FRS软件培训知识讲座

FRSTMfracture

软件培训

（2008.10.）裂缝型油气储层综合描述软件技术创新诚信服务裂缝基本概念裂缝概念裂缝指岩石因构造变形、成岩等作用失去内聚力，发生各种破裂，而产生的岩石内部断裂。地壳中所有大小不同的断裂，均可归结到裂缝的概念，包括伴有岩层位移的宏观裂缝，如巨大的断裂，逆掩断层和小型断裂（一般正断层和逆断层），以及地层没有明显位移的岩石小裂缝（微裂缝）。我们所研究的储层级别的裂缝属于微裂缝概念。裂缝参数裂缝密度：描述裂缝的发育程度（单位体积内的根数，定性描述）线性密度、面积密度、体积密度；裂缝孔隙度（开启、 填充、填充度）裂缝空间方位（裂缝组系）：由于最大主应力（切应力或正应力）产生作用，在一定受力条件下形成的一套裂缝。主应力对整个裂缝组系产生的作用是一致的。因而裂缝组系内裂缝的方向从属于一定的范围裂缝开启度：岩心描述，裂缝的渗透率可以间接描述裂缝按成因分类构造裂缝不同级别、时期的构造作用、构造运动形成多期裂缝叠加，高角度张裂缝，斜交剪切裂缝被泥质、方解石全填充、半填充区域上有一致的方向性和规律性非构造裂缝由成岩、干裂、风化、重结晶以及压溶作用形成分成岩收缩缝、成岩缝合线和风化裂缝三种无方向一致性，不规则，弯曲、不连续

非构造缝中只有风化缝是较好储集空间； 构造缝中微细裂缝和方解石半填充是最好 储集空间。对碳酸岩，有储集和滤渗意义 的主要是构造裂缝裂缝按岩性分类碳酸盐岩裂缝岩性：石灰岩和白云岩及其过渡类型构成基质物性：差，特低孔隙度，特低渗透率储集空间：多样化，裂缝、溶孔（洞）、基质孔隙、及它们交互耦合而成的网状裂缝等。裂缝储集层是碳酸盐岩中最常见的储集类型。裂缝既是储集空间，又是滤渗通道构造形态：复杂。次生作用影响大，溶蚀、白云岩化、构造应力作用空间展布：没有连续性。成岩作用和后期构造改造作用影响强烈裂缝按岩性分类致密砂泥岩裂缝岩性：泥岩类包括泥岩~粉砂岩；砂岩类包括细砂以上岩类、砾岩及钙质砂岩基质物性：中低孔隙度，中低渗透率储集空间：裂缝、基质孔隙及它们交互耦合而成的网状裂缝等。裂缝密度比碳酸盐岩裂缝的小，裂缝宽度窄，长度短（因没碳酸岩致密坚硬，无溶蚀）裂缝面大多新鲜、无位移、无填充裂缝与基质孔隙的物性差异小，都可起储集和滤渗作用裂缝按岩性分类火山岩裂缝岩性：安山质火山角砾岩、安山质火山角砾熔岩和安山岩基质物性：变化较大，孔隙多次改造储集空间：多样化，构造裂缝、成岩裂缝、气孔、溶孔、原生孔隙变质岩裂缝岩性：片岩、板岩、硅质岩等储集空间：以裂缝为主，少量溶蚀孔（洞）及微孔隙，几乎无原生孔隙裂缝发育与构造作用有关，还与风化作用关系密切。构造裂缝和非构造裂缝均很发育。裂缝检测方法概述第一类基于各向异性介质地震波传播理论的裂缝检测：

横波勘探：纵、横波可控震源，多分量采集。利用横波分裂产生的快慢SI,S2波在偏振、时间延迟及振幅对各向异性介质的传播特征检查裂缝。优点：最有效；缺点：采集费用很昂贵。

P-S转换波：纵波震源，三分量采集（P-S勘探）。利用纵波在各向异性界面产生的P-S转换横波在各向异性介质的传播特征检查裂缝。优点：有效，缺点：费用较昂贵

VSP地震：多分量VSP、多方位VSP。应用四分量技术估算横波分裂快横波偏振方位检测裂缝。优点：资料质量高，效果好。缺点：费用高，环境、技术依赖性大。纵波AVAz

横波勘探P-S转换波多方位VSP裂缝检测方法概述

纵波AVAz：宽方位常规采集。优点：有效，许多情况下可使用常规采集数据，成本低。缺点：各向异性特征的多解性相对较大。第二类基于构造信息的裂缝检测方法：

构造应力场方法－FRS中的另一种方法，是行之有效的一个方法。

地震体相干方法－非连续性检测，如CohTEEC。地质非连续性的多解性很大，限于表达大尺度的断裂。第三类基于间接信息的裂缝检测方法：

模式识别方法－基于多地震属性的裂缝模式识别，如Fraca。问题较多，检测信息严重依赖于井模型，井样本代表性缺乏，统计噪声大。AVAz

裂缝检测原理VerticalTransverseisotropy－VTI介质

HorizontalTransverseisotropy－HTI介质，也称EDA介质（扩容性各向异性介质）VTI（如薄互层沉积）

HTI（如构造应力产生的空间定向排列的垂直或接近垂直的裂缝）AVAz

裂缝检测原理

在各向异性介质，波的传播与在各向同性介质中有很大不同：产生横波分裂(快慢横波）；波的传播方向不总是垂直于波前，而是沿射线方向传播的；各向异性介质中传播的不是真正的P波和S波，而是准P波和准S波；等。最早开始这项研究的是：S.Crampin(“EDA在地质和工业中的应用”，Natural，1987)HTIAzimuthAVAz

裂缝检测原理

在Crampin先生研究的基础上，经过九十年代以来的研究，上述传播特性在纵波的叠前观测资料的研究发现可综合为：地震波在HTI介质传播时，其反射振幅、速度、频率和衰减与传播的方位相关（AVAz），即与裂缝的走向和密度有关。利用这个原理，利用叠前地震资料提取方位地震属性如振幅、方位速度、频率、衰减等可以检测HTI或近似HTI型的裂缝。（Thomsen，Ramos，Gray，Mallick，李向阳，刘恩儒，腾吉文，沈凤等）AVAz

裂缝检测原理三维地震采集与垂直裂缝储层空间关系示意图炮点检波点方位角HTI(verticalfractures）CDPΦ1Φ2三维地震方位数据道集叠加示意图

AVAz

裂缝检测原理一些研究结论：贺振华：通过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％。

Ramos：纵波垂直于裂缝带传播会有明显的旅行时延迟和衰减，并有反射强度降低和频率变低等现象。

Thomsen：AVO梯度较小的方向是裂缝走向，梯度最大的方向是裂缝法线方向，并且差值本身与裂缝的密度成正比，因此裂缝的密度可以标定出来

F.Shen

：根据裂缝储层的地震散射理论研究表明，地震频率的衰减和裂缝密度场的空间变化有关。沿裂缝走向方向随offset衰减慢,而垂直裂缝走向方向随offset衰减快,裂缝密度越大衰减越快

Gray：描述了AVAZ分析法并表明AVO随方位角的变化关系(即AVO梯度)反映了岩石硬度的变化。AVAz

裂缝检测原理OffsetdistanceAmplitudeincreaseswithoffsetforthisreflectionStackedtraceGather–prestackedtraceswithaCDPbinAzimuthΦ1AzimuthΦ2

Φ1

Φ2amplitudeoffset振幅随Offset的变化梯度对裂缝方向的不同响应（含气裂缝）AVAz

裂缝检测原理各向异性裂缝检测的基本公式为（据Thomsen）：

R(Ɵ,Ф)≈B0+(G1+G2cos2Ф)sin2Ɵ其中，R－反射系数，Ɵ－入射角，B0－AVO截距，G1+G2cos2

Ф－AVO梯度。

Ф，G1和G2三个变量构成各向异性椭圆。Ф－椭圆方向，G1－椭圆短轴，G2－椭圆长轴。利用标准的反演拟合算法可以求解这个公式。本公式经过简化。裂缝储层综合描述构造岩性埋深厚度

孔隙度孔隙压力构造作用成岩作用裂缝影响裂缝发育的地质因素宏观裂缝微观裂缝微观裂缝裂缝储层多尺度描述观测数据地震测井岩芯应力场特征构造厚度断层区域应力场裂缝储层多尺度描述岩石力学特征

岩性

颗粒大小

孔隙度

孔隙压力FRSTMfracture功能概述特点： 系统庞大，功能齐全； 中间结果多，硬盘空间要求较高目的： 预测目的层裂缝的密度和方向途径： 综合地震、地质、测井等多种信息， 多方法、多途径对裂缝多方位描述数据： 宽方位角三维采集、保幅处理； 地质、测井数据齐备副业： 也可用于非裂缝储层研究FRSTMfracture功能分块正演模拟（FRpetroModel）指导验证解释属性计算（FRaziAttr）计算非均质各向异性。用于裂缝分析，也可作为独立结果应力场分析（FRgeoMech）计算应变强度和应力方向，指示裂缝的密度和方向断层检测（FRgeoMech）描述较大断裂系统相对波阻抗反演（FRaziAttr）方位地震振幅标定。用于综合分析综合分析（FRanaly

）综合各种信息，分析裂缝的密度和方向辅助功能（FRbase,FRstru,FRview）FRSTMfracture辅助模块工区管理FRproject

工区创建工区信息显示修改单位制式选择修改

地震构造解释

FRstru

合成记录、子波反演、层位标定解释结果实时成图交互多层位/断层解释数据体运算工具,包括频谱分析、时深转换、算术运算等裂缝储层参数三维可视化FRview

叠后地震、测井、地质数据三维显示叠前地震数据三维显示裂缝方位、密度等数据三维显示三维井位井迹辅助设计工具

数据管理FRbase

迭后地震、测井、地质等数据管理叠前地震数据管理测井资料处理网格数据体构建

FRSTMfracture功能模块应力场分析

FRgeoMech

地震不连续性检测断裂带分布特征分析应力场数值模拟应力场参数与裂缝分布的关系分析

岩石物理模拟

FRpetroModel

裂缝--孔隙型储层岩石物理模型构建基于岩石物理模型的井中横波速度反演地震波场正演模拟裂缝方向、密度等变化的地震特征模拟地震振幅椭园与裂缝发育方向交互分析

叠前地震属性分析

FRaziAttr

方位AVO/FVO属性分析方位地震衰减属性分析方位地震干涉属性分析方位相对波阻抗反演

综合裂缝分析FRanaly

裂缝解释量版制作裂缝方位综合分析裂缝密度综合建模裂缝储层含油气性交汇分析构造面多方位曲率计算裂缝油气藏平面成图

FRSTMfracture运行流程加载CMP道集、速度谱数据偏移距处理角道集处理方位角处理常规叠加处理输出裂缝方向和密度数据叠后偏移处理叠前地震资料处理（保幅）振幅标定AVAZ裂缝预测AVO/FVO计算地震属性计算井约束多属性综合分析属性综合标定应力场数值模拟地震非连续性计算裂缝叠前地震响应正演模拟测井资料处理井中横波反演测井数据地质数据输出地震非连续性数据输出裂缝方向和密度数据输出属性概率数据，指示裂缝密度裂缝方向和密度综合分析…第一部分：迭前地震资料处理基于方位角和入射角的地震资料处理原始数据输入网格定义质量监控预处理道编辑，初至切除，面波压制，野外基准面校正，方位角分析振幅恢复及地表一致性振幅补偿地表一致性反褶积反褶积试验速度分析及剩余静校正迭代迭代二次，叠加QC不同偏移距处理角道集处理超CDP道集方位角数据处理常规处理叠加三维去噪三维内插三维一步法偏移输出地震观测系统储层中垂直或高角度裂缝方位角：炮点到检波点的方向和正北方向的夹角地震观测系统X

1YZBin

3

2

4方位角叠加，取相邻一定范围地震观测系统影响地震波反射振幅的因素1、地震波的激发条件和接受条件 （1）震源强度、形状及耦合 （2）检波器灵敏度及耦合 （3）震源、检波器组合特性 （4）记录仪器的增益、滤波特性及偶合情况2、波前扩散3、中间界面透射损失4、波的干涉 （1）薄层多次反射 （2）绕射波及曲面反射波5、环境噪音6、介质吸收7、反射系数随入射角的变化8、介质各向异性9、岩性岩相变化的影响基于方位角处理的保幅问题叠前地震数据处理（亚道集）方位角地震数据的处理Azimuth=200Azimuth=600Azimuth=1000Azimuth=1600Azimuth=1300叠前地震数据处理（亚道集）angleofincidence=150angleofincidence=50angleofincidence=250角道集地震数据处理第二部分：地震属性分析地震属性分析三维叠前地震资料处理，包括方位角地震数据的处理和角道集数据的处理利用地质、钻井、测井和试油资料建立关键井的裂缝储层地质模型和岩石物理模型分析研究裂缝产生的地震响应特征，确定可用于识别裂缝的地震属性与方位角有关的叠前、叠后地震属性分析裂缝的密度和方位等特征描述基于小波的时频分析技术1.短时傅立叶变换：st()=s()w(t-)(用时窗函数给t处数据加权）st(f)=exp(-j2πf)st()d（傅立叶变换得到t点的频谱）S(t;f)=|st(f)|2（对所有时间点处理，得到时频剖面）2.基于小波的时频分析：将w(t-)换成小波（改进的Morlet,小波）∫基于小波的时频分析技术小波谱分析技术基于小波的时频分析技术小波谱对不同频带信号都有很好分辨地震频率属性EnergyFrequencyEnergyFrequencyf1f2foEmaxEnergyFrequencyEnergyFrequency85%Theslopeisanattenuationindicator地震瞬时属性复数地震道:C(t)=S(t)+iH(s(t))

Aejθ

=Acos(θ)+iAsin(θ)2.时频谱分解与瞬时属性:

瞬时频率≈时频谱某一时间点的频率均值 瞬时带宽≈时频谱某一时间点的频率方差（变化率） 瞬时主频≈时频谱某一时间点的频率均方值常规频谱的几个统计量地震衰减属性由于吸收造成的频谱衰减地震衰减属性裂缝储层的地震散射理论研究表明:地震衰减和裂缝密度场的空间变化有关。沿裂缝走向方向衰减慢,而垂直裂缝走向方向衰减快,裂缝密度越大衰减越快衰减梯度地震衰减属性地震波干涉属性：裂缝密度越大,非均质性越强地震干涉属性波阻抗属性（振幅标定）

递归反演得到的相对波阻抗消除子波的影响，还原地层分布，恢复真振幅。波阻抗属性（振幅标定）

地震属性分析思路与方位角有关的振幅属性分析:

分析裂缝定向与方位角有关的频率属性分析:

分析裂缝密度尤其是开启裂缝密度由于储层中裂缝的存在，造成地震波反射振幅随方位角变化而变化。在裂缝的法向方向和走向方向，反射振幅的衰减是不一样的。裂缝越发育，反射振幅随方位角变化就越明显。与方位角有关的频率属性分析中，沿裂缝走向方向，尤其是高频部分被吸收衰减的要慢，而沿着裂缝垂直方向，高频部分被吸收衰减的要快。第三部分：井中横波速度反演基于岩石物理模型的井中横波速度反演有效介质理论中的孔隙模型：圆形，坚硬，扁率小，砂岩；扁形，易变，扁率大，泥岩。介质总孔隙等于两种孔隙之和。基于岩石物理模型的井中横波速度反演利用Kuster&ToksozEffectiveMediumTheory对不同扁率孔隙迭代，建立介质模型（干燥）利用Gassman

流体替换公式，获得含流体的介质模型针对该介质模型，利用Xu&White公式，计算横波速度等弹性参数方法流程：基于岩石物理模型的井中横波速度反演输入孔隙度、密度、矿物含量、孔隙形状组合等参数计算外载应力及流体压力造成的孔隙形变和孔隙度计算部分饱和气—水、气—油下的弹性模型利用岩石物理模型和声波、密度、饱和度参数资料反演VS用于岩性预测和正演模拟计算纵波速度、密度、泥含量、含水饱和度、孔隙度基于岩石物理模型的井中横波速度反演交互分段进行横波反演第四部分：地震正演模拟叠前地震正演模拟VTI介质：(atransverselyisotropymediumwithaverticalaxisofsymmetry)垂直轴对称的侧向各向同性介质,比如水平层状构造HTI介质：(atransverselyisotropymediumwithahorizontalaxisofsymmetry)

水平轴对称的侧向各向同性介质,比如垂直排列裂缝

VTI、HTI介质，只需5个独立的弹性系数来描述它们的各向异性特征任意各向异性介质：需21个弹性系数垂直排列的裂缝叠前地震正演模拟1SXVgSiiXP3V’P’i’g’入射纵波反射纵波透射纵波透射横波反射横波正演模拟地震波在各种介质，特别是裂缝各向异性介质中的传播过程要考虑基质弹性特征、裂缝各向异性、以及含不同流体等因素的影响叠前地震正演模拟各向同性介质：反射系数只随入射角变化各向异性介质：反射系数随入射角以及方位角变化叠前地震正演模拟地震波场数值模拟，模拟目标裂隙储层的地震响应随方位角和入射角变化；通过方位椭圆拟合，确定裂缝方向指示裂缝模型AVAz正演－正演方法和目的

利用地质资料、测井资料和岩石物理参数，根据岩石物理理论建立裂缝储层的地质模型和岩石物理模型，模拟地震波在已知裂缝模型中传播时在各个方位的地震响应，并分析由裂缝引起的地震属性（振幅、频率、相位、速度、旅行时、瞬时参数等）的AVAz特征和AVOAz特征，利用该技术：1）分析地下裂缝型储层的地震响应规律2）确定用于该地区检测裂缝的地震属性3）建立各向异性椭圆解释标准4）建立裂缝标定模板用于下一步的定量解释裂缝模型AVAz正演－建立模型和正演计算正演需要的数据：实际井的P波、S波和密度数据地震子波模型定义：裂缝深度、走向（正北）和密度。VP/VS比，可置换的含流体性。CDPΦ1Φ2正演设计：裂缝介质流体置换的方位AVO道集模拟裂缝模型AVAz正演－正演结果的显示井数据井旁地震道合成地震记录不同入射角、不同方位角的正演地震道集数据用入射角道集绘制的各向异性椭圆。用方位角道集绘制的AVO曲线各向异性椭圆长轴的方向与裂缝方向的关系:Maximum=平行Minimum=垂直用户交互操作：选定时间（深度）和入射角各向异性椭圆扁率Ratio＝长轴/短轴，可解释为裂缝密度裂缝模型AVAz正演－正演结果的分析操作和分析：选择拟合裂缝段（时间或深度）选择入射角。实际应用时，一般选择具有最大偏移距的方位角道集绘制各向异性椭圆。单击鼠标即开始绘图。分析各方位角道集绘制的AVO曲线。0度代表裂缝法向，90度代表裂缝走向。本示例中，沿裂缝方向，振幅随着offset的增大而减小；垂直于裂缝方向，振幅随着offset的增大而增大。这些特征与模拟的井的数据和含流体性定义有关系。裂缝模型AVAz正演－正演结果的分析操作和分析：分析各向异性椭圆。本示例中，各向异性椭圆扁率Ratio=1.079代表模型定义的裂缝密度。Orientaion=Minimum说明本区各向异性椭圆的短轴平行于裂缝方向。这个结论将应用于对实际数据的解释。问题：少数时候对多井或多层段进行正演模拟时，所得结果可能形成矛盾。这时需要仔细分析原因，进行更多的正演来获得正确的结论。（注：FRS近期增加了平均数据提取方式，以提高模拟的稳定性）LyLx第五部分：应力场数值模拟应力场数值模拟

应力场模拟从构造力学出发，利用地层的几何信息（构造面）、岩性信息（速度、密度），反演出地层的应力场，包括地层面的曲率张量，变形张量和应力场张量，从而得到主曲率、主应变和主应力。分析应力场的变化特征，可将其作为进一步判断裂缝的参考依据。可以从另外一个方面来验证由叠前地震数据得到的裂缝方向及发育程度，同时也可以告诉我们构造对裂缝发育程度的影响大小。应力场数值模拟广义虎克定律薄板理论