四川盆地西北部超深层碳酸盐岩孔缝带地震检测

2019-04-08徐明华付建元刘俊海王宇峰

天然气工业 2019年11期

徐明华付建元杨迅刘俊海王宇峰

1. 中国石油川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院 2. 中国石油西南油气田公司川西北气矿

0 引言

四川盆地西北部地区（以下简称川西北地区）中二叠统茅口组埋深超过5 000 m，属于超深层碳酸盐岩沉积。近年来，以中二叠统海相碳酸盐岩储层为目标的天然气勘探取得了重要进展，九龙山、双鱼石等构造多口井在茅口组相继获得高产气流，但是单井测试产量差异巨大，如L16井茅口组测试日产气量为252×104m3，L004-X1井茅口组测试日产气量为112×104m3，L4井茅口组测试日产气量为21×104m3，而处于构造较高位置的LT1井茅口组测井解释无储层（未测试）。造成上述现象的主要原因是风化剥蚀作用改造后岩溶储层中裂缝发育程度不同，裂缝是天然气高产的控制因素[1-4]。由于地层埋深大，常规地震资料对裂缝信息反映不明显，严重制约了地震技术对裂缝的精细描述，前期多轮次研究成果矛盾较大，钻井失误较多。为此，笔者以川西北地区九龙山构造为例，在归纳总结茅口组储层特征的基础上，分析了已钻井储层的地震响应特征，从叠前道集入手，优化处理提高地震资料分辨率，对高分辨率资料开展了叠后分频混沌体、照明对称体、导向似然体等3种属性研究，通过三色融合预测茅口组三段（以下简称茅三段）裂缝、溶蚀孔缝发育带，以期为天然气开发井部署与调整提供依据。

1 储层特征

四川盆地西北地区茅口组地层自下而上可划分为四段，茅一段和茅二段均以深灰色泥晶生物碎屑灰岩为主，含有生物碎屑、燧石等，基本无产层；茅三段为浅灰—灰白色生物碎屑灰岩、豹斑灰岩夹白云岩，局部为深灰色泥晶生物碎屑灰岩，溶蚀孔缝发育，该层是区域性产气层段；茅四段以硅质页岩、泥晶灰岩为主，大部分受到剥蚀，残留较薄[5]。

茅三段储层岩性以粗—中晶云岩、细晶含灰质云岩及亮晶生屑灰岩为主，储集空间以晶间孔和裂缝为主（图1），平均孔隙度约为3%，属于低/特低孔、特低渗储层，可进一步细分为晶粒（细晶、中晶、粗晶及马鞍状）白云岩形成的孔隙型储层和生屑灰岩形成的裂缝型储层。其中，裂缝型储层的裂缝发育密集，主要以构造缝为主，溶蚀缝和缝合线发育较差。裂缝组合特征主要为斜交缝和网状缝，裂缝发育与地层深度关系不明显，受多期区域构造运动强烈影响，裂缝节理产状与区域主构造应力方向一致性较好，指示茅口组地层经历早期构造挤压抬升、后期伸展松弛过程中，地层沿层理和劈理溶蚀形成现今广泛发育裂缝型储层[4-9]。

图1 川西北地区茅三段白云岩储集空间特征照片

九龙山构造位于四川盆地北部，呈NE向延伸[4]。该构造有6口井钻遇茅三段，测试4口，获气井3口，获气井成功率为75%；2口井因测井解释无储层未测试（表1）。从表1茅三段储层的统计数据看，各井的储层厚度差别大，测试产量差别也大；储层孔隙度介于2.6%～3.2%，平均值为3.1%；岩心及成像测井反映产量高的L16、L004-X1、L104井构造裂缝及溶蚀孔缝发育，未测试的LT1、L17井储层及裂缝不发育。总体上，储层越厚，裂缝和溶蚀孔缝发育，气井产量越高。

表1 茅三段储层及测试表

2 超深层碳酸盐岩裂缝检测

2.1 裂缝检测技术思路

九龙山构造茅三段常规地震资料主频介于25～30 Hz，对裂缝响应不明显，反射基本无异常，叠后裂缝检测属性对裂缝不响应，影响了该构造茅口组的勘探开发进展[10]。为此，笔者裂缝检测研究从叠前资料入手，首先将经过叠前时间偏移处理的共接收点（CRP）道集进行优化处理，保留裂缝响应的微弱信号，开展高频地震信号恢复，提高地震资料分辨率；再基于高分辨率资料开展裂缝检测方法试验。对比分析结果表明，照明对称体、分频混沌体、导向似然体对储层裂缝（洞）体反映特征明显；再通过多属性融合，形成储层裂缝（洞）体综合预测成果，落实储层裂缝（洞）分布特征；在优选的3种属性检测结果上开展属性融合，得到综合反映缝洞体发育的预测平面分布图，以指导井位部署[11-14]。

2.2 地震资料高频信号恢复

原始CRP道集保留了地震资料丰富的信息。图2为过L16井、LT1井的原始CRP道集剖面，原始道集存在道集不平、异常斜干扰，经过道集进行优化处理后，同相轴拉平，斜反射减少，剖面信噪比明显提高，并保留了L16井吴家坪组底部（茅口组顶部）的细微反射特征。经过叠加的地震剖面如图3-a所示，剖面特征分辨率明显提高，茅口组顶部反射保留了道集上异常特征。但仍很难观察到裂缝体的响应，需要进一步对资料作高频恢复处理。

图2 CRP道集优化处理前、后对比图

图3 连井优化道集叠加与频谱恢复高分辨率剖面对比图

频谱恢复技术由美国著名地球物理学家Castagna J教授等基于全新的、开创性的地震信号理论研发而成[15]。时间域内的脉冲对（地层单元顶底面）在频率域的反射系数谱具有周期性，振荡周期是地层厚度的确定性函数，在地震信号品质最好的主频段内也包含有薄层的反射系数谱的信息，利用这一性质可以对薄层反射记录进行同步耦合寻优拟合，求得薄层厚度和反射系数，从而提高地震资料分辨率。

频谱恢复技术采用先验信息，通过分频方法，来获取局部频谱信息，独立逐道计算恢复原始数据的高频成分，不做道间相关，进而可产生高分辨率地震数据体。频谱恢复技术的最大优势之一是利用地震信号中信噪比最高的主频部分预测高频成分，而非简单的对原始地震信号中高频组分进行加强，从而避免了高频噪音对薄层信息的压制与干扰[15]。图3-b为经频谱恢复技术处理后的高分辨率剖面，剖面相位与原始剖面保持一致，波形分辨率明显提高。图4为不同流程下地震资料的频谱对比，图4中黑色线为九龙山构造原始地震资料主频为28 Hz，频宽介于15～50 Hz，频带较窄，储层、小断层、微溶洞带识别困难；图4中红色线为道集优化后叠加资料频谱曲线，低频恢复，高频资料得到保留；图4中蓝色曲线为频谱恢复高分辨地震资料频谱，主频约45 Hz，频宽介于5～80 Hz，低频保持一致，高频能量得到恢复，振幅强弱关系合理，横向振幅变化自然，对各类地质现象表现更为明显。

图4 不同处理流程的地震资料频谱对比图

实钻中L16井、L004-X1井区裂缝发育，在图3-b中茅口组顶部反射变弱，下部出现弱反射，对比标定分析认为，茅口组顶部裂缝、溶蚀孔缝发育的地震响应模式为顶变弱下伴弱反射，而LT1井区裂缝不发育，其地震反射特征为顶强下空白反射，从道集到剖面上特征一致。

2.3 叠后地震裂缝检测方法

不同地震属性反映不同的地质信息，笔者进行对比研究了多种属性的裂缝检测，最终优选出3种地震属性从不同的角度对裂缝、溶蚀孔缝带发育特征进行描述。

2.3.1 分频混沌体

混沌体可以用来进行断层、溶蚀带成像，对地震杂乱特征进行分类，同时混沌体可以反映一些特殊地质体边界特征，比如反映盐膏侵入、礁滩构造、河道充填等边界特征。地震数据体中的混沌信号是测量缺少倾角和方位角组织结构的一种估计方法，用来将杂乱的信号特征进行分类；混沌体属性值介于0～1.0；X、Y、Z方向上的间隔是用来计算地震数据杂乱程度的窗口大小，其值越大，结果越平滑。

图5为过L004-X1井—L16井—L4井—LT1井的连井高分辨分频混沌体属性剖面。L004-X1井、L16井茅三段分频混沌体属性剖面高值异常明显，该段岩心裂缝、溶蚀孔缝发育；L4井茅三段分频混沌体属性剖面相对发育，附近有高值边界异常；LT1井茅三段分频混沌体属性剖面没有高值异常，该段岩心裂缝不发育，但该井在栖霞组二段测试日产气量达106×104m3，分频混沌体属性剖面显示测试段为高值区。

图5 过L004-X1井—L16井—L4井—LT1井分频混沌体属性剖面图

2.3.2 3D照明对称体

基于照明技术的对称性是近年来发展起来的一项地震裂缝发育带检测技术，对称性用来度量地震数据的杂乱程度，使用高阶统计量方法分析地震信号样点分布概率的不对称程度可以作为识别断层、裂缝、河道及其他地质特征的工具。3D照明对称体是在对称性基础上，将原始属性中不连续、不规则的断层面进行组合和连接，使断层面更符合地质规律，同时可消除采集脚印的影响，提高分辨能力。

图6为过L004-X1井—L16井—L4井—LT1井的连井高分辨照明对称体属性剖面图，图中可见L004-X1井、L16井、L4井茅三段位于最有利的异常发育带，显示茅三段裂缝发育带，LT1井茅三段裂缝不发育，预测剖面无高值异常区。高分辨照明对称体属性预测与实钻井裂缝发育情况吻合较好。

图6 过L004-X1井—L16井—L4井—LT1井照明对称体属性剖面图

2.3.3 导向似然体

似然性是一种准确预测和精细刻画断层的地震不连续性属性，其原理是预测相邻道平均能量相干差异，相干值范围介于0～1.0，该属性主要用于捕获和精细刻画感兴趣区域的大断裂和裂缝，用相干算法扫描断层倾角识别断裂最大似然，具有强大的小断裂探测功能，可以在水平切片和纵向剖面上刻画出非常清晰的断裂，结合裂缝密度、连通性等分析，以实现断裂系统的探测[16]。

图7 L004-X1井—L16井—L4井—LT1井导向似然体属性剖面图

图7为L004-X1井—L16井—L4井—LT1井的连井高分辨导向似然体属性剖面图，图7中可见L004-X1井、L16井附近茅三段发育小断层，L4井茅三段周边也有小断裂，LT1井茅三段异常不明显，但该栖霞组二段发育小断层，与井的情况比较吻合，检测效果较好。

3 九龙山构造茅三段孔（洞）缝体预测

九龙山构造钻井揭示茅三段储层段主要发育在茅口组顶面向下50 m的范围内，为此，提取茅口组顶面向下20 ms时窗内的属性平均值来反映地震属性变化。

图8-a为茅三段储层段对称体属性平均值，红色高值反映断裂发育带，绿色反映微裂缝发育带；图8-b为茅三段储层段导向似然体属性平均值，红色高值反映断裂发育，绿色反映断裂附附近的伴生微裂缝发育带；图8-c为茅三段储层段混沌体属性平均值，红色高值反映大断裂及溶蚀带发育带，绿色反映微裂缝伴生的溶蚀带。

图8 九龙山构造茅三段储层段高分辨裂缝属性平面分布图

图9 九龙山构造茅三段储层段3种裂缝属性融合图

通过三色融合技术将3种属性进行综合分析，图9为3种属性融合图。从图9中可得到：①九龙山构造断裂以近东西向和近南北向为主，构造顶部裂缝发育较差，向构造转折部位裂缝更发育；②断裂带上伴生大量溶蚀带，在图9中为深紫色的圆弧形异常体；③溶蚀带周边发育大量的微细断裂带，多呈放射状。

在九龙山构造气水界面之上具有开发价值的是具有一定延伸范围的断裂且伴生溶蚀孔缝带，如已证实的L16井—L4井—L004-X1井一带；孤立的溶蚀带或者微小断裂带工业价值小；沟通低部位的断裂带产水概率大，如L104井位于南北向的断裂带溶蚀带上，储层较发育，但测试产水。该裂缝预测成果与已钻井岩心资料、测井解释结论、试气成果一致。新完钻LT2在茅三段井漏明显，显示出该段裂缝发育，与预测结果吻合；而根据成果调整部署的L004-3井在茅三段井漏明显，测井解释裂缝发育。表明针对茅三段岩溶裂缝型储层的裂缝预测技术思路可行、方法可靠、结果可信，为九龙山构造超深层碳酸盐岩井位部署提供了科学依据。