YD高密度三维区沙四段灰岩有利储层地震预测

刘海宁，韩宏伟，魏文，张云银，赵景蒲

(1.中国石化胜利油田分公司 物探研究院，山东 东营 257022;2.中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580;3.东营市自然资源和规划局，山东 东营 257000)

0 引言

利用地震资料进行裂缝预测的技术较多，按照所使用的地震数据类型可将这些方法大致分为多分量转换波裂缝检测、叠后地震属性分析及叠前纵波方位各向异性检测裂缝等[1]，其中叠前纵波方位各向异性裂缝检测方法是利用叠前纵波信号所携带的与方位相关的变化特征，来解决裂缝方位和密度，该方法具有分辨率高、计算稳定性高等特征，但是要求资料必须是宽方位或全方位采集[2]。

胜利油田三维地震技术经过40多年的历程，已从常规三维地震走向高密度地震[3-4]。现阶段胜利东部探区高密度地震的界定为：面元网格小于(等于)12.5 m×12.5 m，覆盖次数200次左右，炮道密度大于100万道/km2[5]。高密度地震资料具有宽方位、宽频带和高密度特征[6]。宽方位观测可提高成像精度，有利于识别小断层[7]；宽频地震，低频穿透能力较强、衰减慢，有利于深层和潜山成像[8-9]；高密度地震，炮道密度加大，资料覆盖次数增加，信噪比提高，薄层识别、岩性体刻画精度更高[10]。在各向异性介质条件下，不同方位上的地震响应特征会存在差异，这种差异使得方位地震技术在研究非均质性强的地质目标时效果更明显[11-12]。

YD地区高密度三维地震于2013年采集，是该区第三次采集资料，使用3串18个超级检波器小组合接收，12.5 m×12.5 m面元，覆盖次数216次，炮道密度138万道/km2，横纵比0.54[5]，具备高密度、宽方位地震采集特点，为研究地层各向异性特征，并利用地层各向异性特征预测有利储层发育区(裂缝型储层)提供了丰富的信息。本文针对YD高密度三维区沙四段上亚段灰岩有利储层预测，充分利用高密度三维方位地震信息，在储层各向异性特征正演模拟分析基础上，联合应用基于方位地震属性的储层裂缝预测技术和储层各向异性参数地震反演技术，提高了沙四段灰岩有效储层地震预测精度。

1 研究工区概况

YD地区高密度三维区位于济阳坳陷沾化凹陷西北部义东断层下降盘，中古生界基底之上自下而上发育沙河街组(沙四段、沙三段、沙二段、沙一段)、东营组、馆陶组、明化镇组等地层[13-14]。YD断裂带是目前济阳坳陷最复杂且油气最富集的断裂带之一，其中新近系各类岩性体勘探空间非常大，尤其是沙四段上亚段的灰质滩坝沉积[15]。沙四段沉积末期，该区整体为滨浅湖沉积环境，水体较浅，气候干旱，缺乏大规模的物源供给，为化学和生物化学沉积创造了良好条件，发育砂质灰岩滩坝、生物礁[16]。在YD断层下降盘，目前已有YD301、YD302等井在沙四段上亚段钻遇灰岩储层取得成功，说明沙四段灰岩储层具有较大的勘探潜力。前人研究已初步解决了该区沙四段碳酸盐岩发育区预测及沉积相划分问题[17-18]，但是众多钻井资料证实，该区沙四段灰岩储层非均质性较强，产能差异较大，YD301井对沙四段上亚段3 579.86～3 715 m厚层灰岩、泥灰岩段试油，自喷日油147 m3，日水0，日气5 178 m3；YD302井对沙四上亚段3 571.3～3 584.2 m灰岩段酸压试油，泵抽，日油4.74 m3，日水2.37 m3，日气0，产能较低。分析其主要原因是碳酸盐岩储集类型有别于碎屑岩储层，以裂缝和溶蚀孔洞为主要储集空间[19]，其沉积厚度变化大，非均质性强，分布规律复杂。同时受常规地震资料信息限制，有效储层地震预测难度大[20]，存在不确定性和多解性，碳酸盐岩圈闭评价和勘探部署面临较大困难。

2 储层各向异性特征正演模拟

导致地层各向异性特征的因素很多，储层各向异性影响因素分析是利用方位地震信息预测储层的基础，可以指导储层预测结果的解释。

2.1 储层岩性

在储层厚度及围岩参数不变的情况下，只改变储层岩性。图1为对两种不同岩性储层进行各向异性强度正演模拟分析结果，可以看出，地层各向异性强度随储层岩性的变化而存在差异，这为利用方位地震信息预测储层岩性提供基础。

图1 不同岩性储层各向异性正演模拟Fig.1 The reservoirs anisotropic forward modeling with different lithology

2.2 储层裂缝

建立含裂缝储层地质模型，进行不同方位的地震正演模拟，得到各个方位地震道集，每隔5°抽取方位道集，分析含裂缝储层顶、底面的方位地震振幅。从图2中可以看出，在不同方位上，地震响应特征同样存在差异，各向异性特征明显。

改变储层裂缝密度，变化为0～45%。可以看出，储层裂缝密度与各向异性强度成正比，与各向异性之间呈非线性正相关。裂缝密度为0～15%时，各向异性强度变化范围为0.051；裂缝密度为30%～45%时，各向异性强度变化范围为 0.184。图3为YD301井沙四段灰岩储层段各向异性正演结果，其目的层段各向异性强度值为1.683，结合正演模拟结果，定性推测YD301井灰岩储层段裂缝密度大于50%，裂缝较为发育。

a—方位道集;b—方位椭圆振幅a—azimuth gather;b—azimuth ellipse amplitude图2 含裂缝储层顶、底面各向异性特征Fig.2 Anisotropic characteristics of top and bottom surfaces of fractured reservoirs

a—YD301井各向异性正演模拟结果;b—YD301井目的层3612.95 m处方位各向异性特征分析a—anisotropic forward modeling results of YD301 well;b—analysis of azimuthal anisotropy at 3612.95 m of YD301 well图3 YD301井目的层段各向异性特征正演Fig.3 Anisotropic characteristics forward modeling of target interval in well YD301

3 基于方位地震属性的储层裂缝预测技术

3.1 方位角划分、叠加

相比YD地区高密度三维的CMP道集，OVT道集的最大覆盖次数为224次，最小覆盖次数为171次，其覆盖次数相对较为均匀。在利用方位地震信息进行储层裂缝预测时，方位角划分、叠加是技术应用的关键。

在对OVT道集进行分方位角叠加时，由于偏移距范围的选择影响分方位地震叠加效果[21]，因此需要选择合适的偏移距范围进行叠加，以保证不同方位地震数据反映的各向异性特征。根据高密度三维方位角与偏移距的分布特点，考虑到各个方位偏移距均匀分布以及近偏移距噪声较重，舍去755 m以下的偏移距数据，选择2 000 m作为最大偏移距，将高密度三维地震方位6等分并进行叠加，分别为0°～30°、30°～60°、60°～90°、90°～120°、120°～150°和150°～180°。

3.2 方位地震属性提取

基于上述6等分方位叠加地震资料，对6个不同方位地震资料提取灰岩储层段的地震振幅、阻抗以及地震频率等属性，为了直观地对比不同方位上地震属性之间的差异，将两两相互垂直方向上的振幅、阻抗和频率等属性作差值分析，然后结合区内已钻井情况分析，YD301、YD302井钻探成功，沙四段灰岩储层裂缝发育，储层物性相对较好。对比不同方位地震属性差异，方位地震频率属性差异性在YD301和YD302井区更为明显，由此选定不同方位的地震频率属性预测该区沙四段灰岩储层裂缝[22-23]。

图4是YD301井区裂缝预测结果的局部图。裂缝发育区主要位于断裂系统附近，区内断裂系统主要有NE和NW两组走向，在两组断裂系统的影响下，区内裂缝发育方向主要有两组：一组为NW走向，另一组为NE走向。

4 储层各向异性参数地震反演技术

Thomsen储层各向异性参数[24-25]包括ε、γ、δ，其中ε表征纵波在平行和垂直于裂缝面的传播速度相对差异；γ表征横波在平行和垂直于裂缝面的传播速度相对差异；δ表征纵横波各向异性程度之间的连接桥梁。上述3个各向异性参数主要反映了地震波在裂缝介质中传播的等效各向异性特征。

a—储层裂缝密度;b—储层裂缝方向a—fracture density of reservoir;b—fracture direction of reservoir图4 YD301井区灰岩储层裂缝密度及方向预测Fig.4 Fracture density and direction prediction of limestone reservoir in YD301 well area

Ruger[26]根据一阶扰动理论给出了上、下HTI介质倾向一致的反射系数近似公式，即

(1)

式中：θ是入射角；φ是方位角；Z是纵波阻抗，kg·m-3·m·s-1；G是剪切模量，N/mm2；α是纵波速度，m/s；β是横波速度，m/s；δ(v)表征纵波与横波各向异性之间的联系；γ(v)表征横波的各向异性参数；ε(v)为纵波各向异性程度。

对近似方程进行整理，将其表示为纵、横波速度、密度以及各向异性参数的线性表达式，即

利用方程(2)，我们就可以实现各向异性参数反演。图5是YD301井区沙四段灰岩储层各向异性参数反演结果，可以看出，ε、γ、δ这3个参数表现的各向异性特征基本相似，YD301井和YD302井位置处均呈现明显的各向异性特征，利用上述3个参数所呈现的各向异性较强的区域可以描述为裂缝发育区。

图5 YD301井区灰岩储层各向异性参数反演结果Fig.5 Inversion results of limestone reservoir anisotropic parameters in YD301 well area

5 应用实例

基于方位地震属性裂缝预测和各向异性参数反演结果，利用两者的预测结果实现YD301井区灰岩有效储层的综合预测，预测思路为：首先，利用各向异性参数反演结果划分出较强的各向异性区域；然后，在较强各向异性区域内，圈定通过方位地震属性预测的储层裂缝发育区，并以单井各向异性强度正演模拟值1.683作为门槛值(图3)进行限定，将各向异性值大于1.683的裂缝发育区域预测为有利灰岩储层发育区(如图6中的黑色虚线范围)。该区除YD301、YD302井之外，钻遇该套地层的井位还有YD301X2、YD301X3等5口井，从钻遇情况来看：YD301-4井位于预测有利区内，属性值为黄色，3 592 m钻遇1层厚层泥灰岩33 m，录井见荧光显示，综合解释油层；YS2井位于有利区之外，属性值为浅绿色，3 822 m进入沙四段上亚段，钻遇薄层石灰岩、石膏岩、泥灰岩、石膏质灰岩，单层厚度均小于2 m，测井解释为干层；YD301X2井位于预测有利区内，但是从属性值来看为浅绿色、偏弱，该井于3 567 m进入沙四段上亚段，钻遇泥灰岩17层累计厚度50 m、白云质灰岩3层累计厚度8 m，录井见多套荧光、油斑显示，综合解释油层8层累计厚度22 m，干层7层累计厚度17 m；YD301X3井位于有利区之外，属性值为浅绿色，该井于3 719 m进入沙四段上亚段，钻遇灰岩9层累计厚度14.5 m、泥灰岩5层累计厚度12 m，综合解释油层1层，厚度3 m，总体上单层厚度较薄、含油性较差；YS10井位于有利区之外，属性值为偏白的浅绿色，该井3 896 m进入沙四上，钻遇泥膏岩16层累计厚度50 m，未钻遇灰岩、白云岩，未解释储层。从上述钻探结果来看，预测结果与钻遇结果基本吻合，根据沙四段灰岩有利储层的综合预测结果，预测有利储层发育区面积为13 km2，预测石油地质储量1 300×104t。

图6 YD301井区沙四段灰岩有利储层预测结果Fig.6 The prediction results of favorable limestone reservoir in the fourth member of Shahejie Formation in YD301 well area

6 结论

高密度三维具备高密度、宽方位地震采集特点，满足利用地层各向异性开展有利储层发育区(裂缝型储层)预测的资料条件。在储层各向异性正演模拟分析的基础上，联合应用基于方位地震属性的储层裂缝预测技术和储层各向异性参数地震反演技术，对研究区沙四段上亚段灰岩有利储层发育区进行了预测，预测结果与已钻井吻合较好。通过YD高密度三维区沙四段灰岩有利储层地震预测方法的应用研究，可以得到以下3点结论:

1)储层岩性、储层裂缝可以引起方位地震属性差异，并且储层裂缝密度与各向异性强度成正比。

2)不同方位的地震频率属性差异可以预测该区沙四段灰岩储层裂缝，裂缝发育区主要位于断裂系统附近，区内裂缝主要有两组：一组NW走向，另一组为NE走向。

3)联合应用各向异性参数及不同方位属性差异地震裂缝预测结果，两者相互验证、约束，可以提高该区沙四段灰岩有利储层地震预测精度。充分挖掘宽方位地震资料的丰富信息，利用不同地球物理方法获取不同的储层参数，从不同角度对储层进行预测，综合多种参数信息精细描述储层，可以减少由于单一参数预测储层存在的不确定性和多解性，提高储层预测精度。