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页岩储层地震尺度断裂系统分析及其石油地质意

导读:以四川盆地长宁地区宁201井区页岩储层为例,借助三维地震体和其蚂蚁追踪体地震属性开展了构造精细解释,应用有限元层拉平、正交分解主成分分析、自动断层片提取和古应力场反演


返回列表 来源:未知 发布日期:2019-11-25 14:08【
引 言
广义的岩石裂缝是指将岩体分割成2个或2个以 上部分的力学破裂面或不连续面, 其尺度范围相当 宽泛,可从数百公里的板块边界到不足1毫米的晶内 微裂隙 。 油藏级别的裂缝与勘探开发生产密切相 关,可将其进一步分为大尺度裂缝、中尺度裂缝及小 尺度裂缝 。 大尺度裂缝是指基于原始叠加偏移地 震数据体就可以进行人工解释的断裂, 中尺度裂缝 是指利用常规地震数据体解释难以识别的、 需利用 地震相干体或蚂蚁追踪体等边界强化探测技术来识 别和预测的断裂, 而小尺度裂缝是指地震边界强化 探测技术也不能识别,只能依靠岩心、成像测井和常 规测井等资料才能识别的裂缝。 由于前两者可为三 维地震资料所探测,所以可统称为地震尺度裂缝(或 断裂、断层)。

目前针对大、 中尺度裂缝的地震预测技术方法 主要有2大类,即叠前预测和叠后预测。 前者一般 利用快、 慢横波的差异或纵波的方位各向异性来预 测裂缝的方位、发育程度甚至有效性,该方法要求有 昂贵的三维地震采集和处理技术相配套, 例如多波 多分量地震采集与处理、 高密度宽方位地震采集与 处理等,因此,总体上叠前预测技术的应用并不十分 广泛。 后者主要利用叠后三维地震属性对裂缝进行 识别和预测,其中很多振幅类、频率类和相位类的属 性已被广泛应用, 而较为精细的裂缝地震属性分析 则主要是围绕地震反射波形的突变(不连续性)来开 展,例如相干分析和蚂蚁追踪等边界强化探测技术。

国内外越来越多的页岩气勘探开发实践表明, 对页岩储层中的天然裂缝系统特征进行分析和描 述,不仅可以为页岩气勘探区优选提供参考依据,而 且还能为钻井部署优化、压裂改造优化、单井产能准 确预测等方面提供重要认识基础, 进而直接影响到 开发井网和方案的有效部署。 因而对于具体的 页岩气勘探开发区, 及早查明页岩储层地震尺度的 断裂系统特征, 对后续的勘探开发实践有着重要的 指导意义。

地质背景
长宁示范区位于四川盆地西南部,横跨四 川省宜宾市长宁县、珙县、兴文县和筠连县,在区域构 造上属于川南低陡弯形带和娄山褶皱带,区内发育有 主体构造轴部呈NWW向展布的“雏鸟状”长宁裙边式 复式背斜构造。研究区宁201井区处于长宁背斜 构造的西南翼, 发育五峰组—龙马溪组海相页岩层 系,其底部五峰组至龙马溪组一段1亚段(龙一1)的 黑色富有机质页岩段是勘探开发的有利目的层段 (优质页岩段), 为深水陆棚欠补偿环境下的沉积产 物 。目的层段底界现今埋深一般为2 000~3 000 m; 实测总有机碳含量(TOC)平均为4%;镜质组反射 率(Ro)平均为2.5% ,指示其在地史上曾达到以生 干气为主的过成熟阶段。 研究区面积约为265 km2 , 截至2016年5月, 区内共部署页岩气水平井开发平 台15个,已完钻水平井48口,完成压裂的井有34口, 为四川长宁—威远国家级页岩气示范区的重要组 成部分。

地震精细构造解释与识别 地震精细构造解释过程主要包括井震合成记录 层位标定、连井骨干剖面手动解释、8线×8道格架剖 面手动解释、 手动加自动精细解释和任意地震剖面 检查等步骤。尽管蚂蚁追踪技术是检测大、中尺度裂 缝或裂缝发育带的有效手段, 但实际应用时需要优 化具体过程和相关参数。 本文经大量尝试后所确定 的优化工作流程如下:
①从叠前道集出发,对道集进 行去噪、拉平和振幅均衡等预处理,将信噪比较高、 相对保幅的10°~28°道集部分叠加体作为蚂蚁追踪 的输入;
②对该部分叠加体做适当的平滑,减少随机 噪音的影响;
③产生方差体地震属性,进行初步的不 连续性探测;
④产生蚂蚁追踪体地震属性。

地震尺度断裂系统分期与配套
断裂系统分期是指将某一地区不同时期形成的 断裂,按先后顺序组合成一定系列;而断裂系统配套 是指在统一应力场中形成的各组断裂的组合关系, 是划分断裂期次的重要依据 。 层拉平技术是构造发育史、断裂系统分期与配套 分析常用的重要手段,具有快速、直观的特点 。 上海昌吉基于2条横切研究区主要构造的地震剖面和 相应构造解释成果,利用有限元回剥地震层拉平技 术进行的构造发育史分析结果,与由其他大量地质 证据所指示的川南构造形迹主要成生于(晚)燕山 期—喜马拉雅期 的结论并不相符,因此,该 技术并不适用于研究区目的层。 笔者推测其原因可 能为研究区目的层在后期(燕山期—喜马拉雅期)构 造变动中发生过一定程度的非能干(软)地层流动现 象,这里不再赘述。

应用地质意义
提高页岩气目的层的地震资料品质并开展地震 精细构造解释和地震尺度断裂系统分析, 对勘探开 发和生产实践有着十分重要的应用意义。

讨 论
基于前述成果和认识, 同时结合区内其他学科 的相关资料及前人的区域构造地质认识,讨论如下:
1)目的层页岩段总体上杨氏模量较低,属“偏 软”地层,依地质规律,其构造裂缝会较欠发育,但多 种证据表明目的层段的构造裂缝总体上仍比较发育。
2)由目前2口直井(宁201和宁203)有限的FMI 高分辨率电成像测井资料所识别的岩心级别小尺度 裂缝的产状来判断(裂缝走向的变化基本在NWW— NNW向范围内,并且绝大多数为中高角度斜交缝), 其可能主要形成于喜马拉雅早期和喜马拉雅中期构造幕。
3)水力压裂微地震监测结果表明,研究区目的 层绝大部分压裂作业都可以形成复杂裂缝网络,但 缝网总体上为NWW走向,这可能体现了现今最大水 平主应力、 喜马拉雅中期构造幕横向扩张裂缝以及 其他先存构造薄弱面的联合控制作用。
4)由微地震监测所识别的构造微地震事件,据 其延展方向推测,更多的是受喜马拉雅早期构造幕断 裂系统所控制。 由于与井筒直接相连或震级较大,可 能会引起压裂施工困难或套管损坏,因此在井位设计 和压裂施工过程中需要加以适当规避或密切监视。
5)研究区内的近EW向构造在其西部普遍发生 走向偏转(向SW方向偏转),以及NNE—NE向逆冲 断裂主要发育于研究区西部边缘, 这些现象可能都 与整个川南三角形联合构造格局相一致 。

结 论
(1)研究区目的层的断层(指大尺度裂缝)以高 角度为主, 按走向大致可分为 3 组, 即近 EW、(N) NE 和 NNW 走向,其中以 NE 走向者数目最多。
(2)基于多种技术的地震尺度断裂系统(指大、 中尺度裂缝)分期与配套分析结果表明,影响研究区 目的层断裂系统发育的主要构造活动主要包括燕山 晚期构造幕的近 S—N 向挤压作用、 喜马拉雅早期 构造幕的 NNE—SSW 向挤压作用以及喜马拉雅中 期构造幕的 NWW—SEE 向挤压作用, 这对区域构 造演化作出了更准确的厘定。
(3)通过对比发现喜马拉雅早期和中期构造幕 的地震尺度断裂系统与小尺度裂缝的发育、 水力压 裂缝网总体走向和形态, 以及水力压裂构造微地震 事件明显相关, 因此在布井和压裂时要进行合理利 用、尽量规避或密切监控。
(4)开展地震尺度断裂系统分析,对于离散型裂 缝建模、钻井工程预警以及完井、开发方案优化都非 常重要。建议今后应更为深入地、定性或半定量地分 析不同期次、不同尺度、不同特征的天然裂缝系统对 勘探开发及钻完井工程的具体影响, 以进一步更有 效地指导页岩气生产实践。