偏移成像方法优势

常规叠前裂缝预测所用CMP道集的偏移方法是共偏移距叠前偏移，是在X-Y-Z坐标系，从地表向地下进行偏移成像，直接把地表的方位角信息映射成地下反射点的方位角信息[3]。这种传统的方位成像没有利用整个波场信息，所表示的是地表激发、接收偏移距和方位角成像信息，而非成像点真正的角度域信息。1998年，徐升等人在研究二维Marmousi时注意到如下现象：使用正确速度模型，共偏移距道集由于射线多路径问题存在焦散假像[4]，且同相轴并不平，这不仅使复杂地质构造的速度建模变得困难，更让AVA分析存在不确定性。同时偏移距道集是反射点所有信息的综合，掩盖了不同方位的速度变化特征，并没有准确包含倾角信息和方位角信息，无法将角度信息从道集中提取和分离出来，也无法精确描述与方位有关的各向异性。

因此，当地下地层比较平坦，速度场简单时，可利用常规叠前裂缝预测方法近似预测裂缝强度及方向，但在构造复杂、横向速度变化剧烈时，地震波的路线是发生变化的，会产生一些意想不到的运动学与动力学假像，导致地震数据所包含的信息与地下真实情况误差较大。要确定地下反射点的位置，须考虑角度信息，但CMP道集不包含地下反射点的方位信息，因此使裂缝预测陷入困境。

叠前全方位裂缝预测方法所用道集的偏移方法是共反射角偏移成像，是在共反射角度域对成像道集进行重建，从成像点向地面进行射线追踪成像，将地面的地震信息影射到地下局部角度域，使每个成像点都包含地层方位角信息，然后在地下局部角度域以连续方式，对所有的地震数据进行偏移成像，得到全方位共反射角道集[3]。该方法能克服共偏移距道集中存在的假象，提高地震成像的精确度[5]。利用全方位反射角道集不同方位的剩余时差可获得准确有效的HTI各向异性参数和裂缝信息。因为采集及成像的优势，该道集包含了地层全部真实的方位信息，且提供真振幅反射系数，从而得到真实的振幅异常，能反映地下速度和岩性变化的信息，更有利于地震振幅属性分析及断裂的研究，克服了复杂构造及射线多路径产生的共偏移距道集不保幅性等一系列缺陷给裂缝研究带来的困难，更有利于利用方位信息预测裂缝[6-8]。

1.3 预测方法优势

常规叠前分方位裂缝预测方法首先根据工区裂缝方向将CMP道集分为不同扇区，一般扇区方向平行或者垂直裂缝方向，然后对分扇区CMP道集进行叠加；或者对原始数据首先按裂缝方向分扇区，然后偏移出不同方位角扇区的地震剖面。再利用叠加或者偏移的不同扇区数据上振幅的差异，运用P波反射系数简化公式(1)进行椭圆拟合[9-10]，从而预测裂缝强度与裂缝方向。这种方法的缺点是：①CMP道集本身并不包含方位角信息；②分扇区叠加或者偏移数据信息是扇区内信息的综合效应，而不是地下某一点处真实的信息；③扇区的分法是基于地表炮点、接收点的方位角，不是地下真实反射面的方位角，且扇区角度的选取以及数目的不同，直接会导致预测结果的不同，所以该方法预测结果多解性较强。

R(θ,φ)=I+[G+Ganisocos2(φ-β)]sin2θ

(1)

式中，φ是方位角，θ是反射角, β是裂缝走向,I是截距，G是各向同性AVO梯度，Ganiso是各向异性AVO梯度。

全方位裂缝预测方法，是运用P波反射系数简化公式(1)，用G1=G和G2=Ganiso+G进行置换，得到公式(2)。

R(θ,φ)=I+[G1sin2(φ-β)+G2cos2(φ-β)]sin2θ

(2)

使用公式(2)对每个采样点执行AVAZ反演[10]，得到每一道的I、G1、G2和β参数，β为裂缝走向，G2-G1=Ganiso，为各向异性AVO梯度，可以表示裂缝发育密度。Ganiso值越大，表示裂缝越发育[11]。该方法的优点是：①应用了全部的方位信息，可以检测到地下全部裂缝，分辨率高；②通过AVAZ反演，可以得到裂缝发育方向和密度的唯一解，能为裂缝特征的描述提供可靠的依据。

2 应用研究

应用工区为塔里木盆地某井区。该区奥陶系碳酸盐岩发育大规模裂缝-孔洞型储层，裂缝是非常重要的储集空间，也是油气运移的通道，因此，对该区进行裂缝预测至关重要。

为了提高横向、纵向、及方位分辨率，采用高密度、全方位野外采集。通过全方位共反射角偏移成像，得到全方位共反射角道集。

地震波穿过HTI介质时，平行于断裂方向传播的地震波速度快，垂直断裂方向传播的地震波速度慢，因此，全方位共反射角道集上，在平行于断裂方向的方位上道集同相轴上翘，垂直于断裂方向的方位上道集同相轴下拉，所以可以直接从全方位共反射角道集上反映出地层的各向异性。图1中，将道集按不同反射角沿360度方位展开成二维道集剖面，可以直观看到不同方位角数据所显示的各项异性问题，可以判断各向异性的强度以及最强方向，进而识别裂缝发育强度及裂缝方向。图中，随着入射角增大，深度在6 250 m、方位角在310°附近的同相轴下拉现象明显，说明在该深度、310°方位上的各向异性反映最强，裂缝强度最大。而此方向正好垂直裂缝方向，因此可判断在该空间点处，裂缝方向为40°左右。

通过对全方位共反射角道集进行叠前AVAZ反演，对该区的裂缝发育强度及裂缝方向进行了预测。与常规叠前裂缝预测结果相比，该方法预测效果主要体现在以下两个方面：一是裂缝密度与方向符合地质规律；二是与实钻井吻合度高，预测精度较高。

图2显示，该区奥陶系顶界南北部裂缝及断层比较发育，中部不发育，北部风化岩溶发育。在南部，裂缝主要分布在断层附近，方向主要为北东及北西向；北部裂缝除了分布在断层附近外，溶洞附近也有发育，方向除了北东与北西向，在岩溶较发育的位置存在部分近似水平方向的裂缝。目前该工区有多口井有成像测井资料，其中未钻遇溶洞的井，裂缝预测结果与成像测井资料吻合；而钻遇溶洞的井，预测与实钻之间吻合度却较低。分析认为，当井钻遇溶洞，AVAZ反演时将溶洞内部视为各向同性，预测结果为裂缝不发育，导致预测出现误差；当井未钻遇溶洞，即介质为各向异性时，预测结果与实钻结果吻合。因此，图2北部溶洞附近的裂缝，应该是介质各向异性的响应，而不是溶洞的响应。所以，该区南部裂缝主要以由局部构造作用形成的或与局部构造作用相伴生的构造裂缝为主，北部裂缝主要为构造裂缝，伴生着与地表或近地表各种风化作用有关的风化裂缝。

图1 全方位反射角道集

图2 奥陶系顶界裂缝发育密度与断层叠合平面图(左)及裂缝方向与溶洞预测平面图(右)

图3是利用该区高密度、全方位采集数据，用目前常用的CMP道集分扇区叠前裂缝预测方法预测出的该区奥陶系顶界裂缝密度平面图。由于该区断层走向主要为北东向及北西向，因此，在用该方法预测裂缝之前，首先主观认为该区裂缝方向应该为北东及北西向，将CMP道集按北东向及北西向分为几个扇区，然后运用椭圆拟合进行预测。图3中左右两图的区别在于：左图从0°～180°平均分为五个扇区，右图从-22°～158°平均分为六个扇区。二者因为角度选取以及扇区数量的不同，导致预测结果存在很大差异，并且与断层匹配关系不明显。

图3 常规叠前裂缝预测方法预测奥陶系顶界裂缝发育强度与断层叠合平面图

图3与图2左图相对比，井A、井B存在明显预测差异。奥陶系顶界，井A、井B成像测井图显示裂缝发育。实钻井结论与全方位裂缝预测结果吻合，与目前常用的叠前裂缝预测方法存在较大差异。

图4b中全方位裂缝预测结果上，黑色线条代表裂缝方向,c与d中，值越大，表示该方向裂缝越发育。全方位裂缝预测的结果与实钻测井解释结果吻合，井C奥陶系顶界裂缝主要方向为北东及北西向，但目前常规叠前裂缝预测结果，因为扇区数与角度分法的不同，两种预测结果差异较大，都只预测出真实裂缝方向的一部分，并且由于分扇区以及椭圆拟合的原因，预测出的部分裂缝方向与真实的方向也存在一些误差。