碳酸盐岩高角度裂缝油气藏表现特征研究

丁建荣

(江苏油田分公司 科技装备处,扬州 225000)

0 引言

碳酸盐岩油气藏约占世界石油储量的52%、全球油气总产量的 60%，油藏物性较好，以裂缝型油藏为主，油田产量高，是世界重要的石油增储上产领域之一[1-2]。碳酸盐岩裂缝型储集体有别于砂岩油气藏，常规砂岩油气藏储集空间主要以孔隙为主，储层三维方向均质性较好，而碳酸盐岩裂缝型储集空间以孔隙、裂缝维为主，储层三维方向非均质性非常强烈。在成藏过程中，裂缝既是油气储集空间也是连接孔洞的主要沟通通道[3-5]，储层中以高角度裂缝发育为主。在这类储层中，作为连通油气的裂缝通道，其尺寸远大于多孔介质孔隙尺寸，这造成了这类油气藏的地震特征应不同于常规砂岩多孔介质的油气藏，正确认识地震特征是这类油气藏勘探开发的关键。众所周知，地震正演手段是解决油气藏特征认识的重要手段[6-8]，对于简单地震勘探目标进行研究时，一般对假设地层属于均匀介质或层状均匀为基础，然而对于非均质性较强的裂缝型油气藏，这种以均匀介质或层状均匀介质的假设已无法较好用来帮助对裂缝特征进行正确认识。碳酸盐岩裂缝型油气藏，其储层非均质非常严重，需要考虑非均质和小尺度产生的异常，才能够更好地进行精细的储层研究。为了考虑非均质性和小尺度产生的异常，应从地下介质的描述和相应的波场传播理论等基础工作来进行考虑。

有关地下介质的描述和相应的波场传播理论的研究，从已有发表的文献[9-11]来看，成果还是比较丰富的，但大部分这些成果所依据的模型均是确定性模型，所使用的方法均是确定性方法。然而，由于地下介质的复杂性，特别是某些储层的复杂性，用确定性的模型和方法难以准确地描述，因此需要发展新的、更为灵活方便的描述介质方法及建立相应的波场传播理论。Aminzadeh F[12]指出：“以不确定的介质为对象的方法研究将是未来正演模拟更切实际的方法”。因此，建立和发展随机正演模拟方法是地震学、特别是开发地震学中一个有意义的研究方向。对于裂缝性储层，需要利用统计学方法对介质进行描述，建立随机介质模型并研究与之相关的地震波传播特征。基于此利用地震正演手段开展了碳酸盐岩裂缝型油气藏裂地震特征研究。

1 模型的基本概念与描述方法

在随机介质中, 介质参数可以表示为

ρ(x,z)=ρ0+δρ(x,z)

(1)

υ(x,z)=υ0+δυ(x,z)

(2)

式中:ρ0、υ0为背景介质参数，假设为常数或随空间坐标缓慢变化；δρ、δυ为在上述背景上的非均匀随机扰动，通常假设其为具有零均值及一定自相关函数、方差的空间平稳随机过程。

假定空间随机扰动σ=σ(x,y)为二阶平稳随机过程，且均值为零，方差为ε2，协方差函数为C(x,y)，自相关函数为式(3)。

φ(x,z)=C(x,y)/ε2

(3)

在实际工作中可以根据实际情况选择自相关函数, 并由此构造相应的随机介质模型。地震勘探中，随机介质模型的自相关函数通常可选择为高斯型、指数型或冯·卡尔曼型的函数[13]。它们分别具有不同的特点，适应不同的地质情况。

这里选择比较常用的指数型椭圆自相关函数，其表达形式为公式(4)。

φ(x,z)=exp[-(x2/a2+z2/b2)1/2]

(4)

式中：a、b分别是介质在x方向和z方向上的自相关长度。

图1是二维随机裂缝模型，模型宽度为400 m，模型高为200 m。图1展示了两种类型的随机裂缝模型：①二维水平随机裂缝模型(水平裂缝模型)；②二维垂直裂缝模型(垂直裂缝模型)。图1(a)和图1(b)为水平裂缝模型，图1(c)和图1(d)为垂直裂缝模型。裂缝为水平还是垂直，是由参数式(4)中a、b来控制的，当参数a>b时，则由公式(4)可生成水平裂缝模型，当a

图1 具有不同自相关长度的高密度分布随机裂缝模型

图2 随机垂直裂缝介质模型

图3 80 Hz叠加剖面

2 二维垂直随机裂缝地震正演模拟

图2是两层地质模型，地质模型宽度为4 000 m，高为600 m。第一层是均质的上覆盖层，第二层是局部含垂直裂缝的不均匀碳酸盐岩储层(裂缝范围在1 400 m～1 800 m之间)，生成裂缝所用的自相关参数与图1(d)所用的参数一致为a=1 m，b(1 m,5 m]。图2中以不同颜色表示地震纵波在介质中传播时的速度大小，上覆地层速度用深灰色标色，速度为5 000 m/s；裂缝层段背景层的速度用蓝色表示，速度为6 000 m/s；对于裂缝中的速度用近乎黑色表示，速度大致在4 500 m/s附近。

图4 40 Hz叠加剖面

图5 80 Hz偏移剖面

图6 40 Hz偏移剖面

图7 随机倾斜裂缝介质模型

对图2的碳酸盐岩裂缝模型，由于裂缝尺度比较小，如果用常规地震正演所用1 ms或2 ms低分辨率采样间隔对图2中的裂缝进行采样，则很多裂缝可能因采样间隔过大导致离散采样模型中不包括一些裂缝信息或只包括不完整的裂缝信息，进而会在后续成像模拟无法把裂缝成像特征正确的展示出来，为此这里采用高分辨率采样间隔以保证裂缝成像特征能够被表现出来，所用采样间隔约为40 us。图3、图4分别是依据图2获得基于波动方程形成的80 Hz和40 Hz叠加剖面，在叠加剖面上，在裂缝发育部位存在大量的绕射现象，图5、图6是对图3、图4进行偏移获得的偏移剖面，在偏移剖面上，因界面突变点和裂缝形成的绕射现象得到了较好收敛。由图5、图6可知，在垂直裂缝发育段存在明显的异常反射，而没有垂直裂缝或垂直裂缝发育较弱的地方则无反射或弱反射，且垂直裂缝发育段表现为具有长度不同似面条线段间断现象的特点，80 Hz的高频偏移剖面相对40 Hz低频偏移剖面在表现裂缝能力方面更强一些。

3 二维高倾角随机裂缝地震正演模拟

图7与图2类似，为两层地质模型，地质模型宽度为4 000 m，高为600 m。第一层是均质的上覆盖层，第二层是局部含70°高倾角裂缝的不均匀碳酸盐岩储层(裂缝范围在1 400 m～1 800 m之间)，生成裂缝所用的自相关参数a=1 m，b∈(1 m,5 m]，图7中不同颜色代表的纵波速度大小，在整体模型中，倾斜裂缝显示并不清晰，图8将图7中包含裂缝的局部进行放大显示，可以清晰看出倾斜裂缝在模型中的分布情况。

图8 随机倾斜裂缝介质模型局部显示

图9 70°裂缝模型形成40 Hz的偏移剖面

图10 70°裂缝模型形成100 Hz的偏移剖面

图9、图10分别是依据图7获得基于波动方程形成的40 Hz和100 Hz的偏移剖面局部显示。由图9、图10可知，在70°裂缝发育段存在明显的异常反射，而没有高倾斜裂缝或高倾斜裂缝发育较弱的地方则无反射或弱反射，但倾斜裂缝发育特征表现特点不同于垂直裂缝发育表现的特点，在低频偏移剖面上可以看出裂缝发育段表现为具有不同倾角的蝌蚪状特征，而在高频剖面上，有表现为左倾的蝌蚪、有表现为右倾的蝌蚪、有表现为近乎水平的蝌蚪，但总体以左倾的蝌蚪占绝对优势，这与模型裂缝整体左倾具有较好的一致性，也说明高分辨地震剖面在表现裂缝能力具有优势。

4 结论

1)在叠加剖面上，裂缝发育在地震剖面上存在绕射现象，储层中裂缝越发育，绕射现象越明显，裂缝条数越多绕射曲线就越多，反之越少。

2)在垂直型裂缝发育的碳酸盐岩偏移剖面上，垂直型裂缝储层会表现为断续的挂面条状，垂直方向裂缝越发育，面条状线段越多，反之越少。另外在高频剖面上，面条总体表现为细面条型线段，而在低频剖面上，存在一些宽的面条型线段。

3)在高倾角70°高倾角裂缝发育的碳酸盐岩偏移剖面上，裂缝发育的地方会表现为具有不同倾角的蝌蚪状，但在低频剖面上蝌蚪状倾角表现出关联性与实际裂缝倾角不大，而在高频剖面上蝌蚪状倾角总体与实际裂缝倾角倾向一致，总体表现为左倾特征，说明高频剖面更有利于裂缝特征的表现。