顺北地区超深断控储集体地震识别与描述

刘军，李伟，龚伟，黄超

（中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，乌鲁木齐 830011）

顺北油气田主体位于塔里木盆地顺托果勒低隆起，其东南延伸至古城墟隆起的顺南斜坡，面积约2.8×104km2，其中原油分布面积为2.0×104km2，天然气分布面积为0.8×104km2。

顺北地区超深断溶体油气藏富集程度受走滑断裂控制，断裂强度越大，分段越长，储集体规模越大[1]。顺北地区主干断裂带油气富集，油气产能高，而断裂带之间油气富集程度弱，钻井多为低产井或干井[2-3]。分段样式控制断溶体油气藏内部甜点分布，拉分段连通规模大，地震剖面上“串珠”多呈线状分布，而压隆段内部分割性强，地震异常发育且杂乱分布。通过钻井分析，同一断裂带不同段的储集体发育程度有差异，总体上表现为拉分段和平移段储集体连通规模大，油气富集程度高。受断裂活动期次、强度及烃源岩热演化等多因素的影响，不同断裂带及同一断裂带不同段油气藏性质存在明显差异。

前期三维地震勘探取得了较好的效果，部署在主干及次级断裂的井均获得油气突破，但针对断控储集体这种内部非均质性极强、储集体空间展布十分复杂的勘探对象，受沙漠地表、埋深条件以及断裂带地震资料采集处理难度大等的限制，储集体预测难以满足精细勘探需求。

本文针对顺北地区的断裂体系及断控储集体的识别和描述面临的问题与技术瓶颈进行较为系统的研究（图1），旨在对提高碳酸盐岩油气藏的地震勘探技术水平、促进塔里木盆地碳酸盐岩油气藏的勘探开发有所裨益。

1 走滑断裂精细刻画

地震属性在一定程度上提高了断裂的识别能力，但由于受到地震分辨率等多种因素的影响，在实际应用过程中仍然存在一定的局限性[4-5]。尤其是断裂规模较小时，识别断裂存在不确定性，因此本文选用频率域多尺度断裂检测技术对断裂进行检测，以提高断裂识别能力。

图1 超深断控储集体地震识别与描述研究流程图Fig.1.Flow chart of the study

频率域多尺度断裂检测技术通过对地震数据进行高分辨率频谱分解得到不同频率的数据体，提取各个数据体振幅、频率以及相位的不连续性属性和边缘增强属性，得到断裂检测数据体[6-11]，其最大的特点是增加了频率域的多种不连续信息，使地震反射中的不连续性更为准确、清楚，从而使地震数据对断裂系统，尤其是小断裂有更清楚的反映。对比相干体和频率域多尺度断裂检测数据体，相干体包含一些脚印和沿层的线性干扰，会影响断裂的识别（图2a），频率域多尺度断裂检测数据体在去脚印和沿层线性干扰的同时强化地震数据的不连续性，检测得到的断裂清晰、连续性好（图2b），以频率域多尺度断裂检测数据体为基础，进行断裂自动识别和追踪，进一步增强断裂连续性（图2c）。

图2 顺北地区多属性断裂检测结果Fig.2.Detection of faults by multiple seismic attributes in Shunbei area

频率域多尺度断裂检测数据体剖面及空间断裂解释结果显示直观，剖面上斜交组合展布的断裂基本能准确刻画，断面清晰可靠，连续性好；空间上断裂组合、结构特征可直观反映。

2 断控储集体地震识别模式

目前顺北地区测试获得高产工业油气流的钻井在钻遇放空漏失之前，油气显示级别弱，在钻遇放空漏失大型储集体后，测试均获得了高产工业油气流，油压稳定，产量高。本文以顺北地区储集体的地质发育模式为指导，通过地震正演模拟的方法研究断控储集体的地震识别模式。

前期认识和实钻井表明，断控储集体地震响应特征主要表现为“断裂+串珠”、“断裂+杂乱”和“断裂+线状弱反射”3 种类型。通过分析断裂带上的钻井，W15 井处是相对比较标准的“断裂+串珠”反射，W16井、W14 井和W18 井处是典型的“断裂+杂乱”反射，W2 井处是典型的“断裂+线状弱反射”。以上3 种类型反射处钻井均获得了油气产能，典型“断裂+串珠”反射处钻井偏少，难以定论最有利储集体地震响应特征，因此，本文设计了多组断控储集体地质模型，通过波动方程正演，总结断控储集体的地震识别模式。

地下断控储集体非常复杂，表现为非均质性强、空间结构及组合多样、横向分隔性和纵向连通性难于表征。因此，根据地震剖面简化地质模型（图3a），由断裂、裂缝及洞穴组成，正演剖面与地震剖面具有相似性，强反射异常大部分为优质储集体的地震响应特征，断裂表现为线状弱反射条带[12-13]（图3b、图3c）。

碳酸盐岩油藏不同于砂岩油藏，强非均质性导致有利储集体预测难度加大。前期对于塔河油田岩溶缝洞型储集体发育规模、发育位置以及充填性判别形成了一套较为有效的预测技术，而顺北地区断溶体油气藏储集空间主要是由走滑断裂多期活动形成的破碎带和洞穴，地震剖面所展示的是包括储集体及基岩的断裂带集合特征，纵向上断裂多期叠接，横向上不同断块也有分隔，因此对于储集体的识别目标就是判断破碎带或者洞穴可能发育的位置。

图3 断控储集体地质模型（a）、正演剖面（b）及地震剖面（c）Fig.3.(a)Comprehensive geological model,(b)forward modeling and(c)seismic sections

综合以上分析研究，明确了顺北地区“强中找弱、弱中找强”的断控储集体地震识别模式：当断裂带内充填裂缝型储集体时，地震剖面上主要表现为“断裂+线状弱反射”特征；当断裂带内充填孔洞型储集体时，地震剖面上主要表现为“断裂+杂乱”反射特征，随着小尺度孔洞体发育密度的增加，地震剖面上“杂乱”弱反射逐渐变为“杂乱”中强反射；当断裂带内充填洞穴型储集体时，地震剖面上呈现“断裂+串珠”反射特征；地震振幅异常是断控储集体的综合响应，其异常的强弱反映了储集体的发育规模。

3 断控储集体定量描述

根据钻井、测井及岩心资料分析，断控储集体主要储集空间类型为洞穴、孔洞及裂缝[14-15]。本文对断控储集体量化描述的思路：①优选敏感地震属性分别描述断控储集体的边界和不同类型储集体的地震相特征；②建立波阻抗与孔隙度的关系，通过波阻抗反演体得到断控储集体孔隙度体；③利用不同类型储集体的雕刻体与孔隙度体进行运算，得到断控储集体的有效体积。

3.1 断控储集体敏感地震属性优选

3.1.1 断控储集体边界刻画

断控储集体是致密碳酸盐岩受断裂活动沿破碎带形成的[16]，在地震剖面上主要表现为“杂乱”反射特征，通过大量地震属性分析，认为结构张量属性对断控储集体的边界刻画效果最佳。通过识别结构张量属性剖面上的杂乱纹理，可以有效地刻画断控储集体的边界。结合顺北地区已钻井分析，在钻遇断控储集体边界后，钻时曲线会明显降低，因此通过钻时曲线的标定，确定结构张量属性的门槛值，进而明确断控储集体的空间结构。应用结构张量属性刻画断控储集体的边界（图4）可以看出，钻时曲线明显降低处与结构张量属性对应较好，地震剖面中振幅强异常处，结构张量属性也有明显响应。

3.1.2 断控储集体不同类型储集空间敏感地震属性优选

优选瞬时能量属性、杂乱属性和不连续性属性分别预测洞穴型、孔洞型和裂缝型储集体的展布。

瞬时能量属性具有与瞬时振幅类似的地球物理意义和作用，对强“串珠”形态刻画效果较好[17]，与地震剖面“串珠”形态吻合较好（图5），可以有效刻画规模较大的洞穴型和孔洞型储集体。钻井钻遇“串珠”边界，发生放空漏失，在放空漏失段，瞬时能量属性有明显的响应特征，与钻井情况吻合。

杂乱属性为在地震信号中估算局部方差的方法，能较好地识别出地震信号的不连续性特征，可以有效刻画规模较小的洞穴型和孔洞型储集体。结合已钻井分析，易发生漏失，测井解释为Ⅱ类储集体，杂乱属性有明显的异常响应特征（图6）。

图4 顺北地区过W1井地震剖面（a）和结构张量属性剖面（b）Fig.4.(a)Through⁃well seismic section and(b)structural tensor section in Shunbei area

图5 顺北地区过W4井地震剖面（a）和瞬时能量属性剖面（b）Fig.5.(a)Through⁃well seismic section and(b)instantaneous energy section in Shunbei area

不连续性属性是一种刻画裂缝的有效方法[18]，通过对比分析各类不连续性属性，认为增强相干属性对裂缝检测的效果最佳。增强相干属性是通过对原始地震数据进行降噪、断裂线性增强处理后，求每一道每一样点处小时窗内分析样点所在道与相邻道波形的相似性，计算时窗内的数据相干性，把这一结果赋予时窗中心样点，形成一个表征相干性的三维数据体，能突出地震数据的线状弱反射特征，预测裂缝的平面分布。从增强相干属性计算的结果（图7）可以看出，增强相干属性检测的裂缝与测井解释裂缝吻合性较好。

图6 顺北地区过W5井地震剖面（a）和杂乱属性剖面（b）Fig.6.(a)Through⁃well seismic section and(b)clutter section in Shunbei area

图7 顺北地区过W2井地震剖面（a）和增强相干属性剖面（b）Fig.7.(a)Through⁃well seismic section and(b)enhanced coherence section in Shunbei area

3.2 波阻抗反演及孔隙度体计算

结合测井解释和地质资料，通过对多种建模方法对比分析，优选出适合缝洞型储集体预测的断控储集体相控地震反演方法。相控波阻抗反演为基于模型的确定性叠后反演，其基本思路是以断控储集体结构刻画为基础，利用分形分维算法兼顾测井和地震信息，构建空间非均质性强的断控储集体反演初始模型，获得波阻抗、速度等信息，用于估算断控储集体参数。相控波阻抗反演主要分为断控储集体地震相识别、多属性融合断控储集体模型建立和基于模型的波阻抗反演3 个步骤，其中断控储集体模型建立是相控波阻抗反演的关键部分。

分形建模方法通过横向上根据地震振幅的变化控制模型的微观特征，适用于研究区非均质性强的碳酸盐岩缝洞型储集体，在断控储集体模型建立过程中，要加强地震相控因子，突出断控储集体空间非均质性强的特征。模型建立时最关键的参数是分形能量，在分形建模过程中，分形能量越大，测井曲线数据对内插结果影响越大；分形能量越小，地震数据对内插结果影响越大。本次用测井曲线对低频趋势进行约束，高频信息来源于地震数据，研究区地震资料品质较好，因此，分形能量值为0.46，满足研究区碳酸盐岩缝洞型储集体非均质性强的特点，相控波阻抗反演断控储集体结构特征清楚，“串珠”、“杂乱”反射在波阻抗反演剖面上均有响应（图8）。

图8 顺北地区三维地震剖面（a）和相控波阻抗反演剖面（b）Fig.8.(a)3D seismic section and(b)phase⁃controlled wave impedance inversion section in Shunbei area

在钻井过程中，研究区多数井发生放空漏失现象，为洞穴型储集体特征，对放空和大量漏失井，通常未进行电性测井，缺少洞穴的测井解释孔隙度，测井解释最大孔隙度为15%左右，不能表征放空漏失井段的真实孔隙度。

设置一个理论模型，模型中有10个大小相同的洞，洞穴的孔隙度为10%～100%，围岩为灰岩，地震波在原油中的传播速度为1 250 m/s，原油密度为0.54 g/cm3，在灰岩中的传播速度为6 060 m/s，灰岩密度为2.70 g/cm3，通过Wyllie 方程计算出综合等效速度，从而得到波阻抗，最后拟合出孔隙度与波阻抗的理论关系式。顺北地区与邻区托甫台地区地质条件相似，都是断溶体油气藏，且都在主干断裂带上；生产特征相似，油井产能较高；油压下降势一致，托甫台地区生产历史较长。断裂级别均为主干断裂，加里东运动期南部活动强度大，海西运动期北部活动强度大。顺北地区地面原油密度为0.79～0.82 g/cm3，托甫台地区地面原油密度为0.82～0.89 g/cm3，均为轻—中质原油。因此，基于顺北地区和托甫台地区具有相似的地质条件与油藏特征，利用托甫台地区与顺北地区背景相似实钻井且放空漏失后有电性测井的井作为样点，求取不同井的波阻抗和孔隙度，可以看出实测数据与理论模型数据较吻合，可用拟合公式计算顺北地区孔隙度。

W18 井和W19 井钻井过程中发生放空漏失，其放空漏失段预测孔隙度大于5%，与洞穴型储集体吻合；同时提取井旁道孔隙度与测井解释孔隙度曲线对比，预测孔隙度与测井解释孔隙度基本吻合，局部存在细微差异，孔隙度差值小于2%。

3.3 断控储集体三维雕刻

不同类型储集体测井孔隙度门槛值不同，洞穴型储集体孔隙度不小于5%，孔洞型储集体孔隙度为2%～5%，裂缝型储集体孔隙度不大于2%，分类雕刻洞穴型、孔洞型和裂缝型储集体[19-20]。

根据雕刻结果，结合速度体，利用网格积分法计算出研究区3类储集的有效孔隙体积（图9）。

4 结论

（1）频率域多尺度断裂检测方法与常规断裂检测方法相比，可以更加精确地刻画小尺度断裂，能够更好地描述断裂的空间展布。

图9 顺北地区有效缝洞体三维雕刻成果Fig.9.3D description of effective fractured⁃vuggy reservoirs in Shunbei area

（2）建立了顺北地区“强中找弱、弱中找强”的断控储集体地震识别模式，明确了断控储集体具有“断裂+串珠、断裂+杂乱、断裂+线状弱反射”特征，地震振幅异常是断控储集体的综合响应，可反映储集体的发育规模。

（3）优选了结构张量属性、杂乱属性和增强相干属性定量刻画断控储集体空间结构，利用相控波阻抗反演预测储集层孔隙度，建立了一套适用于顺北地区的断控储集体空间描述方法。

（4）随着勘探开发的推进，钻遇的断控储集体地质目标越来越复杂，断控储集体空间雕刻与量化描述技术也需不断发展与完善。首先，针对断控储集体纵向发育特点，需建立相应的地震资料采集与处理技术；其次，受地震分辨率的影响，断控储集体地震响应往往是洞穴、孔洞、裂缝与基质围岩的综合响应，如何进一步优选敏感属性，提高储集体分类预测的精度是下一步工作的重点；最后，应综合钻井、测井等资料研究成果，加强不同类型储集体孔隙度计算方法研究，同时结合生产动态数据指导修正断控储集体空间雕刻量化描述，不断提高断控储集体量化描述精度。