寻找甜点：有机页岩中的储层质量和完井特性

1、寻找甜点：有机页岩中的储层质量和完井特性Karen Sullivan Glaser等在页岩储层中布置水平井是一种成本高昂且风险很大的商业活动。为了最小化风险，在决定钻井位置之前，经营者们需要获得并分析地表地震资料。在20世纪晚期，勘探与生产部门的地学家开始用新眼光审视页岩。虽然从19世纪初就有了来自页岩的产量，但是经营者一直认为页岩地层主要是源岩，或充当常规储层的低渗透率盖层。然而，在上世纪80年代和90年代之间，经营者们认识到，适当地运用水平钻井加多级水力压裂可以让有机页岩多产，从而激励了页岩作为自生自储储层的开发。在美国Barnett和Haynesville页岩的成功开发之后，行业很快意识

2、到，不是所有的页岩都可以进行经济的开发，因此，经营者们开始寻求识别适合开发目标的技术。拥有最佳潜力的页岩地层要求储层和地质力学岩石特性的一种独特组合；这样的地层是相对稀缺的。有机页岩有极小的孔隙尺寸和极低的基质渗透率，这使得这些非常规资源区带与绝大多数常规储层有了根本性的区别。此外，由于油气运移路径较短，页岩储层的多产区一般限于一个盆地内的某一区域或一个地层层段内。图1 最佳12个月产量结果。美国得克萨斯州Tarrant县西北部Barnett页岩区带的这片50平方英里（130平方公里）的区域，显示了超过650口水平井第一年的天然气产量。黑点代表井场的地表位置，井场可以服务多口井。暖色区域（标尺

3、顶部）是甜点区，冷色区域（标尺底部）不是。（引自Baihly等人，参考文献5）决定一个页岩区带经济可行性的两个要素是储层质量和完井特性。好的储层质量（RQ），对于有机页岩储层来说，即为水力压裂后储层能经济地生产油气。储层质量是预测特性的集合，主要由矿物学特性、孔隙度、油气饱和度、地层体积、有机质含量和热成熟度控制。完井特性（CQ），另一个预测属性集合，有助于预测成功的水力压裂。与RQ类似，CQ很大程度上取决于矿物学特性，但也受弹性特性影响，比如杨氏模量、泊松比、体积模量和岩石硬度。CQ还包括别的要素，比如天然裂缝密度和方向、固有的和断裂的物质各向异性，以及原位地应力的普遍强度、方向和各向异性。

4、为了在当今的页岩区带取得成功，经营者在拥有出众RQ 和CQ的储层进行水平钻井。压裂处理在这种情况下最有效：当诱导裂缝在支撑剂作用下保持开启时，连通了储层和大片裂缝表面区域，流体就从储层流向井眼，从而有效地提高了储层系统渗透率。经营者基于工作后资料评估来判定完井设计的质量以确定储层压裂的效果与效率，资料来源若干，比如水力压裂的微地震监测、返排测试和初始产量。理想情况是，经营者把水平井布置在拥有良好的地质特性、高RQ 和CQ、且没有地质灾害的页岩层段内。可追溯的研究已经证明，该战略会带来差不多十倍的产量增长（图1）。那么确定哪里有最佳的RQ 和CQ就是一项勘探工作，而在钻初始井之前加强勘探工作的最

5、佳方法便是解释地表地震资料。最近的研究已经表明，地震解释是寻找有机页岩区带内甜点的有力工具。本文中，我们描述了一种系统化的战略性方法，它使用地表地震资料来识别页岩资源区带中的甜点，始于盆地规模和区域规模RQ，然后向局部RQ 和CQ挺进。来自美国Arkoma、Delaware和Williston盆地的实例研究证明了反射地震资料是如何在确定资源区带和最高RQ 和CQ所在位置过程中起到关键性作用的。1 泥岩特性地质学家将页岩定义为具有易裂性的泥岩能容易地裂开，像一副纸牌，裂成一片片的薄片。油气工业一般认为页岩资源区带是产气或油的“页岩”。但是，更准确的叫法是泥岩，这是由于这些“页岩”经常不具有易裂性

6、。泥岩主导了沉积记录，占据了地球上沉积岩总量的大概60%到70%。它们是细粒沉积岩，由粘土级和粉砂级颗粒构成，颗粒直径小于或等于62.5微米（0.00246英寸）。这些小颗粒导致低渗透率；较差的分选多种颗粒大小的混合可进一步降低渗透率和孔隙度。泥岩组成很复杂，包括有机质和粘土矿物伊利石、蒙脱石、高岭石和绿泥石还有石英、方解石、白云石、长石、磷灰石和黄铁矿。斯伦贝谢公司的地质学家最近引入了sCore三角图泥岩分类方案，它以岩心与测井之间关系为基础，使用粘土、QFM（石英、长石和云母）和碳酸盐岩作为拐点。该图表定义了16种泥岩，能将一个样本分类为粘土类（富含粘土）、硅土类或碳酸盐岩类泥岩。该分类方

7、案允许地质学家和工程师能通过叠加点（包括指示RQ、CQ或二者的点）来检验矿物学特性和影响泥岩的RQ和CQ的因素之间的经验关系（图2）。石油公司寻找频率最高的多产泥岩一般主要由非粘土矿物组成，主要是硅酸盐和碳酸盐岩，因此位于该图表的下部，离开了粘土点；较高的RQ与CQ岩石在三角形边缘附近。数个因素控制了泥岩的物理特性：颗粒的矿物学特性和比例、原始沉积的泥和沉积后作用比如再悬浮作用、再沉积作用、成岩作用、生物扰动作用和压实作用它们将泥转化为岩石。泥岩一般是高度非均质的，该性质会垂直地和水平地变化，这与沉积环境的层序和不同地质时期泥岩地层堆叠方式有关。图2 sCore分类工具。在顺时针方向，sCor

8、e三角图的拐点（顶部左侧）是粘土、碳酸盐岩和石英加长石加云母（QFM）。该图表基于矿物学，定义了16种泥岩。石油公司寻求的泥岩（顶部右侧）一般粘土含量少于50%。在Wolfcamp页岩（中图）中，含硅泥岩展现出高RQ和CQ。在Eagle Ford页岩（底图）中，碳酸盐岩泥岩也具有高RQ和CQ。在这些范例中，RQ与有效孔隙度成正比，CQ与最小原位主压应力的应力梯度成反比。单个的泥岩层叫做纹层，通常大约1毫米厚。纹层堆叠形成纹层组，叫做层。层循序堆叠成层组，再形成组，最后成为地层。每一个地层的矿物学特性和有机组成取决于层序和该地区各地质时期的地质条件。地质学家使用地层学原理来解释地质历史。分层对于

9、一些岩石特性有特殊的影响：它是导致各向异性的一个构造。如果岩石特性在不同方向上不同，那么它就是各向异性的。分层的一个后果是地层中颗粒的组成、大小、形状、方向、堆积和分选在垂直地层方向变化得更快，而不是平行于地层方向。结果，岩石特性随方向变化。如果要测量地层的话，水平方向和垂直方向的岩石各向异性变化幅度是不同的。能导致岩石各向异性的另一个方面是大致平行的张开裂缝网的存在，它能控制储层压裂的效率。由于各向异性可以在地震资料中观察到，那么地球物理学家就能描述它，供地质学家和工程师们在预测储层的多种地质、地质力学和流体流动模型中使用（图3）。图3 多种比例尺下的泥岩分层。可以在露头、岩心和薄层段的照片

10、上观察到分层。Eagle Ford页岩露头（左）位于得克萨斯Terrell县Lozier Canyon。岩心（清晰的和紫外线光，中图）和薄层段（原始的和特写镜头，右图）的图像是下Eagle Ford页岩，来自BP-斯伦贝谢Lozier Canyon 1号井。2英尺（0.6米）岩心采于地下226到228英尺（68.9到69.5米）深处。该薄层段由含化石的硅质-石灰质泥岩组成，在它的右侧有一个矿化裂缝，它已经用铁氰化钾和茜素红S染料进行了染色，用来辨别碳酸盐岩矿物。在该薄层段的特写镜头中，有证据证明裂缝沿一个不同的路径延伸、停止和再延伸。泥岩在含油气系统中扮演了一个重要的角色。它们的颗粒尺寸小，以

11、及分选特性共同导致了低渗透性，具有低到超低渗透率和高流体驱替压力。结果，当泥岩处于正确的地层和构造位置和正确的构型时，它们就能形成覆盖和界定常规油气储层几何范围的盖层。一些泥岩被描述为富含有机质，传统上将它们视为源岩，即通过二次运移，源岩把油气供到邻近的和较远的常规和非常规连续储层。这些同样的富含有机质的泥岩也证明是自生自储储层，产生的油气是已经驱逐出来并经历了初次运移，存储在源岩本身中的。举例来说，美国得克萨斯州南部Eagle Ford页岩是泥岩，供给了多产的Austin Chalk裂缝性油藏，该储层已经得到勘探，并生产了超过80年。现在，经营者意识到Eagle Ford页岩能产出石油、凝析

12、油气、湿气和干气，而干气之前从未离开过源岩。图4 有机物。薄层段（左），其左侧已经用铁氰化钾和茜素红S染料进行了染色，由石灰质球粒状泥岩组成。在特写镜头中（右），地层由浮游有孔虫（白色和粉红色）、扁平粪粒（略带红色的褐色）和有机物（黑色）组成。泥岩必须含有足够多的油气才能称为潜在储层岩。如果泥岩的总有机碳含量高于2%（重量），那么就可以定义为富含有机质泥岩。有机物的保存和丰富程度取决于它的产生、稀释和破坏的相对速度（图4）。与有机物同时期沉积的无机物会稀释有机物含量。有机物的破坏有以下几种情况：细菌破坏、浅层氧化反应和较深层的热活化能反应，热反应能在有机物最终变成石墨或衰碳之前将部分有机物转化

13、为油气。源岩中有机物的主要部分是干酪根，它不溶于普通有机溶剂；另一个部分是沥青，它是可溶的。干酪根与页岩中矿物成分的岩石物理特性有着显著的不同，这些特性影响着储层岩石的整体体积特性。举例来说，干酪根的类型和成熟度不同，其密度变化范围在1.1-1.4克/立方厘米，比它的页岩主岩的体积密度要小得多。结果，富含有机物页岩的体积密度比起含有较低含量干酪根的页岩来说，数值较低，就仿佛它有更高的孔隙度一样。干酪根的分布情况各异，从泥岩基质中散布的孤立颗粒，到与泥岩纹层一致的晶体和薄层。调查者发现，干酪根颗粒含有次生孔隙，可能形成于热熟化阶段。该有机孔隙即纳米孔，其直径小于1微米。干酪根结构影响着富含有机质

14、泥岩的物理特性。当有机物含量较高，且干酪根形成了泥岩内互相连通的平行于地层之网络时，有机物孔隙度就足以应付油气储存，也能提供足够大的渗透率，容纳来自其它极低渗透率基质的油气。此外，干酪根结构影响着储层岩石的弹性和力学特性。一般地，含有互相连通干酪根的泥岩与基质中散布孤立干酪根颗粒的泥岩比较起来，前者拥有较低的弹性模量和较高的延展性。与纹层平行分布的干酪根能深深地影响泥岩的各向异性弹性和力学特性。如果富含干酪根纹层的油气生成和充注除了在干酪根内部产生次生孔隙以外还导致了超压，这些影响就会得到增强。超压对于造出平行于地层的微裂缝是一个有利条件，微裂缝沿平行于地层方向延伸，在垂直于地层方向张开。由于

15、页岩储层中的基质渗透率异常低，范围在10到10毫达西，因此天然裂缝在储层完井和油气生产中扮演了一个重要角色。天然裂缝提供了弱面和流体流动渠道，有助于增强水力压裂的效果。作为弱面，天然裂缝可决定诱导裂缝网络的延伸和发展，尤其是在原位应力各向异性较低的情况下。作为流体流动渠道，这些裂缝可以扩大井眼连通的有效储层体积的范围，它们也允许高压流体流动，这可导致沿裂缝面的永久性剪切破坏并增加裂缝开度和导流能力。远景带泥岩储层中的局部RQ甜点经常含有天然裂缝，它提供了与基质孔隙连通的流体通道，并储存到水力裂缝和井中。天然裂缝也可以通过水力压裂诱导裂缝网络的几何形状来影响CQ，当先前存在的天然裂缝网络与当今主

16、水平应力成一定角度时，人工裂缝就倾向于变得范围更大，也更复杂。当泥岩储层缺乏天然裂缝时，经营公司就必须依靠水力压裂来造出诱导裂缝网络，来连通储层基质和井眼。因此，天然裂缝可以增加RQ和CQ，它是在页岩储层里寻找甜点过程中的一个地震勘探目标。通过分析地震属性，地球物理学家检测并描述裂缝网络。该过程利用了包含张开天然裂缝系统的整个储层层段的均一体积响应。许多裂缝探测方法都使用地震属性。当天然裂缝以一致的走向排列时，它们导致弹性特性和地震属性随方位角变化而变化，包括速度和反射振幅。地球物理学家依据对三维地表地震调查的分析来观察这些变化，而分析是沿多方位角获得的。剪切波（S波）的方位角分析已经证明是一

17、个好的裂缝探测方法。地震波形散射分析，通过分析频率，也可揭示关于裂缝方向和间隔的信息，而在过去，散射均作为噪声处理。此外，属性之间的联合，比如反射强度和地震方差地震样本之间的变化可以混合或重叠，来显示微妙的构造特征，这些特征对应某些裂缝系统。2 区域规模或盆地规模甜点在页岩区带勘探开发活动早期，在钻探盆地内的常规储层时，一些经营者能基于钻探遇到的页岩的泥浆测井油气显示来开发页岩区带。这些盆地内的区域中，有机页岩是热成熟的，这一点已为行业内所熟知；因此，对于北美的许多页岩区带来说，经营者都不必调查该区带的热成熟度。由于得克萨斯中北部Fort Worth盆地的Barnett页岩的成功开发，经营者们

18、把寻找页岩气的范围扩大到北美以外勘探程度较低的盆地。在世界上的某些盆地，所钻井很少，经营者缺乏对地层和构造框架的理解，从而不能预期哪里存在潜在的页岩资源区带。在这些盆地中，潜在页岩储层的初期勘探只能依靠评估先前存在的二维地震调查、来自遥感分析的额外构造数据以及地表地质学方面的露头研究。地学科学家评价这些资料来建立主要盆地地层单元的构造框架，包括主断层区域和其它构造特征。他们完成分析后，盆地分析师便能输入该构造框架到含油气系统模拟中，来确定有机页岩地层是否为热成熟，且如果是的话，热成熟区域在盆地的哪里。当该信息与可获得的TOC资料的区域作图结合时，就能识别区域级或盆地级的甜点，帮助经营者在下一阶

19、段勘探工作中选择钻探初始垂直先导井的最佳位置。3 局部或作业区域甜点含油气系统模拟预测了盆地级甜点的位置和特征，包括干酪根的分布，它的热成熟度，以及预测层段的孔隙压力。但是，只有通过钻探一口先导井，才能证实这些预测。来自垂直先导井的岩心和测井测量提供了资料，来更新模型并确定该先导井是否贯穿了一个甜点区域。工程师们可以使用新获得的岩心和测井数据分析RQ和CQ，进而对局部甜点进行分类。高RQ的局部甜点可以有一个到三个特性。局部甜点可以具有高基质孔隙度，含有大量游离气，在初期生产阶段就可以高速产出，可应付一口水平评价井的快速支出。此外，甜点可以拥有高含量的干酪根。富含干酪根的甜点也含有大量吸附气，它

20、们主要吸附在干酪根表面。在游离气采完后很长一段时间内，储层衰竭，压力降低，而吸附气为稳产作出了贡献。局部RQ甜点也可拥有张开微裂缝的密集网络。类似于高孔隙度甜点，密集裂缝甜点也含有游离气，在井的生产初期采出。此外，微裂缝也增加了页岩储层的系统渗透率。最佳RQ甜点具有所有三个特性增加的孔隙度、干酪根和微断裂这些特性通过影响岩石特性进而影响地震资料的多种属性。增加的孔隙度和裂缝的存在一般会导致地震速度的减少和高频率衰减的增加。干酪根含量也能降低弹性模量和泥岩密度，但程度较低。与这些岩石特性相关的某些地震属性的变化也可用来识别RQ甜点。4 频率异常与开采动态的关系在美国俄克拉荷马州东南部的Arkom

21、a盆地，Woodford页岩已在产气，它是一个泥盆纪晚期-密西西比纪早期的富含有机质泥岩。它的矿物学组成主要是石英和伊利石，还有少量的黄铁矿和白云石。孔隙度范围是3%到9%，TOC范围是1%到14%（重量）（0.01到0.14千克/千克）。Woodford页岩区带的一个经营者已经在一个4平方英里（10平方公里）的区域内钻了6口垂直井。井生产速率变化幅度很大。在一个2.5年时间段内，单井累积气产量范围是18到372百万立方英尺（0.51到10.5百万立方米），5口最低产量井的平均累积产量是40百万立方英尺（100万立方米）。经营者已经在该区域的进行了三维地震采集，并请求斯伦贝谢公司分析师解释资料

22、以确定产量多变的原因，并定位潜在较高产量区域。图5 页岩储层内的储层质量甜点。俄克拉荷马州东南Arkoma盆地的Woodford页岩区内，共钻了6口垂直井（红点）。大约2.5年之后，到2009年6月，它们的累计天然气产量变化幅度很大。对一个三维地震数据集的解释揭示了断层作用（黑）。但是，该井靠近断层，这常与断层破坏区的裂缝密度相关，这点并不能解释产量变化。数据集中地震频率的分析揭示了一个频率属性，当该属性很强时，解释者就认为该频率属性与RQ甜点（虚红色轮廓线）有关。天然气产量与以地震方式识别出的甜点的规模和丰度相关。三维地震资料能提供比垂直井或水平井资料大得多的储层层段覆盖。三维地震资料的解释

23、最初用来定位区域内断层和任何其它地质灾害，但是观察到的与断层破坏区相关的断层作用和破裂作用不能解释生产历史和井间变化。地球物理学者分析资料，试图获得能揭示RQ甜点的地震属性。他们识别了一个地震频率属性，它在某些频率下，对应较高产量区域。这些地震甜点异常区域中，主导性的地震频率相对较低，明显是由来自天然裂缝或微裂缝网络的波的散射造成的。异常区域表现为孤立的小块，团队解释为，它们代表页岩储层内增加的孔隙度和微断裂作用区域。多产井位于这些异常区域内，而表现不佳的井在区域外。最高产量井位于一个大异常区域内（图5）。在进行该研究时，该井产量已经9倍于其它5口井的平均产量了。该观察结果与Barnett页岩

24、甜点区域井的10倍产量增长一致。在另一个页岩区带，经营者正在开发美国横跨新墨西哥州南部和得克萨斯州西部Delaware盆地的一个复合裂缝碳酸盐岩和天然气页岩非常规储层。该公司已经在碳酸盐岩和下伏页岩界面上钻探了若干水平井眼。这些井的产量变化幅度很大。斯伦贝谢公司的地球物理学家分析了一个三维地震体来帮助确定潜在RQ甜点的位置和范围并定义它们的地质学性质。地球物理学家进行了叠前方位角反演和数个频率相关的研究。这些调查的结果都指向页岩储层内的同一位置，即潜在RQ甜点。这些甜点通过特殊的频率相关地震属性异常证明了它们自己，那些异常也与S波各向异性区域一致。团队将这些区域解释为是天然气页岩上部微断裂增强

25、的体积（图6）。经营者沿碳酸盐岩/页岩接触面钻了三口水平井，希望遇到碳酸盐岩地层的裂缝和页岩中的高天然气含量区。这些井的生产速率表现出与频率异常的梯度和大小以及S波各向异性直接相关。井A钻过一个平缓背斜特征的顶部，在那里，高地震方差表明，沿褶皱隆起存在断层作用。在该研究进行时，井A是最佳生产井，平均生产速率是64百万立方英尺（180万立方米）天然气/月。井B在一个较小的地震频率异常图6 使用地震频率属性进行裂缝探测。由地震横剖面和层位切片组成的地震栅状图显示了一个频率相关地震属性。层位切片也与地震方差属性（灰色范围）结合；只显示了高方差值。栅状图（插图）来自沿井A,B,C（蓝黑）轨迹的地震剖面

26、。层位切片，沿页岩储层下面地层的顶部采集，受一个背斜翼部的影响发生弯曲。沿着背斜核部，地震方差和频率属性都很高。每个水平井眼上面显示的平均月天然气生产速率说明了每口井的生产速率是如何对应于它与强频率异常的接近程度的。附近，它的月生产速率是28百万立方英尺（79万立方米），比井A的一半还少。井C没有钻到有频率异常区域，它的月生产速率只有7百万立方英尺（20万立方米）。团队相信，频率异常突出了页岩内含有更多微裂缝的位置。背斜核部的微裂缝集中程度与在背斜形成过程中地层经历的构造扩展一致。其它证据表明，该断裂作用没有扩大到整个页岩厚度。页岩内微断裂增强区与井A相遇，也与井B相遇，但程度较小，并导致二井

27、高于井C的产量。图7 井A钻探过程中遇到的天然气显示（黑线）。一个地震剖面（背景）以一个透视图的视角，揭示了地下的情况。该剖面平行于井A的轨迹，穿过了频率属性的三维体。频率属性的高值（红和粉红）用出自该剖面的云团表示。泥浆测井得到的天然气色谱法分析读数（蓝曲线），沿井A的水平部分显示。射孔簇位置（蓝绿色菱形）与泥浆测井深度点（测井曲线下的小红色三角形）一致。当井靠近地震方式导出的频率属性的高值区域时，来自泥浆测井的天然气显示就会很强。在井A的钻井过程中遇到的天然气显示的检查结果也支持了该解释（图7）。最强的天然气显示与强地震频率异常一致。在频率异常较弱的地方，天然气显示也较弱。在相同的Dela

28、ware盆地研究区域的另一个位置，经营者从一口垂直先导井钻了两个水平井。钻井方向是从东到西，辅以多级水力压裂，并监测诱导微震活动性。团队能将微地震同相轴位置与地震频率异常最强区域（图8）联系起来。很明显，高水平的频率异常对应RQ甜点，或者更明确地，对应高孔隙度和增加的微裂缝密度区域。此外，这些区域拥有良好的CQ。图8 微地震强度和指示好CQ区域的频率属性异常之间的比较。该透视图是一个西到东地震剖面。该地震剖面是完全不透明的，显示了所有频率属性值。从东侧的垂直先导井开始钻两口水平井（黑曲线）。三维地震体内的地震频率属性的强值和页岩储层的上部显示为云团（棕褐到红）。微地震同相轴（点），由压裂阶段进

29、行了彩色编码，会在频率异常值高的地方出现（白椭圆）。这个关系说明，频率属性的强值也可以指示好CQ区域。5 各向异性与生产模式的关系Bakken地层是一个产油含油气系统。它的地层代表了一个受限制的浅水环境，该环境存在于绝大部分Williston盆地，该盆地覆盖了加拿大的阿尔伯塔、萨斯喀彻温,曼尼托巴省各一部分，美国的蒙大拿、北达科他、南达科他州的各一部分。Bakken地层是泥盆纪晚期-密西西比纪早期地层，不整合地上覆在泥盆纪晚期Three Forks组上，整合下伏在密西西比纪早期的Lodgepole石灰岩地层之下。Bakken地层已经细分为下、中、上三部分。中部是储层，是一个混合的碎屑岩-碳酸盐

30、岩层段，包括含白云石的砂岩、白云岩和石灰岩。上部和下部是富含有机质页岩，它作为盖层和源岩。Bakken地层模型是连续含油气系统模型。富含有机质的上下Bakken页岩地层含有8%-10%（重量）（0.08到0.1千克/千克）TOC，是生油源岩，油是局部运移到储层的，该储层以邻近的中Bakken和下伏的Pronghorn地层为主，Pronghorn包括Three Forks组的Sanish砂岩地层。由于该含油气系统的相对封闭性，在盆地的较深处发生了超压，在那里绝大多数油气生成发生了。上下Bakken页岩地层中的孔隙空间和裂缝也提供了储层储存空间。图9 应力条件下的岩石。主体基质（棕褐色）内任意方向

31、的软质（有延展性的且易弯曲的）组构（顶部左侧，蓝）可以在各向同性应力场中沿任何方向开放；软组构可包括孔隙、干酪根颗粒和微裂缝。在一个各向异性应力场条件下（顶部右侧），这样的组构将会优先在最大压应力方向（橙色箭头）受到挤压，其它主应力方向上形变程度较小。北-南方向最大压应力（，底部左侧）导致入射的南西-北东偏振S波（灰色箭头）分成北-南偏振快S波（褐色箭头）和西-东偏振慢S波（金色箭头）。此外，入射的P波（绿色箭头）分解为平行于北-南最大压应力的最快P波和垂直于它的最慢P波（蓝色箭头）；该正弦曲线（底部右侧）显示了全方位角P波速度变化。Bakken地层中局部存在天然裂缝，在裂缝强度足够高的地方，

32、比如沿北达科他州Antelope背斜，它们就能影响产量。通常，裂缝是垂直到近垂直，受地层约束，由石英、方解石、在极少情况下是黄铁矿胶结物部分到全部充填。一些垂直微裂缝表现为驱逐流体或释放流体的裂缝，当流体压力超过优势最小主压应力时，裂缝形成，这时油可以从源岩运移到邻近的储层中。中部地层RQ（孔隙度和渗透率），连同超压的程度，在决定Bakken地层产能方图10 方位角各向异性。地球物理人员将地震资料抽成炮检距矢量瓦（OVTs），然后通过常规偏移（顶部左侧）、各向异性叠前深度偏移（PSDM）和层析成像（顶部右侧），将地震资料转换为深度。后一个过程减少了可归因于上覆地层影响的地震同相轴起伏程度，并产

33、生了适用于方位角各向异性分析的数据集。在两张图中，黄色锯齿状线给出了OVT中的方位角分布，炮检距从左到右增加。PSDM OVT数据（蓝绿色）从深度转换为时间（底部左侧），并选择了一个反射层（红色）进行拟合旅行时椭圆分析即FEATT（底部右侧）。在该范例中，地震处理人员选择最少三个点（红色）来拟合一个椭圆；在实践中，处理人员使用的点数远超三个。处理人员将每一个方位角的剩余时差转换为P波速度（放射状图的半径），并用输入点拟合出一个FEATT椭圆（蓝点，黑点和半径）。该椭圆产生了一个快P波速度方位角，为114.24度，慢-快P波速度比为0.974，或者说P波速度各向异性为2.6%。（改编自Johns

34、on和Miller，参考文献41。）面扮演了重要角色。预测更好储层质量的位置的能力极大地增加了在该区带取得成功的概率。由于该原因，一家Williston盆地中的勘探生产公司与斯伦贝谢公司签约，后者的地球物理人员对北达科他州Bakken区带内一区域的专利三维多方位角地震调查进行再处理。目标储层层位在中Bakken。该公司意图基于初期产量模式和地震属性来定井位，而这二者都受储层地质情况影响。该公司希望不再基于几何地域来定井位租区边界或公共土地调查系统这忽略了地质非均质性，而采取一种经过深思熟虑的方法来定井位，钻定向加密水平井，直达多产的储层位置。地球科学家建立了一个经过校正的地质学模型，它受所有可

35、获得数据约束，包括录井、井眼成像测井和岩心样本。地球物理学者处理三维地震资料来解释储层上方地层中地震速度的水平可变性和各向异图11 产量甜点。通过中Bakken段的一个地震反射层显示了AVOAZ反演导出的慢-快S波速度比。黑箭头代表估计S波各向异性的相对强度；该箭头方向提供了来自反演的快S波矢量方位角。有色圆表示长水平井的一般位置，并显示了作图区域内最初90天石油产量。向西，产量由低到中等，S波速度各向异性较弱（蓝到紫色）；快S波方向为北西-南东。东侧，产量较高，各向异性较强（黄到红色），且快S波方向为南西-北东，这与当今的区域最大原位主压应力方向一致。在各向异性较强的地方，初始产量也更高。分

36、析师认为，各向异性与潜在钻探目标的甜点有关。（改编自Johnson和Miller，参考文献4）图12 高各向异性体。该图是向北方向看的，反映的是中Bakken段内S波速度各向异性。橙色和红色云团为慢-快S波速度低比率体，等价于高各向异性，是从上下Bakken段之间的三维地震资料中提取的。在东、南侧，各向异性较强，在西北方向较弱。云团下的蓝表面来自下Bakken段，并显示了蚂蚁追踪地震属性（黑到白），这突出了断层和裂缝的地震道。（改编自Johnson和Miller，参考文献41。）性。地震处理人员将地震资料抽成炮检距矢量瓦（OVT）道集，在其中地震道分享类似的震源到接收器炮检距和方位角。使用高分

37、辨率、多方位角OVT层析成像技术，处理人员对地震速度和各向异性进行建模，并使用它们对OVT道集进行叠前深度偏移（PSDM）。如果PSDM导出的地层顶部深度的地震拾取与井资料导出的不一致，那么就再调整速度和各向异性模型参数，重复进行层析成像和PSDM，直到地质模型和PSDM图象达到可接受一致性程度为止。一旦地质模型和PSDM图象匹配，后续的处理就能集中在中Bakken储层深度的地震各向异性效应上了，该效应源于一定方向的地质组构或应力各向异性（图9）。地球物理人员使用拟合得到的旅行时椭圆（FEATT）来找到储层处的快慢P波速度和方向。FEATT工作流首先将PSDM OVT道集从深度转换为双程旅行时。然后分析员或自动化程序拾取通过共炮检距-方位角时间反射层的剩余旅行时将旅行时间转换为层速度并拟合出一个速度椭圆。该椭圆的长短轴及其方向给出了对快慢P波速度和方向的估计（图10）。图13 中Bakken段界面附近的慢-快S波速度比。基于一对相交地震剖面的AVOAZ反演结果，计算出了该S波速度比。红色矩形（顶部）显示了主图中的中Bakken储层层段（底部左侧）。垂直黑虚线标示了主