共反射角道集數據在碳酸鹽巖裂縫研究中的應用

李相文， 劉永雷， 安海亭， 李海銀， 但光箭， 張亮亮

(東方地球物理公司研究院 庫爾勒分院，庫爾勒　841000)

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共反射角道集數據在碳酸鹽巖裂縫研究中的應用

李相文， 劉永雷， 安海亭， 李海銀， 但光箭， 張亮亮

(東方地球物理公司研究院 庫爾勒分院，庫爾勒841000)

摘要：塔里木盆地塔北、塔中地區奧陶系碳酸鹽巖是油田儲量增長和產能建設的主要領域，縫洞體系連通性分析以及含油氣分析在高效井位部署中起著至關重要的作用。然而前期研究中，應用常規處理數據的疊前裂縫預測及油氣檢測成果符合率整體偏低，不能完全滿足油田高精度勘探開發的需求。這里系統地分析了常規處理地震數據在方位各向異性分析方面的特點，闡述如何應用共反射角道集深入開展方位各向異性疊前裂縫預測研究，優化共反射角道集數據偏移距或入射角，優選各方位覆蓋次數均勻且能真實反映地層各向異性特征的數據，提高橢圓擬合結果的收斂性，最終提高裂縫預測精度。實踐表明，共反射角道集數據在碳酸鹽巖裂縫研究中的應用效果明顯，可為開發區塊高效井組的布設提供可靠依據。

關鍵詞：碳酸鹽巖儲層； 共反射角道集； 疊前裂縫預測； 方位各向異性； 可信度分析

0引言

塔里木盆地塔北地區奧陶系儲層發育，地層老[1-2]、埋藏深(約7 000 m)，非均質性強，主要可以歸納為3種類型，即孔洞型、裂縫型及孔洞-裂縫型，其基質孔不發育，可見微裂縫、孔洞(圖1)。隨著勘探開發的深入，由裂縫溝通的大型縫洞集合體成為高精度勘探開發的主要研究目標。但是縫洞體系的連通性不明確等問題，嚴重制約著高效井組布設。由于基礎地震數據等方面的原因，應用常規處理地震數據的疊后、疊前裂縫預測難以完全滿足開發生產的需求。隨著采集、處理、解釋一體化技術的發展，處理技術不斷的成熟，處理成果含有常規三維地震數據空間位置與振幅、頻率等信息，同時含有偏移距信息和方位角信息，即共反射角道集數據，是三維地震采集時，檢波點接收到各個方向的地震波，每個點均含有偏移距和方位角信息。應用共反射角道集數據更有利于開展方位各向異性裂縫預測研究。這里主要展開共反射角道集數據的解釋方法研究與應用，充分挖掘地震數據信息，以解決高精度勘探開發中的難題。

圖1　哈拉哈塘地區某井TO2y巖心特征Fig．1　TO2y core features of a well in Halahatang area

圖2　某一共反射點(CRP)道集全方位共反射點道集數據變密度可視化圖與該CRP的螺旋道集(共反射道集或共炮檢距道集)顯示方式Fig．2　A common angle reflection point (CRP) gather data variable density view and a set of spiral gathers of the CRP (a)CRP點道集全方位共反射點道集數據可視化圖；(b)CRP點螺旋道集波形顯示圖

1共反射角道集數據

目前針對共反射角道集數據的處理技術主要有真振幅共反射角疊前深度偏移處理技術和OVT域處理技術。段文勝[3]等人提出OVT螺旋道集是基于十字排列的細分、地面坐標系及扇區劃分的集合，由具有大致相同的炮檢距和方位角的地震道組成，可延伸到整個工區，是覆蓋整個工區的單次覆蓋數據體，但存在在復雜介質中因地震波傳播的多路徑而存在地下反射位置不準確的問題。全方位共反射角道集是基于地下成像點局部角度域坐標系的共反射角疊前深度偏移成像技術[4]，坐標系統是在地下極坐標系統局部角度域，可以產生連續方式的全方位共反射角道集和共傾角道集，能克服上述OVT域處理的缺陷而成為復雜區精確成像、AVA分析及保幅偏移成像研究的主要手段[4]。應用中的共反射角道集是取一定反射角范圍值作為一個共反射值寫入道頭，如入射角[0，1)度取值為1度，[1，2) 度取值為2度，[2，3) 度取值為3度，依此類推，取全所有反射角范圍形成一個CRP點的共反射角道集。共反射角道集數據含括了三維數據的全部信息(東西坐標、南北坐標、深度和振幅)，同時保留有振幅與方位角(AVAZ)信息和振幅與入射角(AVA)信息，道集資料保幅性更好，是地震數據最真實的表現，更有利于裂縫預測和油氣檢測。

圖2(a)為某一共反射點(CRP)道集全方位共反射點道集數據變密度可視化圖，它包含了X坐標、Y坐標、時間或深度、炮檢距、方位角等五維信息；圖2(b)為該CRP的螺旋道集(共反射道集或共炮檢距道集)顯示方式，藍色線為不同入射角或炮檢距分布曲線，紅色線為某一入射角或炮檢距范圍內對應的方位角(0°～360°)。

2問題分析與技術對策

2.1裂縫預測原理

20世紀90年代以來，興起了利用P波各向異性檢測裂縫的熱潮[5]，研究的是地震縱波各個方位的地震波時所產生的走時、振幅等信息差異。前人通過巖石物理模型實驗研究結果表明，地震P波沿垂直于裂縫方向的傳播速度小于沿平行于裂縫方向的傳播速度，實驗差異達18%～19%[6]。地震屬性中對裂隙比較敏感的屬性有方位振幅、方位層速度、方位AVO/FVO梯度、方位頻率等，并且提出裂縫的密度可以標定出來[7]。至今，裂縫預測理論較為成熟[8]，但在實際應用中同樣存在很多問題。2011年HERBERT SWAN[9]的研究表明由于近地表各向異性的存在，目的層反射波的旅行時數據(或VVAZ信號：速度與方位角信息)畸變很嚴重，但是對目的層反射波的AVAZ信號的影響是可以忽略的。

前期方位各向異性疊前裂縫預測[10-11]研究，應用的基礎數據是分方位偏移處理疊加的地震數據，首先對研究區地震數據進行方位劃分，即以一定方位范圍為一個扇區，并將該扇區內地震道抽取出來單獨進行偏移處理，最終方位角信息疊加處理為同一方位角值，可劃分多個方位扇區地震數據。對單一地震道，提取各個目的層一個點的屬性值，將所提取的各屬性值對應到方位角極坐標系統中，通過橢圓擬合的方式預測裂縫[12-13]。

2.2關鍵問題分析

方位各向異性疊前裂縫預測在哈拉哈塘地區的多年應用[14]，在縫洞體系連通性分析方面發揮著重要重用。但是方位各向異性裂縫檢測方法對于原始輸入地震資料有非常高的要求，即需要各方位數據覆蓋次數均勻、各方位資料品質高的全方位地震數據。

圖3(a)為哈拉哈塘地區某高密度全方位地震面元屬性圖，不同顏色代表不同覆蓋次數，同心圓周方向為方位角，半徑方向為偏移距或入射角。常規方法是對CMP道集進行方位扇區劃分，并對每個扇區數據單獨進行偏移處理與疊加，進行橢圓擬合預測裂縫。結合以往從基礎數據準備到橢圓擬合的總體流程認為分方位處理存在幾方面的不足(圖3b，圖3c)：①直接方位扇區劃分的各個方位地震數據的覆蓋次數不均勻，存在地震采集方案本身在各方位所接收數據間的差異，而并非地下真實的各向異性信息；②應用全炮檢距范圍的數據受近炮檢距數據強能量(對于7000m 埋深的地層，近炮檢距(入射角很小)地震道可以等價于自激自收，各向異性非常弱甚至沒有各向異性)和遠炮檢距地震資料品質較差等影響，致使各個方位地震數據不能反映真實的地層各向異性特征；③方位扇區的劃分與橢圓預測原理存在一定矛盾，當方位劃分少時，橢圓擬合結果的多解性大，而當方位劃分多時，各方位覆蓋次數低，資料信噪比低，預測結果可信度低；④分方位處理過程中，方位劃分是不可逆的過程，劃分方案是否合適直接影響裂縫預測結果。同時數據處理時各個方位扇區內將全部炮檢距疊加成一個炮檢距值，并將單個方位扇區內的方位角信息疊加成一個方位角值，疊加過程中損失掉大量炮檢距和方位角信息。

因此方位各向異性裂縫檢測的關鍵在于原始輸入地震數據，如何靈活應用偏移距或入射角優化，甚至是面元疊加等方式，合理選擇各方位覆蓋次數均勻，能真實反映各向異性特征的數據預測裂縫，是解決問題的關鍵。

圖3　某全方位三維區地震面元屬性與方位劃分示意圖Fig．3　The surface element attribute graph and azimuth angle dividing diagram of a full azimuth seismic area(a)面元屬性圖(顏色為覆蓋次數)；(b)常規處理方位劃分示意圖；(c)橢圓擬合示意圖

圖4　基于共反射角道集偏移距優化對比圖Fig．4　Offset optimization comparison chart based on common reflection angle gather data(a)優化方案1；(b)優化方案2；(c)優化方案3

2.3技術對策與方法

針對目前基于常規分方位處理數據疊前裂縫預測存在的不足，這里著重滿足方位各向異性疊前裂縫預測對地震數據的高要求，首先要有效地對共反射角道集數據的偏移距進行優化，通過偏移距優化甚至是超面元等方式實現(圖4)，圖4(a)～4(c)的上圖為一個CMP點的炮檢關系分布圖，黃色范圍為選擇的方位角與偏移距范圍，圖4(a)～4(c)的下圖為該CMP點的橢圓擬合結果，紅色數據點為各個方位角所對應的振幅屬性，到原點的距離表示強度。圖4(a)～4(c)分別為基于共反射角道集偏移距優化方案的橢圓擬合結果，方案1為全方位扇區(0°～360°)全偏移距(0 m～6 375 m)，沒有方位角疊加，振幅屬性分布非常離散，橢圓擬合結果不可信；方案2為全方位扇區(0°～360°)內偏移距范圍取300 m ～6 375 m，分18個方位角扇區疊加，每個扇區方位角跨度20°，即0°～10°和350°～360°疊加為一個扇區，10°～20°和340°～350°疊加為一個扇區，以此類推(下同)，其振幅屬性分布相對聚焦，橢圓擬合結果可信度有所提升；方案3為全方位扇區(0°～360°)內偏移距范圍取450 m～4 775 m，分18個方位角扇區疊加，每個扇區方位角跨度20°，振幅屬性分布聚焦，橢圓擬合結果可信度高。通過數個方案偏移距優化后橢圓擬合對比，優化共反射角道集偏移距進一步提高橢圓擬合結果，旨在選擇各方位覆蓋次數均勻，能真實反映各向異性特征的數據(數據仍為共反射角道集)，使參與橢圓擬合的數據收斂[12-15]。具體的實現方法為，將360°方位角范圍優化數個扇區，對每個扇區進行方位角疊加，然后在全方位扇區內優化數個偏移距或入射角限區分別進行疊加，或由地震數據處理人員根據最佳解釋方案對原始共反/入射角道集進行抽道實現，即按照特定方位角扇區對特定的偏移距、入射角值或范圍進行地震道抽取，最終形成一個超道的道集數據參與裂縫計算，其中，共反射角道集數據以及共入射角道集(如ES360蝸牛道集)的方位角和偏移距或入射角進行優化方法相同；其次通過可信度分析與質量控制等手段，提高橢圓擬合的穩定性，對擬合橢圓的離心率進行刻度，橢圓離心率(0～1)越大，同時擬合橢圓的解越少，則可信度越高；最后與實際鉆井資料進行交互式分析，使所擬合橢圓的長軸(利用振幅信息預測裂縫)與FMI成像測井結果的裂縫走向趨于一致，不斷提高裂縫預測精度，為縫洞體連通性分析提供可靠依據。

應用表明，利用共反射角道集數據預測裂縫表現出幾個方面的優勢：①相對于分方處理數據沒有方位角扇區人為劃分的概念，通過小方位角扇區疊加，偏移距或入射角優化并最終抽取有效數據，進而消除各個方位地震數據覆蓋次數不均勻的影響，較好地解決了方位劃分與橢圓預測原理之間的矛盾，在一定程度上舍去近偏移距強能量、弱各向異性的數據，突出地層真實的方位各向異性特征；②解釋平臺的交互分析與質量控制，更有利于與鉆井結果對比分析，提高裂縫預測結果的精度。以哈拉哈塘油田W1井為例，圖5為W1井優化前后裂縫預測結果對比圖，通過數據的優化、可信度分析與質量控制，預測結果明顯比應用全偏移距范圍內地震資料預測裂縫結果的精度要高：①優化前預測結果中南北向、東西向干擾得到有效消除；②W1單井處的預測方向與實鉆方向吻合。證明該方法可有效提高裂縫預測精度。

3應用效果

以塔北地區某高密度全方位三維地震工區的應用為例，研究區內目的層為奧陶系一間房組，該層系縫洞型儲層發育，儲層地震特征為“串珠狀”反射特征。應用表明，基于共反射角道集數據的預測結果比基于疊后裂縫預測結果所反映的細節更多，比疊前分方位裂縫預測結果所反映的區帶地質規律性更清楚，反映細節更詳盡。其次應用共反射角道集數據的預測結果更有利于縫洞體系連通性分析(圖6)。綜合分析W1與W2井的鉆井特征和生產動態數據，兩井所鉆遇縫洞體系相互獨立，且各自連通范圍有限。主要有三點依據：①圖7為W1井在W2井第一輪注水期間的油壓、產量局部放大圖，W2井注水期間，W1井無明顯干擾特征，油壓和日產油量趨勢平穩；②W1井原油密度為0.877g·cm-3/20℃，油氣比為0.785，H2S含量為16 300 ppm；為W2井原油密度為0.884 g·cm-3/20℃，油氣比為0.880，H2S含量為18 600 ppm～19 600 ppm，兩井的原油密度、氣油比、H2S量均不同；③目前兩井均處于注水替油的生產狀態，W1井電泵生產，W2井抽油機生產，油壓低，分別為0.62 MPa和0 MPa，整體能量弱，均表現為典型的定容型縫洞體，縫洞體系所連通的范圍有限，與非均質性碳酸鹽巖儲層特征一致。

圖5　W1井入射角優化前后裂縫預測結果對比圖Fig．5　W1 well fracture prediction results before and after incident angle optimization (a)W1井一間房組FMI測井解釋天然縫走向；(b)與W1井交互分析前后橢圓擬合結果對比；(c)與W1井交互分析前后裂縫預測結果對比

圖6　W1井區不同數據類型裂縫預測結果對比圖Fig．6　Fracture prediction results of different types of data in W1 well area(a)W1-W2疊后裂縫密度；(b)W1-W2常規分方位疊前裂縫預測；(c)W1-W2共入射角道集疊前裂縫預測

圖7　W1井、W2井生產動態資料干擾測試圖Fig．7　W1 well, W2 well production dynamic data interference test chart

同時，通過對哈7地區基于多種不同方位角扇區劃分方案下偏移處理、疊加地震數據的預測結果與實鉆對比統計，常規分6個方位處理數據(方位角30°一個方位，各方位間相互不重疊，180°到360°對稱到180°范圍內)的預測符合率為54.5%，常規分18個方位處理數據(方位角30°一個方位，各方位間相互重疊20°，180°到360°對稱到180°范圍內)的符合率為67%，共反射角道集數據的吻合率為75%，符合率有明顯提高。在中古8地區奧陶系良里塔格組應用效明顯，共反射角道集數據的預測符合率為75%，分方位地震數據預測結果與實鉆的符合度為50%，明顯高于分方位數據的預測符合率，說明共反射角道集數據預測結果要優于分方位數據預測結果，可有效地提高裂縫預測的精度。

4認識與結論

綜上所述，基于共反射角道集數據的預測裂縫效果最好，通過在哈拉哈塘地區的應用，有效地輔助對大型縫洞集合體的連通性靜態雕刻，刻畫相同地質成因圈定可能連通范圍，從而讓大型縫洞體“瘦身”，使連通性分析結果更可靠，為高效井位部署、高效開發油藏提供可靠依據。具體表現在幾個方面：①共反射角道集數據可較好挖掘全方位資料的優勢，有利進行裂縫預測；②通過EsayTrack解釋平臺，基于共反射角道集數據的裂縫預測，可通過可信度分析與質量控制，結合實鉆交互分析，走出純數學運算的技術瓶頸，裂縫預測精度進一步提高；③應用共反射角道集數據預測裂縫，可更清楚地揭示地質規律，單井裂縫預測與實鉆更符合，有利于提高碳酸鹽巖縫洞體系連通性分析。

致謝:

感謝東方地球物理公司各位領導的指導，以及庫爾勒分院的同事幫助，在此一并表示感謝！

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Application of full azimuth common reflection angle gather on the study of fractured carbonate reservoirs

LI Xiang-wen， LIU Yong-lei， AN Hai-ting， LI Hai-yin， DAN Guang-jian， ZHANG Liang-liang

(Research Institute Korla branch. BGP. CNPC, Korla841000, China)

Abstract:The Ordovician carbonate rocks in the northern Tarim basin is the main oil field production increase reserve, connectivity analysis and petroliferous analysis of the fissure cave system plays an important role in the efficient well deployment in. However, previous studies have shown that pre-stack fracture prediction and hydrocarbon detection effect in conventional processing of seismic data is not worked, which can't fully meet the high precision requirement of oil field exploration and exploitation. It explains how to apply the common reflection angle gather data in anisotropic pre-stack fracture prediction, optimal offset or angle of incidence of common reflection angle gather data, choose coverage relatively uniform and can reflect the anisotropy of formation characteristics of data, for improving the convergence of the ellipse, and finally to improve the accuracy of fracture prediction. Practice shows that the application effect of common reflection angle gather data in the study of fractured carbonate is clearly, and provides a reliable basis for deploying the efficient well group in developing block.

Key words:carbonate reservoir; common reflection angle gather; pre-stack fracture prediction; azimuthal anisotropy; reliability analysis

中圖分類號：P 631.4

文獻標志碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1001-1749.2016.01.13

文章編號：1001-1749(2016)01-0089-07

作者簡介：李相文(1984-)，男，工程師，主要從事碳酸鹽巖解釋的方法及地質綜合研究工作，E-mail：lxw8225755@163.com。

基金項目:國家科技重大專項(2011zx05019-005)

收稿日期：2014-09-23改回日期：2015-04-09