基于井震结合的南川地区页岩气储层叠后裂缝预测技术

2022-06-23孙小琴

油气藏评价与开发 2022年3期

孙小琴

（中国石化上海海洋油气分公司勘探开发研究院，上海 200120）

裂缝的地球物理属性识别和预测是现今世界的热点研究课题，随着裂缝检测技术的发展，地震裂缝检测的可靠程度越来越引起人们的关注[1-2]。目前采用地震方法检测裂缝的技术从总体上主要有如下几个方面：①基于纵波各向异性的裂缝预测[3-5]；②针对特殊情况的特色技术，诸如通过缝洞储层的地震响应特征来识别缝洞储层[6]，例如一些“地震串珠”；③构造应力数值模拟技术[7-8]；④测井约束波阻抗反演的裂缝预测研究[9]；⑤非线性裂缝预测技术；⑥采用边缘检测和相干数据体的裂缝预测方法研究[10]；⑦应用几何属性的裂缝检测方法研究等[11]。

裂缝预测研究的早期阶段主要通过地表露头、岩心取样、数值模拟构造应力场、测井识别裂缝发育带等技术来直观表述裂缝，随着计算机水平的发展，已进展到利用三维纵波的裂缝检测方法、横波与多分量探测方法、相干体和图像处理技术、叠前AVO（振幅随偏移距的变化）、地震属性提取等多种裂缝地震预测方法[12]。前人已有工作大多是在地震数据体上进行裂缝检测，存在一定的不确定性。通过研究利用实钻井上裂缝信息约束地震数据体裂缝检测，能够很好地反映本区裂缝的空间展布规律及裂缝发育强度。

泥岩中的裂缝既是油气的储集空间又是油气运移的通道，页岩气产量高低直接与泥页岩内部裂缝发育程度有关[13]。区域应力的方向、性质及大小主导天然裂缝形成，影响着页岩裂缝的大小与规模[14]。页岩气井获得高产的重要因素是水平井后期压裂改造缝与天然裂缝沟通产生网状缝，天然裂缝发育情况直接决定压裂改造效果，如何准确预测天然裂缝分布特征，是研究的重点。从岩心资料、测井资料和地震资料等方面，充分利用井上的裂缝特征来约束地震的蚂蚁体裂缝检测技术，开展裂缝综合约束研究，以期为该区页岩气勘探开发提供参考。

1 工区概况

南川地区位于四川盆地川东高陡构造带万县复向斜，出露地层以侏罗系、三叠系、二叠系为主，主要目的层为志留系龙马溪组页岩储层。

1.1 工区断裂特征

南川地区主要受印支期以来，尤其是燕山期—喜山期运动强烈挤压作用影响，受燕山中期构造作用影响形成北东向褶皱及断裂，晚期受挤压走滑作用形成南北向构造及“S”形断裂。两期构造作用叠加，形成隆凹相间、东西分带的构造格局。主要断裂为三级断裂，共有5 条，断距为100～200 m，走向为北东向，对保存有一定影响；其余为四级断裂，断距小于100 m，走向为北东向，断距较小，对保存无影响（图1）。

图1 南川地区五峰组断裂分布Fig.1 Fault distribution of Wufeng Formation in Nanchuan area

1.2 工区裂缝特征

南川地区岩心资料揭示裂缝发育具有构造分区的特点，背斜区发育高角度—垂直张性缝，而斜坡—凹陷区以发育低角度顺层剪切缝为主[15-16]（图2）。平桥背斜和东胜背斜构造缝密度分别为1.4 条/m 和1.0 条/m，层理缝密度分别为42 层/m 和40 层/m。裂缝发育程度与规模的差异，表明由东向西，从盆缘到盆内，构造变形变弱，裂缝发育程度降低，具有递进变形特征。

图2 南川地区龙马溪组岩心资料Fig.2 Core data of Longmaxi Formation in Nanchuan area

结合FMI（地层微电阻率扫描成像），从主力气层段来看，南川地区优质页岩页理缝均极为发育，构造缝发育程度不同。平桥主体区两翼纹层状层理最发育，其次为东胜背斜，背斜轴部相对不发育（图3）。

图3 南川地区A井龙马溪组电成像测井Fig.3 Electrical imaging logging of Longmaxi Formation in Well-A of Nanchuan area

2 研究方法

三维地震体包含大量的构造和断裂信息，能够有效地反映裂缝信息。FMI 成像测井能够反映井点的裂缝分布及产状，基于井震结合的蚂蚁追踪技术进行裂缝预测，预测结果更加准确，更符合地下真实的裂缝信息[17-18]。蚂蚁追踪技术主要步骤包括以下6个方面。

1）地震数据预处理。首先运用高斯滤波对地震数据进行去噪处理，降低噪声的影响，去噪效果明显（图4）；其次是地震数据体“边缘”探测，目的是寻找数据体中的不连续点，并应用方差属性突出裂缝的不连续性；最后利用相邻道地震信号之间的相似性来描述地层、岩性等的横向非均质性，通过计算样点的方差值，揭示数据体中的不连续信息，从而进行断层、岩性的识别。在规则层位面上，沿层振幅变化不大，方差较小，而在断层附近，振幅变化较大，方差也大[19-20]。

图4 去噪前后地震剖面对比Fig.4 Comparison of seismic profiles before and after denoising

2）利用蚂蚁追踪算法计算蚂蚁体，蚂蚁体检测大中尺度裂缝。①定义种子点：对于区域大断层来说选5～7 个样点，对于小断裂裂缝来说一般选3～4个；②偏移度：样点数0～3个，参数越大，搜索范围越大；③蚂蚁搜索步长：样点数2～10 个，参数越小，精度越高[21]。经过反复试验，选取种子点参数为5，偏移度参数为2，蚂蚁搜索步长为3，通过蚂蚁体与南川地区构造解释断裂对比，大中断裂位置一致，裂缝分布范围吻合度高，可以判断该参数选取合理，能够刻画裂缝的空间展布特征。

3）测井数据预处理。通过已钻井的裂缝信息，包括倾角、倾向、走向信息，计算出裂缝发育密度曲线，并对裂缝发育密度曲线进行粗化。

4）属性建模。首先进行构造建模，利用地震解释成果，创建目的层构造模型；其次通过多种模拟方法的比较，选取高斯随机方法，计算出裂缝发育密度体。

5）建立井上裂缝发育密度体与蚂蚁体的相关性，计算出相关系数。通过井上裂缝发育密度体与蚂蚁体进行交会图分析，相关系数达到0.8，认为可以反映南川地区的裂缝发育特征。

6）蚂蚁体重采样。用协克里金的方法，协克里金差值是以变异函数理论和结构分析为基础，在有限区域内对区域化变量进行无偏最优估计的方法。通过地质模型层位约束和井上裂缝密度建模，能够体现井间裂缝的发育属性。把蚂蚁体融合到裂缝发育密度体上，重新建模，得到最终的裂缝预测平面图，技术流程见图5。

图5 井震结合裂缝预测流程Fig.5 Flow chart of fracture prediction technology based on combination of logging and seismic

3 实例应用

南川地区构造复杂，非均质性强，古地应力变化快[22-23]，龙马溪组裂缝较发育。以平桥背斜A 井为例，该井裂缝走向为北东向30°至60°，倾角60°至75°（图6），利用平桥背斜5 口井（分别为核部2 口井、翼部3口井），东胜背斜1口井，南斜坡1口井，建立南川地区三维裂缝发育密度体[24-26]。

图6 南川地区A井裂缝发育特征Fig.6 Fracture development characteristics of Well-A in Nanchuan area

从井上裂缝密度插值建模分析，背斜区轴部裂缝不发育，东西两翼裂缝较发育，斜坡区裂缝发育。背斜轴部地应力集中，以高角度—垂直张性缝为主，平面上延伸不远，不利于人造缝横向延伸。背斜翼部断层发育区由于控边逆断层封闭性能好，同时该区地应力释放，伴生形成大量天然缝网，增大了储集空间，改善了储层物性，游离气富集程度高，有利于压裂形成复杂缝网。

利用蚂蚁体追踪算法计算蚂蚁体，通过反复的参数试验，在得到蚂蚁体裂缝预测数据后，需要根据已知井和地震解释成果进行质控，蚂蚁体基本上能够清晰地看出裂缝的方向和展布特征，但存在一定的不确定性。整个地区裂缝方向为北东向，与主断裂方向一致，由于裂缝的发育程度与断层密切相关，燕山运动阶段在强烈的北西—北东挤压构造应力场作用下岩层褶皱变形比较显著，形成的断裂体系以北东为主。在挤压构造应力作用下，脆性大的基岩形成以压性为主的水平缝或北东—北东东、北西向两组低角度剪切裂缝。

通过蚂蚁体重采样，用协克里金的方法，把蚂蚁体融合到裂缝发育密度体上，重新建模，得到基于井震结合的裂缝预测平面图，不仅代表了裂缝发育位置，而且能够描述裂缝的发育强度，使裂缝预测由定性转向定量化（图7）。南川地区大裂缝的走向与断层展布方向、褶皱方向等基本一致，局部二者有一定夹角。工区整体以北东走向的裂缝居多，北西向裂缝主要伴随断层分布，背斜主体区裂缝密度较小，背斜东西两翼和断层附近裂缝密度较大；另外，褶皱发育的裂缝带也有了较清楚的响应，裂缝的分布情况也更符合地质情况。A井区位于背斜轴部，裂缝相对不发育，B、C 井区位于背斜东翼，裂缝较发育，单井产量比A 井区高，充分说明了裂缝发育区易形成复杂缝网，压裂改造效果更好。