叠前同时反演在BN地区沙三段泥页岩脆性预测中的应用

张明秀

（中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院，山东东营257022）

摘要：BN洼陷泥页岩油气藏分布广泛，具有巨大勘探潜力，是老油区今后发展的重要勘探目标。由于泥页岩储层具有低渗透特征，因此，实现泥页岩产业化开发最有效的办法是用人工压裂沟通天然裂缝，而泥页岩脆性是评价泥页岩储层造缝能力的重要指示因子。叠前同时反演技术利用多个不同角度叠加的地震数据体，通过地震、测井、地质等多种信息的约束，同时反演出纵、横波阻抗和密度等多种弹性参数，进而获得泊松比、杨氏模量等属性数据体，从而得到脆性指数，实现泥页岩脆性预测。本文针对BN地区沙三段富油泥页岩脆性强的特征，利用叠前同时反演技术较为准确的预测了该地区的脆性平面展布，预测结果与实钻井基本吻合。

关键词：叠前同时反演；泥页岩；脆性预测

1  引言

随着常规油气藏勘探程度的日渐提高，全球油气勘探已经逐步进入了常规与非常规油气藏同步开发的阶段，非常规油气勘探逐渐成为了勘探研究的热点和难点。泥页岩作为一种非常规油气藏，已经在北美地区进入了商业性运营阶段，已经成为了勘探高成熟油区下一步寻找油气的新领域^[1]。

泥页岩储层是一种以泥质岩类为基质、“自生自储”的油气藏，需要裂缝才能吸附气和水形成较高产能^[1]。除了泥页岩自身的天然裂缝，通过人工压裂沟通天然裂缝是泥页岩增产的重要手段，因此，泥页岩自身是否易于压裂是泥页岩经济开采的必要条件^[2]。泥页岩脆性是评价泥页岩储层造缝能力的重要指示因子，通常用杨氏模量和泊松比来表征。杨氏模量是描述岩石抵抗形变能力的量，主要与岩石内部结构、矿物成分、构造和孔隙度有关，其大小表征岩石的刚性或者脆性；泊松比是指岩石在单向受拉或者受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值之比，是一种常用的流体指示因子^[3]。叠前同时反演技术是从地震资料中获得泊松比、杨氏模量等岩石物理参数的有效手段。

BN洼陷是济阳坳陷泥页岩油气藏最发育的地区之一，以生油为主，具有巨大的勘探潜力^[4]。且目前该区已有罗42、新义深9、义182等多口井在沙三段下亚段泥页岩段获得了高产工业油流，因此，针对沙三段叠前地震资料进行叠前同时反演，获得该区段的杨氏模量和泊松比参数，进而预测得到该地区的脆性指数展布，以指导该区段泥页岩油气勘探是十分必要的。

2  技术流程

叠前弹性参数同时反演以贝叶斯理论为基础，假设地震噪声和弹性模型都呈高斯概率分布，在最大相似性基础上，通过地质资料和测井资料建立的低频模型与通过CRP道集得到的分角度道集地震数据进行叠前同时反演，得到纵波阻抗、横波阻抗和密度的数据体^[5~8]。叠前同时反演的目标函数如公式（1）所示：

 （1）

式中，为弹性模型，为地震数据的噪声标准偏差，表示角度为时的反射系数系列，表示角度为时的叠加数据，为纵波阻抗、横波阻抗和密度的多参数初始模型。

结合岩石弹性参数和储层岩性、物性关系，得到杨氏模量和泊松比。杨氏模量和泊松比计算公式如公式（2）所示：

                         （2）

式中，为杨氏模量；为泊松比；分别为纵波阻抗、横波阻抗和密度。

根据Rickman等^[9]推导的利用杨氏模量和泊松比计算脆性指数的方法，计算得到泥页岩储层的脆性指数，脆性指数计算公式如公式（3）所示：

                                    (3)

式中，为杨氏模量指数；为泊松比指数；为脆性指数。

叠前同时反演进行脆性指数预测流程如图1所示。

图1 叠前同时反演计算脆性指数技术流程

3  BN地区叠前同时反演关键技术

叠前同时反演主要包括构建分角度叠加资料、测井曲线标准化处理、多角度道集子波的标定与提取、初始模型建立和约束反演等。其包括主要技术如下：

（1）叠前反演的角道集数据

叠前同时反演需要输入三个或多个分角度叠加资料，在本次反演中我们针对该工区首先将叠前偏移后的CRP道集转化为角道集，并将叠前角道集数据分为0-10°、10°-20°、20°-30°数据进行分角度叠加。

（2）合成记录标定与多角度道集子波提取

合成地震记录是沟通地震资料与钻、测井信息的桥梁，它关系到叠前同时反演子波提取的质量，而角度子波的提取直接影响反演的精度。在子波提取精确的情况下才能确保反演结果的高精确度。我们先利用标志层将地震与合成记录的大套层位对齐，然后再微调。图2和图3分别为本次工区中的一口井的合成记录标定与多口井提取的分角度子波。

图2  L45井合成记录标定

图3 多井角度子波

（3）背景模型建立

叠前同时反演背景模型的建立是在构造格架的控制下，利用地质统计学的方法，在三维空间里对纵波速度、横波速度和密度进行空间内插值，形成纵波速度体、横波速度体和密度体，这些数据体的低频部分就是同时反演的背景模型信息。

4 应用效果

BN洼陷位于济阳坳陷沾化凹陷中部，BN洼陷沙三段岩性主要为灰色、深灰色泥岩夹砂岩、油页岩及碳质泥岩，钻遇沙三段的泥页岩井有108口，见显示及初步分析可以解释为油层的井39口，其中8口获工业油流。通过分析沙三段泥页岩脆性指数分布展布，可以更好地为该层段泥页岩油气勘探提供更加丰富的参数数据。

利用叠前同时反演技术对BN三维工区进行了精细的反演，得到了纵波阻抗、横波阻抗、密度体，并通过计算得到了泊松比、杨氏模量脆性指数等弹性参数剖面及平面图。泥页岩岩石脆性受泊松比和杨氏模量影响很大。杨氏模量大、泊松比低，岩石脆性高，是泥页岩油气富集区的重要地震和岩石物理特征。杨氏模量反映了页岩被压裂后保持裂缝的能力，泊松比反映了页岩在压力下破裂的能力^[10]。页岩泊松比越低，杨氏模量越高，脆性越强。

（a）泊松比                                （b）杨氏模量       

              （c）脆性指数

图4 BN地区13s 泊松比、杨氏模量、脆性指数平面图

图4为叠前同时反演得到纵波阻抗、横波阻抗和密度的数据体后，根据公式（2）和公式（3）计算出的该工区的13s的泊松比（a）、杨氏模量（b）和脆性指数（c）。从平面图中我们可以看到，工区北部和东南部脆性指数较大，这是因为泥页岩中夹砂岩条带石英含量高导致杨氏模量高，而南部缓坡带发育泥质灰岩杨氏模量低、泊松比高，因此整个脆性指数较低。通过分析，我们发现根据叠前同时反演得到数据体计算得到的脆性指数预测结果与实钻井基本吻合，因此利用叠前同时反演能够有效的实现泥页岩地层脆性预测。

5  结论与建议

（1）通过分析可以看出，页岩脆性是影响压裂性的重要因素，杨氏模量和泊松比是表征页岩脆性的主要岩石力学参数。杨氏模量越高，泊松比越低，页岩脆性越强。

（2）通过叠前同时反演可以获取地层杨氏模量、泊松比等弹性参数，并可以进一步获取地层的脆性指示因子，其结果与实钻井吻合，说明叠前同时反演技术可以有效实现泥页岩地层脆性预测。

参考文献

[1] 张营革. 泥页岩油气藏有机碳含量地球物理预测方法——以济阳坳陷罗家地区沙三段下亚段为例. 油气地质与采收率，2013,20（5）：64~67.

[2] 董宁，许杰，孙赞东，等．泥页岩脆性地球物理预测技术．石油地球物理勘探，2013，48（增刊１）：69~74.

[3] 宗兆云，印兴耀，张峰等． 杨氏模量和泊松比反射系数近似方程及叠前地震反演． 地球物理学报，2012，55（11）：3786~3794.

[4] 贾屾. 沾化凹陷罗家地区古近系沙三下泥页岩储层形成与分布规律研究. 中国地质大学（北京），硕士论文，2012：1~16.

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[7] 黄饶，刘志斌． 叠前同时反演在砂岩油藏预测中的应用． 地球物理学进展，2013，28（1）：380~386.

[8] 苏世龙，贺振华，王九栓，等. 利用叠前弹性参数同时反演预测储层的含油气性. 物探与化探，2013,37（6）：1008~1012.

[9] Rickman R, Mullen M, Petre E, et al． A practical use of shale petrophysics for stimulation design optimization: All shale plays are not clones of the Barnett shale. SPE Annual Technical Conference and Exhibition, 2008, SPE115258.

[10] 唐颖，刑云，李乐忠，等. 页岩储层可压性影响因素及评价方法.地学前缘，2012,19（5）：356~363.