共反射角道集数据在碳酸盐岩裂缝研究中的应用

李相文， 刘永雷， 安海亭， 李海银， 但光箭， 张亮亮

(东方地球物理公司研究院 库尔勒分院，库尔勒　841000)



共反射角道集数据在碳酸盐岩裂缝研究中的应用

李相文， 刘永雷， 安海亭， 李海银， 但光箭， 张亮亮

(东方地球物理公司研究院 库尔勒分院，库尔勒841000)

摘要：塔里木盆地塔北、塔中地区奥陶系碳酸盐岩是油田储量增长和产能建设的主要领域，缝洞体系连通性分析以及含油气分析在高效井位部署中起着至关重要的作用。然而前期研究中，应用常规处理数据的叠前裂缝预测及油气检测成果符合率整体偏低，不能完全满足油田高精度勘探开发的需求。这里系统地分析了常规处理地震数据在方位各向异性分析方面的特点，阐述如何应用共反射角道集深入开展方位各向异性叠前裂缝预测研究，优化共反射角道集数据偏移距或入射角，优选各方位覆盖次数均匀且能真实反映地层各向异性特征的数据，提高椭圆拟合结果的收敛性，最终提高裂缝预测精度。实践表明，共反射角道集数据在碳酸盐岩裂缝研究中的应用效果明显，可为开发区块高效井组的布设提供可靠依据。

关键词：碳酸盐岩储层； 共反射角道集； 叠前裂缝预测； 方位各向异性； 可信度分析

0引言

塔里木盆地塔北地区奥陶系储层发育，地层老[1-2]、埋藏深(约7 000 m)，非均质性强，主要可以归纳为3种类型，即孔洞型、裂缝型及孔洞-裂缝型，其基质孔不发育，可见微裂缝、孔洞(图1)。随着勘探开发的深入，由裂缝沟通的大型缝洞集合体成为高精度勘探开发的主要研究目标。但是缝洞体系的连通性不明确等问题，严重制约着高效井组布设。由于基础地震数据等方面的原因，应用常规处理地震数据的叠后、叠前裂缝预测难以完全满足开发生产的需求。随着采集、处理、解释一体化技术的发展，处理技术不断的成熟，处理成果含有常规三维地震数据空间位置与振幅、频率等信息，同时含有偏移距信息和方位角信息，即共反射角道集数据，是三维地震采集时，检波点接收到各个方向的地震波，每个点均含有偏移距和方位角信息。应用共反射角道集数据更有利于开展方位各向异性裂缝预测研究。这里主要展开共反射角道集数据的解释方法研究与应用，充分挖掘地震数据信息，以解决高精度勘探开发中的难题。

图1　哈拉哈塘地区某井TO2y岩心特征Fig．1　TO2y core features of a well in Halahatang area

图2　某一共反射点(CRP)道集全方位共反射点道集数据变密度可视化图与该CRP的螺旋道集(共反射道集或共炮检距道集)显示方式Fig．2　A common angle reflection point (CRP) gather data variable density view and a set of spiral gathers of the CRP (a)CRP点道集全方位共反射点道集数据可视化图；(b)CRP点螺旋道集波形显示图

1共反射角道集数据

目前针对共反射角道集数据的处理技术主要有真振幅共反射角叠前深度偏移处理技术和OVT域处理技术。段文胜[3]等人提出OVT螺旋道集是基于十字排列的细分、地面坐标系及扇区划分的集合，由具有大致相同的炮检距和方位角的地震道组成，可延伸到整个工区，是覆盖整个工区的单次覆盖数据体，但存在在复杂介质中因地震波传播的多路径而存在地下反射位置不准确的问题。全方位共反射角道集是基于地下成像点局部角度域坐标系的共反射角叠前深度偏移成像技术[4]，坐标系统是在地下极坐标系统局部角度域，可以产生连续方式的全方位共反射角道集和共倾角道集，能克服上述OVT域处理的缺陷而成为复杂区精确成像、AVA分析及保幅偏移成像研究的主要手段[4]。应用中的共反射角道集是取一定反射角范围值作为一个共反射值写入道头，如入射角[0，1)度取值为1度，[1，2) 度取值为2度，[2，3) 度取值为3度，依此类推，取全所有反射角范围形成一个CRP点的共反射角道集。共反射角道集数据含括了三维数据的全部信息(东西坐标、南北坐标、深度和振幅)，同时保留有振幅与方位角(AVAZ)信息和振幅与入射角(AVA)信息，道集资料保幅性更好，是地震数据最真实的表现，更有利于裂缝预测和油气检测。

图2(a)为某一共反射点(CRP)道集全方位共反射点道集数据变密度可视化图，它包含了X坐标、Y坐标、时间或深度、炮检距、方位角等五维信息；图2(b)为该CRP的螺旋道集(共反射道集或共炮检距道集)显示方式，蓝色线为不同入射角或炮检距分布曲线，红色线为某一入射角或炮检距范围内对应的方位角(0°～360°)。

2问题分析与技术对策

2.1裂缝预测原理

20世纪90年代以来，兴起了利用P波各向异性检测裂缝的热潮[5]，研究的是地震纵波各个方位的地震波时所产生的走时、振幅等信息差异。前人通过岩石物理模型实验研究结果表明，地震P波沿垂直于裂缝方向的传播速度小于沿平行于裂缝方向的传播速度，实验差异达18%～19%[6]。地震属性中对裂隙比较敏感的属性有方位振幅、方位层速度、方位AVO/FVO梯度、方位频率等，并且提出裂缝的密度可以标定出来[7]。至今，裂缝预测理论较为成熟[8]，但在实际应用中同样存在很多问题。2011年HERBERT SWAN[9]的研究表明由于近地表各向异性的存在，目的层反射波的旅行时数据(或VVAZ信号：速度与方位角信息)畸变很严重，但是对目的层反射波的AVAZ信号的影响是可以忽略的。

前期方位各向异性叠前裂缝预测[10-11]研究，应用的基础数据是分方位偏移处理叠加的地震数据，首先对研究区地震数据进行方位划分，即以一定方位范围为一个扇区，并将该扇区内地震道抽取出来单独进行偏移处理，最终方位角信息叠加处理为同一方位角值，可划分多个方位扇区地震数据。对单一地震道，提取各个目的层一个点的属性值，将所提取的各属性值对应到方位角极坐标系统中，通过椭圆拟合的方式预测裂缝[12-13]。

2.2关键问题分析

方位各向异性叠前裂缝预测在哈拉哈塘地区的多年应用[14]，在缝洞体系连通性分析方面发挥着重要重用。但是方位各向异性裂缝检测方法对于原始输入地震资料有非常高的要求，即需要各方位数据覆盖次数均匀、各方位资料品质高的全方位地震数据。

图3(a)为哈拉哈塘地区某高密度全方位地震面元属性图，不同颜色代表不同覆盖次数，同心圆周方向为方位角，半径方向为偏移距或入射角。常规方法是对CMP道集进行方位扇区划分，并对每个扇区数据单独进行偏移处理与叠加，进行椭圆拟合预测裂缝。结合以往从基础数据准备到椭圆拟合的总体流程认为分方位处理存在几方面的不足(图3b，图3c)：①直接方位扇区划分的各个方位地震数据的覆盖次数不均匀，存在地震采集方案本身在各方位所接收数据间的差异，而并非地下真实的各向异性信息；②应用全炮检距范围的数据受近炮检距数据强能量(对于7000m 埋深的地层，近炮检距(入射角很小)地震道可以等价于自激自收，各向异性非常弱甚至没有各向异性)和远炮检距地震资料品质较差等影响，致使各个方位地震数据不能反映真实的地层各向异性特征；③方位扇区的划分与椭圆预测原理存在一定矛盾，当方位划分少时，椭圆拟合结果的多解性大，而当方位划分多时，各方位覆盖次数低，资料信噪比低，预测结果可信度低；④分方位处理过程中，方位划分是不可逆的过程，划分方案是否合适直接影响裂缝预测结果。同时数据处理时各个方位扇区内将全部炮检距叠加成一个炮检距值，并将单个方位扇区内的方位角信息叠加成一个方位角值，叠加过程中损失掉大量炮检距和方位角信息。

因此方位各向异性裂缝检测的关键在于原始输入地震数据，如何灵活应用偏移距或入射角优化，甚至是面元叠加等方式，合理选择各方位覆盖次数均匀，能真实反映各向异性特征的数据预测裂缝，是解决问题的关键。

图3　某全方位三维区地震面元属性与方位划分示意图Fig．3　The surface element attribute graph and azimuth angle dividing diagram of a full azimuth seismic area(a)面元属性图(颜色为覆盖次数)；(b)常规处理方位划分示意图；(c)椭圆拟合示意图

图4　基于共反射角道集偏移距优化对比图Fig．4　Offset optimization comparison chart based on common reflection angle gather data(a)优化方案1；(b)优化方案2；(c)优化方案3

2.3技术对策与方法

针对目前基于常规分方位处理数据叠前裂缝预测存在的不足，这里着重满足方位各向异性叠前裂缝预测对地震数据的高要求，首先要有效地对共反射角道集数据的偏移距进行优化，通过偏移距优化甚至是超面元等方式实现(图4)，图4(a)～4(c)的上图为一个CMP点的炮检关系分布图，黄色范围为选择的方位角与偏移距范围，图4(a)～4(c)的下图为该CMP点的椭圆拟合结果，红色数据点为各个方位角所对应的振幅属性，到原点的距离表示强度。图4(a)～4(c)分别为基于共反射角道集偏移距优化方案的椭圆拟合结果，方案1为全方位扇区(0°～360°)全偏移距(0 m～6 375 m)，没有方位角叠加，振幅属性分布非常离散，椭圆拟合结果不可信；方案2为全方位扇区(0°～360°)内偏移距范围取300 m ～6 375 m，分18个方位角扇区叠加，每个扇区方位角跨度20°，即0°～10°和350°～360°叠加为一个扇区，10°～20°和340°～350°叠加为一个扇区，以此类推(下同)，其振幅属性分布相对聚焦，椭圆拟合结果可信度有所提升；方案3为全方位扇区(0°～360°)内偏移距范围取450 m～4 775 m，分18个方位角扇区叠加，每个扇区方位角跨度20°，振幅属性分布聚焦，椭圆拟合结果可信度高。通过数个方案偏移距优化后椭圆拟合对比，优化共反射角道集偏移距进一步提高椭圆拟合结果，旨在选择各方位覆盖次数均匀，能真实反映各向异性特征的数据(数据仍为共反射角道集)，使参与椭圆拟合的数据收敛[12-15]。具体的实现方法为，将360°方位角范围优化数个扇区，对每个扇区进行方位角叠加，然后在全方位扇区内优化数个偏移距或入射角限区分别进行叠加，或由地震数据处理人员根据最佳解释方案对原始共反/入射角道集进行抽道实现，即按照特定方位角扇区对特定的偏移距、入射角值或范围进行地震道抽取，最终形成一个超道的道集数据参与裂缝计算，其中，共反射角道集数据以及共入射角道集(如ES360蜗牛道集)的方位角和偏移距或入射角进行优化方法相同；其次通过可信度分析与质量控制等手段，提高椭圆拟合的稳定性，对拟合椭圆的离心率进行刻度，椭圆离心率(0～1)越大，同时拟合椭圆的解越少，则可信度越高；最后与实际钻井资料进行交互式分析，使所拟合椭圆的长轴(利用振幅信息预测裂缝)与FMI成像测井结果的裂缝走向趋于一致，不断提高裂缝预测精度，为缝洞体连通性分析提供可靠依据。

应用表明，利用共反射角道集数据预测裂缝表现出几个方面的优势：①相对于分方处理数据没有方位角扇区人为划分的概念，通过小方位角扇区叠加，偏移距或入射角优化并最终抽取有效数据，进而消除各个方位地震数据覆盖次数不均匀的影响，较好地解决了方位划分与椭圆预测原理之间的矛盾，在一定程度上舍去近偏移距强能量、弱各向异性的数据，突出地层真实的方位各向异性特征；②解释平台的交互分析与质量控制，更有利于与钻井结果对比分析，提高裂缝预测结果的精度。以哈拉哈塘油田W1井为例，图5为W1井优化前后裂缝预测结果对比图，通过数据的优化、可信度分析与质量控制，预测结果明显比应用全偏移距范围内地震资料预测裂缝结果的精度要高：①优化前预测结果中南北向、东西向干扰得到有效消除；②W1单井处的预测方向与实钻方向吻合。证明该方法可有效提高裂缝预测精度。

3应用效果

以塔北地区某高密度全方位三维地震工区的应用为例，研究区内目的层为奥陶系一间房组，该层系缝洞型储层发育，储层地震特征为“串珠状”反射特征。应用表明，基于共反射角道集数据的预测结果比基于叠后裂缝预测结果所反映的细节更多，比叠前分方位裂缝预测结果所反映的区带地质规律性更清楚，反映细节更详尽。其次应用共反射角道集数据的预测结果更有利于缝洞体系连通性分析(图6)。综合分析W1与W2井的钻井特征和生产动态数据，两井所钻遇缝洞体系相互独立，且各自连通范围有限。主要有三点依据：①图7为W1井在W2井第一轮注水期间的油压、产量局部放大图，W2井注水期间，W1井无明显干扰特征，油压和日产油量趋势平稳；②W1井原油密度为0.877g·cm-3/20℃，油气比为0.785，H2S含量为16 300 ppm；为W2井原油密度为0.884 g·cm-3/20℃，油气比为0.880，H2S含量为18 600 ppm～19 600 ppm，两井的原油密度、气油比、H2S量均不同；③目前两井均处于注水替油的生产状态，W1井电泵生产，W2井抽油机生产，油压低，分别为0.62 MPa和0 MPa，整体能量弱，均表现为典型的定容型缝洞体，缝洞体系所连通的范围有限，与非均质性碳酸盐岩储层特征一致。

图5　W1井入射角优化前后裂缝预测结果对比图Fig．5　W1 well fracture prediction results before and after incident angle optimization (a)W1井一间房组FMI测井解释天然缝走向；(b)与W1井交互分析前后椭圆拟合结果对比；(c)与W1井交互分析前后裂缝预测结果对比

图6　W1井区不同数据类型裂缝预测结果对比图Fig．6　Fracture prediction results of different types of data in W1 well area(a)W1-W2叠后裂缝密度；(b)W1-W2常规分方位叠前裂缝预测；(c)W1-W2共入射角道集叠前裂缝预测

图7　W1井、W2井生产动态资料干扰测试图Fig．7　W1 well, W2 well production dynamic data interference test chart

同时，通过对哈7地区基于多种不同方位角扇区划分方案下偏移处理、叠加地震数据的预测结果与实钻对比统计，常规分6个方位处理数据(方位角30°一个方位，各方位间相互不重叠，180°到360°对称到180°范围内)的预测符合率为54.5%，常规分18个方位处理数据(方位角30°一个方位，各方位间相互重叠20°，180°到360°对称到180°范围内)的符合率为67%，共反射角道集数据的吻合率为75%，符合率有明显提高。在中古8地区奥陶系良里塔格组应用效明显，共反射角道集数据的预测符合率为75%，分方位地震数据预测结果与实钻的符合度为50%，明显高于分方位数据的预测符合率，说明共反射角道集数据预测结果要优于分方位数据预测结果，可有效地提高裂缝预测的精度。

4认识与结论

综上所述，基于共反射角道集数据的预测裂缝效果最好，通过在哈拉哈塘地区的应用，有效地辅助对大型缝洞集合体的连通性静态雕刻，刻画相同地质成因圈定可能连通范围，从而让大型缝洞体“瘦身”，使连通性分析结果更可靠，为高效井位部署、高效开发油藏提供可靠依据。具体表现在几个方面：①共反射角道集数据可较好挖掘全方位资料的优势，有利进行裂缝预测；②通过EsayTrack解释平台，基于共反射角道集数据的裂缝预测，可通过可信度分析与质量控制，结合实钻交互分析，走出纯数学运算的技术瓶颈，裂缝预测精度进一步提高；③应用共反射角道集数据预测裂缝，可更清楚地揭示地质规律，单井裂缝预测与实钻更符合，有利于提高碳酸盐岩缝洞体系连通性分析。

致谢:

感谢东方地球物理公司各位领导的指导，以及库尔勒分院的同事帮助，在此一并表示感谢！

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Application of full azimuth common reflection angle gather on the study of fractured carbonate reservoirs

LI Xiang-wen， LIU Yong-lei， AN Hai-ting， LI Hai-yin， DAN Guang-jian， ZHANG Liang-liang

(Research Institute Korla branch. BGP. CNPC, Korla841000, China)

Abstract:The Ordovician carbonate rocks in the northern Tarim basin is the main oil field production increase reserve, connectivity analysis and petroliferous analysis of the fissure cave system plays an important role in the efficient well deployment in. However, previous studies have shown that pre-stack fracture prediction and hydrocarbon detection effect in conventional processing of seismic data is not worked, which can't fully meet the high precision requirement of oil field exploration and exploitation. It explains how to apply the common reflection angle gather data in anisotropic pre-stack fracture prediction, optimal offset or angle of incidence of common reflection angle gather data, choose coverage relatively uniform and can reflect the anisotropy of formation characteristics of data, for improving the convergence of the ellipse, and finally to improve the accuracy of fracture prediction. Practice shows that the application effect of common reflection angle gather data in the study of fractured carbonate is clearly, and provides a reliable basis for deploying the efficient well group in developing block.

Key words:carbonate reservoir; common reflection angle gather; pre-stack fracture prediction; azimuthal anisotropy; reliability analysis

中图分类号：P 631.4

文献标志码：A

DOI：10.3969/j.issn.1001-1749.2016.01.13

文章编号：1001-1749(2016)01-0089-07

作者简介：李相文(1984-)，男，工程师，主要从事碳酸盐岩解释的方法及地质综合研究工作，E-mail：lxw8225755@163.com。

基金项目:国家科技重大专项(2011zx05019-005)

收稿日期：2014-09-23改回日期：2015-04-09