共反射角道集數(shù)據(jù)在碳酸鹽巖裂縫研究中的應(yīng)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(shù)據(jù)在碳酸鹽巖裂縫研究中的應(yīng)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(qū)奧陶系碳酸鹽巖是油田儲量增長和產(chǎn)能建設(shè)的主要領(lǐng)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(guān)重要的作用。然而前期研究中，應(yīng)用常規(guī)處理數(shù)據(jù)的疊前裂縫預(yù)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(fā)的需求。這里系統(tǒng)地分析了常規(guī)處理地震數(shù)據(jù)在方位各向異性分析方面的特點(diǎn)，闡述如何應(yīng)用共反射角道集深入開展方位各向異性疊前裂縫預(yù)測研究，優(yōu)化共反射角道集數(shù)據(jù)偏移距或入射角，優(yōu)選各方位覆蓋次數(shù)均勻且能真實(shí)反映地層各向異性特征的數(shù)據(jù)，提高橢圓擬合結(jié)果的收斂性，最終提高裂縫預(yù)測精度。實(shí)踐表明，共反射角道集數(shù)據(jù)在碳酸鹽巖裂縫研究中的應(yīng)用效果明顯，可為開發(fā)區(qū)塊高效井組的布設(shè)提供可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：碳酸鹽巖儲層； 共反射角道集； 疊前裂縫預(yù)測； 方位各向異性； 可信度分析

0引言

塔里木盆地塔北地區(qū)奧陶系儲層發(fā)育，地層老[1-2]、埋藏深(約7 000 m)，非均質(zhì)性強(qiáng)，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(zhì)孔不發(fā)育，可見微裂縫、孔洞(圖1)。隨著勘探開發(fā)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(fā)的主要研究目標(biāo)。但是縫洞體系的連通性不明確等問題，嚴(yán)重制約著高效井組布設(shè)。由于基礎(chǔ)地震數(shù)據(jù)等方面的原因，應(yīng)用常規(guī)處理地震數(shù)據(jù)的疊后、疊前裂縫預(yù)測難以完全滿足開發(fā)生產(chǎn)的需求。隨著采集、處理、解釋一體化技術(shù)的發(fā)展，處理技術(shù)不斷的成熟，處理成果含有常規(guī)三維地震數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，是三維地震采集時，檢波點(diǎn)接收到各個方向的地震波，每個點(diǎn)均含有偏移距和方位角信息。應(yīng)用共反射角道集數(shù)據(jù)更有利于開展方位各向異性裂縫預(yù)測研究。這里主要展開共反射角道集數(shù)據(jù)的解釋方法研究與應(yīng)用，充分挖掘地震數(shù)據(jù)信息，以解決高精度勘探開發(fā)中的難題。

圖1　哈拉哈塘地區(qū)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(diǎn)(CRP)道集全方位共反射點(diǎn)道集數(shù)據(jù)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(diǎn)道集全方位共反射點(diǎn)道集數(shù)據(jù)可視化圖；(b)CRP點(diǎn)螺旋道集波形顯示圖

1共反射角道集數(shù)據(jù)

目前針對共反射角道集數(shù)據(jù)的處理技術(shù)主要有真振幅共反射角疊前深度偏移處理技術(shù)和OVT域處理技術(shù)。段文勝[3]等人提出OVT螺旋道集是基于十字排列的細(xì)分、地面坐標(biāo)系及扇區(qū)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(qū)，是覆蓋整個工區(qū)的單次覆蓋數(shù)據(jù)體，但存在在復(fù)雜介質(zhì)中因地震波傳播的多路徑而存在地下反射位置不準(zhǔn)確的問題。全方位共反射角道集是基于地下成像點(diǎn)局部角度域坐標(biāo)系的共反射角疊前深度偏移成像技術(shù)[4]，坐標(biāo)系統(tǒng)是在地下極坐標(biāo)系統(tǒng)局部角度域，可以產(chǎn)生連續(xù)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(fù)雜區(qū)精確成像、AVA分析及保幅偏移成像研究的主要手段[4]。應(yīng)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(diǎn)的共反射角道集。共反射角道集數(shù)據(jù)含括了三維數(shù)據(jù)的全部信息(東西坐標(biāo)、南北坐標(biāo)、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(shù)據(jù)最真實(shí)的表現(xiàn)，更有利于裂縫預(yù)測和油氣檢測。

圖2(a)為某一共反射點(diǎn)(CRP)道集全方位共反射點(diǎn)道集數(shù)據(jù)變密度可視化圖，它包含了X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、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(lán)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(nèi)對應(yīng)的方位角(0°～360°)。

2問題分析與技術(shù)對策

2.1裂縫預(yù)測原理

20世紀(jì)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(chǎn)生的走時、振幅等信息差異。前人通過巖石物理模型實(shí)驗(yàn)研究結(jié)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(shí)驗(yàn)差異達(dá)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(biāo)定出來[7]。至今，裂縫預(yù)測理論較為成熟[8]，但在實(shí)際應(yīng)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(shù)據(jù)(或VVAZ信號：速度與方位角信息)畸變很嚴(yán)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(yù)測[10-11]研究，應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是分方位偏移處理疊加的地震數(shù)據(jù)，首先對研究區(qū)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行方位劃分，即以一定方位范圍為一個扇區(qū)，并將該扇區(qū)內(nèi)地震道抽取出來單獨(dú)進(jìn)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(qū)地震數(shù)據(jù)。對單一地震道，提取各個目的層一個點(diǎn)的屬性值，將所提取的各屬性值對應(yīng)到方位角極坐標(biāo)系統(tǒng)中，通過橢圓擬合的方式預(yù)測裂縫[12-13]。

2.2關(guān)鍵問題分析

方位各向異性疊前裂縫預(yù)測在哈拉哈塘地區(qū)的多年應(yīng)用[14]，在縫洞體系連通性分析方面發(fā)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(shù)據(jù)覆蓋次數(shù)均勻、各方位資料品質(zhì)高的全方位地震數(shù)據(jù)。

圖3(a)為哈拉哈塘地區(qū)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(shù)，同心圓周方向?yàn)榉轿唤牵霃椒较驗(yàn)槠凭嗷蛉肷浣?。常?guī)方法是對CMP道集進(jìn)行方位扇區(qū)劃分，并對每個扇區(qū)數(shù)據(jù)單獨(dú)進(jìn)行偏移處理與疊加，進(jìn)行橢圓擬合預(yù)測裂縫。結(jié)合以往從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備到橢圓擬合的總體流程認(rèn)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(qū)劃分的各個方位地震數(shù)據(jù)的覆蓋次數(shù)不均勻，存在地震采集方案本身在各方位所接收數(shù)據(jù)間的差異，而并非地下真實(shí)的各向異性信息；②應(yīng)用全炮檢距范圍的數(shù)據(jù)受近炮檢距數(shù)據(jù)強(qiáng)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(yuǎn)炮檢距地震資料品質(zhì)較差等影響，致使各個方位地震數(shù)據(jù)不能反映真實(shí)的地層各向異性特征；③方位扇區(qū)的劃分與橢圓預(yù)測原理存在一定矛盾，當(dāng)方位劃分少時，橢圓擬合結(jié)果的多解性大，而當(dāng)方位劃分多時，各方位覆蓋次數(shù)低，資料信噪比低，預(yù)測結(jié)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(yù)測結(jié)果。同時數(shù)據(jù)處理時各個方位扇區(qū)內(nèi)將全部炮檢距疊加成一個炮檢距值，并將單個方位扇區(qū)內(nèi)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(guān)鍵在于原始輸入地震數(shù)據(jù)，如何靈活應(yīng)用偏移距或入射角優(yōu)化，甚至是面元疊加等方式，合理選擇各方位覆蓋次數(shù)均勻，能真實(shí)反映各向異性特征的數(shù)據(jù)預(yù)測裂縫，是解決問題的關(guān)鍵。

圖3　某全方位三維區(qū)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(shù))；(b)常規(guī)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(yōu)化對比圖Fig．4　Offset optimization comparison chart based on common reflection angle gather data(a)優(yōu)化方案1；(b)優(yōu)化方案2；(c)優(yōu)化方案3

2.3技術(shù)對策與方法

針對目前基于常規(guī)分方位處理數(shù)據(jù)疊前裂縫預(yù)測存在的不足，這里著重滿足方位各向異性疊前裂縫預(yù)測對地震數(shù)據(jù)的高要求，首先要有效地對共反射角道集數(shù)據(jù)的偏移距進(jìn)行優(yōu)化，通過偏移距優(yōu)化甚至是超面元等方式實(shí)現(xiàn)(圖4)，圖4(a)～4(c)的上圖為一個CMP點(diǎn)的炮檢關(guān)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(diǎn)的橢圓擬合結(jié)果，紅色數(shù)據(jù)點(diǎn)為各個方位角所對應(yīng)的振幅屬性，到原點(diǎn)的距離表示強(qiáng)度。圖4(a)～4(c)分別為基于共反射角道集偏移距優(yōu)化方案的橢圓擬合結(jié)果，方案1為全方位扇區(qū)(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(jié)果不可信；方案2為全方位扇區(qū)(0°～360°)內(nèi)偏移距范圍取300 m ～6 375 m，分18個方位角扇區(qū)疊加，每個扇區(qū)方位角跨度20°，即0°～10°和350°～360°疊加為一個扇區(qū)，10°～20°和340°～350°疊加為一個扇區(qū)，以此類推(下同)，其振幅屬性分布相對聚焦，橢圓擬合結(jié)果可信度有所提升；方案3為全方位扇區(qū)(0°～360°)內(nèi)偏移距范圍取450 m～4 775 m，分18個方位角扇區(qū)疊加，每個扇區(qū)方位角跨度20°，振幅屬性分布聚焦，橢圓擬合結(jié)果可信度高。通過數(shù)個方案偏移距優(yōu)化后橢圓擬合對比，優(yōu)化共反射角道集偏移距進(jìn)一步提高橢圓擬合結(jié)果，旨在選擇各方位覆蓋次數(shù)均勻，能真實(shí)反映各向異性特征的數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)仍為共反射角道集)，使參與橢圓擬合的數(shù)據(jù)收斂[12-15]。具體的實(shí)現(xiàn)方法為，將360°方位角范圍優(yōu)化數(shù)個扇區(qū)，對每個扇區(qū)進(jìn)行方位角疊加，然后在全方位扇區(qū)內(nèi)優(yōu)化數(shù)個偏移距或入射角限區(qū)分別進(jìn)行疊加，或由地震數(shù)據(jù)處理人員根據(jù)最佳解釋方案對原始共反/入射角道集進(jìn)行抽道實(shí)現(xiàn)，即按照特定方位角扇區(qū)對特定的偏移距、入射角值或范圍進(jìn)行地震道抽取，最終形成一個超道的道集數(shù)據(jù)參與裂縫計算，其中，共反射角道集數(shù)據(jù)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(jìn)行優(yōu)化方法相同；其次通過可信度分析與質(zhì)量控制等手段，提高橢圓擬合的穩(wěn)定性，對擬合橢圓的離心率進(jìn)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(shí)際鉆井資料進(jìn)行交互式分析，使所擬合橢圓的長軸(利用振幅信息預(yù)測裂縫)與FMI成像測井結(jié)果的裂縫走向趨于一致，不斷提高裂縫預(yù)測精度，為縫洞體連通性分析提供可靠依據(jù)。

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

3應(yīng)用效果

以塔北地區(qū)某高密度全方位三維地震工區(qū)的應(yīng)用為例，研究區(qū)內(nèi)目的層為奧陶系一間房組，該層系縫洞型儲層發(fā)育，儲層地震特征為“串珠狀”反射特征。應(yīng)用表明，基于共反射角道集數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果比基于疊后裂縫預(yù)測結(jié)果所反映的細(xì)節(jié)更多，比疊前分方位裂縫預(yù)測結(jié)果所反映的區(qū)帶地質(zhì)規(guī)律性更清楚，反映細(xì)節(jié)更詳盡。其次應(yīng)用共反射角道集數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)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(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)，兩井所鉆遇縫洞體系相互獨(dú)立，且各自連通范圍有限。主要有三點(diǎn)依據(jù)：①圖7為W1井在W2井第一輪注水期間的油壓、產(chǎn)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(chǎn)油量趨勢平穩(wěn)；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(chǎn)狀態(tài)，W1井電泵生產(chǎn)，W2井抽油機(jī)生產(chǎn)，油壓低，分別為0.62 MPa和0 MPa，整體能量弱，均表現(xiàn)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(zhì)性碳酸鹽巖儲層特征一致。

圖5　W1井入射角優(yōu)化前后裂縫預(yù)測結(jié)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(jié)果對比；(c)與W1井交互分析前后裂縫預(yù)測結(jié)果對比

圖6　W1井區(qū)不同數(shù)據(jù)類型裂縫預(yù)測結(jié)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(guī)分方位疊前裂縫預(yù)測；(c)W1-W2共入射角道集疊前裂縫預(yù)測

圖7　W1井、W2井生產(chǎn)動態(tài)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(qū)基于多種不同方位角扇區(qū)劃分方案下偏移處理、疊加地震數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果與實(shí)鉆對比統(tǒng)計，常規(guī)分6個方位處理數(shù)據(jù)(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(nèi))的預(yù)測符合率為54.5%，常規(guī)分18個方位處理數(shù)據(jù)(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(nèi))的符合率為67%，共反射角道集數(shù)據(jù)的吻合率為75%，符合率有明顯提高。在中古8地區(qū)奧陶系良里塔格組應(yīng)用效明顯，共反射角道集數(shù)據(jù)的預(yù)測符合率為75%，分方位地震數(shù)據(jù)預(yù)測結(jié)果與實(shí)鉆的符合度為50%，明顯高于分方位數(shù)據(jù)的預(yù)測符合率，說明共反射角道集數(shù)據(jù)預(yù)測結(jié)果要優(yōu)于分方位數(shù)據(jù)預(yù)測結(jié)果，可有效地提高裂縫預(yù)測的精度。

4認(rèn)識與結(jié)論

綜上所述，基于共反射角道集數(shù)據(jù)的預(yù)測裂縫效果最好，通過在哈拉哈塘地區(qū)的應(yīng)用，有效地輔助對大型縫洞集合體的連通性靜態(tài)雕刻，刻畫相同地質(zhì)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(jié)果更可靠，為高效井位部署、高效開發(fā)油藏提供可靠依據(jù)。具體表現(xiàn)在幾個方面：①共反射角道集數(shù)據(jù)可較好挖掘全方位資料的優(yōu)勢，有利進(jìn)行裂縫預(yù)測；②通過EsayTrack解釋平臺，基于共反射角道集數(shù)據(jù)的裂縫預(yù)測，可通過可信度分析與質(zhì)量控制，結(jié)合實(shí)鉆交互分析，走出純數(shù)學(xué)運(yùn)算的技術(shù)瓶頸，裂縫預(yù)測精度進(jìn)一步提高；③應(yīng)用共反射角道集數(shù)據(jù)預(yù)測裂縫，可更清楚地揭示地質(zhì)規(guī)律，單井裂縫預(yù)測與實(shí)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(lǐng)導(dǎo)的指導(dǎo)，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(xiàn)標(biāo)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(zhì)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