AVO(振幅随偏移距变化)技术是利用反射系数随入射角变化, 其理论基础就是Zoeppritz方程及其简化的思路。在不同的假设条件和用不同的物理参数来描述地层的情况下, Shuey、Aki和Richards、Gidlow等对该方程进行了简化^{[4, 5, 6, 7]}。用Zoeppritz方程计算出的反射系数, 与实际观测反射波振幅是有差别的, 主要原因是:

1)Zoeppritz方程描述的是平面波, 实际观测的是球面波;

2)该方程给出的是波沿传播方向的反射系数, 而真实地层反射系数是一个R_i=f(v_i, ρ _i, θ , φ )的函数, 其中, v为速度, ρ 是密度, θ 是入射角, φ 是方位角;

3)该方程给出的是两个半无限空间界面的反射, 不存在各个界面反射子波的相互干涉;

4)方程中, 振幅是在不考虑诸如透射损失、衰减、检波器的方向特性等影响因素下反射系数的测量值。

由此可见, 基于Zoeppritz方程所求的反射系数的解, 不可能作为精确的结果, 只能是一种近似, 存在多解性和不确定因素, 在解释中需要人为判断。

现有油气检测方法受储层以及地层方位各向异性的影响, 刘百红等人在石油物探发表的“ HTI介质的方位AVO正演研究” 一文表明^[3]:垂直裂隙介质对AVO效果影响最大的是岩性; 其次, 是裂缝内所含流体; 然后, 是裂缝。强非均性缝洞储层是一种特殊的储集体, 其内部所含流体性质是研究的主要目标, 重点要解决裂缝对油气预测结果的影响。

HTI介质理论研究证实, 不同方位角下干裂缝中衰减系数随入射角的变化而变化。模型研究表明地震响应是有方位特性的, 如图1所示, 45° 方位角时, 干裂缝中准纵波衰减系数RP随入射角的变化关系与90° 方位角时干裂缝中RP随入射角的变化关系有明显差异, 90° 方位角垂直入射时衰减最为严重。另一理论模型表明, 当裂缝纵横比一定(0.1)时, 饱含流体裂缝型碳酸盐岩储层的AVO响应是随裂缝密度变化而变化的, 如图2所示, 不同的裂缝密度对AVO的影响, 文献[8]提出可用3个无量纲因子常数ε 、γ 和δ 来描述垂直对称轴的横向各向同性介质的各向异性程度。其中参数ε 等于垂直纵波速度和水平纵波速度差值与垂直纵波速度的比值, 是度量各向异性强度的参数, ε 越大, 介质的纵波各向异性越大。图2a裂缝密度最大, ε =0.05; 图2b次之, ε =0.005; 图2c最小, ε =0.000 5。AVO特征受裂缝密度的影响, 当裂缝密度增大到一定程度时AVO特征可能出现相位反转现象, 说明储层AVO特征与裂缝密度有关。

图1

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	图1 不同方位角下干裂缝中衰减系数与入射角的关系a— 方位角为45° ; b— 方位角为90°

图2

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	图2 碳酸盐岩饱气裂缝型储层的AVO响应随裂缝密度变化的响应特征a— ε =0.05, d=0.1; b— ε =0.005, d=0.1; c— ε =0.0005, d=0.1

哈拉哈塘油田奥陶系缝洞型油藏以稠油为主, 原油密度在0.9 g/cm³左右, 油气水之间差异甚微, 应用全方位地震数据AVO分析油气预测的符合率为60%, 认为含油气分析可能受到裂缝等地球物理响应的干扰, 只有进一步削弱或者消除裂缝的影响, 才能提高稠油区储层含流体预测精度。

要削弱或者消除裂缝各向异性对油气预测结果的影响, 需要精细分析裂缝各向异性特征, 进一步落实裂缝发育的方位。本文的主要技术思路与对策是在OVT域处理地震数据的基础上, 对数据方位角扇区范围与偏移距范围进行优化, 实现与实钻资料的交互分析和质量控制, 精细分析裂缝各向异性, 获得可靠裂缝预测结果, 最终抽取裂缝方位扇区内的道集数据进行方位AVO分析, 预测储层的含油气性, 以此规避裂缝各向异性对油气预测结果的影响。

OVT(offset vector tile)通常翻译成“ 炮检距向量片技术” , 最早由Vermeer^[9]于1998年在研究采集工区的最小数据集时提出; Cary^[10]几乎同时独立提出共炮检距向量COV(common offset vector)概念; 2000年, Starr的专利也隐式描述了OVT道集的创建和偏移^[11], 然而工业界采用OVT技术的进程却很缓慢。

2013年, 段文胜等人在石油地球物理勘探发表的“ 面向宽方位地震处理的炮检距向量片技术” 一文中提出, OVT是十字排列道集的自然延伸, 是十字排列道集内的一个数据子集^[12]。在一个十字排列中按炮线距和检波线距等距离划分得到许多小矩形, 则每一个矩形就是一个OVT炮检距向量片。OVT螺旋道集是基于十字排列的细分、地面坐标系及扇区划分的集合, 由具有大致相同的炮检距和方位角的地震道组成, 可延伸到整个工区, 是覆盖整个工区的单次覆盖数据体, 因而它可以独立偏移, 这样偏移后就能保存方位角和炮检距信息用于方位角分析, 这也是OVT技术最具优势之处。

岩石物理模型实验研究结果表明, 地震P波沿垂直于裂缝方向的传播速度小于沿平行于裂缝方向的传播速度, 实验差异达18%~19%^[13]。这种差异被称为裂缝各向异性。各向异性叠前裂缝预测研究的是地震纵波各个方位的地震波时所产生的走时、振幅等信息差异。20世纪90年代后, 兴起了利用P波各向异性检测裂缝的热潮^[14]。前人实验研究结果也表明, AVO随方位角的变化关系反映了岩石硬度的变化(Gray)。如图3所示, 如果将方位角0° ~180° 范围内划分为6个扇区(图3a), 并求得每一方位角扇区内的AVO梯度值, 再对应到由正交的方位角坐标系, 通过数据方法拟合椭圆并求得长、短轴方向, 可据此判定裂缝的走向(图3b)。该技术在塔里木盆地哈拉哈塘油田的应用取得明显效果^{[15, 16, 17]}, 但要取得好的预测效果对输入资料的品质要求非常高。

图3

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	图3 椭圆拟合法预测裂缝方向示意a— 方位扇区划分示意; b— 椭圆拟合示意

针对方位各向异性叠前裂缝预测对地震数据的高要求, 首先对OVT处理共反射角道集数据的偏移距进行优化, 选择各方位覆盖次数均匀, 能真实反映各向异性特征的数据, 使得预测裂缝时进行椭圆拟合的结果更收敛; 其次, 通过质量控制等手段, 提高椭圆拟合的稳定性, 对拟合椭圆的离心率进行刻度, 椭圆离心率(0~1)越大, 且拟合椭圆的解越少, 则可信度越高; 最后进行可信度分析, 通过与实钻资料进行交互式分析, 使所拟合椭圆的长轴与FMI成像测井结果的裂缝走向趋于一致, 不断提高裂缝预测精度, 为缝洞体方位AVO分析提供可信的方位角信息。

在精细的裂缝各向异性分析结果的基础上, 进行方位AVO分析, 研究中对OVT处理共反射角道集进行方位角优化, 抽取扇区内合适的地震道, 即将同一个面元的地震道按炮点— 检波点连线的方位角分成若干个方位道集, 优化各个方位道集的偏移距后分别对各方位道集进行AVO反演, 获得不同方位的AVO梯度、截距等AVO属性。应用Ruger近似公式

Rp(θ, φ)=12ΔZZ+12Δαα-2βα2ΔGGsin2φ+12Δδ(v)+22βα2Δγcos2φsin2φ+12Δαα+Δε(v)cos4φsin2θtan2θ+12Δδ(v)cos2φsin2φ)sin2θtan2θ(1)

求得反射系数, 最终求取一定方位角范围内地震数据的AVO特征。式(1)中:Z和Δ Z分别表示上下介质纵波阻抗均值和差异; G和Δ G分别表示上下介质剪切模量均值和差异; α 和Δ α 分别表示上下介质纵波速度均值和差异; β 表示上下介质横波速度均值; Δ δ ^(v), Δ γ , Δ ε ^(v)分别表示上下介质各向异性参数差值; θ 表示入射角; φ 表示方位角。

此时, 可将流体因子表示为AVO梯度P和截距G的函数, 最终得到可指示储层含油气性的流体因子属性的平面分布结果

Rfluid_factor=P+Gsin2θ,(2)

指导目标的优选。