塔里木盆地深层岩溶缝洞型储层三维雕刻“五步法”定量描述技术研究与应用

高利君,李宗杰,李海英,王虹,黄超

(1.中石化西北油田分公司勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐 830011;2.中石化西北油田分公司，新疆 乌鲁木齐 830011)

0 引言

塔里木盆地北部(下文简称塔北)塔河油田是我国第一大古生界海相碳酸盐岩油气田，主力产层为奥陶系中下统顶部岩溶古风化壳层以下0～150 m，已进入大规模开发上产阶段。为加快推进资源接替战略，逐步转战深层勘探。先后针对奥陶系鹰山组内幕、蓬莱坝组和寒武系目标进行探索。截至目前，塔河油田已探明石油地质储量14亿吨，累计产出石油1亿吨，其中碳酸盐岩岩溶缝洞型油藏占比94.2%，探明深度达6 900 m，成为塔里木盆地深层碳酸盐岩重点油田，岩溶缝洞型油藏作为其主力油藏。按照岩溶主控因素划分为三大岩溶系统：风化壳岩溶系统、古暗河岩溶系统、断控岩溶系统，平面上剥蚀区主要发育风化壳岩溶系统、古暗河岩溶系统，覆盖区主要发育断控岩溶系统。根据塔河奥陶系碳酸盐岩钻井、测井、地震响应特征，结合对产能的贡献，主要储集空间为：大型溶洞、溶蚀孔洞和裂缝[1-3]。

针对缝洞型储层地球物理预测与评价研究，经历了“十一五”期间建立有利地震反射模式，到“十二五”期间发展地震异常平面属性描述。到目前储层的定量化预测发展，其重点在于地震异常体与地质体的关系构建。本文从井震出发，属性表征地震相、相控反演对应储层、孔隙度关系式建立地质桥梁，最终以三维雕刻技术来准确量化体积。通过对塔河油田中深层某区块探明储量的计算，形成了针对塔里木盆地碳酸盐岩岩溶缝洞雕刻及储量计算新方法——三维定量雕刻“五步法”。

1 三维定量雕刻“五步法”的提出

塔里木盆地碳酸盐岩缝洞型储集体非均质性极强，主要储集空间为大型溶洞、溶蚀孔洞和裂缝。对此，长期的勘探开发实践证实，此类储集体表征参数在钻井、测井、取芯、储层改造等方面存在参数表征难的问题：

1)钻井储层表征：快钻时是储层的一种反应，岩溶缝洞储层钻时达到放空、漏失现象，然而塔河地区多口放空漏失井统计结果显示，放空漏失量大小与储集体规模没有明显正相关性，例如强串珠反射、杂乱反射、断裂带线状反射均能体现不同程度的放空、漏失。因此钻时不能准确的衡量地质体的储集空间的大小。

2)测井资料表征：由于上述钻遇储层的非均质性较强，导致奥陶系碳酸盐岩目的层测井取资料难度大，能获取的钻井井资料反映储层真实发育情况代表性又不够，常规量化储层所使用的测井解释结果不能够准确反应实际的缝洞型储层空间大小。

3)取芯资料表征：钻遇大型洞穴的井，多钻遇放空漏失，取芯率大大降低，无法获取岩心资料；还有多数直井井底靶位移远大于单个串珠或断裂面宽度，且井筒周围储层非均质性极强，直井取芯、测试不反应真实储集能力。

4)储层改造表征：对于岩溶缝洞型储集体，单井轨迹沟通有效规模储集体有一定难度，酸压/地破是揭示规模储层的重要手段，一孔之见评价储层具有局限性。塔河油田奥陶系碳酸盐岩建产井的钻井放空漏失率占46.78%，53%以上储层需要酸压改造来有效沟通储集体[4]。

a—洞穴;b—溶蚀孔洞;c—裂缝a—cave;b—solution pore;c—crack图1 塔河油田奥陶系岩溶缝洞型储层典型岩心照片Fig.1 Typical core photographs of Ordovician karst fractured and cavernous reservoir in Tahe oilfield

图2 塔北地区石炭系覆盖区奥陶系柱状图Fig.2 Columnar chart of ordovician in Carboniferous covered area of northern Tarim

图3 塔河油田奥陶系典型地震时间偏移剖面Fig.3 Typical seismic time migration section of Ordovician in Tahe oilfield

针对碳酸盐岩缝洞型油藏，依据钻井、岩心、测井及生产测试资料，通过对储集空间类型及储层类型的划分，研究不同储层类型的测井响应特征，综合应用测井解释成果及生产测试数据确定有效储层下限；通过不同异常反射地震敏感属性优选，确定不同类型储集体门槛值，利用三维空间可视化技术刻画储层发育边界，得到异常反射几何体[11-13]；综合应用测井数据、地震数据及地质信息，根据缝洞型油藏非均质性强的特点，在串珠相、杂乱相、裂缝相控制下，采用低频趋势约束下的分形分维井—震联合反演，得到波阻抗反演体，再通过参数反演得到孔隙度体；应用异常反射几何体和孔隙度反演体，在孔隙度下限研究基础上，通过属性融合技术，分别刻画计算底界以上有效储层空间展布，应用缝洞体的体积雕刻结果实现储层的有效量化，初步形成了岩溶缝洞型储层三维雕刻“五步法”。

2 三维定量雕刻“五步法”流程

第一步：井震标定——定响应，通过三维地震资料统计分析，对于目的层储层的地震反射特征主要表现为“串珠”相、杂乱相、裂缝相(图4)。

a—串珠相;b—杂乱相;c—裂缝相a—beaded phase;b—mixed and disorderly phase;c—crack phase图4 塔北地区岩溶缝洞型储层典型地震相剖面Fig.4 Typical seismic facies profiles of karst fractured and cavernous reservoirs in northern Tarim

基于大量塔河油田模型正演，明确了洞穴型储层主要对应“串珠相”反射特征(利用不同大小、不同形状、不同深度的洞穴模型正演得到)。孔洞类储层主要对应“杂乱相”反射特征(利用不同大小、不同形状、不同密度的小规模缝洞模型正演得到)。明确了裂缝类储层主要对应“线性”反射特征。

第二步：属性优选——分类型，以往的地震属性描述主要是用平面属性来刻画，对比分析表征串珠相的地震属性，振幅变化率属性只能表现串珠的平面异常，不能表现空间变化，张量属性虽与串珠异常对应性强，但结构模糊，区分度差，而瞬时能量属性不仅与串珠异常对应性强，而且结构清晰，区分度高，综合认为瞬时能量属性对“串珠状”反射储集体特征刻画较好。同时优选能表征杂乱相(小串珠集合、杂乱反射、不连续反射)的属性，频谱不连续性属性(杂乱属性)优于振幅变化率属性、波阻抗属性，可作为刻画杂乱反射储集体特征的属性。对于裂缝相储集体，优选相干AFE、叠前裂缝预测技术等预测技术方法，综合对比，可应用相干AFE裂缝检测研究，预测裂缝发育平面分布。

串珠相在地震上表现为强振幅特征，瞬时能量属性对该特征描述较好，放空漏失点标定瞬时能量，确定门槛值；通过井震标定，单井特征上不连续性属性识别孔洞型储层效果较好，与钻井漏失精细标定确定不连续性属性门槛值；优选相干AFE属性描述线性弱反射，利用测井解释的裂缝型储层标定确定属性门槛值。应用地震属性门槛值，完成相应异常反射体雕刻，实现地震相分类空间刻画(图5)。

第三步：相控反演——建关系：常规声波反演的方法原理和反演技术以层状介质为基础,其研究目标多是层状储层，碳酸盐岩溶缝洞型储层具有非规则形态、非均匀散布的特征,常规声波反演技术有其不适应之处，通过井—震联合分形分维相控建模，建立低频信息趋势约束下的岩溶相控建模，加强地震相控因子，突出岩溶缝洞型储层空间不规则强非均值特征。利用分形理论基础，部分和整体联系，可用多次迭代建模刻画复杂形状。分形建模的方法，其原理如下。

a—串珠相三维雕刻;b—杂乱相三维雕刻;c—裂缝相三维雕刻a—three-dimensional sculpture of beaded phase;b—three-dimensional sculpture of mixed and disorderly phase;c—three-dimensional sculpture of crack phase图5 塔北地区不同类型地震相三维雕刻Fig.5 Three-dimensional engraving of different types of seismic facies in northern tarim

分形插值采用设置插值点法，即已知点x1和x2处的函数值为f(x1)、f(x2)，则x处的函数值f(x)可用公式

f(x)=f(x1)+(f(x2)-f(x1))

(‖x-x1‖/‖x2-x1‖+RAN

(1)

计算。式中,RAN为一随机增量，其值为:

式中，H为Hirst指数，σ为离差，G为Gauss随机变量，服从N(0,1)分布,‖x2-x1‖为样本距，R为标定系数。分形建模方法横向上根据地震振幅的变化控制模型的微观特征，非常适合本区非均质性很强的碳酸盐岩缝洞型储层[5-6]。

碳酸盐岩缝洞型储层的串珠相与杂乱相较围岩都容易区分，尤其是串珠相，地震数据上有很强的高频信息，但缺少低频约束信息，而测井曲线包含丰富的低频和高频信息，但由于奥陶系碳酸盐岩缝洞型储层非均质性极强，当采用测井高频信息参与反演模型的建立时，测井的高频信息在井间会产生很强的插值现象，把高频信息或多或少的进行横向分配，这样对地震剖面上串珠相特征变化的储层非均质性产生很大的影响，造成一定的假象，因此对单井测井曲线的高频信息进行压制剔除，保留低频信息，通过单井的低频信息为井—震联合反演模型的约束条件，建立低频约束条件下的分形分维反演模型。

反演初始模型建立最关键的参数是分形能量值的选取，在分形插值过程中，其值越大，测井曲线数据对内插结果影响越大；其值越小，地震数据对内插结果影响越大。本次采用的是测井低频趋势约束，高频信息主要来源于地震数据体。从初始模型剖面特征看，随着深度增加，反演模型围岩阻抗值逐渐增加，相应速度也随着深度的增加而增加，满足低频趋势模型的特征，同时符合整体的地质认识和基本规律，基于相控反演，结合钻井、测井、测试和生产动态等多因素评价储层预测可靠性(表1)。

表1 塔里木盆地深层灰岩油藏洞穴型储层有效厚度下限标准Table 1 Lower limit standard of effective thickness of cave reservoir in deep limestone reservoir of Tarim Basin

第四步：量化表征——求孔隙：孔隙度的求取是储层量化表征的重点，将地震异常与地质体建立桥梁，需要构建孔隙度与波阻抗之间的关系。

首先，开展储层参数反演：基于波形不连续性检测技术和统计公式的储层参数反演，采用波形不连续性检测计算方法和多种统计公式，建立各地质层位井中波阻抗/拟波阻抗与速度、密度、孔隙度等储层物性参数之间的统计关系，反演各层的储层物性参数。储层参数反演主要包括相关法(correlation)和统计法(statistic)。建立波阻抗反演体与已钻井测井孔隙度之间的关系，通过回归方程，得到孔隙度反演体。碳酸盐岩缝洞型储层非均质性极强，测井孔隙度仅反映井眼附近的地层信息，而远离井眼的储层特征可能存在较大变化。而因碳酸盐岩储层本身特性，钻井过程中容易发生放空和漏失现象，造成测井曲线缺失或失真，加大了储层孔隙度预测的难度。再加上地震资料分辨率及偏移归位等问题影响，从而导致孔隙度反演结果与已钻井的测井解释孔隙度之间存在一定的差异。因此，在研究过程中，对于孔隙度反演结果吻合性的检验标准应多方面考虑，不能单独从电测孔隙度去评价，还应考虑储层连通性，发育范围及生产特征来评价孔隙度反演的准确性[7]。

其次，孔隙度参数反演：根据孔隙度反演原理，提取单井井点处的波阻抗值，并与单井测井孔隙度进行交汇。在钻井过程中，发生放空漏失现象表征为溶蚀洞穴储层特征，对放空和大量漏失井位，通常未进行电性测井，缺少溶蚀洞穴的测井孔隙度，而且有测井的孔隙度最大只能达到14%左右，不能表征放空漏失井段的真实孔隙度值。因此，孔隙度与波阻抗关系式的确定方法为：选用在高孔段，利用波动方程来进行正演模拟，低孔段取多口实钻井数据，综合确定修正关系式。通过进行等面积下不同百分比充填正演(塔里木盆地碳酸盐岩储层中围岩纵波速度选取6 000 m·s-1，密度选取2.7 g·cm-3，洞穴纵波速度选取3 000 m·s-1,充填物速度选取4 500 m·s-1)，得到孔隙度递减的洞穴正演，表现为从强到弱的串珠响应。将孔隙度为10%～100%的10个样本点的孔隙度与反演的波阻抗值进行交汇作为高孔段的数据，孔隙度<10%的低孔段选取塔河地区储层段有可靠测井资料的实钻井的孔隙度与波阻抗值交汇，拟合得到孔隙度与波阻抗的关系式，并用已取得测井资料的洞穴井段的测井解释孔隙度统计数据进行验证，最终确定参数反演关系式[8-10]。

第五步：三维雕刻——算体积。首先，通过塔里木盆地深层岩溶缝洞型油藏大量实钻井的统计分析，确定储层孔隙度门槛值。同样确定孔洞型储层孔隙度范围2%<φ<5%，裂缝型储层孔隙度范围 0.05%≤φ≤2%(图6)。

图6 塔里木盆地深层岩溶缝洞型储层分类雕刻路线Fig.6 Carving map of deep karst fissure and cavern reservoir classification in Tarim Basin

基于上述孔隙度体，利用不同类型储层孔隙度门槛值，分类雕刻洞穴、孔洞和裂缝型储层，从而计算出储集体有效体积[28]。

3 应用效果

文中讲述的塔里木盆地深层岩溶缝洞型储层三维雕刻“五步法”定量描述技术，能够有效地应用于储量计算，尤其是能够符合国家验收探明储量的计算精度要求，成功实现了利用此“五步法”提交了塔河地区鹰山组内幕油藏TH12396等井区的石油探明储量，体现了此方法的准确性和可靠性。

应用具体体现在：储量计算过程中严格基于对地质、钻井、地震、测井、测试等资料的分析研究和应用，是在高精三维精细解释、地质综合研究、油藏描述及储量参数研究的基础上进行的。塔河油田岩溶缝洞型储层的储集层类型主要为洞穴型、孔洞型、裂缝型，由多种类型储层交织发育形成岩溶缝洞型储集体，储层非均质性强，储层大面积不连通，缝洞储集体在平面上具有条带状分布特征，油气富集受断裂、岩溶缝洞带控制。对于TH12396井区油藏描述中综合采用了瞬时能量属性、不连续性属性、AFE相干加强裂缝预测等多类参数综合评价，对奥陶系碳酸盐岩储层进行多方位的预测，并根据不同的井综合钻井、测井、录井、地震以及测试情况进行门槛值的标定，根据确定的不同储层类型门槛值圈定各类储层含油面积，参数可靠性较强。在开展储集体分类空间雕刻时，首先通过对TH12396井区奥陶系油藏储层物性、岩性、流体性质、温度压力等资料分析研究可知，弄清储层及油藏特征，孔洞、裂缝有效厚度下限标准严格参照塔河油田碳酸盐岩油藏的下限标准，由此确定的储量计算参数是可靠的。其次，在三维空间雕刻求取真实体积过程中，最为重要的部分是缝洞型油藏储层孔隙度参数的确定，起到了桥梁作用，此方法中利用了缝洞型油藏储层孔隙度参数反演来实现，拟合得到孔隙度与波阻抗的关系式，并用塔河地区已取得测井资料的洞穴井段的测井解释孔隙度统计数据加以验证，结果一致。最后采用多属性融合技术，通过地震属性预测缝洞型储层反射边界与有效孔隙度反演体融合，最终得到TH12396井区的有效储层缝洞体的体积，从而得到了油藏的探明储量。

目前，定量雕刻“五步法”已成功推广到邻区及深层领域，已累计计算提交了探明储量石油1 377万吨，该方法得到了国家储委的认可，并在油田实际应用中形成了一套碳酸盐岩缝洞型油藏储量计算的技术系列及标准规范。

4 结论

1) 塔里木盆地深层岩溶缝洞型储层地震响应特征主要表现为：串珠相、杂乱相、裂缝相。

2) 应用地震能量属性体、杂乱属性体、AFE相干属性体及其门槛值的设定能够分别有效刻画出洞穴型、孔洞型、裂缝型储层的几何形态。

3) 通过相控反演建立有效储层模型，储层参数反演及孔隙度反演准确建立地震异常与地质体(阻抗与孔隙度)的关系，结合储层下限的研究能够有效实现不同类型储层的准确量化。