叠前方位各向异性裂缝预测技术在雷家地区的应用研究

刘宝　(中石油辽河油田分公司勘探事业部，辽宁 盘锦 124010)



叠前方位各向异性裂缝预测技术在雷家地区的应用研究

刘宝(中石油辽河油田分公司勘探事业部，辽宁 盘锦 124010)

[摘要]辽河油田西部凹陷雷家地区古近系沙河街组四段(Es4)储层以裂缝型白云岩为主，经过主断裂的多期活动，形成了具有多方位、多组系特征的裂缝型储层。对该类储层主要采用窄方位地震资料的叠前方位各向异性裂缝预测技术，介绍了该技术的原理及主要技术流程，并进行了实际地震资料的应用。结果表明，雷家地区Es4裂缝型白云岩储层可以划分出3块裂缝发育区，通过与实际资料的对比分析，符合度较高，验证了预测结果的可靠性，提高了油气预测的成功率。

[关键词]方位各向异性；裂缝预测；雷家地区

裂缝型白云岩是良好的油气储层，常表现为强的各向异性。该次研究的白云岩储层位于辽河油田西部凹陷的雷家地区古近系沙河街组四段(Es4)，其沉积时期为断裂盆地的开裂期，研究区主干断裂有着多期活动的演变过程，每次活动都产生一定方位的裂缝系统[1]。根据岩心观察，白云岩、泥质白云岩晶间孔、微裂缝、宏观裂缝发育，为主要的储集空间。据沉积研究发现，该区白云岩最厚层发育在lei59井和lei58井位置，累积厚度大于140m，并以此为中心，向四周逐渐减薄。平面上呈北东向条带状展布，具有东西较宽、南北较窄的特点。在不同时期、多种不同应力作用下，该区白云岩储层裂缝具有多方位、多组系的特征，使得裂缝预测较困难。

以往通常采用叠后裂缝预测方法，利用道与道之间的相关性，主要反映小断裂或断裂发育带、岩性突变带，主要用于断层边缘和断裂体系的检测，但很难预测出裂缝的发育特征，在预测结果上会显示无效裂缝(如被富含碳酸钙的物质所充填的裂缝等)[2，3]。而叠前各向异性裂缝预测技术是针对只有那些被油、气、水等流体充填的裂缝才能显示其方位各向异性特征，因此该方法可以有效地预测出有效裂缝发育带及其发育特征。

1方法原理

地震波在地下介质传播过程中会出现各向异性的特征，按照表1设置双层地质模型的相关参数，从图1中可以清楚地看出，上、下层都是各向同性介质，反射系数不随方位角的改变而变化，当上层为各向同性介质、下层是方位各向异性介质(HTI介质)时，纵波反射系数不仅与入射角有关，而且随方位角的改变出现周期性的变化。

表1　地质模型参数

图1　不同介质间的反射系数随方位角和入射角变化的曲面图

在裂缝各向异性介质纵波线性近似反演中，被广泛采用的是Ruger反射系数[4]。Ruger裂缝模型介质的纵波反射系数的近似公式为：

R(i,φ)≈12ΔZZ+12Δαα-2βαæèçöø÷2ΔGG+ΔδV+22βαæèçöø÷2Δγæèç〛cos2(φm-φs){}sin2i+

(1)

式中：R(i,φ)是Ruger裂缝模型介质的纵波反射系数，1；i为入射角，(°)；φ是方位角，(°)；Z是纵波垂直入射时的波阻抗，100g/(cm2·s)；-、Δ分别表示上、下2层介质物理量的平均值、差值；α、β、εV、δV、γ是Thomsen参数，1；G是切向模量，Pa；φm是测线方位角，(°)；φs是反演得到的裂缝走向，(°)。

当i较小时，可以进一步简化Ruger公式为：

AX=B

(2)

式中：A表示n行4列矩阵；X 是列向量；B 表示没有噪声的地震反射振幅。

式(2)是超定线性方程组，常规的裂缝反演问题就是求解该方程组中未知量X的问题。

很多学者应用上述算法对许多地区宽方位地震资料进行了裂缝预测[5～11]。但是，该算法进行裂缝反演的不足之处在于，要应用全(宽)方位采集的地震资料进行反演，才能克服噪声对反演结果的不利影响。而当使用的地震资料为有限(窄)方位角时，含有噪声的资料会使反演失效或不准确。宽方位地震数据所需要的成本非常高，为了利用有限方位的地震资料进行裂缝反演，可以采用特殊算法来压制噪声干扰[12，13]。在式(2)的基础上，加入噪声因子N，那么要求解的方程转化为：

AX=B+N

(3)

通过奇异值分解的方法求解式(3)，将A进行奇异值分解可得：

A=UWV

(4)

式中：U是n行4列正交矩阵；W是4行4列对角矩阵，对角元素是正值或0；V是4行4列正交矩阵。根据奇异值分解的方法求解A的广义逆，可得：

X=(ATA)-1AT(B+N)=VTW-1UTB+VTW-1UTN

(5)

通过式(5)，可以将地震数据的有效信号项和噪声项分开。具体来说，用一个很小的数乘以N，含噪声部分的值接近0。

2主要技术流程

2.1资料处理

为了得到较理想的叠前各向异性裂缝反演结果，前期地震数据的处理尤为重要。叠前偏移对噪声比较敏感，有放大噪声的作用，因此做好叠前去噪是后续处理工作的基础[14]。保幅处理是各向异性反演的基础，保幅的核心就是消除非地质因素对地震资料的干扰，恢复和保持储层物性变化对地震波的影响，保持地震资料的真实性。图2为不同方位数据的处理结果，可以看出，资料的信噪比和分辨率较高，不同方位的数据差异较小，减少了裂缝反演的误差。真实的地震资料才能给裂缝反演提供可靠的振幅变化信息。

图2　不同方位数据处理结果

图3　方位角分布示意图

2.2方位角分析

根据处理时所建立的观测系统可知，该次研究属于有限方位角采集。基于上述综合处理后的叠前道集的方位角分析，选取6个方位角范围，得到平均方位角分别为90、106、122、138、154、170°的6个方位角数据体(见图3)。同时，在方位角分析中，由于单个CDP(共深度点)的覆盖次数较低，因此在处理中使用超面元，使各个方位都有尽可能高的叠加次数，提高方位各向异性分析的稳定性和可信度。另外，为了使每个方位的覆盖次数比较均匀，在反演时舍弃较小和较大的偏移距。

2.3角道集数据分析

在反演前的角道集地震数据中，抽取雷家地区线号L4654，偏移距为4010m的地震数据，分析各个CRP(共反射点)的各向异性特征。结合层位解释数据，确定对应的旅行时间，在角道集中找到相应位置，分析各向异性程度。如图4所示，在T2472处，目的层Es4位于2850ms处，在106、138°方位上反射振幅能量较强；在T2398处，Es4位于2760ms处，138°方位振幅最强；在断层T2380处，没有明显的层位反射振幅信息，即无方位各向异性显示。由上述分析可知，Es4存在与方位变化有关的方位各向异性特征。

图4　雷家地区几个典型方位角道集(黑色虚线对应Es4储层顶)

3实际应用效果分析

图5　雷家地区杜家台油组预测裂缝分布图

3.1层位裂缝密度和方位

利用叠前各向异性裂缝预测方法，对雷家地区裂缝发育情况进行预测。结合地震资料、井资料的统计分析以及该区的沉积特征，综合预测研究区Es4白云岩整体裂缝密度高值沿北东-西南方向延伸，向东西两端呈扩散状，西南部存在较多小型密度高值区域，范围较广。由图5、6可知，研究区的裂缝发育整体呈北东-西南向，这与该区所受应力相符。在主要油气产区，如lei39井、lei15井区，方位各向异性整体呈片状。将裂缝密度与生产情况较好的井进行对比发现，产量较高的井分布在方位各向异性强-中强区域，这为使用各向异性进行储层预测提供了一个标准，即所选择的有利区带必须是方位各向异性存在的位置，也是方位各向异性不是特别强的位置，根据该规律，雷家地区划分3块主要裂缝发育区(图5、6圈出部分)。

图6　雷家地区高升油组预测裂缝分布图

3.2过井剖面分析

图7　过lei77井的裂缝密度剖面和成像测井对比图　　　图8　过lei88井的裂缝密度剖面与岩性及产油层段对比图

在雷家地区，根据经验认为产油井是裂缝发育的井，产油层段是裂缝发育的层段。如图8所示，lei88井的裂缝密度剖面的高值区与产油层段相对应，进一步说明了该技术反演结果的可靠性。

4结论与认识

1)通过对雷家地区Es4白云岩裂缝型储层进行叠前方位各向异性反演，经过分析，划分出3块主要裂缝密度高值区，通过与多种实际资料对比分析，符合度较高，证实了裂缝预测结果的可靠性，为下一步油气预测提供了重要依据。

2)叠前方位各向异性裂缝预测技术对裂缝的认识得以量化，且成本相对较低，不仅可以用于预测碳酸盐储层裂缝发育区，也可以应用于预测非常规油气藏中的裂缝发育带。

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[编辑]龚丹

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2016)5-0020-06

[中图分类号]P631.44

[作者简介]刘宝(1980-)，男，工程师，现主要从事地质综合研究工作，19679859@qq.com。

[基金项目]中石油天然气股份有限公司科技重大专项(2012E-30)。

[收稿日期]2015-07-23

[引著格式]刘宝.叠前方位各向异性裂缝预测技术在雷家地区的应用研究[J].长江大学学报(自科版), 2016,13(5):20～25.