四川盆地元坝地区大安寨段储层裂缝预测

胡伟光, 易小林, 范春华

(中国石油化工股份有限公司 勘探分公司研究院, 成都 610041)

0 引言

裂缝作为地壳中的一种普遍现象，广泛地存在于各类岩石之中。到目前为止，已经在砂岩、泥页岩、碳酸盐岩以及火成岩等多种裂缝型储集层中获得了大量的工业油气流。裂缝型油气藏作为油气藏的重要类型之一，近年来越来越受到各大石油公司的广泛关注。

四川盆地大安寨段储层的形成对裂缝的依赖性很强，裂缝成为储层的主要储集空间和渗滤通道，是形成工业产能的必要条件，因而裂缝预测在大安寨段储层预测中最为关键。同时，大安寨段油气藏基本不受局部构造圈闭的控制，也与构造位置的高低无关，布设在背斜、向斜、高点、低点的钻井都可能获得高产油气流[1]。

1 大安寨段储层特征

大安寨段的介壳灰岩由于被夹在上下为砂岩或泥岩之间，以及由于灰岩的硬度都比周围的岩石硬度高，并且灰岩与泥岩、粉砂岩往往呈薄互层状态，在区域构造应力等其他外力作用下，极易发生破裂而形成裂缝(图1)。成岩作用后期沿裂缝发育的溶蚀孔、洞和缝也构成了储层重要的储集空间和渗流通道。大安寨段中发育的泥页岩作为烃源岩，具有非常规油气的特征——吸附气及游离气共存，而介壳灰岩中的孔、洞和裂缝体系可以成为其页岩气析出的通道之一。

图1 yb10井大安寨段介壳灰岩中发育的构造裂缝(未充填，井深3962.75m～3963.98m)Fig.1 The structure factures developing in the shell limestones of Da’an zhai member in the well yb10(unfilled, well depth 3962.75m～3963.98 m)

元坝地区大安寨段储层基质孔隙度分布范围为0.19%～3.22%，平均为1.082%；渗透率分布范围为0.011×10- 3μm2～159.5×10- 3μm2，残余介壳灰岩裂缝较发育，渗透率值可高达200×10- 3μm2。大安寨段储层的形成环境极其复杂，受多种地质因素的复合控制。

1) 高能介壳滩是大安寨段储层形成的有利相带。高能介壳滩对大安寨段孔、洞、缝的发育有着直接的控制作用，次生溶蚀的孔、洞、缝主要分布在介壳灰岩和介壳灰岩夹泥质岩的岩性组合中。高能介壳滩的分布，在区域上受印支晚期形成的北东东向隆起带的控制，其局部受控于燕山中晚期的古高地。

2)孔、洞、缝发育程度是大安寨段储层形成的关键。次生孔、洞、缝与建设性的成岩作用密切相关。

经过多年的油气勘探开发实践证明，四川盆地的大安寨段发育厚大的介壳滩体[2-5]，若缺少裂缝系统，即使对储层进行相关的改造，也难获得工业油气产能。因此，介壳滩体中裂缝的发育程度是控制单井油气产能的关键因素，裂缝预测的准确度对勘探部署起着重要的决定因素。

2 有利沉积相分析

在油气储层预测实践中，相控预测储层技术中的沉积相分布位置确定至为关键。元坝地区的大安寨段沉积相分析，主要通过对元坝地区的三维地震数据进行波形分类[6-8]进行研究(图2)，通过对该区大安寨段的地震相波形分类分析发现，地震相波形分类图中不同色带界线特征明显，因为不同的沉积环境所对应的岩石组合具有不同的反射波形，不同的反射波形则对应于不同的色带。根据相关的钻井资料及波形分类结果研究，揭示研究区内的沉积环境可以分为滨湖亚相、浅湖亚相、浅湖-半深湖亚相及半深湖亚相，其中浅湖亚相的湖坡部位最易于发育介壳滩，并且由于其处在沉积相对高能环境，所以发育的介壳灰岩含生物碎屑较多，极易形成好的油气储层。因此，浅湖亚相是元坝地区大安寨段油气勘探的研究重点。

图2 元坝地区大安寨段波形分类示意图Fig.2 The map of waveform classification for Da’an zhai member in Yuanba area

从图2中也能见到，浅湖亚相中主要分布有两个大型的介壳滩(图2中Ⅱ、Ⅲ类中的褐红色、紫色区域)。西南部的介壳滩走向为NNW向，处在yb2、yb21、yb12等井之间区域；工区中部的介壳滩呈椭圆形，分布在yb5井的附近及东北部，走向上大体呈SN向。介壳滩相外向北方向基本上为砂、泥体(淡蓝-浅绿色、蓝紫色区域)的沉积区域，而砂、泥体的沉积区域不易发育介壳滩，原因可能与水动力强弱分布有关，且与大安寨时期底栖生物(双壳类)不喜欢生活在浑浊的水体环境有关，其次可能与水温变化的情况有关联，这也影响到底栖生物的分布，砂、泥体沉积区域表明其与滨湖带接触距离较近，水动力较弱且水温较高，不适宜底栖生物生长。

对该研究区的地震剖面(千佛崖组底层拉平)和钻井相关资料进行分析(图3)，全区沉积相分为四种。古地貌也显示总体上NNW向高，ESS向低，向北方向地貌呈整体上缓慢升高。总之研究区内的滨湖亚相的古地理处在古地貌高部位，位于工区北面，地层厚度相对较薄，而向南方向，则地层厚度相应增加。从该拉平剖面上看大安寨段内部的反射形态，可见与上部地层的反射形态相对平行，表明该时期的水体相对平静，沉积层的成层性较好，具有上超特征。

大量研究成果表明，介壳滩主要在浅湖亚相区内发育，而浅湖-半深湖亚相也可能有少量介壳滩发育，但是不同沉积相带的介壳灰岩分布特征是不同的。由于浅湖亚相靠近浅湖-半深湖亚相附近地区多为高能带(图2、图3)，这一带地区的波浪及潮汐作用相对强烈，水体浅、阳光充足，底栖生物适于生长及发育，因而易于形成层厚较大的、泥质杂基较少的高能介壳滩沉积，沉积物中的介壳破碎、分选、磨圆度较好；高能带的靠陆一侧，由于靠近滨湖相带，水体浅，水动力条件弱，水体循环差，属于低能环境，不利于底栖生物发育，因此，介壳滩并不发育；高能带靠深湖相一侧，即半深湖亚相区域，由于水体位于浪基面以下，水动力条件很差，虽然有少量底栖生物发育，但是由于能量低，形成的介壳灰岩厚度偏薄、泥质含量高，常与黑色页岩薄互层出现，属于低能介壳滩沉积。

图3 元坝地区大安寨段过井地震剖面沉积相划分(层拉平显示)Fig.3 The sedimentary classification of through-well seismic profile (layer flattening display)

通过上述研究，元坝地区大安寨段普遍存在介壳滩。而介壳灰岩中所发育的裂缝体系可能为油气的储藏提供有利条件，所以对介壳灰岩中的裂缝系统进行准确地预测，才能找到工业油气流。

3 裂缝储层预测

目前，针对裂缝型油气藏的勘探技术主要有横波、P—S转换波、多波多分量、方位VSP和P波等。各种技术方法各有优劣，其中叠前3D方位角P波各向异性检测被认为是现阶段既经济、又实用的勘探方法，其次是叠后相干性分析，也是各大油田常用的一种检测裂缝的方法，这些技术方法也在川东南海相页岩气勘探中得到成功的应用。

3.1 叠前P波各向异性预测裂缝

从理论上说，纵波垂直于裂缝带传播会有明显的旅行时延迟和衰减，并有反射强度降低和频率变低等现象；而平行于裂缝方向则没有这样的现象，两者的反射特征具有差异性。因此，可以利用纵波的这些不同方位的地震响应特征来确定裂缝储集层。

叠前P波各向异性预测裂缝技术是基于P波在遇到裂缝地层产生反射时，由于P波入射方向与裂缝走向的方位角不同，所产生的反射特征就不相同。利用三维地震资料宽方位角的特点，提取不同方位角的地震P波响应特征(振幅、频率类等属性)，就可以用于检测裂缝发育的相对程度，该方法尤其对开启的高角度裂缝检测效果相对明显[9-13]。

当反射P波通过裂缝介质时，对于固定炮检距，P波反射振幅相应R与炮检方向和裂缝走向之间的夹角θ有如下关系：

R(θ)=A+Bcos 2θ

(1)

式中:A为与炮检距有关的偏置因子；B为与炮检距和裂缝特征相关的调制因子；θ=φ-α为炮检方向和裂缝走向的夹角，φ为裂缝走向与正北方向的夹角，α为炮检方向与正北方向的夹角。依照简谐振荡特征，式(1)中的A可以看成均匀介质下的反射强度，反映了岩性变化所引起的振幅变化；B可以看成定偏移距下随方位而变的振幅调制因子，其大小决定了储层裂缝的发育程度。当B值大，A值小时，裂缝发育；当B值小，A值大时，裂缝不发育，因此B/A是裂缝发育密度的函数。这种关系可近似用以椭圆状图形来表示，可以在设定的坐标系中利用椭圆拟合来计算。当炮检方向平行于裂缝走向时(θ=0°)，振幅(R=A+B)最大；当炮检方向垂直于裂缝走向时(θ=90°)，振幅(R=A-B)最小。理论上只要知道三个方位或三个以上方位的反射振幅数据就可利用式(1)求解A、裂缝方位角θ及与裂缝密度相关的B，从而得到储层任一点的裂缝发育方位和密度情况。

3.2 相干体分析技术

相干体技术[14-18]是用于地震资料解释分析的实用技术，对识别细微的岩层横向非均一性、断裂特征和预测裂缝及其发育带较为有效。相干体技术的实质就是利用地震反射信息计算各道之间的相关性，突出不相关的地震反射波异常现象，从三维地震数据体出发，选用相应、有效的计算方法实现相干数据体的转换，进而展现出断裂特征和预测裂缝发育带的平面分布。

3.3 裂缝预测效果分析

本次裂缝预测研究思路主要采用上述两种方法对元坝地区大安寨段进行裂缝预测，也就是基于叠前、叠后地震资料的两种不同技术方法,对同一地区相同的储层段进行综合研究。

3.3.1 叠前P波各向异性

在大量的油气勘探实践中，发现基于频率类属性的P波各向异性技术预测裂缝密度相对比振幅类、波阻抗等属性为好，准确度相对较高[19]。本次基于叠前P波各向异性计算的裂缝分析中，主要根据衰减属性(频率类属性) 随方位角的变化情况来分析裂缝密度，亦即是采用频率类属性的椭圆拟合计算实施裂缝方向及密度的预测。研究资料表明，当地震波沿裂缝走向传播时，其频率类属性衰减最小，而垂直裂缝走向传播则其衰减最大。通常情况下，岩石中裂缝发育越强、密度越大，则其各向异性越强(裂缝密度值越大)；反之，则其裂缝密度值趋向等于1(裂缝密度值为1时表明无各向异性)。本次裂缝预测的地震数据处理中，计算并提取了6个方位角的地震叠加数据体，方位角范围分别为0°～30°、30°～60°、60°～90°、90°～120°、120°～150°、150°～180°，其对应的中心角分别是15°、45°、75°、105°、 135°、 165°。分别对各个叠加数据体进行偏移处理得到偏移数据体，再计算其相关的吸收衰减属性后对各个CDP点进行各个中心角的数据重构，以便对其实施各向异性计算，得到该点的裂缝密度值。

利用叠前P波各向异性中的频率属性,预测大安寨段的裂缝密度平面分布情况(图4)，可见裂缝发育区的分布没有规律可寻。裂缝发育区呈斑块状分布在研究区内，在沉积相预测的介壳滩相中的裂缝略为发育。从图4中也能看到，介壳灰岩的裂缝发育情况也不尽相同。有的地方裂缝相对发育密集，而有的介壳灰岩段则裂缝相对发育较差，推测裂缝发育差异与不同区域所受到的构造应力的强弱相关。裂缝相对发育的密集部位主要分布在预测区域中部偏西位置，大部分钻井均分布在该区域。在颜色方面，黄红色区域的裂缝相对密集，而蓝色区域的裂缝发育最差。

图4 元坝地区大安寨段裂缝发育密度分析平面图Fig.4 Plane graph of fracture density in Da’an zhai member of Yuanba area

钻井资料显示，yb101井、yb102井、yb11井及yb1井均钻遇介壳灰岩，灰岩中裂缝相对发育，其中对yb101井、yb102井和yb11井大安寨段进行试气工作，均获得工业气流。在具体到井段的叠前P波各向异性预测的裂缝密度剖面中(图5)，yb101井、yb11井及yb1井等三口钻井在大安寨段均钻遇了预测的裂缝发育密集段上(图5(a)～图5(c))，而yb12井介壳灰岩发育(厚度较大)，但裂缝不发育(图4中的淡蓝色区域、图5(d))，测井资料也显示该井段裂缝不发育，气测显示也较差；而yb101井、yb102井和yb11井大安寨段气测显示则较好，关键是介壳灰岩中裂缝略为发育。因此，钻井是否钻遇介壳滩及介壳滩中发育裂缝与否，对各井的油气产能影响较大。

图6显示按叠前P波各向异性预测的本区裂缝走向玫瑰图和井中资料测量所得到的裂缝走向玫瑰图具有较好的一致性，这表明该区的各向异性预测成果准确率较高。预测的裂缝走向玫瑰图基本上都包含了各井中的裂缝发育方向，都呈近东西向。根据张景和、孙宗欣研究成果[20-21]，当裂缝走向与晚期最大主应力间的夹角小于30°时，裂缝是有效的；当二者夹角大于30°时，裂缝的有效性较差。元坝地区大安寨段晚期最大水平主应力方向为近东西向，与该走向相同或夹角不大时，该裂缝基本上可认为是张开缝。由此可知，大安寨段发育的裂缝基本上都是有效缝，裂缝被充填的相对较少。

叠前P波各向异性预测的裂缝密度剖面和地震资料对比显示(图7)，从图7中可见，裂缝发育部位不一定处在高部位，向斜部位也可能发育裂缝。这点和yb3井在须四段钻遇工业气流类似。在大安寨段中，yb3井与yb12井之间中部，向斜底段其裂缝就较为发育。其次yb11井与yb1井之间中部斜坡部位，预测裂缝也相对发育。对应于地震剖面，千佛崖组底部如出现黑色较强的复波反射，推测其可能为裂缝相对发育地段。

图5 元坝地区过井大安寨段预测的裂缝密度剖面图Fig.5 The through-well predication of fracture density in Da’an zhai member of Yuanba area(a)yb101井；(b)yb1井；(c)yb11井；(d)yb12井

图6 大安寨段构造裂缝走向分析Fig.6 The trend of the structure fracture in Da’an zhai member(a)yb12井自流井组裂缝走向；(b)P波各向异性预测的裂缝总体走向

图7 元坝地区大安寨段联井的裂缝密度剖面图与地震剖面对比示意图Fig.7 The sketch map of fracture densities and seismic profiles contrast of connected wells in Da’an zhai member of Yuanba arear(a)联井地震剖面；(b)预测联井剖面裂缝发育密度

3.3.2 相干体分析

相干体技术主要利用道与道之间的相关性和相似性的对比，相干值较低的点与地质体不连续性如断层和地层、特殊岩性体边界密切相关。储层段的相干性的变化与该储层段的孔、缝、洞的发育程度有关，也是该储层段储集能力的评价因素之一[22-24]。

图8 元坝地区大安寨段相干体切片平面图Fig.8 The coherence cube slices of Da’an zhai member in Yuanba area

对研究区相干体切片分析发现，相干体的低值部位(淡黑色-黑色麻点状，相干值小于0.8)和叠前P波各向异性预测的裂缝部位具有较好的一致性，异常带的分布也以中部偏西向、偏北方向为主(图8),小型断裂(黑色线状)附近的微裂缝相对发育(淡黑色团块状)。相干体的低值部位对应研究区大安寨段的微型裂缝发育部位——如yb21井(该井在大安寨段测试获高产油气流)。大多数情况下，这些部位含油气后往往就会产生频率类的强各向异性特征。

相干体切片显示，yb101井、yb102井、yb11井及yb1井均处在低相干区域(淡黑色-黑色区域)，异常区域整体连通性较好，而yb12井则处在高相干区(白色区域)，推测其所在部位及周围裂缝不发育，预测结果也与叠前P波各向异性预测的成果较为吻合。

裂缝预测是世界性难题，任何一种裂缝预测方法都有其优、缺点，单靠一种方法决定裂缝分布结果，具有多解性。本次裂缝预测，以钻井裂缝评价为出发点,主要依据储层相干切片分析，并结合叠前P波方位各向异性预测成果,对区内主力储层大安寨段进行裂缝综合预测评价，实现针对大安寨段储层的裂缝综合预测。对大安寨段来说，介壳灰岩比泥页岩、粉砂岩更容异产生裂缝，是研究区的优质储层。所以寻找大安寨段介壳灰岩中的裂缝发育区域,对四川地区陆相中浅层的油气勘探具有重大意义。

对于相干体切片技术来说，采用该技术得到的大安寨段裂缝预测效果相对较差，因为裂缝储层的叠后反射波形较为相似、差异不大，所以相干体切片技术对其检测效果不好，致使微型裂缝的识别相对困难——裂缝发育区域往往呈模糊团块状，也可能混杂了岩性变化等因素的影响，具有一定多解性。这是因为相干体技术强调对叠后波形的相似性进行对比，但该技术对大型裂缝(如断层)的预测效果还是不错的——断层引起的波形差异明显。而叠前P波方位各向异性则是对不同方位角的叠前道集属性的不同之处进行对比，所检测的结果分辨率及准确率比叠后结果还高，特别是针对微型裂缝的预测。所以本次裂缝预测研究综合相关的裂缝预测成果——两者相互验证及对比分析，发现叠前P波方位各向异性比相干体切片技术的预测成果相对准确，裂缝异常带的位置清楚，并为相关钻井资料所证实，而相干体切片技术对微型裂缝带位置的刻画较为模糊，效果不是很好。当然叠前P波方位各向异性技术的使用会受到地震资料(宽方位或窄方位)及划分方位角的数目、偏移距设定范围等因素的影响，并且采用不同属性的计算也可能影响到预测结果。因此，要设计好合适的处理参数,才能做好叠前P波方位各向异性计算。

在本次裂缝预测实践中，综合两者的裂缝预测成果(异常重叠区域)，就可以准确判断出大安寨段的裂缝发育区域。这些预测的技术方法及原理值得向四川盆地裂缝型储层预测实践中推广。

4 结束语

通过对元坝地区的大安寨段地层的沉积相及裂缝储层的研究，综合分析后得到该区大安寨段含油气的有利勘探区域。大量的勘探资料表明，大安寨段储层研究的重点是介壳滩相中发育的裂缝系统，而这些裂缝系统往往被油气所充填。实际油气勘探中综合了P波各向异性及相干体计算成果,对该区的大安寨段含油气裂缝储层进行预测及评价，得到了P波各向异性预测的裂缝分布区域与相干体切片的低相干区具有较好的对应关系。总的来说，研究区内介壳滩相中的裂缝相对发育，而有利沉积相区中的裂缝发育区域往往是油气勘探重点关注的区域。