南堡2號潛山碳酸鹽巖儲層疊前和疊后裂縫綜合預(yù)測

耿福蘭

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 100083）

南堡凹陷潛山油氣勘探在2004年取得重大突破，部署在南堡2號潛山構(gòu)造上的LPN1井在奧陶系碳酸鹽巖風(fēng)化殼獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流，成為南堡潛山的第一口發(fā)現(xiàn)井。為了對南堡凹陷區(qū)域構(gòu)造進行更準(zhǔn)確的整體評價，加速潛山油氣勘探開發(fā)進程，在先后逐塊完成南堡凹陷陸區(qū)和灘海高精度三維地震二次采集的基礎(chǔ)上，2007年初完成了南堡全凹陷2 400km2三維地震資料的大連片疊前時間偏移處理。

基于完整的高品質(zhì)三維地震數(shù)據(jù)體和已有鉆井、測井資料，許多物探專家對南堡凹陷主要儲集層系開展了儲層預(yù)測研究。劉萱等［1］利用疊前反演技術(shù)開展南堡1號、2號構(gòu)造中、淺層砂巖儲層預(yù)測研究；劉淑華等［2］應(yīng)用儲層特征曲線重構(gòu)技術(shù)進行測井約束地震反演，預(yù)測南堡凹陷中、淺層砂巖儲層的空間分布；王擁軍等［3］研究了南堡凹陷奧陶系潛山巖溶塌陷體的識別標(biāo)志、發(fā)育演化成因及其分布的有利區(qū)帶；楊曉利等［4］在古構(gòu)造緩坡區(qū)相帶約束下，應(yīng)用地震多屬性融合技術(shù)對南堡奧陶系潛山頂部風(fēng)化殼裂縫儲層的有利發(fā)育段進行了預(yù)測。

我們以南堡2號潛山為研究對象，以非均質(zhì)性強的奧陶系碳酸鹽巖儲層為目標(biāo)，基于寬方位角采集的地震資料，結(jié)合研究區(qū)已有鉆探成果，開展碳酸鹽巖縫洞型儲層地震綜合預(yù)測研究。在地震資料保幅處理和構(gòu)造精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上，進行基于各向異性等效介質(zhì)理論的疊前裂縫預(yù)測，以及基于構(gòu)造曲率屬性的疊后裂縫預(yù)測和基于衰減梯度屬性的疊后溶蝕孔洞檢測。最后對預(yù)測結(jié)果作綜合對比分析，并與FMI成像測井解釋結(jié)果對比驗證，從而最大限度地降低單一方法預(yù)測的不確定性，為圈定研究區(qū)內(nèi)裂縫發(fā)育的有利目標(biāo)區(qū)提供可靠依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況和勘探難點

南堡凹陷是渤海灣盆地黃驊坳陷西北部一個北斷南超的箕狀凹陷，整體面積1 932km2，其中海域面積為1 000km2。南堡凹陷發(fā)育5 個潛山構(gòu)造帶，主要分布在西南莊斷層、高柳斷層以南的灘海區(qū)域（圖1），環(huán)繞主要生油次凹，生儲蓋組合條件優(yōu)越。其中的南堡1號、2號、5號等奧陶系構(gòu)造潛山是南堡凹陷重要的勘探目標(biāo)，勘探目的層為潛山頂面的奧陶系碳酸鹽巖儲層。多旋回構(gòu)造運動形成的沉積間斷使?jié)撋巾斆嬉兹芪g性的碳酸鹽巖地層得以充分的風(fēng)化、淋濾，形成大面積連通性良好的儲集體，為油氣運移和聚集成藏創(chuàng)造了極為有利的條件。

南堡2號潛山位于南堡凹陷中南部的南堡2號構(gòu)造帶（圖1），屬奧陶系斷塊型古潛山，北東向與近東西向的兩組深大基底斷裂將潛山分割成南北兩個斷鼻構(gòu)造。潛山頂面埋深為4 000～6 000m，幅度約2 000m，圈閉面積約38km2。潛山上段地層為奧陶系碳酸鹽巖，直接與古近系不整合接觸。已有鉆探成果揭示，南堡凹陷奧陶系潛山頂面剝蝕程度不同，地層橫向變化大，縱向上存在多套儲蓋組合；有利儲集空間主要是以斷裂裂縫、溶蝕孔洞為主的孔、縫、洞系統(tǒng)，具有非均質(zhì)性強，縱、橫向變化大的特點。從研究區(qū)內(nèi)3口井測井資料解釋結(jié)果的統(tǒng)計（表1）可以看出，南堡2號潛山奧陶系儲集空間類型以孔洞—裂縫型或裂縫—孔洞型為主，高角度裂縫最為發(fā)育。

圖1 南堡凹陷主要構(gòu)造格局及南堡2號構(gòu)造帶位置

表1 南堡2號潛山奧陶系碳酸鹽巖儲集空間類型

從對南堡潛山的研究現(xiàn)狀來看，潛山勘探目前存在的問題主要體現(xiàn)以下幾個方面：①潛山埋藏深，上覆地層速度橫向變化大，潛山頂面埋深預(yù)測誤差大；②多期構(gòu)造活動導(dǎo)致潛山地層分布變化較大，難以準(zhǔn)確描述地層展布特征，潛山內(nèi)幕斷層也不易識別；③碳酸鹽巖縫洞型儲層非均質(zhì)性強，縱、橫向變化大，且在對應(yīng)的地震剖面上無“串珠狀”反射，有效縫洞發(fā)育區(qū)預(yù)測難度大。第一口發(fā)現(xiàn)井LPN1井在奧陶系碳酸鹽巖風(fēng)化殼獲高產(chǎn)工業(yè)油流之后，在構(gòu)造高點鉆探了2口探井，雖然見到不同級別的油氣顯示，但均未獲得工業(yè)油氣流［4］，可見目的層段碳酸鹽巖縫洞型儲層橫向變化復(fù)雜，常規(guī)儲層預(yù)測技術(shù)效果不理想。所以，奧陶系碳酸鹽巖儲層裂縫孔洞的有效預(yù)測是南堡2號潛山勘探開發(fā)的關(guān)鍵所在。

2 疊前各向異性裂縫預(yù)測

針對南堡2號潛山頂部碳酸鹽巖儲層高角度裂縫發(fā)育的實際狀況，疊前裂縫預(yù)測選用基于各向異性等效介質(zhì)理論的地震P波方位各向異性分析技術(shù)。地震資料的方位角—偏移距分析表明，在偏移距200～2 500m，0～360°的方位角均有較均勻的道集分布，與目的層埋深相近，說明在此段偏移距范圍內(nèi)地震資料滿足疊前各向異性裂縫預(yù)測所需的寬方位角條件。

為了滿足裂縫預(yù)測的要求，對寬方位地震資料進行了保幅處理，目的是提高信噪比和相對保幅保真。關(guān)鍵處理步驟包括：①采用疊前多域去噪方法壓制噪聲干擾，提高信噪比；②通過地表一致性子波處理消除因地表激發(fā)、接收條件變化引起的地震子波相位變化；③實施地表一致性振幅處理，補償不同激發(fā)與接收點的能量差異；④通過近地表初至層析靜校正和剩余靜校正解決靜校正問題；⑤通過精細(xì)速度分析和疊前時間偏移實現(xiàn)高精度成像?；诒７幚砗蟮牡卣鹳Y料進行構(gòu)造精細(xì)解釋，落實潛山頂面和斷裂格局（圖2），提供準(zhǔn)確層位。

圖2 南堡2號潛山奧陶系頂面等t0圖（a）和構(gòu)造（b）

疊前各向異性裂縫預(yù)測首先是進行方位各向異性巖石物理正演模擬分析?；谀媳?號潛山已有鉆井資料和巖石物理理論，建立關(guān)鍵井的裂縫儲層地質(zhì)模型和巖石物理模型；通過地質(zhì)模型正演模擬計算反射P 波地震響應(yīng)，分析由裂縫引起的地震屬性（振幅、頻率）隨偏移距和方位角的變化特征［5］；根據(jù)巖石物理模型計算裂縫儲層段的巖石彈性張量和各向異性等效參數(shù)，建立起裂縫發(fā)育特征與地震方位各向異性之間的關(guān)系。

南堡2號潛山頂部奧陶系為一大規(guī)模的不整合面風(fēng)化殼，由表1中3口井的測井資料解釋結(jié)果可知，潛山頂部奧陶系儲層主要為高角度裂縫。圖3是LPN1井方位各向異性巖石物理正演模擬結(jié)果（充油模型），表明該井方位振幅橢圓的短軸代表了裂縫方向，含油時的橢圓扁率為1.089。

圖3 LPN1井方位各向異性巖石物理正演模擬結(jié)果（充油模型）

然后是抽取不同方位角的地震道集數(shù)據(jù)體進行方位各向異性分析。在確認(rèn)所抽取方位角道集對應(yīng)的偏移距范圍內(nèi)目的層覆蓋次數(shù)盡量均衡的前提下，要消除近偏移距噪聲的影響，還要選擇一個合適的遠(yuǎn)偏移距，覆蓋0～360°方位角。方位角的分選原則是覆蓋次數(shù)高的范圍內(nèi)角度較為密集，覆蓋次數(shù)低的部分較為稀疏。通過方位角—偏移距分析，在對應(yīng)200～2 500m 的偏移距范圍內(nèi)將疊前地震數(shù)據(jù)分選為5個方位角度：0～46°，46°～76°，76°～106°，106°～136°，136°～180°，對應(yīng)的中心角分別為23°，61°，91°，121°，158°。據(jù)此，對疊前地震振幅數(shù)據(jù)體抽取了5 個方位角振幅CMP 道集數(shù)據(jù)體，通過處理亦可獲得方位角頻率道集數(shù)據(jù)體［6］，分別進行各向異性等效參數(shù)計算，分析儲層裂縫引起的方位各向異性特征。

最后是裂縫發(fā)育程度和裂縫方向分布的解釋與成圖?；诜轿唤堑卣饘傩詳?shù)據(jù)體，從潛山頂面向下開30ms時窗計算各向異性等效參數(shù)，進行各向異性分析，獲得南堡2號潛山頂面奧陶系儲層的裂縫發(fā)育程度（圖4a，紅色表示裂縫相對發(fā)育）和裂縫方向分布（圖4b）預(yù)測圖。從與測井資料的對比來看，LPN1 井和NP280 井的疊前預(yù)測結(jié)果與FMI 成像測井結(jié)果吻合較好。圖5 給出了NP280井裂縫發(fā)育程度預(yù)測結(jié)果與FMI成像測井解釋結(jié)果的對比。

圖4 南堡2號潛山頂面向下30ms疊前各向異性預(yù)測的裂縫發(fā)育程度（a）和裂縫方向分布（b）

圖5 NP280井奧陶系頂部（4 493～4 605m）裂縫發(fā)育程度疊前預(yù)測結(jié)果（a）與FMI成像測井解釋結(jié)果（b）

3 疊后裂縫和孔洞預(yù)測及結(jié)果對比

3.1 基于曲率屬性的疊后裂縫預(yù)測

構(gòu)造曲率是研究脆性地層形變構(gòu)造裂縫的一種有效方法，它能夠比較準(zhǔn)確地反映和預(yù)測構(gòu)造裂縫的發(fā)育［7］。已有研究表明，曲率體屬性將是繼相干屬性之后，又一用于構(gòu)造解釋和裂縫預(yù)測的有力手段［8－10］。

南堡2號潛山頂面向下為奧陶系下馬家溝組地層。該套地層的頂面（即潛山面）在研究區(qū)內(nèi)與下伏地層產(chǎn)狀基本一致，潛山面的構(gòu)造形態(tài)基本與地層界面一樣，反映了構(gòu)造形變特點，故可以利用曲率法進行裂縫預(yù)測（圖6）。

圖6 南堡2號潛山頂面向下30ms曲率屬性

采用離散方法計算傾角（地震傾角的單位是m／ms），傾角可以檢測大尺度的斷裂；然后對傾角進行一階求導(dǎo)，得到曲率。曲率檢測的是形變體應(yīng)力集中的區(qū)域，與研究區(qū)可能形成的微斷裂或者裂縫帶相關(guān)。圖6 是南堡2 號潛山頂面向下開30ms時窗計算的曲率屬性，曲率值越大（即圖中顏色越深）表征形變應(yīng)力越集中，裂縫發(fā)育的可能性越大。從圖7中可以看到，LPN1井儲層段頂部裂縫最發(fā)育，預(yù)測結(jié)果與FMI成像測井結(jié)果吻合較好。

3.2 疊后衰減梯度屬性檢測溶蝕孔洞

圖7 LPN1井奧陶系（4 035～4 215m）裂縫發(fā)育程度曲率預(yù)測結(jié)果（a）與FMI成像測井解釋結(jié)果（b）對比

理論研究表明，與致密的地質(zhì)體相比，當(dāng)?shù)刭|(zhì)體中含流體如水、油或氣時，會引起地震波的散射和地震能量的衰減。當(dāng)儲層中孔隙比較發(fā)育而且飽含氣時，地震波中高頻能量衰減要比低頻能量衰減大。通過提取高頻端的衰減梯度屬性，可以間接地檢測儲層含氣發(fā)育特征。實際工作中常用衰減梯度屬性來檢測碳酸鹽巖儲層溶蝕孔洞的發(fā)育程度。從衰減梯度預(yù)測結(jié)果（圖8，紅色代表孔洞相對較發(fā)育）來看，NP2－82井孔洞最為發(fā)育。

圖8 NP2－82井奧陶系衰減梯度剖面（溶蝕孔洞預(yù)測剖面）

3.3 疊后裂縫和孔洞預(yù)測結(jié)果對比

從圖8中可以看到NP2－82井疊后衰減梯度屬性預(yù)測的溶蝕孔洞非常發(fā)育，而圖9中NP2－82井疊后曲率屬性預(yù)測結(jié)果顯示裂縫不發(fā)育，但其FMI解釋結(jié)果上裂縫比較發(fā)育。我們知道FMI成像測井觀測到的都是小尺度的裂縫，是不是NP2－82井中儲層段僅發(fā)育有溶蝕孔洞和小尺度的裂縫呢？為了求證我們的推測，將曲率裂縫預(yù)測的結(jié)果定性地分為大、?。ㄏ鄬Γ﹥煞N規(guī)模的裂縫顯示（圖10），劃分標(biāo)準(zhǔn)主要是參考研究區(qū)幾口井的相對情況以及曲率屬性的經(jīng)驗值。從圖10a 和圖10b可以看出，NP2－82井小裂縫比較發(fā)育，而大裂縫不發(fā)育。

圖9 NP2－82井奧陶系（4 880～4 960m）曲率屬性預(yù)測的裂縫發(fā)育程度（a）和FMI成像測井解釋結(jié)果（b）對比

圖10 南堡2號潛山奧陶系頂面向下20ms曲率屬性預(yù)測的相對小裂縫（a）和大裂縫（b）顯示

疊后裂縫和孔洞預(yù)測結(jié)果的對比分析表明，NP2－82井奧陶系儲層段孔洞非常發(fā)育，相對的小裂縫比較發(fā)育，而有效的大裂縫不發(fā)育，揭示該井奧陶系儲集空間類型是裂縫—孔隙型。這恰恰解釋了該井中途測試產(chǎn)油86.8t／d，氣32×104m3／d，而很快就減到目前的油0.08t／d，氣10.2m3／d。換言之，僅孔隙發(fā)育的碳酸鹽巖儲層可以高產(chǎn)但是很難穩(wěn)產(chǎn)，如果能達(dá)到既高產(chǎn)又穩(wěn)產(chǎn)，那么一定是有效的大裂縫和孔隙、溶洞都很發(fā)育。

4 預(yù)測效果綜合分析和有利目標(biāo)預(yù)測

4.1 疊前、疊后預(yù)測效果綜合分析

綜合分析分別利用基于不同理論的疊前、疊后裂縫預(yù)測方法及疊后孔洞預(yù)測方法的預(yù)測效果。圖11a 是疊前各向異性裂縫預(yù)測的連井剖面；圖11b是疊后曲率屬性裂縫預(yù)測的連井剖面；圖11c是疊后衰減梯度屬性孔洞預(yù)測的連井剖面。對比圖11a（紅色表示裂縫較發(fā)育，藍(lán)色表示裂縫不發(fā)育）和圖11b可以看出：疊前、疊后方法預(yù)測的LPN1井裂縫均較發(fā)育，該井初期產(chǎn)量及穩(wěn)產(chǎn)產(chǎn)量均較好；NP280井裂縫均較發(fā)育，該井初期試產(chǎn)產(chǎn)量較好（產(chǎn)氣），因故一直沒有投產(chǎn)；NP2－82井裂縫不發(fā)育，孔洞比較發(fā)育（圖11c），該井試產(chǎn)初期產(chǎn)量高，但衰減很快；NP288 井裂縫均不發(fā)育，該井試油效果很差。

圖11 疊前各向異性裂縫預(yù)測連井剖面（a）、疊后曲率屬性裂縫預(yù)測連井剖面（b）以及疊后衰減梯度屬性溶蝕孔洞預(yù)測連井剖面（c）

4.2 研究區(qū)有利目標(biāo)預(yù)測

通過預(yù)測成果的綜合分析及構(gòu)造位置優(yōu)選，指出了研究區(qū)裂縫發(fā)育的有利目標(biāo)（圖12a和圖12b中藍(lán)圈所示，對應(yīng)圖11a和圖11b剖面中藍(lán)圈標(biāo)注區(qū)域），建議開發(fā)井位部署可以優(yōu)先考慮在該位置上鉆。

圖12 疊前預(yù)測（a）和疊后預(yù)測（b）的裂縫發(fā)育有利目標(biāo)（藍(lán)圈所示）位置

5 結(jié)束語

針對南堡2號潛山頂部奧陶系非均質(zhì)碳酸鹽巖儲層的地質(zhì)特點和勘探需求，基于寬方位角采集的地震資料，結(jié)合已有的鉆井、測井資料，開展了碳酸鹽巖縫洞型儲層的地震綜合預(yù)測研究。在地震資料保幅處理和構(gòu)造精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上，分別進行了基于各向異性原理的疊前裂縫預(yù)測和基于構(gòu)造曲率屬性的疊后裂縫預(yù)測，以及基于衰減梯度屬性的疊后溶蝕孔洞檢測。通過疊前、疊后預(yù)測結(jié)果的對比分析，以及FMI成像測井解釋結(jié)果和鉆井實際生產(chǎn)效果的驗證，證明了研究思路的正確性和所用預(yù)測方法的有效性。結(jié)合構(gòu)造位置的優(yōu)選，指出了南堡2號潛山奧陶系儲層裂縫發(fā)育的有利目標(biāo)區(qū)位置。

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