耿福蘭

（中國地質大學（北京），北京 100083）

南堡凹陷潛山油氣勘探在2004年取得重大突破，部署在南堡2號潛山構造上的LPN1井在奧陶系碳酸鹽巖風化殼獲得高產工業(yè)油氣流，成為南堡潛山的第一口發(fā)現井。為了對南堡凹陷區(qū)域構造進行更準確的整體評價，加速潛山油氣勘探開發(fā)進程，在先后逐塊完成南堡凹陷陸區(qū)和灘海高精度三維地震二次采集的基礎上，2007年初完成了南堡全凹陷2 400km2三維地震資料的大連片疊前時間偏移處理。

基于完整的高品質三維地震數據體和已有鉆井、測井資料，許多物探專家對南堡凹陷主要儲集層系開展了儲層預測研究。劉萱等［1］利用疊前反演技術開展南堡1號、2號構造中、淺層砂巖儲層預測研究；劉淑華等［2］應用儲層特征曲線重構技術進行測井約束地震反演，預測南堡凹陷中、淺層砂巖儲層的空間分布；王擁軍等［3］研究了南堡凹陷奧陶系潛山巖溶塌陷體的識別標志、發(fā)育演化成因及其分布的有利區(qū)帶；楊曉利等［4］在古構造緩坡區(qū)相帶約束下，應用地震多屬性融合技術對南堡奧陶系潛山頂部風化殼裂縫儲層的有利發(fā)育段進行了預測。

我們以南堡2號潛山為研究對象，以非均質性強的奧陶系碳酸鹽巖儲層為目標，基于寬方位角采集的地震資料，結合研究區(qū)已有鉆探成果，開展碳酸鹽巖縫洞型儲層地震綜合預測研究。在地震資料保幅處理和構造精細解釋的基礎上，進行基于各向異性等效介質理論的疊前裂縫預測，以及基于構造曲率屬性的疊后裂縫預測和基于衰減梯度屬性的疊后溶蝕孔洞檢測。最后對預測結果作綜合對比分析，并與FMI成像測井解釋結果對比驗證，從而最大限度地降低單一方法預測的不確定性，為圈定研究區(qū)內裂縫發(fā)育的有利目標區(qū)提供可靠依據。

1 研究區(qū)地質概況和勘探難點

南堡凹陷是渤海灣盆地黃驊坳陷西北部一個北斷南超的箕狀凹陷，整體面積1 932km2，其中海域面積為1 000km2。南堡凹陷發(fā)育5 個潛山構造帶，主要分布在西南莊斷層、高柳斷層以南的灘海區(qū)域（圖1），環(huán)繞主要生油次凹，生儲蓋組合條件優(yōu)越。其中的南堡1號、2號、5號等奧陶系構造潛山是南堡凹陷重要的勘探目標，勘探目的層為潛山頂面的奧陶系碳酸鹽巖儲層。多旋回構造運動形成的沉積間斷使?jié)撋巾斆嬉兹芪g性的碳酸鹽巖地層得以充分的風化、淋濾，形成大面積連通性良好的儲集體，為油氣運移和聚集成藏創(chuàng)造了極為有利的條件。

南堡2號潛山位于南堡凹陷中南部的南堡2號構造帶（圖1），屬奧陶系斷塊型古潛山，北東向與近東西向的兩組深大基底斷裂將潛山分割成南北兩個斷鼻構造。潛山頂面埋深為4 000～6 000m，幅度約2 000m，圈閉面積約38km2。潛山上段地層為奧陶系碳酸鹽巖，直接與古近系不整合接觸。已有鉆探成果揭示，南堡凹陷奧陶系潛山頂面剝蝕程度不同，地層橫向變化大，縱向上存在多套儲蓋組合；有利儲集空間主要是以斷裂裂縫、溶蝕孔洞為主的孔、縫、洞系統，具有非均質性強，縱、橫向變化大的特點。從研究區(qū)內3口井測井資料解釋結果的統計（表1）可以看出，南堡2號潛山奧陶系儲集空間類型以孔洞—裂縫型或裂縫—孔洞型為主，高角度裂縫最為發(fā)育。

圖1 南堡凹陷主要構造格局及南堡2號構造帶位置

表1 南堡2號潛山奧陶系碳酸鹽巖儲集空間類型

從對南堡潛山的研究現狀來看，潛山勘探目前存在的問題主要體現以下幾個方面：①潛山埋藏深，上覆地層速度橫向變化大，潛山頂面埋深預測誤差大；②多期構造活動導致潛山地層分布變化較大，難以準確描述地層展布特征，潛山內幕斷層也不易識別；③碳酸鹽巖縫洞型儲層非均質性強，縱、橫向變化大，且在對應的地震剖面上無“串珠狀”反射，有效縫洞發(fā)育區(qū)預測難度大。第一口發(fā)現井LPN1井在奧陶系碳酸鹽巖風化殼獲高產工業(yè)油流之后，在構造高點鉆探了2口探井，雖然見到不同級別的油氣顯示，但均未獲得工業(yè)油氣流［4］，可見目的層段碳酸鹽巖縫洞型儲層橫向變化復雜，常規(guī)儲層預測技術效果不理想。所以，奧陶系碳酸鹽巖儲層裂縫孔洞的有效預測是南堡2號潛山勘探開發(fā)的關鍵所在。

2 疊前各向異性裂縫預測

針對南堡2號潛山頂部碳酸鹽巖儲層高角度裂縫發(fā)育的實際狀況，疊前裂縫預測選用基于各向異性等效介質理論的地震P波方位各向異性分析技術。地震資料的方位角—偏移距分析表明，在偏移距200～2 500m，0～360°的方位角均有較均勻的道集分布，與目的層埋深相近，說明在此段偏移距范圍內地震資料滿足疊前各向異性裂縫預測所需的寬方位角條件。

為了滿足裂縫預測的要求，對寬方位地震資料進行了保幅處理，目的是提高信噪比和相對保幅保真。關鍵處理步驟包括：①采用疊前多域去噪方法壓制噪聲干擾，提高信噪比；②通過地表一致性子波處理消除因地表激發(fā)、接收條件變化引起的地震子波相位變化；③實施地表一致性振幅處理，補償不同激發(fā)與接收點的能量差異；④通過近地表初至層析靜校正和剩余靜校正解決靜校正問題；⑤通過精細速度分析和疊前時間偏移實現高精度成像?；诒７幚砗蟮牡卣鹳Y料進行構造精細解釋，落實潛山頂面和斷裂格局（圖2），提供準確層位。

圖2 南堡2號潛山奧陶系頂面等t0圖（a）和構造（b）

疊前各向異性裂縫預測首先是進行方位各向異性巖石物理正演模擬分析?；谀媳?號潛山已有鉆井資料和巖石物理理論，建立關鍵井的裂縫儲層地質模型和巖石物理模型；通過地質模型正演模擬計算反射P 波地震響應，分析由裂縫引起的地震屬性（振幅、頻率）隨偏移距和方位角的變化特征［5］；根據巖石物理模型計算裂縫儲層段的巖石彈性張量和各向異性等效參數，建立起裂縫發(fā)育特征與地震方位各向異性之間的關系。

南堡2號潛山頂部奧陶系為一大規(guī)模的不整合面風化殼，由表1中3口井的測井資料解釋結果可知，潛山頂部奧陶系儲層主要為高角度裂縫。圖3是LPN1井方位各向異性巖石物理正演模擬結果（充油模型），表明該井方位振幅橢圓的短軸代表了裂縫方向，含油時的橢圓扁率為1.089。

圖3 LPN1井方位各向異性巖石物理正演模擬結果（充油模型）

然后是抽取不同方位角的地震道集數據體進行方位各向異性分析。在確認所抽取方位角道集對應的偏移距范圍內目的層覆蓋次數盡量均衡的前提下，要消除近偏移距噪聲的影響，還要選擇一個合適的遠偏移距，覆蓋0～360°方位角。方位角的分選原則是覆蓋次數高的范圍內角度較為密集，覆蓋次數低的部分較為稀疏。通過方位角—偏移距分析，在對應200～2 500m 的偏移距范圍內將疊前地震數據分選為5個方位角度：0～46°，46°～76°，76°～106°，106°～136°，136°～180°，對應的中心角分別為23°，61°，91°，121°，158°。據此，對疊前地震振幅數據體抽取了5 個方位角振幅CMP 道集數據體，通過處理亦可獲得方位角頻率道集數據體［6］，分別進行各向異性等效參數計算，分析儲層裂縫引起的方位各向異性特征。

最后是裂縫發(fā)育程度和裂縫方向分布的解釋與成圖?；诜轿唤堑卣饘傩詳祿w，從潛山頂面向下開30ms時窗計算各向異性等效參數，進行各向異性分析，獲得南堡2號潛山頂面奧陶系儲層的裂縫發(fā)育程度（圖4a，紅色表示裂縫相對發(fā)育）和裂縫方向分布（圖4b）預測圖。從與測井資料的對比來看，LPN1 井和NP280 井的疊前預測結果與FMI 成像測井結果吻合較好。圖5 給出了NP280井裂縫發(fā)育程度預測結果與FMI成像測井解釋結果的對比。

圖4 南堡2號潛山頂面向下30ms疊前各向異性預測的裂縫發(fā)育程度（a）和裂縫方向分布（b）

圖5 NP280井奧陶系頂部（4 493～4 605m）裂縫發(fā)育程度疊前預測結果（a）與FMI成像測井解釋結果（b）

3 疊后裂縫和孔洞預測及結果對比

3.1 基于曲率屬性的疊后裂縫預測

構造曲率是研究脆性地層形變構造裂縫的一種有效方法，它能夠比較準確地反映和預測構造裂縫的發(fā)育［7］。已有研究表明，曲率體屬性將是繼相干屬性之后，又一用于構造解釋和裂縫預測的有力手段［8－10］。

南堡2號潛山頂面向下為奧陶系下馬家溝組地層。該套地層的頂面（即潛山面）在研究區(qū)內與下伏地層產狀基本一致，潛山面的構造形態(tài)基本與地層界面一樣，反映了構造形變特點，故可以利用曲率法進行裂縫預測（圖6）。

圖6 南堡2號潛山頂面向下30ms曲率屬性

采用離散方法計算傾角（地震傾角的單位是m／ms），傾角可以檢測大尺度的斷裂；然后對傾角進行一階求導，得到曲率。曲率檢測的是形變體應力集中的區(qū)域，與研究區(qū)可能形成的微斷裂或者裂縫帶相關。圖6 是南堡2 號潛山頂面向下開30ms時窗計算的曲率屬性，曲率值越大（即圖中顏色越深）表征形變應力越集中，裂縫發(fā)育的可能性越大。從圖7中可以看到，LPN1井儲層段頂部裂縫最發(fā)育，預測結果與FMI成像測井結果吻合較好。

3.2 疊后衰減梯度屬性檢測溶蝕孔洞

圖7 LPN1井奧陶系（4 035～4 215m）裂縫發(fā)育程度曲率預測結果（a）與FMI成像測井解釋結果（b）對比

理論研究表明，與致密的地質體相比，當地質體中含流體如水、油或氣時，會引起地震波的散射和地震能量的衰減。當儲層中孔隙比較發(fā)育而且飽含氣時，地震波中高頻能量衰減要比低頻能量衰減大。通過提取高頻端的衰減梯度屬性，可以間接地檢測儲層含氣發(fā)育特征。實際工作中常用衰減梯度屬性來檢測碳酸鹽巖儲層溶蝕孔洞的發(fā)育程度。從衰減梯度預測結果（圖8，紅色代表孔洞相對較發(fā)育）來看，NP2－82井孔洞最為發(fā)育。

圖8 NP2－82井奧陶系衰減梯度剖面（溶蝕孔洞預測剖面）

3.3 疊后裂縫和孔洞預測結果對比

從圖8中可以看到NP2－82井疊后衰減梯度屬性預測的溶蝕孔洞非常發(fā)育，而圖9中NP2－82井疊后曲率屬性預測結果顯示裂縫不發(fā)育，但其FMI解釋結果上裂縫比較發(fā)育。我們知道FMI成像測井觀測到的都是小尺度的裂縫，是不是NP2－82井中儲層段僅發(fā)育有溶蝕孔洞和小尺度的裂縫呢？為了求證我們的推測，將曲率裂縫預測的結果定性地分為大、?。ㄏ鄬Γ﹥煞N規(guī)模的裂縫顯示（圖10），劃分標準主要是參考研究區(qū)幾口井的相對情況以及曲率屬性的經驗值。從圖10a 和圖10b可以看出，NP2－82井小裂縫比較發(fā)育，而大裂縫不發(fā)育。

圖9 NP2－82井奧陶系（4 880～4 960m）曲率屬性預測的裂縫發(fā)育程度（a）和FMI成像測井解釋結果（b）對比

圖10 南堡2號潛山奧陶系頂面向下20ms曲率屬性預測的相對小裂縫（a）和大裂縫（b）顯示

疊后裂縫和孔洞預測結果的對比分析表明，NP2－82井奧陶系儲層段孔洞非常發(fā)育，相對的小裂縫比較發(fā)育，而有效的大裂縫不發(fā)育，揭示該井奧陶系儲集空間類型是裂縫—孔隙型。這恰恰解釋了該井中途測試產油86.8t／d，氣32×104m3／d，而很快就減到目前的油0.08t／d，氣10.2m3／d。換言之，僅孔隙發(fā)育的碳酸鹽巖儲層可以高產但是很難穩(wěn)產，如果能達到既高產又穩(wěn)產，那么一定是有效的大裂縫和孔隙、溶洞都很發(fā)育。

4 預測效果綜合分析和有利目標預測

4.1 疊前、疊后預測效果綜合分析

綜合分析分別利用基于不同理論的疊前、疊后裂縫預測方法及疊后孔洞預測方法的預測效果。圖11a 是疊前各向異性裂縫預測的連井剖面；圖11b是疊后曲率屬性裂縫預測的連井剖面；圖11c是疊后衰減梯度屬性孔洞預測的連井剖面。對比圖11a（紅色表示裂縫較發(fā)育，藍色表示裂縫不發(fā)育）和圖11b可以看出：疊前、疊后方法預測的LPN1井裂縫均較發(fā)育，該井初期產量及穩(wěn)產產量均較好；NP280井裂縫均較發(fā)育，該井初期試產產量較好（產氣），因故一直沒有投產；NP2－82井裂縫不發(fā)育，孔洞比較發(fā)育（圖11c），該井試產初期產量高，但衰減很快；NP288 井裂縫均不發(fā)育，該井試油效果很差。

圖11 疊前各向異性裂縫預測連井剖面（a）、疊后曲率屬性裂縫預測連井剖面（b）以及疊后衰減梯度屬性溶蝕孔洞預測連井剖面（c）

4.2 研究區(qū)有利目標預測

通過預測成果的綜合分析及構造位置優(yōu)選，指出了研究區(qū)裂縫發(fā)育的有利目標（圖12a和圖12b中藍圈所示，對應圖11a和圖11b剖面中藍圈標注區(qū)域），建議開發(fā)井位部署可以優(yōu)先考慮在該位置上鉆。

圖12 疊前預測（a）和疊后預測（b）的裂縫發(fā)育有利目標（藍圈所示）位置

5 結束語

針對南堡2號潛山頂部奧陶系非均質碳酸鹽巖儲層的地質特點和勘探需求，基于寬方位角采集的地震資料，結合已有的鉆井、測井資料，開展了碳酸鹽巖縫洞型儲層的地震綜合預測研究。在地震資料保幅處理和構造精細解釋的基礎上，分別進行了基于各向異性原理的疊前裂縫預測和基于構造曲率屬性的疊后裂縫預測，以及基于衰減梯度屬性的疊后溶蝕孔洞檢測。通過疊前、疊后預測結果的對比分析，以及FMI成像測井解釋結果和鉆井實際生產效果的驗證，證明了研究思路的正確性和所用預測方法的有效性。結合構造位置的優(yōu)選，指出了南堡2號潛山奧陶系儲層裂縫發(fā)育的有利目標區(qū)位置。

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