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裂缝油气藏储层预测方法及应用研究

作　者: 汪勇
导　师: 顾汉明
学　校: 中国地质大学
专　业: 地球探测与信息技术
关键词: 裂缝油气藏地震属性曲线重构反演方位各向异性裂缝预测模式
分类号: P618.13
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

当前,伴随我国经济快速发展的同时,石油天然气资源的开发利用也逐渐增多,导致常规油气藏正在逐渐减少,勘探开发的难度也日益增大。这些现实导致了必须将今后油气勘探的方向转向深部储层和非常规油气藏,所以裂缝油气藏已成为当前油气勘探工作的重点领域。需要注意的是,裂缝油气藏的岩性岩相横向变化大、储集空间类型和渗流物理特征复杂、裂缝的形状及大小变化大、填充物性质和类型多样、储集空间分布规律不清等诸多因素,都给裂缝油气藏的勘探开发带来了很大的难度,所以裂缝油气藏也成为当前油气勘探工作的难点之一。目前,生产和科研实践表明,如果要利用单一的学科或方法对裂缝进行预测通常是很困难的,所以在这种情况下,需要采用多学科、多方法和多参数对裂缝进行综合预测,减少多解性,提高勘探发开的成功率。准噶尔盆地西北缘哈山西地区石炭系火山岩储层具有良好的勘探潜力,但是该区石炭系火山岩裂缝发育特征及地球物理响应特征认识不清,且针对火山岩裂缝预测的识别技术缺乏,因此需要建立适合哈山西地区石炭系火山岩储层的裂缝综合预测技术,建立火山岩裂缝有效的地震识别模式,指出哈山西地区不同构造带的裂缝有利发育区。通过该课题的研究,不但能尽快明确裂缝发育特征,建立火山岩裂缝综合预测技术,还对类似勘探区带具有较大的借鉴和指导意义。本论文围绕哈山西地区石炭系火山岩裂缝综合预测,为下一步该地区的勘探部署提供依据,主要开展了以下7个方面的研究：(1)对国内外裂缝预测方法的研究现状和发展趋势进行了调研,分析了研究区特点,提出了针对本地区裂缝识别的具体思路和方法。(2)收集、整理、分析了各类地质、录井、岩芯、测井及地震资料。通过观察、描述裂缝,对裂缝发育类型和特征进行了总结；从构造、断裂、储层等多个方面,对本区裂缝发育的主控因素进行了分析和归纳；对裂缝段的测井、地震响应特征进行了详细描述,完成了裂缝段测井响应图版和裂缝段地震响应成果图。(3)完成了6个不同裂缝参数的地震地质模型的建模及波动方程正演模拟,并对其地震波场特征进行了分析,为本区地震属性分析和敏感性属性提取提供了依据。(4)计算并分析了相干、倾角、方位角、曲率、吸收衰减等多种叠后地震属性数据体,并分析了属性过井剖面以及水平切片。在此基础上,基于神经网络算法,利用地震属性对本区石炭系火山岩裂缝发育带进行了预测；此外,在对6口重点探井的测井资料进行特征曲线重构的基础上,采用拟测井曲线稀疏脉冲反演的方法进行了叠后裂缝预测。(5)研究了裂隙介质的基本理论(Hudson理论和Thomsen理论),从速度、振幅、衰减等方面对叠前纵波各向异性特征进行了理论分析。(6)对本区叠前地震道集进行了叠前保幅处理、偏移距-方位角处理,分方位角叠加、偏移及裂缝发育段的岩石物理模型正演,以及基于应力场分析的构造成因裂缝预测；利用叠前AVAZ和FVAZ特征,对本区进行了综合裂缝预测,得到了裂缝发育方位和密度预测图。(7)针对不同地区、不同层系、不同类型裂缝的预测技术展开适用性研究,明确不同技术之间的组合衔接关系,优选出针对不同地区、不同层系的适用方法。在技术适用性研究的基础上,根据地层岩性特征、裂缝规律、构造复杂程度、地震资料质量、钻井多少,优化组合不同裂缝预测技术,建立准西北缘火山岩裂缝的地震有效识别模式,最终指导裂缝储层有利发育区的预测。结合上述研究内容,通过对哈山西地区实际资料的研究和分析,本论文形成了以下主要研究成果：(1)研究区的裂缝表现为高角度、近平行分布的特征；裂缝走向以北东-南西向为主；裂缝发育密度可以达到50条/米,而半充填-未充填的裂缝占裂缝总数的86%,因此工区裂缝整体具有“高角度、高密度、高有效”的特征,对于该区的油气运移、富集具有积极的作用。同时本区的裂缝主要以高角度剪切裂缝为主,对本区裂缝发育起到主要控制作用的因素为岩性和区域构造位置。(2)明确了成像测井和常规测井对裂缝发育的响应规律：①钻井液的侵入会使高导缝在FMI图像上主要表现为深色的正弦曲线；被后期次生作用的高阻矿物所填充的高阻缝在FMI图像上则主要表现为亮色正弦曲线。②常规测井曲线对裂缝发育段的响应特征为：声波时差对裂缝的反映效果与裂缝规模及形态有关,若裂缝为水平缝或网状缝,且裂缝相对发育,则声波时差值会变大,速度会降低;当裂缝开度较大时,声波曲线可能会出现“周波跳跃”的现象：自然伽马曲线一般较低,但可能出现突然增大的现象：井径曲线可能出现扩径现象；密度曲线在裂缝发育段可明显降低;此外,还由于钻井液的侵入,导致电阻率曲线值显著降低,所以其特征为高电阻率的背景上出现相对较低的电阻率值：由于补偿中子测井具有较大的探测深度,所以在裂缝发育段上,显示的孔隙度值较高,若中子孔隙度越大,则表示裂缝相对越发育。(3)对裂缝段的地震响应特征分析认为：在叠后地震剖面中裂缝发育段的反射主要以延伸距离较短、具有一定倾斜角度的同相轴为主,横向连续性差：在反射强度剖面上主要表现为反射强度高值呈串珠状、非连续样式：瞬时频率会随深度的增加和油气的填充产生衰减,但在低频趋势下可能出现高频信息,推测与裂缝导致地震波干涉有关。(4)从裂隙模型正演和实际地震属性分析两方面来看：①裂缝密度和裂缝速度是影响地震波场特征的首要因素,裂缝密度越大,速度与围岩的差别越大,裂缝响应越明显,总体上是杂乱反射特征,局部呈现短的倾斜同相轴。②裂隙发育区会使得其下伏地层成像不清楚。③地震属性最能反映裂缝密度和裂缝速度的变化,其次是裂缝长度和宽度,很难反映裂缝倾角的变化。对裂缝发育比较敏感的属性包括均方根振幅、平均反射强度和瞬时频率等。④所设计的实际过哈浅6-哈山1井的地震地质模型,其正演结果与实际地震剖面能较好地对应,其裂缝发育带的反射特征与实际地震记录具有较高的相似性。属性分析结果认为相干体、倾角、方位角和曲率等属性也对裂缝发育带较敏感,为实际资料的裂缝预测奠定了依据。(5)通过相干及多属性叠合技术能更好地从宏观上检测裂缝的主要发育部位,预测结果认为裂缝发育区带主要位于哈浅6井以南的区域,并且自上而下,裂缝预测发育区域有自北向南逐渐变小的趋势,但是裂缝发育程度是逐渐由弱变强的。(6)通过对多条敏感测井曲线的加权拟合重构出了对裂缝段反映更为准确的特征曲线,并以此为基础开展了拟测井稀疏脉冲反演研究,从而实现了对裂缝发育特征的定性-半定量预测。预测的结果显示：裂缝发育区与波阻抗反演剖面中的低值区对应,其吻合关系较好。(7)分别从裂隙参数对地震波传播的影响、纵波反射系数的方位各向异性、NMO速度的方位各向异性、单层EDA介质时距曲线特征、正交测线的P波时差、方位变化的Q值估算裂隙走向这6个方面研究裂缝,对叠前方位各向异性特征进行了综合研究。研究表明：①裂隙介质中三类波的速度和衰减与裂隙密度有很大的关系,随着裂隙密度的增大,纵横波速度降低,衰减增大②在EDA介质中,三类波的传播速度和衰减具有明显的方向性,且干裂隙中纵波变化明显,含流体裂隙中横波变化明显；③在近偏移距(小入射角)时,反射系数在不同方位角时差别较小,在大偏移距时差别增大,所以大偏移距信息更能反映各向异性特征。④沿裂缝走向观测时,波的视速度最大,其旅行时最小,取得最大的动校正速度；垂直裂缝走向观测时,波的视速度最小,其旅行时最大,得到最小的动校正速度。⑤测线沿着裂缝对称轴方向或垂直裂缝走向时衰减最大,垂直裂缝对称轴方向或沿着裂缝走向时衰减最小值；入射角越小,衰减随观测夹角的变化越小,入射角为0°(垂直入射)时,衰减小且不同方位观测时无差别。(8)运用叠前AVAZ和FVAZ综合裂缝预测技术对哈山西三维区的裂缝发育方向和密度开展半定量-定量研究,预测结果认为：裂缝发育密度以哈山1井—哈山2井—哈浅7井一线为裂缝密度的转折线,该线以南密度明显要高于以北,而研究区以南的区域内裂缝密度并非均匀分布,而是存在一些局部高值区,如哈浅6井、哈浅101井等；裂缝发育方向以北东-南西、北西-南东为主。(9)针对研究区不同裂缝特征、不同层系、不同构造区带的地质特征及所具有的资料情况,在不同裂缝预测技术适用性分析的基础上对典型预测模式进行了总结：按照裂缝宏观描述→裂缝定性描述→裂缝半定量—定量描述逐步深入的思路,首先在正演模拟基础上运用叠后多属性技术揭示相对宏观的断裂信息；在此基础上,运用曲线重构反演技术对裂缝发育特征展开更为精确的定性预测,指出不同区域、不同层段裂缝的相对发育程度。最后,通过叠前AVAZ和FVAZ裂缝预测技术指出不同区域、不同层位的裂缝发育密度及方向,实现对裂缝的半定量—定量的预测。本论文的主要创新点体现在：(1)首次应用多属性预测技术及神经网络的方法对哈山西地区石炭系火山岩裂缝发育带进行了预测,其预测结果与实钻资料吻合较好。在基于地震多属性的预测中,为了更好地减少预测的多解性,首先优选了对裂缝发育敏感的地震属性。本次研究通过波动方程正演模拟(含裂隙介质的层状模型及实际过井模型)和实际地震资料属性交会分析两种手段,确定了能较好反映本区裂缝发育的若干地震属性,为叠后裂缝预测奠定了基础。在此基础上,通过BP神经网络原理,得到了地震属性与裂缝发育密度的非线性关系,最后预测了全区裂缝发育密度的平面分布图,实现了裂缝的半定量预测,预测结果与实钻资料吻合。(2)从理论上对地震波方位各向异性特征进行了综合分析,推导了裂隙密度等因素与纵波方位各向异性的关系,为叠前裂缝预测奠定了理论依据。本文中重点论述了由方位角变化的Q值估算裂隙走向和岩石速度比的方法,并推导出利用正交测线的Q值参数计算裂隙方位的计算公式。最后基于叠前P波方位各向异性分析技术进行了哈山西地区裂缝综合预测,得到了裂缝发育方位和密度预测平面图,其结果与实钻资料吻合度较高。(3)首次对不同裂缝预测技术优势及适用条件进行了分析,建立了哈山西地区的火山岩裂缝综合预测模式,明确了其技术流程。综合预测结果显示该模式取得了较好的效果,对该地区其他类似勘探区带具有较大的借鉴和指导意义。其预测模式为：按照裂缝宏观描述→裂缝定性描述→裂缝半定量—定量描述逐步深入的思路,首先运用叠后多属性技术揭示相对宏观的断裂信息；在此基础上,运用曲线重构反演技术对裂缝发育特征展开更为精确的定性预测,指出不同区域、不同层段裂缝的相对发育程度。最后,通过叠前裂缝预测技术指出不同区域、不同层位的裂缝发育密度及方向,实现对裂缝的半定量-定量的预测。

全文目录

作者简介  7-8
摘要  8-12
ABSTRACT  12-22
第一章绪论  22-33
  §1.1 选题的目的和意义  22-23
  §1.2 国内外研究现状、发展趋势与存在的问题  23-28
    1.2.1 国内外研究现状  23-28
    1.2.2 发展趋势  28
    1.2.3 存在的问题  28
  §1.3 主要研究内容、技术路线和方法思路  28-30
    1.3.1 研究区概况  28-29
    1.3.2 主要研究内容  29-30
    1.3.3 技术路线和方法思路  30
  §1.4 主要研究成果和创新点  30-33
    1.4.1 主要研究成果  30-32
    1.4.2 创新点  32-33
第二章区域地质研究  33-43
  §2.1 区域地质简况  33
  §2.2 构造圈闭特征  33-35
    2.2.1 资料及编图情况  33-34
    2.2.2 构造特征  34-35
  §2.3 断裂特征  35-38
    2.3.1 断裂剖面特征  35-36
    2.3.2 断裂平面特征  36-38
  §2.4 地层特征  38-39
    2.4.1 哈拉阿拉特山组  38-39
    2.4.2 阿腊德依克赛组  39
  §2.5 储层特征  39-42
    2.5.1 岩石学特征  39
    2.5.2 储集特征  39-42
  §2.6 本章小结  42-43
第三章井眼裂缝探测方法研究  43-49
  §3.1 裂缝的特征参数研究  43-45
    3.1.1 裂缝倾角、走向  43-44
    3.1.2 裂缝发育间距、高度、长度  44-45
    3.1.3 裂缝充填特征  45
  §3.2 裂缝成因研究  45-47
    3.2.1 力学成因分类  46
    3.2.2 地质成因分类  46-47
  §3.3 裂缝发育主控因素研究  47-48
    3.3.1 岩性  47
    3.3.2 区域应力场  47
    3.3.3 局部构造位置  47-48
  §3.4 本章小结  48-49
第四章裂缝段地球物理响应特征分析  49-57
  §4.1 裂缝段测井响应特征分析  49-53
    4.1.1 成像测井响应特征  49-50
    4.1.2 常规测井响应特征  50-53
  §4.2 裂缝段地震响应特征分析  53-56
    4.2.1 地震反射特征  54
    4.2.2 振幅参数分析  54-55
    4.2.3 频率参数分析  55-56
  §4.3 本章小结  56-57
第五章裂隙介质波动方程正演模拟研究  57-82
  §5.1 交错网格有限差分数值模拟原理  57-61
  §5.2 裂缝介质数值模拟及波场特征分析  61-81
    5.2.1 裂隙密度变化模型  61-64
    5.2.2 裂隙倾角变化模型  64-66
    5.2.3 裂隙长度变化模型  66-68
    5.2.4 裂隙宽度变化模型  68-70
    5.2.5 裂隙速度变化模型  70-73
    5.2.6 实际地震地质模型  73-81
  §5.3 本章小结  81-82
第六章基于叠后纵波的裂缝预测技术研究  82-106
  §6.1 叠后相干体裂缝检测  82-85
    6.1.1 相干分析技术基本原理  82-83
    6.1.2 叠后相干体裂缝检测  83-85
  §6.2 叠后属性分析  85-94
    6.2.1 倾角属性  85-86
    6.2.2 方位角属性  86-87
    6.2.3 曲率属性  87-89
    6.2.4 蚂蚁体属性  89-90
    6.2.5 弧长、吸收衰减等属性  90-94
  §6.3 多属性叠合裂缝检测  94-97
    6.3.1 相干+倾角+方位角叠合分析  94-95
    6.3.2 曲率+倾角+方位角叠合分析  95-97
  §6.4 利用多属性进行裂隙密度预测  97-100
    6.4.1 人工神经网络基本原理  97-98
    6.4.2 预测裂缝密度体  98-100
  §6.5 曲线重构反演技术预测裂缝  100-105
    6.5.1 测井曲线重构  100-102
    6.5.2 稀疏脉冲反演  102-105
  §6.6 本章小结  105-106
第七章叠前纵波方位各向异性研究  106-136
  §7.1 裂隙介质研究的理论基础  106-111
    7.1.1 裂隙介质的各向异性  106-108
    7.1.2 Hudson裂隙理论  108-109
    7.1.3 Thomsen裂隙理论  109-111
  §7.2 EDA介质中地震波传播特点  111-117
    7.2.1 裂隙密度对地震波速度的影响  111-113
    7.2.2 裂隙密度对地震波衰减的影响  113
    7.2.3 观测夹角对地震波速度的影响  113-114
    7.2.4 观测夹角对地震波衰减的影响  114-115
    7.2.5 衰减随地震波频率变化规律  115
    7.2.6 裂隙物质对地震波速度的影响  115-116
    7.2.7 裂隙物质对地震波衰减的影响  116-117
  §7.3 EDA介质纵波方位各向异性反射系数分析  117-123
    7.3.1 纵波反射系数随入射角变化  118-120
    7.3.2 纵波反射系数随观测夹角变化  120-121
    7.3.3 纵波反射系数随入射角及观测夹角变化  121-123
  §7.4 EDA介质NMO速度的方位各向异性  123-125
  §7.5 EDA介质时距曲线特征  125-126
  §7.6 EDA介质正交测线的P波时差  126-127
  §7.7 粘弹EDA介质的P波衰减方位各向异性  127-134
    7.7.1 频散HTI介质模型的衰减特征  128-129
    7.7.2 裂隙参数(α、e)与△_N、ε_Q、ε~((v))的关系  129-131
    7.7.3 HTI介质中的任意方向传播的P波衰减  131-132
    7.7.4 由方位角变化的Q值估算裂隙走向和岩石速度比  132-134
  §7.8 本章小结  134-136
第八章基于叠前纵波方位各向异性的裂缝预测技术应用研究  136-149
  §8.1 技术适用性分析  136-137
  §8.2 叠前保幅处理  137-138
  §8.3 裂缝段叠前纵波合成地震响应分析  138-139
  §8.4 叠前地震分方位角处理及叠加  139-142
  §8.5 应力场数值模拟  142-143
  §8.6 各向异性裂缝检测  143-147
  §8.7 应用效果分析  147-148
  §8.8 本章小结  148-149
第九章结论与建议  149-155
  §9.1 基于地震资料的典型裂缝预测模式  149-152
    9.1.1 不同裂缝预测技术优势及适用条件  149-150
    9.1.2 裂缝预测技术组合  150-151
    9.1.3 裂缝地震识别模式建立及应用  151-152
  §9.2 结论  152-154
  §9.3 建议  154-155
致谢  155-156
参考文献  156-163

裂缝油气藏储层预测方法及应用研究

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