OVT域叠前裂缝预测技术--以塔里木盆地塔中ZG地区奥陶系碳酸盐岩为例

OVT域叠前裂缝预测技术--以塔里木盆地塔中ZG地区奥陶
系碳酸盐岩为例
党青宁;崔永福;陈猛;赵锐锐;刘伟明;李勇军
【摘要】以塔里木盆地塔中ZG地区全方位高密度地震资料为基础，采用叠前纵波方位各向异性技术开展基于OVT域的裂缝预测研究。

OVT域地震数据偏移后保留了方位角和偏移距信息，能快速灵活地进行方位角和偏移距分选，避免了常规方法耗时冗长的弊端，很适合进行分方位裂缝预测。

通过对该地区奥陶系鹰山组灰岩储层不同偏移距、不同方位角及不同域的数据体进行试验，优选出100～5500 m偏移距和6个方位角的数据来计算纵波相对波阻抗的差异，裂缝方向和密度的预测结果与实钻吻合程度较高，能够为该井区储层缝洞连通性研究、井位部署、水平井轨迹设计提供重要依据。

%Based on the full azimuthal and high density seismic data in ZG area of Tazhong district in Tarim Basin,the authors detected fractures through the P⁃wave azimuthal anisotropy with prestack seismic data in OVT domain.After migration in OVT domain,the seis⁃mic data which possess azimuth and offset information,are suitable for fast prediction of fractures and hence avoid waste of time.The au⁃thors examined different offset ranges and azimuths and the alterable seismic domain and then chose the offset in the range of 100~5500 m and 6 azimuth to predict the fracture.To analyze the relative impendence inversion of every azimuthal datum,the authors determined the fracture orientation and fracture density of carbonate reservoirs in Yingshan Formation. The results are largely consistent with the practical drill hole
and can guide the study of well deployment,connectivity of cave⁃fracture and design of horizontal well.
【期刊名称】《物探与化探》
【年(卷),期】2016(040)002
【总页数】7页(P398-404)
【关键词】塔里木盆地;奥陶系碳酸盐岩;OVT域处理;方位各向异性;裂缝预测【作者】党青宁;崔永福;陈猛;赵锐锐;刘伟明;李勇军
【作者单位】中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院，新疆库尔勒 841000;中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院，新疆库尔勒 841000;中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院，新疆库尔勒 841000;中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院，新疆库尔勒 841000;中国石油勘探开发研究院西北分院，甘肃兰州730020;中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院，新疆库尔勒 841000
【正文语种】中文
【中图分类】P631.4
塔里木盆地塔中ZG地区碳酸盐岩广泛分布，奥陶系鹰山组灰岩储层具有极强的非均质性，多以裂缝—孔洞型储层为主[1]。

这类储层的裂缝非常发育，油气分布受裂缝制约，它既是油气的主要储集空间，又是油气的主要渗虑通道[2]，因此裂缝预测显得非常重要。

利用地震资料进行裂缝预测的技术较多，按照所使用的地震数据类型可将这些方法大致分为多分量转换波裂缝检测、叠后地震属性分析及叠前纵波方位各向异性检测裂缝等[3-5]。

多分量转换波裂缝预测通过计算和分析多波地震勘探中横波分裂特征参数，来检测
地下裂缝情况。

该方法的前提是得到高信噪比的水平分量，因而要精心设计野外采集参数以观测到横波双折射现象，以及在处理中尽可能地保留快慢波的差异。

但是目前水平分量资料的分辨率大多低于垂向分量，而且多波多分量的资料采集的较少，因而总体上不能满足裂缝勘探的需求[6-7]。

叠后地震属性检测裂缝方法利用不同
地震属性(振幅类、频率类、相位类、地震波形分类、时频分析等)对裂缝敏感性的分析来预测裂缝，这些技术更适用于推断裂缝发育区的概貌，计算出来的裂缝精度较低。

2007年以来，叠后地震属性分析围绕地震反射波形突变的特征，开展了曲率分析、相干分析及频谱分解等研究，应用在裂缝预测方面取得一定效果。

但是实际上地震属性种类繁多，不同属性对不同岩性、物性的敏感程度不一，导致选择合适的属性较为困难[8-10]。

叠前纵波方位各向异性裂缝检测方法，利用叠前纵波信号所携带的与方位相关的变化特征，来解决裂缝方位和密度问题。

目前利用纵波各向异性进行裂缝预测的方法有：动校正速度方位变化裂缝预测、纵波方位AVO裂缝检测、纵波阻抗随方位角变化裂缝预测等[11-13]。

第三种方法克服了前两种方
法存在的分辨率低和不稳定的缺陷，因而在裂缝预测具有一定优势。

但是该方法对地震资料有较高要求，必须是宽方位或全方位采集[14]，并且要有较高的信噪比。

随着地震采集朝着全方位高密度发展，资料品质有了大幅度提高，能够满足第三种方法对资料品质的需求。

笔者采用叠前纵波方位各向异性方法来预测塔中ZG地区奥陶系碳酸盐岩的裂缝分布情况。

塔中ZG地区地震资料覆盖次数484次、面元尺寸15 m×15 m、纵横比为1，为全方位高密度地震资料，且经过精细处理后地震资料保幅保真信噪比高，满足了裂缝检测需求。

该方法的常规做法是先把CMP道集按照方位角道头字分成若干个方位角道集，再把每个方位角道集进行叠前时间偏移，然后再来作裂缝分析。

该做法的缺陷在于常规偏移之后的道集已经丢失了方位角和偏移距信息，需要在偏移之前先划分好方位角，因此偏移次数和方位角道集的个数是一致的，偏移占了大
量机时，导致生产效率极低。

本次提出基于OVT(offset-vector-tile，即“炮检距向量片”)域地震数据的纵波阻抗随方位角变化裂缝检测方法，利用OVT域数据偏移后仍拥有方位角和偏移距信息的优势，只需要做一次偏移，就能够快速便捷地划分方位角和偏移距，极大提高了生产效率。

笔者分析和对比了不同偏移距、不同方位角、不同域偏移的数据体的裂缝分布特征及其与区域地质构造特征和实钻井的吻合性，在此基础上优选出合适的偏移距范围和方位角，提高了裂缝预测的效率和精度，为后续研究提供有力依据。

1.1 OVT域数据处理技术
OVT道集是一种数据分域方式，是十字排列子集的细分和重新整合形式[15]。

众所周知，十字交叉排列记录是一条检波线和与之相交的一条炮线所接收到的地震信息的集合，十字排列的中心即为两条线的交叉点，一个十字交叉排列道集的反射点覆盖了一块连续的区域，构成了一个单次覆盖的三维道集数据体。

在一个十字交叉排列基础上，以中心为原点，按炮线和检波线间距进行划分，即可得到该十字交叉排列上所有的OVT向量片(图1a )，可见OVT的大小是由炮线和检波线间距来确定的，在每个OVT这样一个小的区域内，偏移距和方位角都被严格限制在一个相对较小的范围内。

如图1b、c、d所示，从ZG地区全方位高密度地震资料抽取的某个OVT向量片，其覆盖次数值基本为1，占了98%的比例，极少面元的覆盖次数为2 (图1b)。

偏移距大致在2 727～3 367 m的范围内，其中2 727～3 047 m的偏移距占45.3%，3 017～3 367 m的偏移距占54.7%(图1c)。

方位角分布在-140°～-129°(图1d)，其中-140°～-134°占54.4%，-134°～129°占45.6%。

由此可见，对于单个OVT，其覆盖次数基本是1，提取所有十字排列道集中相应的OVT，就组成一个OVT道集，这个道集中每个地震道的炮检距和方位角都分布在一个较小的范围内，由于是覆盖整个工区的单次覆盖数据体，因而它可以独立偏移，这样偏移后就能保存方位角和炮检距信息[16-17](图1)，这意味着OVT偏移
后可直接用于方位角分析，这是OVT技术最具优势之处。

通过方位各向异性研究所获得的有用信息可直接反映出储层裂缝方向和裂缝密度等重要信息[18-20]，进
而为钻井和提高油井产量提供重要依据。

OVT域偏移与常规偏移方法相同，只是输入的道集不同。

常规偏移输入的道集为
共炮检距CMP道集，OVT域偏移的输入数据为OVT道集。

图2是塔中ZG地区OVT偏移与常规偏移后的道集对比，可见OVT偏移后的道集道数多，整体能量更均衡，近、中、远道能量趋于一致；而常规偏移之后的道集道数少(与炮检距分组
有关)，近、远道能量弱、中间能量强，这是共炮检距方法固有的弊端。

同时也可
看出，OVT道集能够压制多次波，突出了有效波能量，能够满足裂缝预测对地震
资料品质的要求。

1.2 纵波方位各向异性检测裂缝技术
由于地层上覆载荷的压实作用，水平或低角度裂缝几乎消失，对裂缝型油气藏贡献大的是易于保存的高角度和近于垂直的开启裂缝(即HTI介质)。

裂缝的存在导致介质的物理性质随着方位不同而发生变化，即表现出各向异性特征。

Rüger A[21]和Chen W[22]给出了HTI介质纵波振幅随入射角和方位角变化的公式，可近似表达为
其中：
式中：ΔZ是相邻层纵波阻抗差；是相邻层纵波阻抗的平均值；Biso是各向同性的AVO梯度；G是剪切模量，G=ρβ2，ρ是密度，β是为沿对称轴传播的横波速度；Bani 是各向异性梯度；i是入射角；φ是与已经定义好的方向如正北相关的炮—检方位角，φ是在已选择的零方位角方向和各向同性或者对称轴平面(如与裂缝平行
或者垂直)之间的夹角，正演时两个角度可合为一个变量；α为沿对称轴方向传播
的纵波速度；δ为描述HTI介质的Thomsen型参数，为相邻层Thomsen参数
的变化量；γ是剪切波分裂参数；Δγ相邻层的变化量，与裂缝密度直接相关(图
3a)。

利用上式，有规律地改变入射角和方位角就可以得到一系列不同反射系数(图3b)，将其与子波褶积，就可以得到正演模型。

若固定入射角，上式的反射系数R就由
方位角φ-φ、Biso、Bani组成一个椭圆。

随着不同方位角的变换，反射系数也随
之发生变化，即裂缝诱导的各向异性导致了地震纵波属性(速度、振幅、频率等)随方位变化而产生变化，这正是用地震纵波分方位检测裂缝的理论基础[23-25]。

塔中ZG地区全方位地震资料分成6个方位角之后，碳酸盐岩地层(约3 900～4 100 ms)不同方位上的振幅特征有明显变化(图4)，进而用振幅算出相对波阻抗值，由此进行方位各向异性分析，预测出该地区裂缝的方向和密度。

2.1 数据准备
基于分方位的裂缝分析，首先要分好方位角。

按照每个方位角覆盖次数不少于20～30次的标准，最少分3个方位，保证各向异性椭圆的拟合；塔中ZG地区地震数据最大覆盖次数为480次，那么分方位最多不超过16个，保证每个方位角数据的信噪比。

把该工区地震数据分成3个方位角、6个方位角和12个方位角，对奥陶系碳酸盐岩进行裂缝分析，通过对比发现6个方位比3个方位所描述的裂缝
特征整体上精细程度更高，有规律性的方位信息更丰富。

而6个方位与12个方位所描述的密度分布特征相似(图5)。

实际上，通过大量试验，我们发现方位角的个
数最多分7～8个即可满足裂缝预测需求。

其次，裂缝预测对偏移距也有一定的要求。

尽管OVT道集能量较为均衡，但是小于100 m和大于5 500 m偏移距的数据方位信息不全(图6a)，因而我们选择了100～5 500 m的偏移距数据作为分析裂缝的输入数据，这样能够保证输入数据为全方位数据(图6b)。

此外，我们还选择了100～3 000 m偏移距数据与之作对比，从图6c、d所示裂缝平面图上可以看出，100～3 000 m偏移距的裂缝分布较为
杂乱，而100～5 500 m偏移距数据所反映的裂缝规律性强，与断层具有很好的
相关性。

因而大偏移距数据更能够反映各向异性[26]，在分析裂缝方面更有优势。

最后，我们把OVT域偏移后的数据和常规偏移后的数据拿来进行裂缝分析。

在相同的方位角和偏移距条件下，OVT域数据与常规数据所描述的裂缝分布整体特征
相似，相对发育区域与地质构造相关性强。

二者所预测出的裂缝方向基本相同，但是前者预测出的裂缝分布特征相对更为精细(图7)。

利用OVT数据进行裂缝最大
的优势在于它偏移之后仍有方位角和偏移距信息，因而能够快速地分选方位和选择合适的偏移距，从而极大地提高了裂缝预测效率。

由此可见，裂缝分析的数据准备很重要，需要全方位、大偏移距、高信噪比、保幅保真的地震资料。

2.2 应用
从塔中ZG地区奥陶系碳酸盐岩的裂缝平面分布图上可以看到，裂缝分布特征明显，在靠近断层处相对发育，与地质构造呈一定的相关性(图9a)，说明该工区裂缝以
构造缝为主。

工区有9口井在靶点或靶点附近有漏失，漏失量从82～6 688 m3
不等，表明井点目的层段裂缝发育。

从裂缝密度剖面图上可见，w11-7处裂缝较
为发育(图8a)。

实际上，w11-7井目的层漏失钻井液1 027 m3，同时发现0.4
m3的溢流现象，说明该井目的层裂缝非常发育，导致地层流体进入井筒，因此引发了井漏和溢流。

w11-7井储层段的成像测井解释也表明该井段裂缝较为发育(图
8b)。

w8井、w8-1井在目的层分别漏失钻井液3 776 m3和694 m3，证明了这两口井裂缝发育。

但是从图9a上只见w8井处裂缝发育，而w8-1井处的裂缝不
发育，裂缝预测结果与实钻有一定差距。

事实上，这9口井中只有6口井位于裂
缝相对发育的地方，裂缝密度预测结果与钻井结果的吻合率能达到70%左右。

从裂缝方向上看，塔中ZG地区有5口井有成像测井资料，奥陶系碳酸盐岩储层段裂缝方向如图9a所示。

可以看出，w23c井储层段发育两组近东西向裂缝，与成
像测井实钻吻合。

w111、w21-5、w8-1三口井均仅发育一组方向的裂缝，以北
东向为主，与成像测井所展示的主要裂缝方向大致相同。

w11井实钻结果表明该
井发育北东向和北东东向两组裂缝，而预测的裂缝中仅有一组次要裂缝与实钻吻合，吻合程度稍差。

由此，预测的裂缝方向与实钻比较吻合(图9a)。

图9b、c、d分别展示了w8-1井的裂缝方向、成像测井结果及工程地质力学所预测的最大主应力方向。

显然，对于w8-1井来说，利用地震资料预测的裂缝方向与成像测井的主要方向一致，也与最大主应力方向一致。

一般情况下，储层酸化压裂的方向和水平井轨迹设计方向与最大主应力方向平行时是最为有利的，那么，平行于最大主应力的裂缝显然成为了沟通油气的通道。

w111的裂缝方向与最大主应力方向较为吻合，也能够指导井位后续研究。

1)OVT域数据偏移后仍然拥有方位角和偏移距信息，能够快捷灵活分选方位角和
偏移距，非常适合进行分方位的裂缝预测，避免了常规方法耗时长的弊端，提高了生产效率。

2)叠前纵波各向异性裂缝检测技术对地震资料品质要求较高，全方位、大偏移距、高信噪比和保幅保真的地震数据能够更精细描述裂缝发育特征。

3)塔中ZG地区奥陶系碳酸盐岩的裂缝密度和方向与实钻吻合程度高。

裂缝分布靠近断层，与区域地质构造呈一定相关性。

裂缝研究结果对于研究井位、分析缝洞连通关系和水平井轨迹设计具有重要的指导意义。

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