呼圖壁地區(qū)超深致密砂巖多尺度裂縫地震預(yù)測技術(shù)

徐亞楠　王曉濤　習(xí)宇霄　王賢　葉迪　蘇艷麗

摘? ?要：針對呼圖壁地區(qū)超深致密砂巖不同尺度裂縫預(yù)測問題，創(chuàng)新形成基于疊前反演和疊后多屬性融合的多尺度裂縫預(yù)測方法。據(jù)裂縫發(fā)育規(guī)模，將裂縫劃分為大尺度裂縫和小尺度裂縫，其中大尺度裂縫采用疊后地震屬性識別，小尺度裂縫成像測井約束反演識別；利用疊后地震數(shù)據(jù)提取進(jìn)行機(jī)器深度學(xué)習(xí)、凌亂性檢測與曲率增強(qiáng)進(jìn)行大尺度裂縫檢測，將三者結(jié)果進(jìn)行融合以實現(xiàn)大尺度裂縫精細(xì)刻畫；應(yīng)用基于OVT域地震數(shù)據(jù)的疊前方位各向異性屬性與疊前反演兩種方法進(jìn)行小尺度裂縫預(yù)測；綜合大、小尺度裂縫預(yù)測結(jié)果分析目標(biāo)區(qū)裂縫發(fā)育的規(guī)律，預(yù)測不同尺度裂縫發(fā)育有利區(qū)。研究結(jié)果表明，在呼圖壁地區(qū)超深儲層應(yīng)用多尺度裂縫地震預(yù)測方法獲得的預(yù)測結(jié)果與實測鉆孔結(jié)果吻合度較高。

關(guān)鍵詞：致密砂巖儲層；多尺度裂縫；呼圖壁背斜；OVT域地震數(shù)據(jù)；裂縫預(yù)測

裂縫是深層致密砂巖儲層的重要儲集空間和滲流通道，對準(zhǔn)南呼圖壁地區(qū)油氣勘探開發(fā)具有重要的實際意義。裂縫具明顯的多尺度特征，不同尺度天然裂縫對致密低滲透儲層的作用和對油氣的影響不同，大尺度裂縫通常影響油氣的保存；中小尺度裂縫控制了致密儲層的滲流系統(tǒng)和儲集作用，是影響致密砂巖儲層高產(chǎn)及穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。由于不同尺度裂縫的作用不同，需要分尺度研究天然裂縫的發(fā)育規(guī)律，才能更加科學(xué)有效地指導(dǎo)致密低滲透油氣的勘探開發(fā)[1]。呼圖壁地區(qū)目的層埋深普遍超7 km，厚10～20 m，存在目的層埋深大、地震成像信噪比低、分辨率不足等問題，導(dǎo)致以往儲層裂縫預(yù)測不能滿足部署高效評價井的生產(chǎn)需要。因此，提出對呼圖壁地區(qū)砂巖儲層不同尺度裂縫多技術(shù)手段預(yù)測方法，對多尺度裂縫的不同地震響應(yīng)特征，分別采用疊后地震屬性、疊前反演等技術(shù)手段進(jìn)行預(yù)測，最后將多技術(shù)手段結(jié)果進(jìn)行融合并優(yōu)選[2-6]。主要技術(shù)步驟可以概括為（圖1）：①在疊后地震資料上先利用各種屬性開展大尺度裂縫研究，如深度學(xué)習(xí)、凌亂性檢測、曲率增強(qiáng)等屬性均對大尺度裂縫響應(yīng)較明顯；②據(jù)地質(zhì)露頭、構(gòu)造分析和鉆錄井等信息獲得的構(gòu)造裂縫的類型、產(chǎn)狀、組系、密度等特征的認(rèn)識，對疊后屬性進(jìn)行約束，將各類屬性進(jìn)行融合，優(yōu)選得到大尺度裂縫預(yù)測結(jié)果；③用成像測井識別的裂縫來標(biāo)定地震方位頻率梯度屬性及疊前方位各向異性反演，得到小尺度裂縫預(yù)測結(jié)果；④將以上兩種尺度裂縫進(jìn)行融合，最終得到儲層裂縫體系的綜合預(yù)測成果。經(jīng)實測鉆孔證實該方法的可靠性與適應(yīng)性，對下一步油氣勘探開發(fā)及井位部署提供技術(shù)支撐。

1? 地質(zhì)概況及裂縫發(fā)育特征

呼圖壁背斜位于南緣中段，為近EW向長軸背斜（圖2），白堊系清水河組具層薄面廣的特點。埋深7～9 km，平均8 km；有利儲層厚度為10～20 m。儲層物性差，孔隙度為5%～10%，多小于10%，滲透率約0.01×10-3 μm2，主要集中在0.01～10，屬特低孔、特低滲致密儲層。清水河組致密砂巖油氣藏為非常規(guī)油氣藏，準(zhǔn)確預(yù)測小尺度裂縫發(fā)育帶對部署評價井獲得高產(chǎn)具重要意義。因此，呼圖壁地區(qū)儲層增儲上產(chǎn)需解決的核心問題是明確裂縫發(fā)育規(guī)律與分布范圍[7-8]。

據(jù)油氣藏發(fā)現(xiàn)井HT1井成像測井、巖心資料，研究區(qū)超深致密砂巖儲層天然裂縫非常發(fā)育（圖3），存在大量張開縫半張開縫、閉合縫，同時在鉆井過程中也產(chǎn)生部分鉆井誘導(dǎo)縫。張開縫、半張開縫與鉆井誘導(dǎo)縫方向一致，為NEE向（方位約60°），閉合縫方向與張開縫方向垂直，為NWW向。裂縫傾向與走向垂直，張開縫與半張開縫的傾角普遍大于70°，為高角度縫，為油氣運移通道。從巖心可觀察到裂縫高度約為0～25 cm，少數(shù)裂縫高度達(dá)50～75 cm。因此，成像測井和巖心上主要反映的是小尺度裂縫。

通過對清水河組巖心觀察及統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，呼圖壁地區(qū)主要發(fā)育高角度剪切裂縫，裂縫的發(fā)育受構(gòu)造控制，通過對成像測井裂縫密度和取心裂縫條數(shù)統(tǒng)計，結(jié)合呼圖壁地區(qū)構(gòu)造特征發(fā)現(xiàn)，背斜轉(zhuǎn)折端以及斷層附近發(fā)育大尺度裂縫，這是由于這些地方容易發(fā)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致構(gòu)造裂縫數(shù)量顯著增加；背斜軸部小尺度裂縫發(fā)育，是由于應(yīng)力一定的情況下巖石脆性較強(qiáng)，從而造成小尺度裂縫較發(fā)育。

2? 大尺度裂縫預(yù)測

本文主要采用了基于CNN圖像分割的深度學(xué)習(xí)主干斷裂識別、基于振幅梯度矢量凌亂性檢測的裂縫識別及基于Aberrance曲率增強(qiáng)屬性的裂縫預(yù)測技術(shù)對目的層段進(jìn)行大尺度裂縫的識別。

基于CNN深度學(xué)習(xí)的斷裂檢測法是把圖像分類問題轉(zhuǎn)換為圖像分割問題，用基于Unet的CNN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行斷裂精確識別，主要特點和優(yōu)勢為：①訓(xùn)練數(shù)據(jù)可在三維空間里交互拾取，也可通過隨機(jī)模型模擬各種可能情況的斷裂，做到基于大數(shù)據(jù)的有監(jiān)督的全自動神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)；②使用先進(jìn)的Unet CNN網(wǎng)絡(luò)來解決圖像分割問題；③使用GPU解決大量運算問題。從圖4可看出，深度學(xué)習(xí)斷裂檢測可更加準(zhǔn)確地反映地震剖面斷裂特征，主干斷裂沿背斜兩側(cè)非常發(fā)育，同時在兩側(cè)又發(fā)育大量的次級斷裂，深度學(xué)習(xí)對斷裂的預(yù)測空間延展性好（圖5），對存在一定斷距的斷裂可進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。由于研究區(qū)斷裂受強(qiáng)逆推擠壓作用，形成的斷裂帶范圍較大，在背斜兩翼易形成復(fù)雜斷裂系統(tǒng)。

凌亂性檢測裂縫識別技術(shù)是假設(shè)斷層面在局部區(qū)域是一個面，通過在三維空間里各方位角和傾角搜索地震振幅梯度向量的凌亂性，找出凌亂性最強(qiáng)的面便是斷層位置[9]。該方法從地震振幅數(shù)據(jù)體出發(fā)，直接搜索斷層在三維空間的展布規(guī)律，簡潔高效，其結(jié)果無論是在水平切片還是垂向剖面里斷層的可解釋性均很強(qiáng)，是一種較好的三維斷層自動追蹤方案。從垂直斷裂方向的剖面看（圖4），凌亂性檢測結(jié)果沿斷裂面連續(xù)性好，斷裂帶內(nèi)部的細(xì)節(jié)多，對斷層表征精度高，大尺度斷裂很好地接力聯(lián)通了儲層清水河組和烴源巖西山窯組，且背斜軸部大尺度裂縫較向斜發(fā)育。沿目的層切片上看（圖5），凌亂性檢測結(jié)果在細(xì)節(jié)上比傳統(tǒng)相干屬性有明顯提高，對精細(xì)刻畫斷裂帶有很大幫助，不同層位切片可清楚地表現(xiàn)不同時期斷裂發(fā)育特征，進(jìn)一步印證了斷裂的良好繼承性。

基于Aberrance曲率增強(qiáng)屬性的裂縫預(yù)測技術(shù)Aberrance是在構(gòu)造曲率的基礎(chǔ)上求取導(dǎo)數(shù)[10]，通過應(yīng)用發(fā)現(xiàn)此屬性預(yù)測的斷裂比曲率更可靠，地震同相軸明顯褶曲的斷層，由于地震同相軸無明顯錯段，振幅橫向連續(xù)性強(qiáng)，通過Aberrance屬性進(jìn)行增強(qiáng)計算，得到的結(jié)果信噪比明顯改善，裂縫識別相對清晰。從預(yù)測的裂縫平面圖可看出（圖5-c），裂縫發(fā)育與斷層發(fā)育的關(guān)聯(lián)性明顯，靠近斷裂帶處，裂縫信息豐富，且裂縫能量與斷裂距離成反比。

以上3種預(yù)測方法描述的是裂縫不同特征，因此需對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行融合，達(dá)到對裂縫的精準(zhǔn)刻畫。從圖5-d可看出，對以上3種預(yù)測方法進(jìn)行融合得到的裂縫發(fā)育規(guī)律及分布特征，融合結(jié)果相較于單一屬性描述的大尺度裂縫發(fā)育規(guī)律更清晰，信息也更全面。

3? 小尺度裂縫預(yù)測

受地震分辨率的影響，常規(guī)的地震各向異性屬性很難進(jìn)行小尺度裂縫識別。因此，采用疊前OVT裂縫預(yù)測技術(shù)來進(jìn)行小尺度裂縫預(yù)測。疊前OVT裂縫預(yù)測主要流程可分為3部分：OVT道集資料優(yōu)化、AVAZ屬性提取或分方位疊前反演、裂縫密度與裂縫方位生成及融合[11]。由于OVT道集信噪比偏低，在進(jìn)行應(yīng)用之前，首先需對其進(jìn)行去噪處理。通過角度處理后可發(fā)現(xiàn)，目的層附近最大入射角普遍小于30°，目的層以下至侏羅系底部入射角逐漸變小。由于該位置位于背斜高部位，其他部位角度相應(yīng)更低。因此，綜合認(rèn)為可選擇30°線作為數(shù)據(jù)切除線，同時考慮6 500 m分割線將高角度異常數(shù)據(jù)進(jìn)行切除。接下來需對為OVT道集進(jìn)行角道集轉(zhuǎn)換及方位角劃分工作，角度域采用3度等分原則，方位角的劃分一般在6～12個即可，劃分方位過多，單方位覆蓋次數(shù)少，資料信噪比過低；但劃分方位過少，方位識別度降低，裂縫預(yù)測不準(zhǔn)確。最終對AVO屬性裂縫預(yù)測采用12等分。而對于疊前反演彈性參數(shù)及振幅、頻率等屬性采用6等分方位角的方式。

經(jīng)去噪及方位劃分后的疊前OVT道集數(shù)據(jù)，能更好地進(jìn)行疊前反演和計算方位各項異性屬性用于小尺度裂縫預(yù)測?；贖TI介質(zhì)模型的常用的技術(shù)手段主要有疊前方位各向異性屬性，例如振幅、速度和雙程旅行時等，這幾類屬性一定程度上能反映裂縫特征，能量吸收衰減相關(guān)的方位屬性和反演一定程度上能反映小尺度裂縫特征[1]。裂縫密度剖面縱向連續(xù)性好（圖6-a），平面上在HT1井處裂縫非常發(fā)育，裂縫方向以NE向為主，與鉆井吻合性好（圖6-b）。H101、H102井處裂縫發(fā)育中等，次于HT1井。

4? 裂縫發(fā)育規(guī)律

疊后大尺度裂縫預(yù)測的結(jié)果與構(gòu)造疊合（圖7-a），預(yù)測結(jié)果與斷裂解釋結(jié)果吻合度高，但對一些小斷層，尤其高部位小斷層仍需注意。在圈閉內(nèi)部非斷層發(fā)育區(qū)確定裂縫的發(fā)育趨勢，并結(jié)合疊前預(yù)測得到裂縫密度（圖7-b），是對疊后裂縫預(yù)測的一種有效補(bǔ)充，疊后斷裂不發(fā)育而疊前裂縫密度高的地方，相對而言是非常有利的目標(biāo)。如H6與HT1構(gòu)造高部位中間局部構(gòu)造高，從大尺度裂縫預(yù)測上看無斷裂穿過，在疊前裂縫預(yù)測結(jié)果上有裂縫發(fā)育，可具體根據(jù)裂縫發(fā)育強(qiáng)度確定明確目標(biāo)，H101、H102在白堊系清水河組鉆遇孔縫雙重介質(zhì)儲層，均獲得百方高產(chǎn)工業(yè)油氣流。

5? 結(jié)論

（1） 針對呼圖壁地區(qū)超深致密儲層裂縫預(yù)測精度低的難題，綜合利用疊后地震屬性進(jìn)行大尺度裂縫描述，利用成像測井約束疊前OVT反演及衰減各向異性屬性進(jìn)行小尺度裂縫預(yù)測，實現(xiàn)裂縫的逐級精細(xì)刻畫，解決了呼圖壁地區(qū)超深致密儲層裂縫預(yù)測難的問題。

（2） 裂縫預(yù)測結(jié)果與已鉆井吻合度較高，呼圖壁地區(qū)H101、H102等多口井、多層系獲高產(chǎn)并穩(wěn)產(chǎn)。

（3） 多尺度裂縫地震預(yù)測方法應(yīng)用的關(guān)鍵是OVT域道集的優(yōu)化處理和井震結(jié)合的質(zhì)量控制，該方法可在地震地質(zhì)條件相似的非常規(guī)儲層裂縫預(yù)測研究中推廣應(yīng)用。

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Seismic Prediction of Ultra-Deep Tight Sandstone Reservoir Fractures in

HTB Area， Zhungaer Basin

Xu Yanan， Wang Xiaotao， Xi Yuxiao， Wang Xian， Ye Di， Su Yanli

（Institute of Geophysics，Exploration and Development Research Institute，PetroChina Xinjiang Oilfield

Branch，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract： A seismic fracture prediction method is proposed based on the fusion of multiple prestack and poststack seisimc attributes for predicting the development of tight sandstone reservoir fractures in HTB area in the Zhungaer Basin．The fracutres in the area include both large-scale fracutres that can be identified by seismic responses and small-scale fracutres that can not be readily identified by seismic responses. It is the latter that requires special processing. The geometric seismic attributes related to large-scale fractures are firstly extracted by using the poststack seismic data of high signal-to-noise ratio and then combined with the distribution pattern of the fractures in the target layer characterized with multi-attribute fusion to predict the distribution of small fractures through further combination with frequency-dependent anisotropic parameter inversion. At last， the prediction results are summarized to analyze the fracture distribution pattern of the target layer， with a view to accurately depicting potential targets with well-developed fractures. In all， the actual data obtained are consistent with predicted results， showing that fractured reservoirs can be accurately described by using this integrated multi-scale fracture prediction technology．

Key words： Tight sandstone; Multi-scale fracture; The HTB area; Ovt seismic data; Fracture prediction

收稿日期：2023-06-09；修訂日期：2023-09-11

第一作者簡介：徐亞楠（1984-），女，河北滄州人，碩士，2013年畢業(yè)于長江大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，現(xiàn)從事物探方法研究工作；

E-mail： cnxuyn@petrochina.com.cn