各向異性強度屬性在西南莊潛山縫洞儲層預測中的應用

李佳+陳志剛+陳紅霞+馬輝

摘 要：西南莊潛山位于南堡凹陷的北部，西南莊斷層的上升盤，是前第三系的中、古生界潛山，目前在古生界的毛莊組、府君山組獲得了油氣。鉆井揭示主要儲層為裂縫孔隙型、裂縫型儲層。由于埋深、地表條件等因素的影響，地震資料品質較差，分辨率較低，儲層特征在地震剖面上沒有明顯的響應，在平面上，儲層分布規律不清，制約了西南莊潛山的油氣增儲和上產。本文詳細描述了運用疊后地震資料進行縫洞型儲層預測的方法流程，首先利用分方位曲率及地震和測井玫瑰圖進行分方位裂縫預測，優選主要方位進行螞蟻追蹤細化，然后利用各向異性強度屬性進行縫洞儲層預測，最后將裂縫預測與縫洞預測結果進行疊合，從而定性確定兩類儲層及非儲層的發育區。

關鍵詞：西南莊潛山；縫洞預測；裂縫預測；分方位曲率；玫瑰圖；各向異性強度

中圖分類號： P618 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）28-143-4

0 引言

西南莊潛山位于南堡凹陷的北部，西南莊斷層的上升盤；由于次級斷層的分割形成一系列的前第三系斷塊潛山，鉆井井主要分布于斷塊的高部位，臨近西南莊斷層（圖1）。主要出油層系為古生界的寒武系毛莊組及府君山組，元古界青白口系、太古界花崗巖及古生界奧陶系及中生界的侏羅系都有不同級別的油氣顯示。

主要出油層段之一的府君山組主要為開闊海潮下低能環境的碳酸鹽巖沉積，以石灰巖為主，主要發育泥晶石灰巖、粉晶石灰巖、云斑石灰巖、白云質石灰巖、粉細晶白云巖等；另一個主要出油層段毛莊組主要潮坪沉積，發育云灰泥坪、泥灰坪等沉積相帶，鉆井揭示在頂部發育了一套鮞狀灰巖，向下為紫紅色頁巖及黏土巖、灰巖、白云質灰巖、白云巖。鉆井解釋府君山組和毛莊組的主要儲層為碳酸鹽巖網狀縫、角礫間溶孔，按照儲層類型及日產液量等因素，將儲層劃分為三種類型。一類儲層為高孔隙度的孔隙型和裂縫孔隙型，日產液量大于3/t/d/m；二類儲層為裂縫孔隙型和裂縫型，日產液量大于2/t/d/m小于3/t/d/m；三類儲層裂縫孔隙型、裂縫型和特低孔隙度的孔隙型，日產液小于2/t/d/m。

受制于縫洞型碳酸鹽巖儲層的規模，各向異性等因素的影響，利用地震資料進行碳酸鹽巖儲層預測一直是石油勘探和開發的一大難點。近年來地震資料的“兩寬一高”采集，使很多地區的地震資料得以改善，在碳酸鹽巖儲層預測方面也取得了較好的進展。但由于本區地震資料為2003年采集，受制于復雜的地表條件（建筑物、蝦池、鹽池等）、成本等因素的影響，尚沒有進行“兩寬一高”采集，地震資料分辨率低，品質較差，利用地震資料進行儲層預測也受到了一定的限制，裂縫和孔隙型儲層在平面的展布不清楚，制約了本區的增儲上產。難點主要有以下幾個方面：

①地震資料主頻低，僅有20Hz，縱向分辨率低，府君山組和毛莊組地層層速度約為5500m/s，按照四分之一波長計算，地震縱向分辨率約為70m，而鉆井揭示本區縫洞儲層縱向厚度最大不到30m，因此地震資料縱向上無法區分儲層。

②地震資料并沒有因為目的層含有裂縫或油氣而產生明顯的地震響應異常。雖然從鉆井上統計，含油氣的鉆井目的層速度為5000-5300m/s左右，而不含油氣的鉆井目的層層速度為6000-6700m/s左右，即含有油氣的地層層速度明顯偏低，但受地震資料保幅處理程度的限制，地震資料沒有明顯的能量或其他異常。如圖2所示，1井、2井、3井都鉆遇角礫間孔洞，3井比1井、2井發育程度較弱，1井、2井為油氣井，3井為干井，地震剖面上3口鉆井沒有明顯地震響應異常，且地震響應特征相似，因此常規屬性無法區分。

③從多口鉆井的聲波、密度及自然伽瑪等進行交匯分析，儲層段和圍巖之間不能明顯的區分，如圖2所示，含油儲層與圍巖之間無論自然伽瑪、電阻率、聲波都混淆在一起無法區分，因此不能利用波阻抗反演進行平面的儲層預測。

為此，探索新的縫洞儲層預測方法不僅對本區科學合理的滾動勘探、開發工作具有實際指導意義，而且還對其他地區同類或類似地質目標的勘探、開發具有技術推廣價值。

1 各向異性強度屬性技術原理

各向異性強度屬性是在三維地震體曲率計算的基礎上，進一步計算得到的。在利用疊后地震數據提取的幾何屬性中，體曲率的應用前景光明，允許我們勾勒裂縫和斷層。雖然裂縫和曲率之間的關系非常復雜，許多研究已經論述了開放的裂縫與強烈的構造變形相關。Hart（2002）和Nelson（2001）研究表明致密砂巖中開放裂縫與撓曲相關。Narhari等人（2009）通過成像測井發現了曲率與天然裂縫直接的關系。Arasu等人（2010）用Schmidt圖表推導出了估算一個給定方位角的裂縫甜點的螞蟻追蹤的算法。郭等人（2010）年觀察到在Woodford頁巖中高產的鉆井與最負主曲率K2表現出的構造低相關。Hennings等人（2000）發現了在北落基山露頭的Frontier組地層測量的天然裂縫與古應力（通過古構造重構估算）和現今的曲率高度相關。以上的實例都表明，體曲率與裂縫之間關系非常密切。自2009年開始，地球物理學家開始研究流體和地震體曲率之間的關系。Nissen（2009）等人，在美國堪薩斯州的Dickman油田的研究中，發現流體與鉆井到曲率圖上最近的裂縫異常的距離有很近的相關性，即隨著到最近的北西向裂縫的距離的增加，水產量下降了，表明北西向裂縫是開放的，油氣產量隨著到北東向裂縫距離的增加而增加，表明這些裂縫是封閉的，這些都被附近水平井所證明。根據以上的實例，Zhangkui，Marfurt等人（2011）提出了各向異性強度屬性，它是基于兩個假設：①流體產量是來自附近全部裂縫流體的總和而不僅局限在最近的裂縫，即對于一個具體的點，附近所有的裂縫都對流體流有貢獻。②裂縫強度與曲率值成正比。

各向異性強度屬性的計算流程如圖4所示，主要包括以下幾個過程：

①對地震數據進行多窗口傾角掃描，從而計算出主測線方向和聯絡測線方向的傾角，利用兩個方向的傾角數據體進行曲率計算，得到各種曲率，包括最大曲率、最小曲率，最正曲率、最負曲率等。

②對最負曲率進行比例化。如圖5所示，選定較低的門檻值klower和較高的門檻值kupper，曲率值小于klower的部分設定加權值為1.0，曲率值大于kupper的部分設定加權值為0，中間值通過線性內插設定對應的加權值。這樣做的目的是在最負曲率體中能夠更加凸顯裂縫。

③對最負曲率進行分方位濾波，得到不同方位角的曲率子體。當|k2|>|k1|，裂縫的走向是最大曲率的方位角，當|k2|≤

|k1|，裂縫的走向是最小曲率的方位角，這里k1 是最正曲率，k2是最負曲率。

④將步驟3得到的不同方位角的子體與1/r褶積，這里r是任一點到附近裂縫距離。這種方式是基于Nissen等人2009年提出的統計相關，即在平層中直井或斷面內外流體流的格林函數可以簡單地看作1/r，這里r是徑向的距離r=（x2+y2）1/2，1/r可以看作如圖6 所示的脈沖響應。

2 技術應用效果

各向異性強度屬性是在體曲率屬性的基礎上進一步計算的，因此物理意義存在多樣性，取決于曲率本身預測出的地質體的物理意義。如果曲率屬性表現的地質體是裂縫，則各向異性強度反映的也是裂縫，并且是與油氣產量相關的裂縫。本區的曲率屬性反映的地質體是微斷層或裂縫，而本區的孔洞儲層主要是角礫孔洞，是由于裂縫作用在裂縫所分割的角礫之間經過溶蝕等作用形成，因此洞與縫具有相關性，并且產能與縫洞型儲層在本區具有較好的相關性，因此可以利用各項強度異性屬性預測開啟的裂縫發育帶及縫洞發育帶。主要研究思路為，首先通過歐拉曲率及玫瑰圖等屬性或因素確定裂縫的發育方向，然后優選主要的發育方向進行螞蟻追蹤而得到細化的裂縫發育圖，最后利用各向異性屬性預測縫洞發育帶并疊合螞蟻追蹤的結果定性預測儲層并進行分類。

確定裂縫方向。圖7是毛莊組利用曲率計算得到的玫瑰圖，可以直觀地反映裂縫的發育方向，證明本區的裂縫主要發育方向為北東向和北西向兩組方向，玫瑰圖上疊合了2口鉆井的玫瑰圖，與地震預測的玫瑰圖吻合，證明裂縫方向預測的可靠性。

歐拉曲率是一種分方位的曲率，圖8是主要目地層毛莊組不同方位的歐拉曲率，分別是0度、45度、90度和135度的曲率，圖中暖色調表示不同方位下發育的裂縫，也可以看出，本區的裂縫發育方向主要有兩組，一組為近北東向展布的裂縫，一組為近北西向展布的裂縫。

進一步，優選北東向展布和北西向展布的裂縫進行螞蟻追蹤，從而對北東向展布的裂縫進行細化，圖9為螞蟻追蹤的結果，兩組裂縫更加清晰，并且北東向展布的裂縫明顯多于北西向展布的裂縫，因此北東向是本區裂縫發育的主要方向。

縫洞儲層綜合預測。

在確定了主要裂縫為北東向展布后，利用各向異性強度屬性預測北東向的縫洞復合體，圖10b為連井的各向異性強度屬性剖面，其中B井具有成像測井資料，從成像測井看，具有明顯的縫洞體，在地震剖面上對應高值區（暖色調），即鉆井結果與預測結果相吻合。圖10a是各向異性強度的毛莊組平面圖，暖色調表示縫洞體的發育區。

進一步，將各向異性強度與螞蟻追蹤的曲率相疊合（圖11a），可以直觀地反映裂縫儲層發育區和縫洞儲層發育區，曲率和各向異性強度同是高值的地區，為縫洞型儲層；曲率為高值而各向異性強度為低值的地區，為裂縫型儲層，由于各向異性強度屬性是與產量相關的屬性，因此認為上述裂縫發育區裂縫開啟程度較差；曲率和各向異性強度屬性同是低值的地區，儲層不發育，為非儲層。圖11a中3口鉆井的成像測井可以看出，A井毛莊組裂縫比較發育，B井和C井縫洞比較發育，與預測結果相吻合。的按照上述三種類型，進一步將圖11a轉化為儲層類型圖，見圖11b，縫洞發育區為I類儲層，約占全區30%；裂縫發育區為II類儲層，約占全區60%；非儲層約占10%。

3 結束語

各向異性強度屬性是近一兩年出現的一項新的技術，目前還存在一定局限性：

①各向異性強度屬性的具有兩個假設條件，一是流體產量是來自附近全部裂縫流體的總和而不僅局限在最近的裂縫，即對于一個具體的點，附近所有的裂縫都對流體流有貢獻，二是裂縫強度與曲率值成正比。假設條件不一定適用于所有地區。②各向異性強度屬性是在曲率的基礎上計算的，本意是預測與產量相關的裂縫發育帶，預測的前提是曲率屬性所反映的地質體是裂縫，而在實際的工作下，曲率除了反映裂縫外，還會反映其他地質現象，比如火山口、鹽丘等，如果有這些地質現象存在，各向異性強度屬性必將其計算在內，對裂縫預測造成影響。因此在利用各向異性強度屬性預測裂縫的過程中，要根據不同地區，針對不同情況加以區分，具體問題具體分析。

參 考 文 獻

[1] Chopra， S.， and K. J. Marfurt， 2007， Seismic attributes for prospect identification and reservoir characterization： SEG.

[2] Goebel， E. D.， 1966， Stratigraphy of Mississippian rocks in western Kansas： Ph. D dissertation， University of Kansas， Lawrence.

[3] Hart， B. S.， R. A. Pearson， and G. C. Rawling， 2002， 3-D seismic horizon-based approaches to fracture-swarm