涇河油田長8致密油藏地震Likelihood裂縫預(yù)測

劉忠群, 秦 銳, 郝前勇, 吳錦偉

(中國石化華北油氣分公司 勘探開發(fā)研究院, 鄭州 450006)

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涇河油田長8致密油藏地震Likelihood裂縫預(yù)測

劉忠群, 秦 銳, 郝前勇, 吳錦偉

(中國石化華北油氣分公司 勘探開發(fā)研究院, 鄭州 450006)

預(yù)測鄂爾多斯盆地西南部涇河油田長8地層致密油藏裂縫發(fā)育特征。針對研究區(qū)裂縫具有小規(guī)模、弱信息、突變和線性展布發(fā)育的特點(diǎn)，采用Likelihood算法對裂縫進(jìn)行了預(yù)測和表征。研究表明：在垂直于裂縫方位的地震響應(yīng)異常最明顯，在確定裂縫方位和進(jìn)行疊前方位數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上采用Likelihood算法更加有效；在方位數(shù)據(jù)上提取的長8致密儲層裂縫分布預(yù)測成果精度高，其發(fā)育位置及特性與實(shí)鉆水平井鉆遇裂縫段顯示吻合度高。Likelihood算法是與研究區(qū)地質(zhì)特性相匹配的地震裂縫預(yù)測技術(shù)。

致密油藏；裂縫；各向異性；方位數(shù)據(jù)處理；Likelihood算法

利用三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行裂縫預(yù)測已成為研究的熱點(diǎn)之一[1-4]，美國科羅拉多礦業(yè)大學(xué)CWP課題組提出了Likelihood裂縫預(yù)測技術(shù)[5-6]，在指定的傾角、走向范圍內(nèi)計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)之間的相似性，通過相似性的截取獲得斷層及裂縫發(fā)育的可能性。在具有弱信息、突變和線性特性的表征上，對不同尺度斷裂邊界條件的精細(xì)刻畫方面，Likelihood裂縫預(yù)測技術(shù)優(yōu)于常規(guī)裂縫預(yù)測表征技術(shù)。

涇河油田位于鄂爾多斯盆地西南部，構(gòu)造上處于伊陜斜坡、渭北隆起和天環(huán)向斜結(jié)合部位，總體為東南高、西北低，局部發(fā)育小型鼻狀隆起及NEE向斷層。發(fā)育有三疊系延長組長6、長7和長8三套含油層，為典型巖性油藏，其中長8油層組為開發(fā)目的層[7]。2012年開始建產(chǎn)，主要采用水平井分段壓裂技術(shù)、彈性能量方式開發(fā)。長8儲層發(fā)育裂縫，裂縫是高產(chǎn)主控因素之一。

開發(fā)區(qū)內(nèi)全覆蓋采集了三維地震，面元采用20 m×20 m，168次疊加，采集方位比為0.51。由于地表為黃土塬地貌、高差起伏大、地表能量吸收嚴(yán)重，造成地震資料信噪比較低。為了精細(xì)預(yù)測儲層裂縫，在三維地震常規(guī)處理基礎(chǔ)上，有針對性地進(jìn)行了地震疊前方位數(shù)據(jù)處理和引進(jìn)了Likelihood算法，較好地預(yù)測了儲層裂縫分布，為開發(fā)井位部署提供了依據(jù)。

1 儲層特征

涇河油田長8段為辮狀河三角洲前緣沉積，沉積微相為水下分流河道、河口壩、分流間灣。儲層主要為分流河道砂體，巖性以細(xì)粒巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖為主，其中各種組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w)分別為：石英平均為40%，長石平均為28.5%，巖屑平均為28%；孔隙度(q)平均為10.6%，滲透率(K)平均為0.35×10-3μm2；孔隙類型以殘余粒間孔、次生溶孔為主，平均孔隙半徑為19.9 μm，平均排驅(qū)壓力為2.95 MPa，平均孔喉半徑為0.15 μm，為典型致密儲層[8]。

通過巖心觀察，儲層發(fā)育天然裂縫，以高角度構(gòu)造縫為主，延伸方向主體為NEE向[9]。裂縫發(fā)育程度可分為3種類型：①裂縫較發(fā)育，巖心破碎(圖1-A，表1)；②裂縫中等發(fā)育，巖心可見1～2條裂縫，呈輕微破碎(圖1-B，表1)；③裂縫不發(fā)育，巖心完整(圖1-C，表1)。裂縫長度為6～50 cm，寬度<0.5 cm，線密度為0.03～2.6條/m，平均為0.38條/m；裂縫發(fā)育高度最長1.24 m,最短0.11 m,平均0.51 m：為小規(guī)模、小尺度裂縫。

裂縫較發(fā)育的儲層在測井曲線上異常響應(yīng)明顯，直井上呈現(xiàn)“三大二低”的特點(diǎn)，即井徑增大、聲波時(shí)差增大且有周波跳躍特征、補(bǔ)償中子增大，電阻率、密度均降低(圖2)。

圖1 長8段儲層構(gòu)造裂縫Fig.1 Core graphs of structural fractures of the Chang-8 reservoir(A)裂縫較發(fā)育,巖心破碎; (B)裂縫中等發(fā)育,巖心上可見1～2條裂縫,輕微破碎; (C)裂縫不發(fā)育,巖心完整

表1 長8儲層構(gòu)造裂縫發(fā)育狀況統(tǒng)計(jì)

對于水平井裂縫發(fā)育段，常規(guī)測井上同樣也呈現(xiàn)聲波時(shí)差增大并有明顯跳躍，電阻率呈尖峰狀低值；錄井上出現(xiàn)泥漿漏失、油氣溢流以及氣測全烴異常高值等現(xiàn)象(圖3)。

根據(jù)巖心觀察描述及測井裂縫識別，建立了長8儲層裂縫識別電性標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

圖2 涇河55井長8段測井曲線及破碎巖心圖Fig.2 JH55 well logging from Chang-8 section and core graphs showing crushed cores

圖3 JH17P23井水平段測井曲線圖(部分)Fig.3 Well logging of JH17P23 horizontal section

依據(jù)裂縫測井識別標(biāo)準(zhǔn)，可識別出每口水平井的裂縫發(fā)育部位及發(fā)育段數(shù)；并以此為基礎(chǔ)，建立了單井產(chǎn)量與裂縫發(fā)育段數(shù)相關(guān)圖(圖4)。結(jié)果表明產(chǎn)量與裂縫發(fā)育段數(shù)具有明顯正相關(guān)性，裂縫是氣井產(chǎn)能的主控因素之一。

2 疊前方位數(shù)據(jù)處理

由于儲層裂縫以高角度為主，具有HTI介質(zhì)特征，地震傳播過程中垂直于裂縫方位和平行于裂縫方位的地震傳播各向異性特征明顯[10,11]。而三維地震常規(guī)處理是全方位數(shù)據(jù)處理，處理后的數(shù)據(jù)不具有高角度裂縫響應(yīng)的各向異性特征；所以本區(qū)在開展儲層裂縫預(yù)測時(shí)，首先對三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了疊前方位數(shù)據(jù)的處理。

通過研究，本區(qū)裂縫發(fā)育方位與地應(yīng)力方位基本一致[12,13]，平均為65°。所以垂直裂縫方位約為155°，也就是在三維地震傳播過程中，沿155°方位，裂縫異常響應(yīng)最明顯；沿平行于裂縫方位65°，裂縫異常響應(yīng)最不明顯。在疊前方位數(shù)據(jù)處理時(shí)，首先要確定處理方位的個(gè)數(shù)和范圍。

方位個(gè)數(shù)是方位角劃分的基礎(chǔ)，由于方位個(gè)數(shù)決定了將全方位道集數(shù)據(jù)按方位劃分為幾個(gè)，所以方位個(gè)數(shù)決定了每個(gè)方位的疊加次數(shù)。方位個(gè)數(shù)越多，相應(yīng)疊加次數(shù)越少，信噪比越低，故方位個(gè)數(shù)的確定要綜合考慮地震數(shù)據(jù)的信噪比、裂縫各向異性響應(yīng)程度等。本次處理考慮到黃土塬三維地震信噪比較低，選擇采用3個(gè)方位。每個(gè)方位的度數(shù)確定，要根據(jù)裂縫的方位，先確定出垂直于裂縫方位的角度。3個(gè)方位的度數(shù)分別是0°～60°、60°～120°和120°～180°。0°～60°方位角數(shù)據(jù)范圍經(jīng)疊加定義為30°方位疊加數(shù)據(jù)，60°～120°方位角數(shù)據(jù)經(jīng)疊加定義為90°方位疊加數(shù)據(jù)，120°～180°方位角數(shù)據(jù)經(jīng)疊加定義為150°方位疊加數(shù)據(jù)。其中150°方位近乎垂直于裂縫方位，應(yīng)是裂縫響應(yīng)異常最明顯的方位。方位角劃分主要參數(shù)如圖5所示。不同方位角的覆蓋次數(shù)基本是均勻的，為了消除AVO效應(yīng)的影響，遠(yuǎn)偏移距的信息要適當(dāng)去除。

圖4 水平井單井產(chǎn)量與裂縫段數(shù)相關(guān)圖Fig.4 Correlation of single well production and the number of fractures of horizontal section

方位數(shù)據(jù)的處理是在上述方位個(gè)數(shù)及角度劃分的基礎(chǔ)上，利用寬方位三維地震疊前處理的、具有方位信息的疊前CMP道集數(shù)據(jù)，進(jìn)行道集優(yōu)化去噪，按方位提取數(shù)據(jù)、進(jìn)行方位疊加、方位偏移及方位疊加后去噪的處理過程。方位數(shù)據(jù)處理的主要技術(shù)為：疊前去噪和剩余時(shí)差校正的道集優(yōu)化處理技術(shù)、疊后方位全波動方程偏移、方位數(shù)據(jù)去噪等技術(shù)。利用這些技術(shù)逐步達(dá)到提高信噪比、獲取不同方位的三維數(shù)據(jù)。

圖5是顯示有裂縫發(fā)育和無裂縫發(fā)育的2口直井，經(jīng)過疊前方位數(shù)據(jù)處理后，30°、90°和150°三個(gè)方位井旁道的地震波形對比圖，可以明顯看出，有裂縫發(fā)育的涇河13井(圖6-A)30°和90°方位地震波形相似，而垂直于裂縫方向的150°井旁道的地震波形出現(xiàn)明顯響應(yīng)異常，能量及時(shí)差均明顯區(qū)別于30°和90°，應(yīng)是裂縫的異常響應(yīng)。不發(fā)育裂縫的涇河45井(圖6-B)3個(gè)方位地震波形相似。從這個(gè)實(shí)例可看出地震方位數(shù)據(jù)中存在裂縫的各向異性信息，其中150°方位數(shù)據(jù)對裂縫響應(yīng)最敏感，導(dǎo)致了地震運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征的變化，經(jīng)過方位處理后的數(shù)據(jù)能更好地用于裂縫檢測。

3 Likelihood算法裂縫檢測技術(shù)

3.1 基本原理與計(jì)算流程

Likelihood算法[5-6]是將一系列有利于斷裂精細(xì)化提取和表征的計(jì)算方法進(jìn)行了系列整合，拓展了對斷裂(裂縫)目標(biāo)的識別能力，其算法及過程如下。

圖5 方位角劃分主要參數(shù)圖Fig.5 Diagram showing main parameters for azimuth division

圖6 涇河13井和涇河45井3個(gè)方位井旁道地震對比圖Fig.6 Comparison of side path seismic of 3 directions between JH13 and JH45 (A)發(fā)育裂縫; (B)無裂縫

b.進(jìn)行結(jié)構(gòu)的相似性運(yùn)算，運(yùn)算公式如下

其中

c.定義斷裂Likelihood值f，公式如下

f≡1-x(s)

x(s)是相似性s的函數(shù)。f比相似性函數(shù)s更能突出低值與高值之間的對比度，f值越大則斷裂存在的可能性越大。

d.進(jìn)行Likelihood值空間掃描組合，掃描不同的斷裂走向φ和斷裂傾角θ，求得其對應(yīng)的Likelihood值。若斷裂走向φ數(shù)目為Nφ，斷裂傾角θ數(shù)目為Nθ，那么，可以算出Nφ·Nθ種可能的斷裂取向，斷裂Likelihood最大值所對應(yīng)的斷裂走向和傾角則認(rèn)為是斷裂發(fā)育處，因此，只保留局部最大值，其他地方的斷裂Likelihood值定義為零。

3.2 算法的主要特點(diǎn)

①由于對地震數(shù)據(jù)采用了對數(shù)增益處理，壓縮了數(shù)據(jù)大值，提升了弱信息的識別能力，對弱信息裂縫表征獲得了提升。②由于采用的是基于樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理，較基于波形的相似性計(jì)算精細(xì)度明顯提高，對裂縫小規(guī)模數(shù)據(jù)不易漏失。③由于采用了只保留最大值的空間組合方式，斷層和裂縫的邊界條件清晰。④由于采用了沿走向和傾向的空間掃描組合方式，對斷層和裂縫的走向組合更加合理。比較能滿足裂縫具有小規(guī)模、弱信息、突變和線性展布的特征的技術(shù)配套要求。

4 預(yù)測成果

根據(jù)Likelihood的計(jì)算結(jié)果，提取長8儲層段切片，獲得了裂縫預(yù)測平面分布圖(圖7)，可看出區(qū)內(nèi)發(fā)育2條近乎平行的斷裂，之間距離約500 m。裂縫發(fā)育于斷裂兩側(cè)約1 km范圍內(nèi)，平均方位為北東65°。利用水平井鉆遇的裂縫點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，三維地震吻合率為85%。由剖面圖(圖8)也明顯看出，發(fā)育高角度裂縫和斷裂，并且與水平井鉆遇裂縫情況相吻合，裂縫預(yù)測成果可靠。

根據(jù)三維地震儲層預(yù)測成果，主要沿裂縫發(fā)育帶部署了19口水平井，平均初期產(chǎn)量9.2 t/d，含水率53.5%，目前平均生產(chǎn)490 d、產(chǎn)量5.3 t/d，開發(fā)取得較好的效果。

圖7 長8儲層裂縫預(yù)測平面圖Fig.7 Plan view of fracture prediction for Chang-8 reservoir

圖8 常規(guī)剖面與Likelihood融合顯示過JH17P23井剖面圖Fig.8 Fusion illustration of common seismic cross section with Likelihood through Well JH17P23 profile

5 結(jié) 論

a.涇河油田長8儲層為三角洲前緣水下分流河道砂體，巖性以細(xì)粒巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖為主，平均孔隙度為10.6%，平均滲透率為0.35×10-3μm2，為典型致密儲層。

b.長8儲層裂縫較發(fā)育，以高角度構(gòu)造縫為主，在直井和水平井測井曲線上均有較明顯的異常響應(yīng)。裂縫是氣井高產(chǎn)主控因素之一，儲層裂縫越發(fā)育，產(chǎn)量越高。

c.高角度裂縫具有HTI介質(zhì)特征，經(jīng)過疊前方位數(shù)據(jù)處理后的三維地震數(shù)據(jù)，裂縫各向異性特征明顯。通過實(shí)鉆井驗(yàn)證，儲層裂縫發(fā)育的鉆井，垂直于裂縫方位的井旁地震道的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)異常特征明顯。疊前方位數(shù)據(jù)處理后的三維地震數(shù)據(jù)更有利于儲層裂縫的預(yù)測。

d. Likelihood算法優(yōu)于常規(guī)相干算法，對裂縫表征精度更高。通過此算法，提取的長8儲層裂縫分布預(yù)測成果精度高，與實(shí)鉆水平井鉆遇裂縫顯示吻合度高。依據(jù)此成果部署的水平開發(fā)井，獲得較高的產(chǎn)量，證明此方法有效。

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Seismic Likelihood fracture prediction technology for Chang-8 tight oil reservoir in Jinghe oil field, Ordos Basin, China

LIU Zhong-qun, QIN Rui, HAO Qian-yong, WU Jin-wei

ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,SINOPECNorthChinaPetroleum&GasCompany,Zhengzhou450006,China

Fractures are important to high production for Chang-8 tight reservoir, Jinghe oil field of Ordos Basin. Fracture are characterized and predicted by Likelihood algorithm so as to cope with the small scale, weak information, mutations and developmental characteristics of linear distribution in the study area. It shows that the seismic response at right angle to the fracture is obvious. The Likelihood algorithm is effective on the basis of determination of fracture orientation and process of pre-stack azimuth. The extracted results of fracture prediction from Chang-8 tight reservoir prove to be of high accuracy and the predicated fracture position and property are in agreement with drilling in horizontal wells. Therefore, seismic Likelihood fracture prediction technique matches with the geological characteristics of the study area.

tight oil reservoir; fracture; anisotropy; azimuth data process; Likelihood algorithm

10.3969/j.issn.1671-9727.2016.05.11

1671-9727(2016)05-0609-08

2016-02-05。

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05002)。

劉忠群(1972-),男,博士,教授級高級工程師,研究方向:油氣田開發(fā), E-mail:yjyqkfslzq@163.com。

P631.42; TE122.23

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