碳酸鹽巖縫洞體體積定量計算及其影響因素分析探索——以塔河油田主體區(qū)為例

劉 群，王世星，顧漢明，鄧光校

（1.中國石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆烏魯木齊830011；2.中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院，江蘇南京211103；3.中國地質大學（武漢）地空學院，湖北武漢430074）

塔河油田奧陶系碳酸鹽巖巖溶縫洞型油藏經(jīng)過十多年的勘探開發(fā)，針對縫洞型儲層的定性預測研究取得了很好的效果，發(fā)展集成了一系列實用的方法技術，為塔河油田儲量和產(chǎn)量的不斷增長發(fā)揮了重要的支撐作用。隨著塔河油田的不斷外擴，縫洞型油藏受斷裂控制的特征更為明顯，儲層的非均質性更強，在進行地質儲量計算時，沿用以前將井上儲層碾平后采用容積法按面積計算的辦法，將會產(chǎn)生很大的誤差。能否運用巖溶縫洞體在地震資料上呈現(xiàn)出的“串珠狀”強反射異常來對縫洞體的體積進行定量預測計算，從而指導油藏地質儲量的計算以及后續(xù)開發(fā)方案的制定，近幾年我們對此進行了積極的研究探索。前期也有一些有關這方面的文獻［1－5］發(fā)表，但大多只是針對定量計算方法應用的論述介紹，缺乏從地震資料的分辨率、定量計算的理論依據(jù)，到計算結果的精度和影響因素等的系統(tǒng)分析和客觀評價。

無容置疑，碳酸鹽巖縫洞體的定量預測計算是一個需要長期攻關的高難度研究課題。由于縫洞儲層強烈的非均質性、對應繞射波場的復雜性以及地震資料的分辨率、信噪比等問題，導致預測計算結果具有很大的不確定性。如何不斷提高溶洞體積定量計算的精度，使之逐步逼近地下實際地質情況，從而真正服務于生產(chǎn)，是地球物理工作者不斷努力的方向。

我們以塔河油田主體區(qū)為例，從地震資料的分辨率、定量計算的理論根據(jù)、研究探索的計算方法，以及影響最終計算結果精度的主要因素等多個方面，對塔河碳酸鹽巖縫洞體體積定量預測計算的研究進展做了系統(tǒng)的論述與探討。

1 塔河油田巖溶縫洞體地震資料的分辨率

塔河油田奧陶系主力產(chǎn)層埋深較大（6 000m左右），地震信號的高頻成分不可避免地顯著衰減，目前開發(fā)地震高精度地震資料主頻在30Hz左右，分辨率較低。地震成像分辨率可以分為縱向分辨率和橫向分辨率［6－8］。一般認為地震縱向分辨率為1／4波長；而用第一菲涅爾帶寬度定義的地震橫向分辨率可以簡記為1／2波長。

塔河油田奧陶系灰?guī)r地層的速度為6 000m／s，對于主頻30Hz的地震資料，1／4波長的縱向分辨率在時間上可分辨縫洞體的高度為50m；塔河油田主體區(qū)奧陶系灰?guī)r儲層的上覆地層下泥巖段的速度為4 800m／s，對于主頻30Hz的地震資料，1／2波長的橫向分辨率可分辨的縫洞體寬度為80m。也就是說，在縫洞體高度小于50m時，地震波在時間上無法分辨其高度；在縫洞體寬度小于80m時，在地震道集上無法分辨其寬度。

塔河油田碳酸鹽巖儲層以洞和縫的形式表現(xiàn)，鉆井放空漏失揭示洞穴高度一般為1～10m（圖1），遠小于地震垂向上可分辨的50m；從現(xiàn)代巖溶考察來看，溶洞寬度一般亦小于地震橫向可分辨的80m寬度。因此，根據(jù)地震資料在時間及道數(shù)上難以分辨塔河地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層單個洞穴的形態(tài)及大小，地震資料所得到的縫洞響應是縫洞集合體的綜合響應。

圖1 塔河油田TK217井鉆遇溶洞井震標定結果

通過理論模型［9－12］及勘探實際檢驗，塔河油田碳酸鹽巖巖溶縫洞在地震剖面上一個最典型的特征是強振幅異常反射，即通常所說的“串珠狀”反射［13］（圖1）。需要指出的是，通常所說的能夠分辨大小與“可識別”是兩個不同的概念，看到地震剖面上有“串珠”，雖然不知道溶洞的具體形態(tài)及大小，但是可以肯定是有溶洞的，這就是可識別。“串珠”反射異常的大小與實際縫洞體大小是否存在一定的關系，下面做進一步討論。

2 縫洞體體積地震定量化計算方法

2.1 定量化計算的理論依據(jù)

雖然從地震波的運動學方面來說，地下縫洞體的規(guī)模絕大部分都小于地震資料的分辨率，不能分辨其大小和形態(tài)；但從地震波的動力學特征上也可以看到，縫洞體越大，其產(chǎn)生的繞射波能量越強，偏移歸位后“串珠狀”反射異常的體積也就越大。

圖2a給出了12個不同大小溶洞的物理模型，溶洞的直徑由0.7～3.0m逐漸變大；模型圍巖速度為2 975m／s，密度為1.35g／cm3；溶洞充填物速度為2 040m／s，密度為0.12g／cm3；CDP長度為5m，比例尺1∶10 000。由圖2b和圖2c可以看出，隨著溶洞的逐漸變大，地震“串珠狀”反射異常的體積及其振幅的能量也逐漸變大變強；且地震反射異常體的體積遠大于實際溶洞的體積。在實際生產(chǎn)中也能體會到，“串珠”反射異常體越大，往往井的產(chǎn)能及產(chǎn)液能力越強，預示著縫洞規(guī)模越大，但兩者之間不是一個簡單的正比關系。

2.2 縫洞體體積校正系數(shù)的確定

為了確定地震“串珠狀”反射異常體積大小與實際溶洞體積之間的對應關系，首先想到的是鉆井資料標定。但是，經(jīng)過對塔河油田數(shù)百口鉆井的統(tǒng)計，鉆井上放空漏失段的高度與對應的“串珠狀”反射異常體積大小及其振幅能量強弱沒有擬合關系。也就是說，鉆井放空漏失段揭示的溶洞高度并不能代表實際溶洞的大小，這正說明了碳酸鹽巖縫洞體的空間形態(tài)存在著千變?nèi)f化的復雜性，畢竟塔河地區(qū)鉆井最后一開的鉆頭直徑只有13.97cm，探測到的只是“一孔之見”。前述分析表明，受目前塔河地區(qū)地震資料的分辨率所限，根據(jù)“串珠狀”反射異常可以識別碳酸鹽巖溶洞的存在與否，但難以分辨單個洞穴的形態(tài)及大小；而在鉆井揭示溶洞高度不能代表實際溶洞大小的情況下，如何確定出兩者之間的對應關系，是縫洞體體積定量化計算的一個關鍵問題。

正演模擬方法在設計地質模型時溶洞的實際大小是已知的，通過對模擬地震資料偏移數(shù)據(jù)體屬性的處理，可以估算出“串珠狀”反射異常體的體積。物理模擬結果亦已證實，地震資料上“串珠狀”反射異常體的體積遠大于實際縫洞體的體積。那么，基于統(tǒng)計學結果的“串珠狀”異常體體積與模型溶洞體大小的擬合關系（體積比），就可以得到地震分辨率內(nèi)溶洞地震屬性的校正系數(shù)。考慮到大批量模型正演計算的可實現(xiàn)性，選擇采用數(shù)值模型正演方法，且數(shù)值正演模型可以盡可能多地考慮各種不同疊置關系、形態(tài)和充填物的洞穴及其組合。通過300多個溶洞組合模型的正演模擬，統(tǒng)計得到不同大小模型溶洞與其對應的地震反射異常體之間的寬度校正關系曲線（圖3a）和高度校正關系曲線（圖3b），其體積校正系數(shù)VC為

式中：HC為高度校正系數(shù)；WXC為x方向的寬度校正系數(shù)；WYC為y方向的寬度校正系數(shù)。

2.3 縫洞體的體積計算

首先對地震偏移保幅數(shù)據(jù)體進行處理，得到地震能量體；試驗出合適的門檻值，對能量體進行雕刻，將縫洞體的地震響應強能量體雕刻出來，通過時深轉換獲得地震強振幅異常體的體積；再根據(jù)大量數(shù)值模擬結果統(tǒng)計求得的體積校正系數(shù)，對地震異常體的體積進行校正，從而獲得縫洞體的有效體積（計算流程見圖4）。

采用該方法對塔河油田4區(qū)縫洞單元進行了體積計算，并與常規(guī)容積法儲量計算數(shù)據(jù)進行了比較，選取其中4個具有代表性的多井縫洞單元數(shù)據(jù)列于表1。從表1中可以看出，對地震強反射異常體校正后獲得的有效縫洞體體積與地震異常體體積之比為1∶22～1∶17。多個縫洞單元實際計算的校正前、后體積比統(tǒng)計結果為1∶20～1∶15，也就是說，校正后的有效縫洞體體積只有地震異常體體積的1／20～1／15。

圖4 縫洞體體積定量計算流程

為了與常規(guī)容積法儲量計算數(shù)據(jù)進行比較，將這4個縫洞單元按容積法計算的地質儲量粗略換算（不考慮含油飽和度）為縫洞體體積，即

式中：V為換算的縫洞體體積；D代表地質儲量。

由公式（2）計算的結果見表1中第2列數(shù)據(jù)，與定量計算出的有效縫洞體體積（表1中第4列數(shù)據(jù)）比較可見，兩者之間存在一定的差距。當然，目前借用碎屑巖儲量計算的容積法來計算碳酸鹽巖地質儲量也是一種近似的辦法，計算出的地質儲量與實際情況也有一定的出入，塔河油田后期開發(fā)實踐證實（按實際采收率計算），計算及提交的儲量整體偏大，外圍區(qū)偏差更大。不過目前還沒有更好的儲量計算方法取代容積法。但是，表1對比結果同樣表明，如果采用目前由地震異常體定量計算出的有效縫洞體體積來計算儲量，也存在著較大的不確定性。

表1 縫洞單元地震屬性定量計算有效縫洞體體積與容積法地質儲量換算體積對比

3 定量化計算精度的影響因素分析

根據(jù)地震“串珠狀”反射異常體進行縫洞體體積定量化計算的研究嘗試，取得了探索性的初步成果，也給予我們很多的啟示。可以預見的是，從地震響應異常反推地質體形態(tài)必定具有很強的多解性；從比較顯在的影響考慮，巖溶縫洞的特性和地震資料采集、處理等諸多因素，都會影響“串珠”響應的數(shù)量、能量及體積大小，從而影響縫洞體體積定量化預測的計算精度。

3.1 溶洞特性的影響

圖5 不同大小、不同充填物、不同疊置方式溶洞組合模型正演結果

地下深埋溶洞洞穴的實際形態(tài)和內(nèi)部充填物、多個溶洞的疊置方式等都會影響反射波振幅異常體的大小。模型正演結果表明，洞內(nèi)充填物速度越低，振幅越強，地震響應異常體越大（見圖5中模型④和⑦）；當多層溶洞相互疊置時，反射振幅和振幅異常體的大小與其中單個洞穴的大小以及溶洞之間的間隔距離都有關系，在地震分辨率以內(nèi)會產(chǎn)生相長干涉和相消干涉，從而使溶洞大小與“串珠”反射異常體積大小的對應關系變得復雜（見圖5中模型⑤和⑥）。

3.2 地震資料采集因素的影響

不同年代三維地震采集資料的面元、覆蓋次數(shù)等采集參數(shù)的不同，會造成“串珠”反射異常數(shù)量和形態(tài)、體積的不同［14］。如在25m×75m面元、24次覆蓋采集的艾協(xié)克常規(guī)三維地震資料（圖6a）上，“串珠”反射特征不明顯；而在15m×15m面元、352次覆蓋重新采集的S48井區(qū)高精度三維地震資料上，同一位置處的“串珠”反射數(shù)量增多，能量變得清楚（圖6b）。由此可見，對于同一個縫洞體，根據(jù)這兩塊資料估算出的“串珠”反射異常體積是完全不同的。

3.3 地震資料處理參數(shù)的影響

在地震資料處理中采用不同的處理流程、方法技術及處理參數(shù)，如偏移方法［15］、反褶積等參數(shù)的不同，均會影響到“串珠”反射異常的形態(tài)和體積。圖7a為疊后偏移地震資料，左邊的大“串珠”反射寬度為28道，道間隔為25m，即反射異常體寬度為700m；圖7b為同一資料的疊前時間偏移結果，相同位置處的“串珠”反射寬度為18道，則異常體寬度為475m。在不同偏移方法處理后的資料上“串珠”反射異常體的寬度縮小了1／3，據(jù)此計算出的溶洞體積則會發(fā)生很大的變化。

3.4 體積校正系數(shù)的影響

由2.2節(jié)的論述可知，在將地震“串珠狀”反射異常體的體積轉換成有效縫洞體體積的計算中，所用的校正系數(shù)是通過大量縫洞地質模型的正演數(shù)值模擬結果統(tǒng)計得到的，它與實際地震資料還是有著較大的差別，起碼沒有考慮到噪聲、衰減、吸收等眾多因素的影響。

4 縫洞體體積定量計算的發(fā)展前景

目前，塔河油田外圍的勘探工作由于儲層發(fā)育受斷裂控制，條帶性非常強，不能再按井控面積計算儲量，而要按條帶計算并提交儲量。如果根據(jù)地震資料預測計算的縫洞體體積相對準確，將能給儲量計算提供重要的參考資料，也為后續(xù)開發(fā)方案的制定提供重要依據(jù)。

提高縫洞體體積定量化預測的精度，首先要保證地震資料采集、處理的質量以及各種參數(shù)的穩(wěn)定性。目前，塔河油田經(jīng)過地震采集參數(shù)優(yōu)化研究，已經(jīng)確定15m×15m面元、168次覆蓋次數(shù)等高精度采集參數(shù)，并開展了大面積的采集工作，獲得了較好的疊前時間偏移處理結果；今后還將開展疊前逆時深度偏移處理，預期會使資料的品質及穩(wěn)定性進一步提升，為縫洞體體積定量化計算提供較好的資料基礎。

在上述巖溶縫洞體體積的定量計算方法中，如何將反射異常體體積相對準確地轉換為有效縫洞體的體積是一個關鍵的技術難點。在從鉆井資料得不到實際縫洞單元體積的情況下，通過計算機數(shù)值模擬的統(tǒng)計結果求取校正系數(shù)，則要求模型正演盡可能地逼近地下地質情況和實際地震資料采集、處理過程。對此，今后需嘗試開展塔河油田碳酸鹽巖縫洞儲層的物理模型正演研究，并盡可能多地考慮各種復雜的縫洞單元，正演模擬資料與實際地震資料的采集、處理參數(shù)盡量保持一致，從而逐步提高校正結果的吻合精度。這是基于目前的地震技術發(fā)展水平，進一步探索塔河油田碳酸鹽巖縫洞體體積定量化計算方法的一個研究方向。

5 結束語

由于塔河地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖縫洞強烈的非均質性和對應繞射波場的復雜性，諸多因素會影響縫洞體體積定量化計算的精度，如溶洞特性（充填物、多個溶洞的疊置方式等）、地震資料采集因素（面元的大小、疊加次數(shù)等）和處理因素（偏移方法、反褶積參數(shù)等）、地震反射異常的體積校正系數(shù)等，都會對有效縫洞體的體積預測計算產(chǎn)生較大的影響，使得定量計算結果缺乏穩(wěn)定性。在塔河地區(qū)開展大面積的高精度地震采集，發(fā)展與應用適應縫洞體準確成像的疊前深度偏移處理新技術，提高地震資料的品質和資料的穩(wěn)定性；開展盡可能逼近塔河各區(qū)塊實際地質情況的各種類型縫洞體的持續(xù)批量化物理模擬實驗研究，有望逐步提高縫洞體體積定量化預測的精度，為縫洞儲集體的儲量計算以及后續(xù)開發(fā)方案的制定提供可靠的參考依據(jù)。

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