碳酸盐岩小缝洞群储集体地震表征方法

邓光校， 马永强， 谢玮

(1.中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院， 武汉 430074；2.中国石化西北油田分公司， 乌鲁木齐 830011； 3.中国石化石油物探技术研究院， 南京 211103)

塔河油田奥陶系勘探开发成果表明，其主要产层为中下奥陶统碳酸盐岩储层，是由一套或者多套成熟期—过成熟期的溶洞系统组成的古油藏[1]，该区储层经历的地质时期长，由于受到后期多期次强烈的构造运动、岩溶作用和成岩作用叠加改造，形成了分布极不均匀、非均质性极强的缝洞型岩溶系统。缝洞储层空间结构多样，连通关系复杂，空间展布差异大，油藏埋深大(5 000～7 500 m)，地震资料分辨率低，缝洞储集体表征描述难度大[2-4]。

在勘探开发实践中，针对大尺度溶洞总结出了一套基于地震反射特征的缝洞储集体地震识别和表征方法，取得了较好的效果。然而，随着油田开发的不断深入，属于较大尺度的“串珠”状反射和杂乱强反射特征的缝洞储集体动用程度越来越高，开发对象也逐渐由大尺度缝洞、溶洞集合体向小尺度缝洞、小溶洞集合体(杂乱弱反射、长连续红波射)转移，因此，开展小尺度缝洞、小溶洞集合体识别与描述研究，进一步深化对此类储集体的发育和分布特征的认识，意义尤为重要。

针对塔河油田小尺度缝洞储集体，结合前人研究成果，分别设计了不同高度缝洞的二维数值模型，以及不同尺度缝洞的三维物理模型；通过数值和物理两种模拟方法研究了小尺度缝洞的地震响应特征，并对比分析了不同地震属性对缝洞的刻画能力；利用优选的振幅曲率技术和反射强度调谐累计频率衰减属性，对研究区实际资料进行了试验，并与实际钻井成像测井资料进行对比，验证了小尺度缝洞储集体表征的有效性。

1 小尺度缝洞储集体特征分析

1.1 响应特征分析

根据实钻井的录井、岩心和测井资料、地震资料分析研究，将塔河油田碳酸盐岩储集体分为三种类型：溶洞、裂缝-孔洞型和裂缝型[5]，从测井识别模式上，小尺度缝洞测井响应特征主要以漏失量少于100 m3、部分漏失或无漏失、声波时差略高于或小于50 μs/ft、井径无明显变化、中子测井较低一般在10%以内等特征为主(表1)。

表1 储集体类型及评价标准Table 1 Reservoir types and evaluation criteria

通过塔河油田缝洞型油藏实钻井钻遇岩溶洞穴统计结果分析，溶洞钻遇率达到55.6%，截至目前共钻遇洞穴976个，洞穴高度小于5 m的中小缝洞583个(平均洞高2.5 m)，平均累液3.42万t，平均累油2.51万t，综合实钻揭示溶洞高度、累液、累油等分析，将钻遇实际溶洞初步分为三类：洞穴高度大于10 m的大型洞穴(大尺度)、洞穴高度在3～10 m的小型洞穴(小尺度)和高度小于3 m裂缝孔洞(小尺度)。

1.2 数值模型正演模拟

地震反射波场理论表明，地震反射特征与缝洞发育有密切的关系，缝洞体的形态、尺度范围、组合形式、距风化面距离，都影响缝洞体的反射特征[6-9]。为了分析小尺度缝洞的地球物理响应特征，结合钻井、测井及地震解释资料，依据研究区域奥陶系地层结构及各地层岩石物理参数，设计了一组宽度为20 m，高度变化(5、10、15、20、30、40 m)的缝洞模型(图1)。可以看出，5 000 m以上为水平层状均匀介质，代表良里塔格组地层，其平均速度为4 900 m/s；下覆一间房组地层的平均速度为5 800 m/s，其中6个缝洞体单元的充填等效速度为5 400 m/s。

依据实际地震资料目标层位地震子波类型及频谱特征，正演模拟采用主频为22 Hz雷克子波。利用波动方程进行正演模拟计算，观测系统的炮间距10 m，道间距5 m，记录长度为2 100 ms，采样率为1 ms。对正演模拟得到的炮集记录进行偏移成像处理，如图2所示，可以看出，当溶洞的高度小于10 m时，地震记录的振幅较弱，串珠状反射特征不明显。实际采集中，地震资料含有较强噪音干扰及吸收衰减，这种情况下地震记录识别小于10 m溶洞难度更大。塔河地区奥陶系碳酸盐岩钻遇的杂乱弱反射、长连续红波谷反射特征储层，其孔洞、缝的高度均小于5 m，与地震正演结果相符，以小尺度缝洞为主。

图1 缝洞高度变化数值模型Fig.1 Numerical model with height variation of fractured-cave

图2 数值模型的地震波场响应特征Fig.2 Seismic wave field response characteristics of numerical model

2 小尺度缝洞储集体地震表征分析

随着开发对象向小缝洞、小溶洞集合体的转移，如何结合塔河油田高精度地震资料，借助模型正演模拟开展各种动力学类(振幅类属性、频率类属性、能量衰减类属性)、几何类(边缘检测类属性、几何曲率类属性)和统计类地震属性的提取及其应用研究[10-12]，更好地优选地震属性进行小尺度缝洞储集体预测与表征，建立杂乱弱反射、红波谷等地震反射特征的识别模式显得尤为重要。

2.1 物理模型正演模拟

为了分析不同尺度和类型缝洞的地球物理响应特征，通过有机高分子材料设计了图3所示的物理模型。物理模型包含了4组不同尺度和类型的缝洞体，模型与实际地质体的速度比例为1∶2、尺寸比例为1∶10 000。所设计的物理模型长、宽均为1 200 mm，厚260 mm，所模拟的实际地质体长、宽各12 000 m，厚2 600 m。物理模型由两层水平层状各向同性介质组成，第一层为环氧树脂材料，速度为2 450 m/s；第二层是混合材料，速度为2 900 m/s，两层介质所模拟的地层实际速度分别为4 900 m/s和5 800 m/s。

物理模型放置在水槽中进行地震资料采集(图4)，模型与实际情况的采样间隔比例为1∶5 000。水深为120 mm(地质尺寸为1 200 m)，水的速度为1 480 m/s(模拟实际速度为2 960 m/s)。在第二层混合材料中设计了四组洞体，洞体的填充速度为2 700 m/s，分布在边长为500 m(地质尺寸，下同)的正方体四角。1号洞体中心位于坐标(L80，T100)，为一直径为80 m的半球状(大尺度溶洞)；2号洞体为5个直径为10 m椭球状洞体所组成直径约为70 m范围的洞群(小尺度缝洞集合体)；3号为不规则洞体，最大直径80 m，最小50 m左右；4号为大小为50 m×70 m的半椭球状洞体。3号和4号洞体见有一弯曲的管道直径约10 m(小尺度管道、缝)，并向下方延伸。物理模型的T160测线时间偏移地震剖面如图5所示，4号和3号缝洞体所对应的L80、L140位置处均有地震异常响应。

图3 缝洞物理模型俯视图Fig.3 Top view of fractured-cave physical model

图4 物理模型示意图Fig.4 Schematic diagram of physical model

图5 物理模型T160测线地震剖面Fig.5 T160 seismic profile of physical model

2.2 基于物理模型正演的地震属性表征

根据物理模型的时间偏移结果进行了单一属性的提取，包括振幅变化率、振幅曲率横向变化率、Sobel边缘检测、反射强度调谐累计频率衰减属性、倾角、标准偏差和混相分频等地震属性，如图6所示。由图6中属性平面异常分布可知，这些单一属性均能识别和刻画出模型中尺度较大的1号洞体的边界，差异之处在于对小尺度的2号洞群、3号与4号之间的小尺度弯曲管道的识别精度。经过属性对比分析，Sobel边缘检测、振幅变化率及混相分频属性较其他属性较清楚地刻画缝洞异常体特征，特别是反射强度调谐累计频率衰减属性，不但能清楚地刻画出理想洞体(1号洞和4号洞)的边界，而且能够刻画出了复杂洞体(2号洞、3号洞)的形态，而且对岩溶廊道(缝)的边界刻画也能保持连续性，其预测精度有较明显提高，针对小尺度孔、缝、洞及其集合体，用这种方法表征更为适合。

图6 复杂缝洞物理模型的单一属性提取Fig.6 Single attribute extraction of complex fractured-cave physical model

3 实际资料小缝洞储集体表征

实际应用中，优选两种典型小缝洞储集体进行识别与表征，其地震响应特征分别为杂乱弱反射和典型红波谷地震反射。针对大尺度溶洞，总结出了一套基于地震反射特征的缝洞储集体地震识别和表征方法，取得了较好的效果。图7(a)为实钻三种类型地震反射特征的缝洞储集体地震剖面，图7(b)为利用振幅聚类检测技术缝洞储集体识别效果。图中振幅聚类属性能够较好的识别“串珠”与杂乱强反射异常特征缝洞储集体，但是对于杂乱弱反射(如TK620井)等小尺度缝洞储集体的表征效果一般。

图7 3种不同类型的缝洞储集体地震反射特征与振幅聚类检测技术识别效果Fig.7 Seismic reflection characteristics of three different types of fractured-cave reservoirs and identification effect of amplitude clustering detection technology

3.1 振幅曲率横向变化技术

根据模型正演结果及属性优选的结论与认识，采用振幅曲率横向变化技术对TK620井区缝洞储集体进行识别与表征(图8)。图8(a)为过TK620井连井地震剖面，图8(b)为利用振幅曲率横向变化技术表征缝洞储集体空间展布，可以看出，振幅曲率横向变化属性预测TK620井上部、下部发育两套缝洞储集体，TK620井钻井过程中钻至5 483.61 m发生井漏，强钻至5 511.07 m完钻，漏失泥浆219 m3，初期日产油50 t，实钻特征与预测结果吻合度高，表明该属性能够识别杂乱弱反射特征小缝洞储集体，该结果较好地反映了该类型缝洞储集体的空间展布，后期钻井进一步证实了该技术的有效性。

3.2 反射强度调谐累计频率衰减技术

TK346H井的水平段为典型红波谷地震反射特征[图9(a)]，通过反射强度调谐累计频率衰减属性检测结果[图9(b)]，可以看出，反射强度调谐累计频率技术能够较好表征出TK346井水平段储集体异常，突出了红波谷反射特征对应的溶蚀孔洞、裂缝等储集体信息。实际钻井成像测井资料表明(图10)，水平段①、②段的溶洞及高角度裂缝发育，钻井过程中漏失泥浆14.31 m3，初期日产油33.76 t，累产油1 296 t，累产液3 356 t后因高含水转单元注水井，也进一步验证了该方法对于小尺度缝洞储集体表征的有效性。

图8 过TK620井连井地震剖面与振幅曲率横向变化属性Fig.8 Cross well seismic profile of TK620 well and corresponding lateral variation attribute ofamplitude curvature

图9 TK346井过井剖面与反射强度调谐累计频率衰减属性Fig.9 Cross section of TK346 well and corresponding reflection intensity tuning cumulative frequency attenuation property

图10 TK346H井水平井段成像测井Fig.10 Imaging logging in horizontal section of TK346H well

4 结论

(1)根据实钻井的录井、岩心和测井资料、地震资料分析研究，将塔河油田碳酸盐岩储集体分为溶洞、裂缝-孔洞型和裂缝型；通过二维数值模拟与三维物理模拟正演，研究了小尺度缝洞的地震响应特征，并对比分析了地震属性对不同尺度缝洞的刻画能力，很好地指导了后期实际缝洞储集体识别与表征。

(2)针对塔河实际资料中两种典型地震响应特征的小缝洞储集体，优选了振幅曲率横向变化技术和反射强度调谐累计频率衰减技术进行识别与表征，并与实钻井进行分析，结果表明这两种方法能够较好表征杂乱弱反射和红波谷反射特征小缝洞储集体，对后期钻井具有很好的指导意义。

(3)由于塔河油田奥陶系缝洞储集体埋深较大(大于5 000 m)，受地震资料分辨率较低等因素的限制，针对以弱反射、红波谷为主要反射特征的小尺度缝洞储集体的识别与表征还存在精度低、多解性强等问题，因此随着开发地震技术的进步，还需不断提高地震资料的精度，进一步深化多属性优化组合及融合分析，同时加强多学科的综合研究，提高小尺度缝洞储集体综合预测精度，降低钻探风险。