通南坝地区碳酸盐岩储层裂缝及含气性预测
(中国石油勘探开发研究院，北京100083)
基于岩心裂缝发育特征，利用叠前地震方位各向异性技术，预测了通南坝构造嘉陵江组二段和飞仙关组三段储层裂缝的密度和方向，掌握了目的层储层裂缝的分布规律。通过全烃检测与已钻井测井频率衰减梯度剖面的对比，分析了利用频率衰减梯度预测储层含气性的可行性，并对研究目的层的含气性进行了全区预测。研究表明，嘉陵江组二段和飞仙关组三段储层在平面和垂向上具有不同的含气分布特征:嘉陵江组二段气藏面积大，单一气藏发育；飞仙关组三段单气藏面积相对较小，但纵向上具有多气藏发育、异位叠加的特点。根据裂缝预测和含气预测结果分析，通南巴地区存在两种不同类型的碳酸盐岩储层，即裂缝-孔隙型和孔隙型。研究成果对该区进一步勘探和井位部署具有较强的指导意义。
通南巴地区碳酸盐岩方位各向异性裂缝预测，频率衰减梯度含气预测
TNB地区裂缝及天然气分布预测
毕彦斌、龙生祥、刘斌
(中国石化勘探开发研究院，北京100083)
在研究岩心裂缝特征的基础上，利用叠前地震各向异性技术，预测了该区嘉陵江组二段和飞仙关组三段的平面裂缝强度和发育方向，发现了有利的裂缝发育区，为下一步井组部署和储层气体分析提供了指导。针对产层的特点，通过气测录井测试数据与频率衰减梯度剖面的对比，分析了利用频率衰减梯度预测天然气分布的可行性，并检测了平面天然气分布。结果表明，嘉陵江组二段和飞仙关组三段在平面上和垂向上具有不同的含气特征。t 1j 2气藏具有单储层、面积大的特点，而t 1f 3组发育多储层，纵向叠置，各气藏面积较小。综合上述裂缝和气体分布预测结果，碳酸盐岩储层具有两种不同的储层类型，即孔隙型和裂缝-孔隙型储层。该成果对TNB地区正在进行的勘探和井位部署具有重要的指导意义。
关键词TNB构造碳酸盐岩叠前地震数据各向异性技术裂缝分布预测频率衰减梯度气体分布预测
通南坝区块位于四川盆地东北部，是中国石化近期勘探的重点区块之一。虽然天然气勘探取得了重大突破，但总体勘探水平仍然较低，勘探工作仍面临一些需要研究和解决的问题:该区块面积大，钻至目的层的探井少，储层裂缝分布特征不够清楚；目的层埋藏深，钻井成本高。在含气预测的基础上，提高钻井成功率是非常重要的。针对上述相关问题，本文对目的层储层裂缝及含气性进行了区域预测分析，以期为该区块进一步有效勘探提供指导。研究范围选取通南坝地区河坝场三维地震工区。从西南向东北依次发育牛牛坪、河坝场、穆家梁、新场坝、邱家坪、马路白等6个局部构造。
1油藏地质特征
S82井和H1井钻井揭示，潼南坝构造主要产气层为下三叠统嘉陵江组二段和飞仙关组三段。
嘉陵江组二段属于蒸发台地相的浅滩-蒸发坪沉积，广泛分布于潼南坝地区。岩性由薄互层中的砂质白云岩、溶解白云岩和石膏组成。H1井嘉陵江组二段含气储层为砂岩白云岩，气层埋深约4500米，厚度12.4米，平均孔隙度3.17%。飞仙关组三段岩性主要为鲕粒灰岩和砂质灰岩，属于浅海开阔台地相和潮坪相沉积。H1井飞仙关组三段含气储层为溶孔鲕粒灰岩，埋深约5000米，厚度14米，平均孔隙度4.93%。储层研究表明，嘉陵江组二段和飞仙关组三段储层不同程度地经历了成岩后生作用的影响，尤其是白云石化和溶蚀作用，存在粒间孔和粒间溶孔、粒间孔和粒间溶孔、模孔和粒内溶孔等多种储集空间类型。总的来说，该区碳酸盐岩储层具有埋藏深、厚度薄、孔隙度和渗透率低、孔隙结构复杂等特点。
钻井岩心和野外露头观察表明，通南坝构造裂缝普遍发育。裂缝的出现主要是斜缝和竖缝，水平缝相对较少。不仅有填充裂缝，还有半填充裂缝和未填充裂缝，其中填充裂缝占绝大多数。通南坝地区由于地质历史上多期构造运动的影响，也形成了与各期活动相对应的局部构造和断裂系统，呈现出多期断裂组合的分布格局。
储层2裂缝分布预测研究
近年来，地球物理方法已成为研究储层裂缝分布的重要方法之一。基于地球物理理论预测裂缝的方法有很多[1，2]，如多分量勘探、横波勘探、VSP地震、纵波勘探等。根据地震波传播理论，横波对裂缝引起的方位各向异性比纵波更敏感，但横波资料的信噪比和分辨率通常低于纵波资料，横波的采集和处理成本远高于纵波，从而限制了横波对裂缝研究的实用性。作为一种特殊的“测井”方法，井中地震VSP本身存在探测面积小的问题。随着裂缝研究技术的不断探索，目前人们对利用纵波资料研究裂缝分布越来越感兴趣，尤其是利用三维叠前地震资料研究裂缝分布已经成为一种热门技术。
2.1地震方位各向异性方法预测储层裂缝的理论基础。
地震波是弹性波，其传播速度主要与地层性质有关，如埋深、构造发育程度、岩石成分、物性、孔隙发育程度、流体性质、流体饱和度等。裂缝发育带的存在会加剧地震波的吸收和衰减，造成地震属性的各向异性。Maria和Bruce研究并讨论了p波地震数据在裂缝密度和方向预测中的应用[3，4]。
Mallick(1991，1996，1998)和Craft(1997)指出，利用纵波反射振幅和速度随方位角和炮检距变化的函数，即利用振幅随方位角变化(RVA)和速度随方位角变化(RVA)来检测裂缝。这种关系可以用振幅随方位角变化的规律(RVA)和速度随方位角变化的规律(VVA)来表示，如图1 [5]。当反射纵波通过裂缝介质时，反射振幅(R)和反射速度(V)随方位角的变化是炮点方向与裂缝走向夹角θ的余弦函数，反射振幅和反射速度随方位角的变化可以解析表示为:
R=Ar+Br cos2θ (1)
V=Av+Bv cos2θ (2)
式中:r为反射振幅；v是方位速度；Ar和Av分别是振幅和速度的偏移因子，即Ar是均匀介质中的振幅，Av是均匀介质中的速度；Br和Bv分别是振幅和速度的调制因子，即振幅和速度在固定炮检距下随方位角的变化。它们都是裂缝密度的函数。
图中φ1为断裂走向与真北方向的夹角；α是炮检方向与真北方向的夹角，存在关系θ = φ-α。
方程(1)和方程(2)可以近似用一个椭圆来表示(图2)。当激发方向平行于裂缝方向时，振幅和速度最大(A+B)；当激发方向垂直于裂缝方向时，振幅和速度最小(A-B)。(A+B)/(A-B)反映了裂缝的密度。这是利用叠前地震资料预测储层裂缝分布的理论基础。
图1炮检位置与断裂方向关系示意图
图2地震属性沿不同方向裂缝变化示意图。
2.2叠前地震储层裂缝分布预测研究
叠前地震预测裂缝分布的思路是通过岩石物理正演模拟，确定裂缝介质条件下地震属性的各向异性响应特征。优化地震属性，提取相应的方位属性数据体。在方位各向异性分析的基础上，计算了目的层的裂缝密度和方向。最后，结合储层地质特征，综合分析了目的层的裂缝特征。
2.2.1叠前地震数据裂缝预测可行性
利用叠前地震信息预测裂缝分布的前提是地震资料从各个方向采集，具有较高的叠加次数和信噪比。本次研究采用宽方位采集三维地震数据，面元尺寸为25m×25m，全覆盖次数达到90次。地震资料质量好，信噪比和分辨率高，振幅保持性好。因此，这组地震数据有利于选择合适的炮检距和方位角提取相应的角道集数据体，适用于叠前裂缝预测研究。
2.2.2层位标定和时间窗选择
利用声波测井曲线制作地震合成记录，通过与旁道地震剖面的波组对比，准确标定地震层位。H1井标定后嘉陵江组二段底界双向时间为2004ms，飞仙关组四段底界双向时间为2105 ms；；S82井标定嘉陵江组二段底界的双向时间为1884 ms..在考虑储层厚度和平面稳定性因素的基础上，嘉陵江组二段时间窗在嘉陵江组二段底部以上12 ~ 21 ms，飞仙关组三段时间窗在飞仙关组四段底部以下22 ~ 31 ms，时间窗范围为9 ms..
2.2.3裂缝性储层各向异性岩石物理模型
图3显示了H1井嘉陵江组二段在井地震标定后的岩石物理正演模拟。图右上部分的关系曲线反映了归一化振幅随方位角和炮检距的变化特征，图右下部分的椭圆为含气模型和入射角为30°的方位角振幅椭圆。岩石物理正演模拟结果表明，方位振幅椭圆的短轴代表裂缝走向，为利用叠前地震资料预测目的层裂缝发育方向提供了依据。
图3嘉陵江组二段岩石物理正演模型
2.2.4频率方位道集数据体的形成
近年来的研究和应用表明，利用叠前地震属性进行裂缝研究时，频率属性在反映裂缝密度和流体信息方面具有较高的敏感性[6]。沿裂纹走向方向，高频部分吸收衰减较慢，而沿裂纹法线方向，高频部分吸收衰减较快。裂缝越发育，频率沿不同方位角的变化越明显，当裂缝含油气时，这种差异会更明显。因此，分析裂缝和所含流体引起的频率各向异性可以有效预测储层中具有开放性特征的裂缝的发育情况，对天然气储层的勘探更具有实际意义。
方位数据体的提取是叠前地震预测裂缝分布的重要环节。本次研究在分析通南坝地区地震资料采集参数的基础上，使用储层裂缝综合预测软件FRS，在0 ~ 180范围内(180 ~ 360之间的采集相当于0 ~ 180之间的采集)，每隔30°采用65438+。在400 ~ 3000 m炮检距范围内，从叠前地震振幅数据体中提取6个等方位角的道集，使每个方位角间隔的叠加数据体具有更均匀的覆盖次数。在此基础上，将六个方位道集组合起来，形成带方位信息的叠后方位振幅数据体AZI放大图。
利用叠前振幅和方位道集数据体(AZI_amp)，通过小波变换算法计算频率属性数据体，形成带方位信息的频率属性数据体(AZI _富尔_FRQ)。通过分析计算出的方位频率，得到频率方位椭圆的空间变化。如果将频率椭圆的扁率定义为长轴与短轴的比值，则该值反映了频率的各向异性强度。该值越大，与储层流体相关的开放性裂缝越发育。
2.2.5储层裂缝分布预测与分析
本文利用储层裂缝综合预测软件FRS中的裂缝分析模块，计算方位频率属性数据体(AZI _富尔_FRQ)，得出储层裂缝的发育密度和方向。根据预测结果，嘉陵江组二段裂缝发育密度和方向特征如下:
(1)H1井和S82井嘉陵江组二段储层位于较发育的裂缝中，与岩心观察结果一致，表明预测结果可靠。从区域预测来看，与流体有关的开放性裂缝发育程度具有一定的分带性。在通南坝背斜的长轴方向上，穆家梁构造以东裂缝较为发育；西部地区裂缝发育程度差。究其原因，与喜马拉雅期该地区的构造应力有关，越往东北方向，构造作用的强度越大；越往西南，构造作用的强度越小。沿背斜短轴方向，翼部裂隙发育程度大于轴部，这主要是由于背斜构造两翼存在明显的坡折带，在背斜剖面上呈现箱形褶皱特征，翼部的应变程度大于背斜轴部区域。
(2)与局部构造相比，裂缝相对发育有两种情况:①通南坝背斜构造两翼的陡部和局部构造的转折端裂缝相对发育；②断层尾部裂隙较发育。从构造理论分析，这些部位是构造应力集中的部位。
(3)全区裂缝方位统计表明，NE-SW方向是裂缝发育的优势方向，与局部构造和断层走向一致。之所以显示单一方向，是因为裂缝预测工区面积过大，全区预测裂缝方位的统计受“平均”效应影响。在局部构造应力的影响下，不同构造部位的裂缝发展方向仍然不同，如图4所示。S82井附近的嘉陵江组二段储层预测裂缝方向主要有两个分布方向:NEE-SWW和NNE-SSW(圆圈中的“小”玫瑰表示预测裂缝方向的比例)，与嘉陵江组岩心采用古地磁定向技术测得的裂缝方向一致(见图4中的“大”玫瑰)。
图4嘉陵江组二段储层裂缝预测方向与岩心古地磁测向对比。
3含气预测研究
从地震勘探的原理来看，有许多地震方法应用于油气预测。从具体应用来看，可以分为直接预测法和间接预测法两大类。直接预测法是指以反射振幅和频率为属性信息的预测方法，包括亮点、低频效应、相位反转现象和AVO技术。间接预测法是指需要对地震信息进行进一步处理来预测油气的方法，如频谱分析技术、聚类分析技术、模式识别技术等[7]。这些方法已不同程度地应用于储层油气预测，并取得了一定的成果。但对于埋藏深、储层厚度薄、地质构造复杂等特殊地质条件，上述油气预测方法都受到不同程度的影响，实用性降低。首先，反射振幅受多种因素的影响，如激发接收条件、波前扩散、吸收衰减、反射界面的几何效应、地层岩性等。利用这种属性进行油气预测时，一般认为存在较强的多解性，容易在识别中产生“陷阱”；其次，油气藏并非都是亮点，有时甚至是平点或暗点，使得亮点技术对油气的预测受到影响；然而，AVO技术在深层油气预测中也遇到了一些困难，特别是对于薄层，AVO特征往往不够明显。间接预测法也存在一些实际问题，如算法复杂，有时属性间相关性较弱。近年来的研究和应用表明，频率衰减属性在油气预测中具有很强的敏感性和应用价值。
3.1频率衰减属性是预测含气性的基础。
衰减是地震波在地下介质中传播的总能量损失，是介质的固有属性。引起地震波衰减的因素是介质中固体与固体、固体与流体、流体与流体界面之间的能量损失[12]。理论研究和实际应用表明，如果地质体中孔隙发育，充满油、气、水，就会加剧高频衰减，增加地震反射和吸收(尤其是含气的情况)[8 ~ 12]。
当Dilay和Eastwood利用三维地震数据的时间滞后研究注汽井附近部分饱和气体与地震波衰减的关系时，他们发现在注汽过程中，井周围的气体饱和度趋于零。在油气生产期，井况恢复到正常温度和压力，井内气体体积比注蒸汽时增加了5%左右。在注汽期和油气生产期，井周围的地震资料在产气层表现出明显的高频衰减，而远离井的地震资料却没有表现出这样的高频衰减，说明这种高频衰减是一种内部衰减，是岩石孔隙中的气体与周围介质相互作用和摩擦的结果[13]。高频衰减程度与气体饱和度正相关。如果将频率衰减梯度(ATN_GRT)定义为表征高频衰减程度的指标，则气体富集程度越高，频率衰减梯度越大(本身为负值，这里描述为绝对值，下同)，反之亦然。
为了验证频率衰减梯度属性应用于该区含气预测的可行性，对比了通南坝地区H1井的全烃检测值与相应深度的频率衰减梯度值。图5和图6分别显示了H1井嘉陵江组至飞仙关组测井中总烃检测值和频率衰减梯度值随深度的变化情况(为了全面显示各深度点总烃检测值的分布情况，采用了对数刻度)。两图对比表明，总烃检测的高值部分与频率衰减梯度的高值部分有很好的对应关系，说明利用频率衰减梯度属性预测储层含气性是可行的、可靠的。
图5h 1井全烃含量随深度的变化。
图6h 1井频率衰减梯度随深度的变化。
3.2含气预测研究
3.2.1气层频率衰减特征
在井震精细标定的基础上，沿层提取目的层的频率衰减梯度属性数据体。图7给出了H1井沿inline645剖面的频率衰减梯度剖面(黄色→红色为较高值)与地震剖面的对比。从图中可以看出，产气层均对应于频率衰减梯度的高值，在剖面上呈现相对较高的频率衰减梯度分布，反映出嘉陵江组二段和飞仙关组三段气藏一般为层状气藏。对比频率衰减梯度和地震剖面可以看出，产气层(对应高频衰减梯度)位于地震反射的波谷处，而气层的上下界面表现为地震波的强反射(表现为嘉陵江组二段砂滩气层的反射)或反射轴分叉(表现为飞仙关组三段鲕滩气层的反射)。这说明频率衰减梯度属性不仅反映了储层的含气性，而且与地震反射特征有很好的对应关系。
图7h 1井主测线嘉陵江组二段和飞仙关组三段。
3.2.2含气分布预测与分析
在井震精细标定的基础上，为了分析嘉陵江组二段和飞仙关组三段气藏的平面和纵向分布规律，研究中逐级提取了5ms间隔的频率衰减梯度数据体。附图8 ~ 10分别给出了飞仙关组四段底部以下10 ~ 15 ms，25 ~ 30 ms，55 ~ 60 ms时间窗内频率衰减梯度沿层的平面分布特征(其他时间窗结果略)。
图8飞仙关组三段储层频率衰减梯度平面图(飞仙关组四段底10 ~ 15 ms)
图9飞仙关组三段储层频率衰减梯度平面图(飞仙关组四段底部25 ~ 30 ms)
图10飞仙关组三段储层频率衰减梯度平面图(飞仙关组四段底部向下55 ~ 60 ms)
综合分析通南坝地区嘉陵江组二段和飞仙关组三段剖面和平面频率衰减梯度分布特征，目的层气层分布具有以下特征:
(1)嘉陵江组二段有利含气部位分布在三维地震工区的牛牛坪、河坝场、邱家坪和马路背构造，面积较大。5ms等时距时间窗频率衰减梯度分布对比表明，在垂直方向上，H1井钻井揭示的嘉陵江组二气层向上和向下的频率衰减梯度值迅速减小，直至异常显示完全消失。这些特征表明嘉陵江组第二气层平面上分布面积大，但纵向上气藏单一。这与储层预测结果反映的特征是一致的。研究表明，嘉陵江组二段砂滩在整个潼南坝构造带中发育分布稳定，岩溶砂白云岩可作为良好的储层。
(2)飞仙关组三段5ms间隔时间窗的频率衰减梯度值分布图(图8 ~图10)反映出飞仙关组三段含气有利部位分布在通南坝背斜构造轴部附近的牛牛坪、河坝场和马路白构造，但这些有利部位不是成片分布，而是局部分布在不同层位，反映出飞仙关组三段单个气藏面积相对较小。这也与飞仙关组三段鲕滩灰岩储层仅在局部构造发育的结论相一致。从图9可以看出，时间窗内飞仙关组三段(H1井钻遇气层)分布面积较小，但在向上漂移约15ms(图8)和向下漂移约30ms(图10)的井段，频率衰减梯度异常面积明显增大。这些地区应在飞仙关组进行储层勘探。
4结论
(1)叠前地震方位各向异性预测技术是目前预测裂缝分布的理想方法。它不仅可以预测相对裂缝发育区域的分布和裂缝在区域内的分布方向，而且与许多其他预测方法(如构造应力场模拟方法)相比，频率属性数据体可以用于预测具有“流体相关和开口特征”的裂缝发育。
(2)频率衰减梯度属性是预测储层含气性的有效实用属性，具有很强的研究和应用价值。研究表明，通南坝地区嘉陵江组二段和飞仙关组三段气藏在平面和垂向上具有不同的含气分布特征。井位部署既要考虑气藏的平面分布特征，又要考虑气藏的纵向分布特征，最大限度地钻遇有效气藏；同时要考虑储层裂缝的发育，在储层裂缝相对发育的区域和含气异常区域部署井位，最大限度地高效勘探开发天然气藏。
(3)通过对储层裂缝预测和含气预测结果的分析，认为通南坝地区存在裂缝-孔隙型和孔隙型两种不同类型的碳酸盐岩储层，其中河坝场构造西部以孔隙型为主，新场坝构造东部以裂缝-孔隙型为主，对不同储层类型气藏的勘探和分析具有一定的指导意义。
感谢马殿仁、、、刘建邦、李的帮助，表示衷心的感谢。
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