基于全方位OVT地震数据的各向异性裂缝预测技术在迪北致密砂岩研究中的应用

2016-06-25熊兴银杨茂智许建洋

石油地质与工程 2016年1期

关键词：方位梯度砂岩

熊兴银，杨茂智，许建洋，李　涛

(1.西安石油大学，陕西西安 710000；2.中国石油东方地球物理公司研究院；3.中国石油东方地球物理公司)

基于全方位OVT地震数据的各向异性裂缝预测技术在迪北致密砂岩研究中的应用

熊兴银1，2，杨茂智1，2，许建洋2，李涛3

(1.西安石油大学，陕西西安 710000；2.中国石油东方地球物理公司研究院；3.中国石油东方地球物理公司)

摘要：介绍了致密砂岩气藏各向异性裂缝预测原理，以迪北地区为例，通过对全方位OVT地震数据进行偏移距和方位角的优选叠加，得到覆盖次数和振幅能量等都较为均匀的分方位数据体，在此基础上，利用P波频率衰减属性的各向异性特征，开展了研究区侏罗系阿合组致密砂岩裂缝分布特征的预测。综合区域断裂特征、区域应力场特征和高精度成像测井资料分析认为，裂缝预测与实际地质情况吻合，显示了该技术能为该区的油气勘探开发提供有效支撑。

关键词：塔里木盆地；迪北地区；地震数据处理；裂缝预测；致密砂岩

对于致密砂岩气藏来讲，找到了具备成藏规模的裂缝型储层发育区就等同于找到了致密砂岩气藏，因此裂缝型储层的预测对于致密砂岩气藏的勘探和开发具有十分重要的意义[1]。利用地震手段预测裂缝型储层的技术主要有：多场信息预测技术[2]、分方位地震属性各向异性裂缝预测技术[3]、多分量与各向异性检测技术[4-5]、裂缝边缘检测技术及裂缝非线性预测技术[6]、AVA裂缝检查技术等[7]。自2000年以来，对裂缝型储层预测的迫切需求推动了裂缝预测技术的快速发展，尤其是在对小尺度裂缝的预测方面，以分方位地震属性各向异性裂缝预测技术为主的裂缝预测技术得到了快速发展和完善。同时也推动了三维地震采集从窄方位采集向宽方位[8]和全方位采集发展[9]，相应的处理技术从常规分方位处理向OVT域处理发展。

OVT即偏移距向量片(offset vector tile)，又叫COV即共偏移距向量(common offset vector)。偏移距向量片是利用十字排列道集抽取得到的，它的主要特点是保留了方位角和偏移距的信息，并且近、中、远道能量较为均衡[10]。通过OVT域处理得到的螺旋道集数据，为分方位地震属性各向异性裂缝预测提供了较好的数据基础。

1各向异性裂缝预测原理

利用分方位地震属性进行各向异性裂缝预测的原理主要是基于地层为HTI介质的假设。大量的研究表明：在HTI介质中由于受裂缝密度以及裂缝中流体物性的影响，地震波在不同方向上传播过程中表现的速度、振幅、走时以及频率衰减梯度等参数的特征都是不同的，并且这些参数在平面上表现为椭圆的特征[11]。因此利用不少于三个方位的地震数据的频率衰减梯度信息进行椭圆拟合，椭圆的长、短轴方向能够指示裂缝的走向和地层的各向异性强度。

根据 Mitchell等提出的计算地震信号能量衰减的EAA技术，地震波在传播过程中的表达式为：

A=A0e-αxei(krx±ω t)

(1)

式中：kr=k-iα，k是复数；α是信号的衰减系数。

利用地震波信号的能量计算频率衰减梯度的算法是：首先对每一道的地震记录做时频分析，在时频剖面上把每个时间样点处局部频率中的最大能量频率当作初始的衰减频率，再计算过总能量65%以及85%两点的斜线斜率，该斜率即为频率衰减梯度(如图1所示)，其数学表达式为公式(2)。该方法在地震资料信噪比较高或地震资料的频谱比较简单时，可以较好的反映频率的衰减特征[12]。

(2)

式中：Y-85和f-85代表能量衰减到85%时对应的能量和频率，Y-65和f-65代表能量衰减到65%时对应的能量和频率。

图1　频率衰减梯度计算示意图

通过计算6个方位的地震数据的频率衰减梯度，然后采用最小二乘法进行椭圆拟合，预测了研究区裂缝的走向和地层的各向异性强度。在HTI介质中，地震波的衰减主要受裂缝中的流体物性的影响，以及裂缝密度的影响。因此，在含有相同流体的情况下，裂缝密度越大，衰减梯度越大；裂缝中含有流体时的衰减特征为：含气的衰减梯度大于含油的衰减梯度，含油的衰减梯度略大于含水的衰减梯度[13-15]。裂缝中流体物性和裂缝密度的综合响应表现为地层的各向异性强度。根据以上特点，利用衰减梯度进行椭圆拟合的长轴方向是衰减梯度大的方向，短轴方向是衰减梯度小的方向。由此可知，短轴的方向指示了裂缝的走向，而长轴的方向与裂缝的走向垂直。利用短轴与长轴的比率可以表征椭圆的扁度，比率越大代表椭圆越扁，即衰减越强，地层的各向异性越强。

2应用实例

2.1地质背景

迪北地区位于塔里木盆地库车山前带，该区受多期断裂作用，断块比较发育。自中生代以来，受北侧天山造山带向南的强烈逆冲推覆作用，地块整体向南倾斜，现今表现为斜坡构造形态(如图2所示)。综合分析野外露头、钻井岩心、测井资料认识到：迪北地区侏罗系阿合组为辫状河三角洲平原和前缘亚相沉积的地层；阿合组岩性表现为致密砂岩特征，其基质孔隙度主要分布区间为4%～8%，平均值为5.89%，基质渗透率主要分布于(0.1～1)×10-3μm2，中值为0.699×10-3μm2。阿合组气藏气水倒置、压力异常、顶底板封盖强，表现出致密砂岩气藏的特征[16]。通过钻井产能与储层特征的对比表明：天然气产能高的井裂缝型储层非常发育，天然气产能低或者无产能的井，裂缝型储层不发育。因此在致密砂岩中寻找裂缝型储层，是研究区钻井获得高产的必要条件。

图2　迪北地区地质结构剖面

2.2分方位地震数据优选

为了满足裂缝型储层预测的需要，对研究区采用了全方位采集的观测系统，采集的地震资料应用了OVT处理流程进行处理。由于利用分方位地震数据进行裂缝预测，必须要保证各个方位角的地震数据体的能量是均衡的，从而减少由地震数据方位覆盖次数不均匀而带来的各向异性差异，导致预测结果不准[17]。OVT处理流程的优势是保证了各个方位的地震数据都按照相同的处理参数和流程进行处理，使得数据的保真度高、均衡性强。但是由于观测系统的原因，不同方位的偏移距是不一致的，从而导致不同方位数据叠加的时候，能量不均衡。因此在对OVT螺旋道集数据进行分方位叠加之前，首先必须进行偏移距、方位角以及覆盖次数等之间的关系分析，然后根据分析结果优选合适的偏移距、方位角范围进行数据叠加，这样才能保证在有一定信噪比的基础上尽可能多的划分方位角，并且保证各个方位角数据的能量均衡，从而在基础资料方面消除影响裂缝预测结果的因素[18]。对OVT螺旋道集数据的优选工作主要是应用自主研发的EASYTRACK软件进行偏移距、方位角与各向异性之间的关系分析，以及与覆盖次数之间的关系分析，从而为叠加分方位数据提供支持。通过试验分析，优选了偏移距和方位角的范围进行叠加，保证了不同方位地震数据的能量均衡(如表1所示)。

2.3各向异性裂缝预测

在保证分方位地震数据均匀对称的基础上，对不同方位的地震数据进行时频分析。图3为研究区过W4井的不同方位的瞬时频率剖面，图中蓝色代表高频，红色代表低频。结合断裂系统对比分析表明：裂缝分布对频率的衰减特征明显，平行于区域断裂方向的剖面表现为相对高频特征，而垂直于区域断裂走向的剖面表现为相对低频特征。根据研究区目的层厚度和速度规律，确定分析时窗为30 ms，计算了目的层的频率衰减梯度，然后利用最小二乘法进行椭圆拟合，预测裂缝的方向和地层的各向异性强度。对于预测结果，利用了区域构造特征、应力特征、钻井揭示的裂缝方向等来验证预测的可靠性。

表1　方位角、偏移距与覆盖次数关系表

图3　过W4井的不同方位的瞬时频率剖面对比图

利用频率衰减梯度进行各向异性裂缝预测，预测的裂缝型储层发育规律可靠性较高，主要表现在三个方面：第一个方面，预测的裂缝走向和裂缝分布密度与研究区应力场的分布规律(如图4所示，红色到绿色渐变代表应力由强变弱)较为吻合：应力强的地方裂缝发育密度大。第二个方面，预测的裂缝密度和方向符合构造学原理。构造研究表明：研究区整体表现为一个南倾的斜坡，受几组走滑断裂分割为几个断块，并在W3井附近存在一个构造高部位。根据构造学的理论，在挤压应力背景下构造高部位曲率大的地方，张性裂缝较为发育，且裂缝发育方向与挤压应力方向近于垂直；在断裂附近构造缝较为发育，且与断裂走向呈一定夹角。本区的挤压应力方向为近南北向，断裂走向为近东西向，因此预测在构造高部位裂缝密度大，且裂缝的主方向为近东西向，在断裂附近裂缝密度大，且裂缝的主方向为北东南西走向，符合地质规律(如图5所示)。第三个方面，预测的裂缝方向与研究区钻井的成像测井预测的方向一致。例如：W1井高精度成像测井表明发育两组小角度相交的主方向为近东西走向的裂缝，W2井高精度成像测井表明发育两组几乎正交的裂缝，主方向为北东—南西走向，各向异性裂缝预测的裂缝方向与成像测井揭示的裂缝方向完全一致(如图6、图7所示)。

通过把裂缝预测成果、油气检测成果和地质分析成果相结合，在库车东部迪北地区的裂缝预测与已钻井实际情况吻合率达到90%，对新部署的3口正钻井的预测吻合率达到100%。以此为依据确定了该区储量计算的相关技术参数，提供凝析气控制地质储量数百亿方；并且总结了该区的开发评价井位优选原则，提供了4口开发评价井位建议。

图4　迪北地区应力场预测平面图

图5　迪北地区侏罗系阿合组裂缝预测平面图与断裂系统叠合图

图6　W1井成像测井裂缝方向(左) 与W1井区裂缝预测平面图(右)

图7　W2井成像测井裂缝方向(左) 与W2井区裂缝预测平面图(右)

3结论与认识

通过利用全方位OVT地震数据进行基于频率衰减梯度的各向异性裂缝预测认识到，做好以下三个方面对于各向异性裂缝预测非常重要：第一，在进行采集观测系统设计的时候，应该充分考虑数据在不同方位上的对称性和均匀性；第二，在全方位OVT地震数据在进行处理的过程中，必须进行数据规则化处理，更好地提高地震数据的均匀性；第三，在利用全方位OVT地震数据进行分方位地震属性各向异性裂缝预测之前，必须进行偏移距、方位角、覆盖次数与各向异性关系的验证分析，从而保证分方位地震数据的均匀性。

对本区的裂缝预测研究表明：频率衰减梯度属性适合于气藏区的裂缝预测，预测的裂缝方向和地层各向异性强度能较好地符合地质规律。

参考文献

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