呼圖壁地區超深致密砂巖多尺度裂縫地震預測技術

徐亞楠　王曉濤　習宇霄　王賢　葉迪　蘇艷麗

摘? ?要：針對呼圖壁地區超深致密砂巖不同尺度裂縫預測問題，創新形成基于疊前反演和疊后多屬性融合的多尺度裂縫預測方法。據裂縫發育規模，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；利用疊后地震數據提取進行機器深度學習、凌亂性檢測與曲率增強進行大尺度裂縫檢測，將三者結果進行融合以實現大尺度裂縫精細刻畫；應用基于OVT域地震數據的疊前方位各向異性屬性與疊前反演兩種方法進行小尺度裂縫預測；綜合大、小尺度裂縫預測結果分析目標區裂縫發育的規律，預測不同尺度裂縫發育有利區。研究結果表明，在呼圖壁地區超深儲層應用多尺度裂縫地震預測方法獲得的預測結果與實測鉆孔結果吻合度較高。

關鍵詞：致密砂巖儲層；多尺度裂縫；呼圖壁背斜；OVT域地震數據；裂縫預測

裂縫是深層致密砂巖儲層的重要儲集空間和滲流通道，對準南呼圖壁地區油氣勘探開發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和儲集作用，是影響致密砂巖儲層高產及穩產的關鍵。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育規律，才能更加科學有效地指導致密低滲透油氣的勘探開發[1]。呼圖壁地區目的層埋深普遍超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，導致以往儲層裂縫預測不能滿足部署高效評價井的生產需要。因此，提出對呼圖壁地區砂巖儲層不同尺度裂縫多技術手段預測方法，對多尺度裂縫的不同地震響應特征，分別采用疊后地震屬性、疊前反演等技術手段進行預測，最后將多技術手段結果進行融合并優選[2-6]。主要技術步驟可以概括為（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，如深度學習、凌亂性檢測、曲率增強等屬性均對大尺度裂縫響應較明顯；②據地質露頭、構造分析和鉆錄井等信息獲得的構造裂縫的類型、產狀、組系、密度等特征的認識，對疊后屬性進行約束，將各類屬性進行融合，優選得到大尺度裂縫預測結果；③用成像測井識別的裂縫來標定地震方位頻率梯度屬性及疊前方位各向異性反演，得到小尺度裂縫預測結果；④將以上兩種尺度裂縫進行融合，最終得到儲層裂縫體系的綜合預測成果。經實測鉆孔證實該方法的可靠性與適應性，對下一步油氣勘探開發及井位部署提供技術支撐。

1? 地質概況及裂縫發育特征

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油氣藏，準確預測小尺度裂縫發育帶對部署評價井獲得高產具重要意義。因此，呼圖壁地區儲層增儲上產需解決的核心問題是明確裂縫發育規律與分布范圍[7-8]。

據油氣藏發現井HT1井成像測井、巖心資料，研究區超深致密砂巖儲層天然裂縫非常發育（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生部分鉆井誘導縫。張開縫、半張開縫與鉆井誘導縫方向一致，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，少數裂縫高度達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計發現，呼圖壁地區主要發育高角度剪切裂縫，裂縫的發育受構造控制，通過對成像測井裂縫密度和取心裂縫條數統計，結合呼圖壁地區構造特征發現，背斜轉折端以及斷層附近發育大尺度裂縫，這是由于這些地方容易發生應力集中，導致構造裂縫數量顯著增加；背斜軸部小尺度裂縫發育，是由于應力一定的情況下巖石脆性較強，從而造成小尺度裂縫較發育。

2? 大尺度裂縫預測

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

基于CNN深度學習的斷裂檢測法是把圖像分類問題轉換為圖像分割問題，用基于Unet的CNN網絡進行斷裂精確識別，主要特點和優勢為：①訓練數據可在三維空間里交互拾取，也可通過隨機模型模擬各種可能情況的斷裂，做到基于大數據的有監督的全自動神經網絡學習；②使用先進的Unet CNN網絡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，深度學習斷裂檢測可更加準確地反映地震剖面斷裂特征，主干斷裂沿背斜兩側非常發育，同時在兩側又發育大量的次級斷裂，深度學習對斷裂的預測空間延展性好（圖5），對存在一定斷距的斷裂可進行準確預測。由于研究區斷裂受強逆推擠壓作用，形成的斷裂帶范圍較大，在背斜兩翼易形成復雜斷裂系統。

凌亂性檢測裂縫識別技術是假設斷層面在局部區域是一個面，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，找出凌亂性最強的面便是斷層位置[9]。該方法從地震振幅數據體出發，直接搜索斷層在三維空間的展布規律，簡潔高效，其結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，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），凌亂性檢測結果沿斷裂面連續性好，斷裂帶內部的細節多，對斷層表征精度高，大尺度斷裂很好地接力聯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育。沿目的層切片上看（圖5），凌亂性檢測結果在細節上比傳統相干屬性有明顯提高，對精細刻畫斷裂帶有很大幫助，不同層位切片可清楚地表現不同時期斷裂發育特征，進一步印證了斷裂的良好繼承性。

基于Aberrance曲率增強屬性的裂縫預測技術Aberrance是在構造曲率的基礎上求取導數[10]，通過應用發現此屬性預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，振幅橫向連續性強，通過Aberrance屬性進行增強計算，得到的結果信噪比明顯改善，裂縫識別相對清晰。從預測的裂縫平面圖可看出（圖5-c），裂縫發育與斷層發育的關聯性明顯，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種預測方法描述的是裂縫不同特征，因此需對預測結果進行融合，達到對裂縫的精準刻畫。從圖5-d可看出，對以上3種預測方法進行融合得到的裂縫發育規律及分布特征，融合結果相較于單一屬性描述的大尺度裂縫發育規律更清晰，信息也更全面。

3? 小尺度裂縫預測

受地震分辨率的影響，常規的地震各向異性屬性很難進行小尺度裂縫識別。因此，采用疊前OVT裂縫預測技術來進行小尺度裂縫預測。疊前OVT裂縫預測主要流程可分為3部分：OVT道集資料優化、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，在進行應用之前，首先需對其進行去噪處理。通過角度處理后可發現，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，其他部位角度相應更低。因此，綜合認為可選擇30°線作為數據切除線，同時考慮6 500 m分割線將高角度異常數據進行切除。接下來需對為OVT道集進行角道集轉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，裂縫預測不準確。最終對AVO屬性裂縫預測采用12等分。而對于疊前反演彈性參數及振幅、頻率等屬性采用6等分方位角的方式。

經去噪及方位劃分后的疊前OVT道集數據，能更好地進行疊前反演和計算方位各項異性屬性用于小尺度裂縫預測?；贖TI介質模型的常用的技術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性好（圖6-a），平面上在HT1井處裂縫非常發育，裂縫方向以NE向為主，與鉆井吻合性好（圖6-b）。H101、H102井處裂縫發育中等，次于HT1井。

4? 裂縫發育規律

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

5? 結論

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

（2） 裂縫預測結果與已鉆井吻合度較高，呼圖壁地區H101、H102等多口井、多層系獲高產并穩產。

（3） 多尺度裂縫地震預測方法應用的關鍵是OVT域道集的優化處理和井震結合的質量控制，該方法可在地震地質條件相似的非常規儲層裂縫預測研究中推廣應用。

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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年畢業于長江大學礦產普查與勘探專業，現從事物探方法研究工作；

E-mail： cnxuyn@petrochina.com.cn