呼图壁地区超深致密砂岩多尺度裂缝地震预测技术

徐亚楠　王晓涛　习宇霄　王贤　叶迪　苏艳丽

摘   要：针对呼图壁地区超深致密砂岩不同尺度裂缝预测问题，创新形成基于叠前反演和叠后多属性融合的多尺度裂缝预测方法。据裂缝发育规模，将裂缝划分为大尺度裂缝和小尺度裂缝，其中大尺度裂缝采用叠后地震属性识别，小尺度裂缝成像测井约束反演识别；利用叠后地震数据提取进行机器深度学习、凌乱性检测与曲率增强进行大尺度裂缝检测，将三者结果进行融合以实现大尺度裂缝精细刻画；应用基于OVT域地震数据的叠前方位各向异性属性与叠前反演两种方法进行小尺度裂缝预测；综合大、小尺度裂缝预测结果分析目标区裂缝发育的规律，预测不同尺度裂缝发育有利区。研究结果表明，在呼图壁地区超深储层应用多尺度裂缝地震预测方法获得的预测结果与实测钻孔结果吻合度较高。

关键词：致密砂岩储层；多尺度裂缝；呼图壁背斜；OVT域地震数据；裂缝预测

裂缝是深层致密砂岩储层的重要储集空间和渗流通道，对准南呼图壁地区油气勘探开发具有重要的實际意义。裂缝具明显的多尺度特征，不同尺度天然裂缝对致密低渗透储层的作用和对油气的影响不同，大尺度裂缝通常影响油气的保存；中小尺度裂缝控制了致密储层的渗流系统和储集作用，是影响致密砂岩储层高产及稳产的关键。由于不同尺度裂缝的作用不同，需要分尺度研究天然裂缝的发育规律，才能更加科学有效地指导致密低渗透油气的勘探开发[1]。呼图壁地区目的层埋深普遍超7 km，厚10～20 m，存在目的层埋深大、地震成像信噪比低、分辨率不足等问题，导致以往储层裂缝预测不能满足部署高效评价井的生产需要。因此，提出对呼图壁地区砂岩储层不同尺度裂缝多技术手段预测方法，对多尺度裂缝的不同地震响应特征，分别采用叠后地震属性、叠前反演等技术手段进行预测，最后将多技术手段结果进行融合并优选[2-6]。主要技术步骤可以概括为（图1）：①在叠后地震资料上先利用各种属性开展大尺度裂缝研究，如深度学习、凌乱性检测、曲率增强等属性均对大尺度裂缝响应较明显；②据地质露头、构造分析和钻录井等信息获得的构造裂缝的类型、产状、组系、密度等特征的认识，对叠后属性进行约束，将各类属性进行融合，优选得到大尺度裂缝预测结果；③用成像测井识别的裂缝来标定地震方位频率梯度属性及叠前方位各向异性反演，得到小尺度裂缝预测结果；④将以上两种尺度裂缝进行融合，最终得到储层裂缝体系的综合预测成果。经实测钻孔证实该方法的可靠性与适应性，对下一步油气勘探开发及井位部署提供技术支撑。

1  地质概况及裂缝发育特征

呼图壁背斜位于南缘中段，为近EW向长轴背斜（图2），白垩系清水河组具层薄面广的特点。埋深7～9 km，平均8 km；有利储层厚度为10～20 m。储层物性差，孔隙度为5%～10%，多小于10%，渗透率约0.01×10-3 μm2，主要集中在0.01～10，属特低孔、特低渗致密储层。清水河组致密砂岩油气藏为非常规油气藏，准确预测小尺度裂缝发育带对部署评价井获得高产具重要意义。因此，呼图壁地区储层增储上产需解决的核心问题是明确裂缝发育规律与分布范围[7-8]。

据油气藏发现井HT1井成像测井、岩心资料，研究区超深致密砂岩储层天然裂缝非常发育（图3），存在大量张开缝半张开缝、闭合缝，同时在钻井过程中也产生部分钻井诱导缝。张开缝、半张开缝与钻井诱导缝方向一致，为NEE向（方位约60°），闭合缝方向与张开缝方向垂直，为NWW向。裂缝倾向与走向垂直，张开缝与半张开缝的倾角普遍大于70°，为高角度缝，为油气运移通道。从岩心可观察到裂缝高度约为0～25 cm，少数裂缝高度达50～75 cm。因此，成像测井和岩心上主要反映的是小尺度裂缝。

通过对清水河组岩心观察及统计发现，呼图壁地区主要发育高角度剪切裂缝，裂缝的发育受构造控制，通过对成像测井裂缝密度和取心裂缝条数统计，结合呼图壁地区构造特征发现，背斜转折端以及断层附近发育大尺度裂缝，这是由于这些地方容易发生应力集中，导致构造裂缝数量显著增加；背斜轴部小尺度裂缝发育，是由于应力一定的情况下岩石脆性较强，从而造成小尺度裂缝较发育。

2  大尺度裂缝预测

本文主要采用了基于CNN图像分割的深度学习主干断裂识别、基于振幅梯度矢量凌乱性检测的裂缝识别及基于Aberrance曲率增强属性的裂缝预测技术对目的层段进行大尺度裂缝的识别。

基于CNN深度学习的断裂检测法是把图像分类问题转换为图像分割问题，用基于Unet的CNN网络进行断裂精确识别，主要特点和优势为：①训练数据可在三维空间里交互拾取，也可通过随机模型模拟各种可能情况的断裂，做到基于大数据的有监督的全自动神经网络学习；②使用先进的Unet CNN网络来解决图像分割问题；③使用GPU解决大量运算问题。从图4可看出，深度学习断裂检测可更加准确地反映地震剖面断裂特征，主干断裂沿背斜两侧非常发育，同时在两侧又发育大量的次级断裂，深度学习对断裂的预测空间延展性好（图5），对存在一定断距的断裂可进行准确预测。由于研究区断裂受强逆推挤压作用，形成的断裂带范围较大，在背斜两翼易形成复杂断裂系统。

凌乱性检测裂缝识别技术是假设断层面在局部区域是一个面，通过在三维空间里各方位角和倾角搜索地震振幅梯度向量的凌乱性，找出凌乱性最强的面便是断层位置[9]。该方法从地震振幅数据体出发，直接搜索断层在三维空间的展布规律，简洁高效，其结果无论是在水平切片还是垂向剖面里断层的可解释性均很强，是一种较好的三维断层自动追踪方案。从垂直断裂方向的剖面看（图4），凌乱性检测结果沿断裂面连续性好，断裂带内部的细节多，对断层表征精度高，大尺度断裂很好地接力联通了储层清水河组和烃源岩西山窑组，且背斜轴部大尺度裂缝较向斜发育。沿目的层切片上看（图5），凌乱性检测结果在细节上比传统相干属性有明显提高，对精细刻画断裂带有很大帮助，不同层位切片可清楚地表现不同时期断裂发育特征，进一步印证了断裂的良好继承性。

基于Aberrance曲率增强属性的裂缝预测技术Aberrance是在构造曲率的基础上求取导数[10]，通过应用发现此属性预测的断裂比曲率更可靠，地震同相轴明显褶曲的断层，由于地震同相轴无明显错段，振幅横向连续性强，通过Aberrance属性进行增强计算，得到的结果信噪比明显改善，裂缝识别相对清晰。从预测的裂缝平面图可看出（图5-c），裂缝发育与断层发育的关联性明显，靠近断裂带处，裂缝信息丰富，且裂缝能量与断裂距离成反比。

以上3种预测方法描述的是裂缝不同特征，因此需对预测结果进行融合，达到对裂缝的精准刻画。从图5-d可看出，对以上3种预测方法进行融合得到的裂缝发育规律及分布特征，融合结果相较于单一属性描述的大尺度裂缝发育规律更清晰，信息也更全面。

3  小尺度裂缝预测

受地震分辨率的影响，常规的地震各向异性属性很难进行小尺度裂缝识别。因此，采用叠前OVT裂缝预测技术来进行小尺度裂缝预测。叠前OVT裂缝预测主要流程可分为3部分：OVT道集资料优化、AVAZ属性提取或分方位叠前反演、裂缝密度与裂缝方位生成及融合[11]。由于OVT道集信噪比偏低，在进行应用之前，首先需对其进行去噪处理。通过角度处理后可发现，目的层附近最大入射角普遍小于30°，目的层以下至侏罗系底部入射角逐渐变小。由于该位置位于背斜高部位，其他部位角度相应更低。因此，综合认为可选择30°线作为数据切除线，同时考虑6 500 m分割线将高角度异常数据进行切除。接下来需对为OVT道集进行角道集转换及方位角划分工作，角度域采用3度等分原则，方位角的划分一般在6～12个即可，划分方位过多，单方位覆盖次数少，资料信噪比过低；但划分方位过少，方位识别度降低，裂缝预测不准确。最终对AVO属性裂缝预测采用12等分。而对于叠前反演弹性参数及振幅、频率等属性采用6等分方位角的方式。

经去噪及方位划分后的叠前OVT道集数据，能更好地进行叠前反演和计算方位各项异性属性用于小尺度裂缝预测。基于HTI介质模型的常用的技术手段主要有叠前方位各向异性属性，例如振幅、速度和双程旅行时等，这几类属性一定程度上能反映裂缝特征，能量吸收衰减相关的方位属性和反演一定程度上能反映小尺度裂缝特征[1]。裂缝密度剖面纵向连续性好（图6-a），平面上在HT1井处裂缝非常发育，裂缝方向以NE向为主，与钻井吻合性好（图6-b）。H101、H102井处裂缝发育中等，次于HT1井。

4  裂缝发育规律

叠后大尺度裂缝预测的结果与构造叠合（图7-a），预测结果与断裂解释结果吻合度高，但对一些小断层，尤其高部位小断层仍需注意。在圈闭内部非断层发育区确定裂缝的发育趋势，并结合叠前预测得到裂缝密度（图7-b），是对叠后裂缝预测的一种有效补充，叠后断裂不发育而叠前裂缝密度高的地方，相对而言是非常有利的目标。如H6与HT1构造高部位中间局部构造高，从大尺度裂缝预测上看无断裂穿过，在叠前裂缝预测结果上有裂缝发育，可具体根据裂缝发育强度确定明确目标，H101、H102在白垩系清水河组钻遇孔缝双重介质储层，均获得百方高产工业油气流。

5  结论

（1） 针对呼图壁地区超深致密储层裂缝预测精度低的难题，综合利用叠后地震属性进行大尺度裂缝描述，利用成像测井约束叠前OVT反演及衰减各向异性属性进行小尺度裂缝预测，实现裂缝的逐级精细刻画，解决了呼图壁地区超深致密储层裂缝预测难的问题。

（2） 裂缝预测结果与已钻井吻合度较高，呼图壁地区H101、H102等多口井、多层系获高产并稳产。

（3） 多尺度裂缝地震預测方法应用的关键是OVT域道集的优化处理和井震结合的质量控制，该方法可在地震地质条件相似的非常规储层裂缝预测研究中推广应用。

参考文献

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Seismic Prediction of Ultra-Deep Tight Sandstone Reservoir Fractures in

HTB Area， Zhungaer Basin

Xu Yanan， Wang Xiaotao， Xi Yuxiao， Wang Xian， Ye Di， Su Yanli

（Institute of Geophysics，Exploration and Development Research Institute，PetroChina Xinjiang Oilfield

Branch，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract： A seismic fracture prediction method is proposed based on the fusion of multiple prestack and poststack seisimc attributes for predicting the development of tight sandstone reservoir fractures in HTB area in the Zhungaer Basin．The fracutres in the area include both large-scale fracutres that can be identified by seismic responses and small-scale fracutres that can not be readily identified by seismic responses. It is the latter that requires special processing. The geometric seismic attributes related to large-scale fractures are firstly extracted by using the poststack seismic data of high signal-to-noise ratio and then combined with the distribution pattern of the fractures in the target layer characterized with multi-attribute fusion to predict the distribution of small fractures through further combination with frequency-dependent anisotropic parameter inversion. At last， the prediction results are summarized to analyze the fracture distribution pattern of the target layer， with a view to accurately depicting potential targets with well-developed fractures. In all， the actual data obtained are consistent with predicted results， showing that fractured reservoirs can be accurately described by using this integrated multi-scale fracture prediction technology．

Key words： Tight sandstone; Multi-scale fracture; The HTB area; Ovt seismic data; Fracture prediction

收稿日期：2023-06-09；修訂日期：2023-09-11

第一作者简介：徐亚楠（1984-），女，河北沧州人，硕士，2013年毕业于长江大学矿产普查与勘探专业，现从事物探方法研究工作；

E-mail： cnxuyn@petrochina.com.cn