2017, Vol. 32
2. 中国石油大学 (北京), 北京 102249
2. China University of Petroleum Beijing, Beijing 102249, China
近些年来，潜山油气藏已逐渐成为了国内外石油地质专家寻找新油气田的一个重要勘探开发领域.潜山油气藏具有较深的岩体埋藏、较大的地层压力及其复杂的构造运动等特点，其油气含量及富集程度不仅与成藏特点、成藏环境及成藏岩性相关，还与潜山裂缝发育程度有直接关系 (任芳祥等，2014).
研究表明，变质岩裂缝不仅是油气的储层空间，也是有效的渗流通道，其不仅沟通了各类孔隙、增强了储层渗流能力，也成为变质岩潜山油气藏是否高产的重要因素之一 (李军等，2010).以变质岩潜山裂缝段表征的地球物理响应特征为研究重点，分别以测井 (包括常规测井与成像测井) 响应特征与地震响应特征双渠道为研究方向，运用特征曲线测井原理及地震成像原理，结合变质岩潜山段裂缝发育情况，总结对变质岩潜山裂缝敏感的测井曲线特征及实际地震响应特征，建立测井响应、地震响应及裂缝之间的对应关系.并采用裂缝敏感的测井曲线拟合裂缝储层特征曲线，运用特征曲线波阻抗反演方法明确研究区裂缝储层的平面分布特征，进而从点-线-面-体四个层次全方位开展变质岩储层的地球物理表征和裂缝分布规律.
1 地质概况M凹陷具有“北高南低，西缓东陡”的特点，周围是断层所控制的狭长三角状盆地.凹陷沙四段油页岩、泥岩中的油气经垂向和侧向运移到潜山，潜山带具有“整体含油，局部富集”的特点，该区经过多期构造活动，断裂发育，潜山北东向断裂控制油气的富集，近东西向断裂对油气进行再分配，其油气富集程度与裂缝发育有关 (王瑞，2015).在该区已钻遇潜山变质岩多口高产井，其中S628-6-14累产量达到30500 t，S266累产量为9200 t，油气显示丰富.总体而言，M凹陷潜山内幕变质岩储层拥有良好的勘探开发潜力.
潜山岩性主要为变质岩，潜山地层古老、变质岩岩性复杂、岩体厚度较大及非均质性强，导致次生孔隙、裂缝等分布不均匀，这些都增加了该区裂缝预测的难度.潜山主要发育混合岩、浅粒岩、变粒岩和角闪岩等变质类岩性，以及基性侵入岩，矿物成分主要为斜长石、钾长石、石英及少量的微斜长石，还有少量的黑云母及白云母.由于岩石中暗色矿物 (黑云母、普通角闪石和普通辉石) 含量少 ( < 5%)，具有刚性强和易碎裂等特点，在复杂构造应力及风化作用下，裂缝易发育.
该区潜山储集特征：
(1) 孔隙度1.3%~8.2%，平均孔隙度4.0%，渗透率最大为11.9 mD，渗透率平均2.0251 mD，潜山储层属于双重介质的裂缝型储层.
(2) 通过录井、岩心 (图 1a)，该区变质岩裂缝具有多期性，发育广泛，多方向性，发育程度不均衡，充填程度不一.
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图 1 岩芯图片 (a) SH13-7太古界3068.5 m; (b) A110太古界1765.8 m; (c) S286太古界2534.15 m. Figure 1 Well cores |
(3) 受风化淋滤作用，岩石易蚀变而产生次生溶孔，含油性较好.A110井太古界溶蚀较为发育 (图 1b)，S286井溶蚀孔隙裂缝 (图 1c)，受溶蚀的影响，有些裂缝宽度扩大.
(4) 由于变质岩横向岩性变化较大，非均质性强，次生孔隙、裂缝等分布不均匀.
综上所述多期构造活动使储层形成断裂及裂缝发育带，物性得到改善，再加上受风化雨淋作用，形成沿断裂发育的次生孔隙和微裂缝双重介质储层.
2 裂缝地球物理表征 2.1 测井曲线裂缝表征根据裂缝发育段常规测井响应，其特征表现较为明显，主要呈现有声波时差变大、密度减小以及电阻率幅度差的变化，通过这些特征都是进行常规测井的裂缝识别 (崔晓娟，2008；王晓杰等，2008).对S256井潜山段进行常规和成像测井综合分析，从图 2中可以直观地将该井段分为三类储层发育类型：其一，位于井上段部分，其特点主要有声波时差曲线变化大，甚至出现极大跳跃情况，双侧向电阻率曲线 (深侧向测井和浅侧向测井) 出现较大的正差异 (Rlld>Rlls)，从成像测井图像显示裂缝发育，综合其他资料该处三孔隙反映物性好，且试油产量高，为一类裂缝储层发育区；其二，位于井中段部分，其主要特征表现为声波时差曲线变化小，且双侧向曲线差异较大，成像测井表明裂缝较发育，试油获工业油流，为二类裂缝储层；其三，其余井段裂缝不发育，双侧向曲线基本重合，声波时差基本没有变化，此为三类储层发育区.
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图 2 S256裂缝发育段测井曲线示意图 Figure 2 Logs schematic of S256 fracture segment |
从原理进行剖析，双侧向测井中深测向的电极距较长，测出的电阻率可基本表示地层真电阻率，而浅测向电极距较小，探测范围较浅，其代表的是侵入带电阻率.若潜山地层中无裂缝，基本就无泥浆侵入，此时深测线和浅侧向都表示地层电阻率，则两条测井曲线趋于重合，无差异性；而潜山地层中出现裂缝时，其地层内就有泥浆的侵入，这将会使Rlld要大于Rlls，即出现正差异，并且高角度裂缝会使双侧向电阻率随着裂缝宽度的增加而减小，且一般存在高角度 (大于70°) 裂缝就容易出现正差异 (付崇清，2007).
根据费马原理，声波沿最短时间的路径传播.若地层发育高角度裂缝，则声波测井的首波将绕过地层裂缝而顺着基质部分传播，因此声波时差对高角度裂缝的响应并不敏感.若地层中主要是较低角度缝、网状缝时，首波衰减会过大，不能触发接收器产生脉冲输出，只能靠后续波触发接收器工作，此时往往输出极高的时差值声波，时差曲线的值表现出增大现象.
2.2 地震剖面裂缝表征对研究区潜山而言，受其岩性组合、岩相变化的不均一性及多期多次的构造叠加运动等综合影响，导致原始地震剖面信噪比较低，且地震反射较为杂乱.地震振幅属性是油气预测的重要信息之一，其纵向、横向变化都包含了地层的岩性、孔隙率及所含流体性质等方面的信息，当岩石孔隙或裂缝中含有油气时，导致岩石速度下降，进一步影响了上下界面中反射响应的变化，在地震剖面上反映为反射波振幅属性的不同.通过综合成像测井与裂缝发育段的标定 (精细合成记录的制作)，并结合目标段试油及产能数据，有效开展裂缝波场特征分析.
根据剖面的波组特征分析，裂缝不发育井 (如图 3a) 其地震轴与岩层基本一致，为连续平行反射，裂缝发育井 (如图 3b) 地震轴为错段不连续发射，且裂缝带密度发生变化；结合井的实际产能数据，高产井地震轴为中强反射，其反射同相轴表现出断续错乱现象，且产状变化较大，一般地反射同相轴与潜山面呈一定夹角 (如图 3c)，试油及产能数据显示该处裂缝发育；而在低产井 (如图 3d) 地区，剖面表现出强的反射同相轴，且同相轴连续，并基本平行潜山顶界面，试油及产能数据也表明该井段裂缝较发育.所以，潜山内幕裂缝发育带可以通过地震波组特征进行识别 (张吉昌等，2014；夏振宇等，2015).
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图 3 M凹陷潜山带地区地震反射特征 (a) 无裂缝发育地震剖面图; (b) 裂缝发育地震剖面图; (c) 过高产井地震剖面图; (d) 过低产井地震剖面图. Figure 3 The seismic reflection of M depression hill |
根据研究区三维地震剖面的波组特征，发现裂缝发育区带与潜山顶界面及内幕反射层位总结如下规律：
(1) 空白反射区裂缝不发育，裂缝一般在断层附近较为发育，裂缝主要分布在潜山内幕反射界面附近.
(2) 具有不连续、错断、杂乱、并且与潜山面形成高角度夹角的中-强波组反射特征，反映为高角度裂缝发育储层.
(3) 具有连续性好，并且平行于潜山面的强波组反射特征，以及空白相波组反射特征，则反映为致密且无裂缝储层.
2.3 裂缝发育带波阻抗差异根据地震勘探原理，地层反射振幅与其上、下介质波阻抗差呈相关性.在变质岩裂缝不发育段 (致密层段)，其反射波形连续性较好，地下岩体地层与层理近似平行，地层表现出较好成层性，具有层状特征，也进一步说明其地质构造活动不强烈，构造裂缝不太发育，其阻抗较大.在高产井剖面上，裂缝较为发育段，地震反射轴表现出错断明显，地层呈现弯曲较大，裂缝中小断层甚至是大断层伴随着裂缝发育，相应地其阻抗也较小.通过对变质岩地层潜山段进行单井波阻抗统计分析 (如图 4)：干井 (裂缝不发育段) 其波阻抗在15800~16800 g/cm3·m/s区间内，低产井 (裂缝较发育段) 其地层波阻抗在14500~16600 g/cm3·m/s范围之间，而在高产井 (裂缝发育段) 其波阻抗范围在12600~16100 g/cm3· m/s内；其都有较大的重叠性，不易区分裂缝发育状况，但潜山储层裂缝发育层段与裂缝不发育层段，其波阻抗表现出较为明显的差异性 (崔成军等，2010).
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图 4 三类裂缝井波阻抗频率图 Figure 4 Wave impedance frequency plot of three fractured wells |
针对研究区潜山地层特点，前文分析认为储层岩石裂缝密度可通过多种测井曲线综合表征，双侧向差值、声波曲线虽然都可以表征岩石裂缝发育状况，但其敏感度还是有差异.对其测井曲线裂缝敏感度进行分析 (如图 5)，双侧向差值可较为明显区分裂缝发育与不发育区；而声波时差的裂缝类型重叠较多，基本可以表征该处是否有裂缝，但是裂缝发育状况无法明显区分.
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图 5 双侧向差值与声波时差裂缝敏感度分析 Figure 5 Crack sensitivity analysis of bilateral difference and the acoustic time |
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图 6 S256拟声波及阻抗曲线示意图 Figure 6 Pseudo-acoustic and impedance curve Logs schematic of S256 |
采用双侧向差值重构拟声波曲线，其拟合公式为
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(1) |
式中：ACfrac代表重构声波曲线；Rlld表示深侧向曲线；Rlls表示浅侧向曲线；R2代表相关性.利用波阻抗差异来划分裂缝储层，重构曲线对裂缝段表征更明显，其储层波阻抗与裂缝差异明显增大，可较好地划分裂缝层段与致密层段 (贾建亮等，2010；胡平樱等，2014；宋梅远，2014；黄凯等，2015).
通过对全区变质岩地层潜山段进行拟声波曲线的波阻抗统计分析 (如图 7)：干井波阻抗在15800~17600 g/cm3·m/s区间内，低产井在14600~16200 g/cm3·m/s范围之间，而在高产井其波阻抗范围在12600~14800 g/cm3·m/s内，拟合声波阻抗能较为明显区分潜山储层裂缝发育状况，印证该研究思路对M地区变质岩裂缝储层划分是可行而有效的.
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图 7 三类裂缝井拟合声波波阻抗频率图 Figure 7 Pseudo-acoustic impedance frequency plot of three fractured wells |
利用拟声波进行约束测井曲线重构反演，如图 8是研究区波阻抗信息平面图，并结合阻抗差异可知：西南部 (以蓝色-淡蓝色为主) 地层波阻抗要明显低于东北部 (以红色-绿色为主) 地层，说明研究区西南部地区的裂缝较东北部地区发育；工区中西及东部地层，其波阻抗都较小，可以判断出该地区裂缝储层主要发育在平安堡潜山、胜西潜山、东胜堡潜山、边曹台潜山和法哈牛潜山.
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图 8 研究区潜山构造单元图与波阻抗平面图 Figure 8 The picture of fault system and impedance plane |
潜山主要发育混合岩、浅粒岩、变粒岩和角闪岩等变质类岩性，部分岩石暗色矿物含量少，岩石刚性强，在多期构造活动及风化雨淋作用下，岩石易碎裂，储层物性较好，裂缝较发育.
4.2裂缝层段测井响应特征分析表明：在裂缝发育层段，双侧向有明显差异，裂缝密度越大则表现出较大的正差异，该结论为进行储层裂缝反演提供基础.
4.3地震剖面的波组特征：空白反射区裂缝一般不发育；裂缝发育储层具有不连续、错断、杂乱、并且与潜山面形成高角度夹角的中-强波组反射特征；致密储层则具有连续性好，且平行于潜山面的强波组反射特征以及空白相波组反射特征.裂缝发育层段与致密层段，其波阻抗表现出较为明显的差异性.
4.4采用双侧向差值进行重构声波时差曲线，利用波阻抗差异来划分裂缝储层，重构曲线对裂缝段表征更明显，其储层波阻抗特性与裂缝差异明显增大，可较好地划分潜山储层裂缝发育状况.储层反演结果显示，M凹陷变质岩潜山裂缝储层主要发育在平安堡、胜西、东胜堡、边曹台及法哈牛潜山构造带.
致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持！| [] | Cui C J, Gong Y J, Shen D Y. 2010. Application of wave impedance inversion to reservoir prediction research[J]. Progress in Geophysics, 25(1): 9–15. DOI:10.3969/j.issn.1004-2903.2010.01.003 |
| [] | Cui X J. 2008. Study on logging evaluation method for burial hill reservoir of the archaean group in Damingtun depression[J]. Petroleum Geology and Engineering, 22(4): 45–48. |
| [] | Fu C Q. 2007. Comprehensive logging evaluation to metamorphic buried hill in Liaohe oilfield[J]. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing, 26(5): 138–142. |
| [] | Hu P Y, Wang W, Liu C Q, et al. 2014. Logging curve reconstruction for complex carbonate reservoirs and its application[J]. Journal of Oil and Gas Technology (Journal of Jianghan Petroleum Institute), 36(12): 105–108. |
| [] | Huang K, Chen J B, Lv Z B, et al. 2015. Application of pseudo-acoustic curve rebuilding in reservoir predication of fractured metamorphic Buried Hill[J]. Journal of Chongqing University of Science and Technology (Natural Sciences Edition), 17(1): 57–61. |
| [] | Jia J L, Liu Z J, Chen Y C, et al. 2010. Well logging-seismic multi-attribute stratified reconstruction characteristic curve technique[J]. Oil Geophysical Prospecting, 45(3): 436–442. |
| [] | Li J, You G B, Gao Q S, et al. 2010. Proterozoic reservoirs features of Damintun Depression and controlling factors[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 40(1): 21–29, 47. |
| [] | Ren F X, Gong Y J, Zhang J C, et al. 2014. Research on seismic response characteristics of fracture developed section of reservoirs inside the Buried Hill[J]. Natural Gas Geoscience, 25(4): 565–573. |
| [] | Song M Y. 2014. Comprehensive application of well logging curve rebuilding in the recognition of oil and gas layer in the Hassan Block[J]. Science Technology and Engineering, 14(19): 211–216. |
| [] | Wang R. 2015. A research of buried hill reservoir in Archaean metamorphic rock in Liaohe depression (in Chinese)[MSc. thesis]. Jingzhou:Yangtze University. |
| [] | Wang X J, Peng S M, Ma J Y, et al. 2008. A comparhensive evaluation on Buried Hill Logging in Archaean metamorphic rock[J]. Journal of Oil and Gas Technology (Journal of Jianghan Petroleum Institute), 30(6): 91–93. |
| [] | Xia Z Y, Wang Y, Cai W X, et al. 2015. Fracture prediction and the analysis of metamorphic rock fracture section geophysical response characteristics, Liaohe Basin[J]. Science Technology and Engineering, 15(29): 7–14. |
| [] | Zhang J C, Liu Z T, Xue D L, et al. 2014. Analysis on seismic wave group features in metamorphic rock buried hill reservoir[J]. Fault-block Oil & Gas Field, 21(4): 439–443. |
| [] | 崔成军, 龚姚进, 申大媛. 2010. 波阻抗反演在储层预测研究中的应用[J]. 地球物理学进展, 25(1): 9–15. DOI:10.3969/j.issn.1004-2903.2010.01.003 |
| [] | 崔晓娟. 2008. 大民屯凹陷太古界潜山储层测井评价方法研究[J]. 石油地质与工程, 22(4): 45–48. |
| [] | 付崇清. 2007. 辽河油田变质岩潜山测井综合评价[J]. 大庆石油地质与开发, 26(5): 138–142. |
| [] | 胡平樱, 汪文, 刘彩芹, 等. 2014. 复杂碳酸盐岩储层测井特征曲线重构及应用[J]. 石油天然气学报 (江汉石油学院学报), 36(12): 105–108. |
| [] | 黄凯, 陈建波, 吕坐彬, 等. 2015. 拟声波曲线重构反演在裂缝性变质岩潜山储层预测中的应用[J]. 重庆科技学院学报 (自然科学版), 17(1): 57–61. |
| [] | 贾建亮, 刘招君, 陈永成, 等. 2010. 测井-地震多属性分层重构特征曲线技术[J]. 石油地球物理勘探, 45(3): 436–442. |
| [] | 李军, 尤桂彬, 高庆胜, 等. 2010. 大民屯凹陷元古宇储集层特征及控制因素[J]. 吉林大学学报 (地球科学版), 40(1): 21–29, 47. |
| [] | 任芳祥, 龚姚进, 张吉昌, 等. 2014. 潜山内幕油藏裂缝发育段地震响应特征研究[J]. 天然气地球科学, 25(4): 565–573. |
| [] | 宋梅远. 2014. 测井曲线重构在哈山地区油气水层判识中的综合应用[J]. 科学技术与工程, 14(19): 211–216. DOI:10.3969/j.issn.1671-1815.2014.19.039 |
| [] | 王瑞. 2015. 辽河坳陷太古界变质岩潜山储层研究[硕士论文]. 荆州: 长江大学. |
| [] | 王晓杰, 彭仕宓, 马建英, 等. 2008. 太古界变质岩潜山测井综合评价技术研究[J]. 石油天然气学报 (江汉石油学院学报), 30(6): 91–93. |
| [] | 夏振宇, 汪勇, 蔡伟祥, 等. 2015. 变质岩裂缝段地球物理响应特征分析与裂缝预测[J]. 科学技术与工程, 15(29): 7–14. DOI:10.3969/j.issn.1671-1815.2015.29.002 |
| [] | 张吉昌, 刘增涛, 薛大力, 等. 2014. 变质岩潜山储层地震波组特征分析与应用[J]. 断块油气田, 21(4): 439–443. |