曹均徐敏賀振華,2楊曉劉斌

1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué) 2.成都理工大學(xué)信息工程學(xué)院3.川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司 4.中國(guó)石油(土庫(kù)曼斯坦)阿姆河天然氣公司

礁灰?guī)r儲(chǔ)層孔隙流體敏感性參數(shù)分析
——以阿姆河右岸區(qū)塊生物礁儲(chǔ)層為例

曹均1徐敏2,3賀振華1,2楊曉3劉斌4

1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué) 2.成都理工大學(xué)信息工程學(xué)院3.川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司 4.中國(guó)石油(土庫(kù)曼斯坦)阿姆河天然氣公司

曹均等.礁灰?guī)r儲(chǔ)層孔隙流體敏感性參數(shù)分析——以阿姆河右岸區(qū)塊生物礁儲(chǔ)層為例.天然氣工業(yè),2010,30(5):37-40.

儲(chǔ)層流體敏感性參數(shù)的分析和提取是地震資料解釋、反演和儲(chǔ)層流體識(shí)別的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)室含流體樣品的巖石物理參數(shù)測(cè)試是尋找儲(chǔ)層流體敏感性參數(shù)的重要研究手段之一。根據(jù)土庫(kù)曼斯坦阿姆河右岸區(qū)塊油氣勘探需要,選取該區(qū)卡洛夫—牛津階碳酸鹽巖生物礁儲(chǔ)層的石灰?guī)r樣品,利用MTS系統(tǒng)進(jìn)行了巖石物理參數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,通過(guò)相同測(cè)試條件下飽氣和飽水巖樣的測(cè)試分析,發(fā)現(xiàn)巖樣含不同流體時(shí)地震響應(yīng)特征有著明顯的差異;進(jìn)一步的分析結(jié)果表明:拉梅常數(shù)等參數(shù)對(duì)含氣性較為敏感。同時(shí),通過(guò)分析不同流體因子的組合,得到對(duì)含氣性更為敏感的高靈敏度組合式流體識(shí)別因子。從Gassmann方程入手,分析了不同流體識(shí)別因子敏感性差異的內(nèi)在機(jī)理。最后,利用實(shí)驗(yàn)獲取的含氣敏感性流體識(shí)別因子,對(duì)研究區(qū)的測(cè)井資料進(jìn)行了定量交會(huì)圖分析。結(jié)果表明,該方法對(duì)礁灰?guī)r儲(chǔ)層的氣水識(shí)別有較好的效果。

生物礁 儲(chǔ)集層 流體識(shí)別因子 含氣敏感性 超聲波 實(shí)驗(yàn) 土庫(kù)曼斯坦 阿姆河右岸區(qū)塊

0 引言

生物礁儲(chǔ)層在油氣勘探開發(fā)中占有十分重要的地位,但生物礁儲(chǔ)層常常面臨的主要問(wèn)題是預(yù)測(cè)難度大,鉆探成功率低。因此,探討不同類型生物礁儲(chǔ)層的巖石物理性質(zhì)和地震響應(yīng)特征之間的相互關(guān)系成為地球物理學(xué)家、巖石物理學(xué)家和油藏工程師共同關(guān)注的焦點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外研究成果表明:地震屬性對(duì)巖石孔隙中不同流體的敏感性存在著明顯的差異[1-5]。通過(guò)巖石物理參數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,從巖樣孔隙含不同流體的巖石物理參數(shù)差異獲取孔隙流體敏感性參數(shù)具有直接性、唯一性,可為特定地區(qū)的地震資料解釋、反演和儲(chǔ)層流體識(shí)別提供實(shí)驗(yàn)依據(jù),對(duì)降低儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的多解性和鉆探風(fēng)險(xiǎn)也起著十分重要的作用。針對(duì)阿姆河右岸地區(qū)卡洛夫—牛津階碳酸鹽巖生物礁儲(chǔ)層的地震地質(zhì)特征和儲(chǔ)層氣水識(shí)別的研究需要,利用MTS巖石物理參數(shù)測(cè)試系統(tǒng),對(duì)該地區(qū)生物礁碳酸鹽巖樣品含不同孔隙流體的地震響應(yīng)特征進(jìn)行測(cè)試,利用巖石物理參數(shù)對(duì)不同流體的響應(yīng)差異分析、提取儲(chǔ)層的含氣敏感性參數(shù),對(duì)該地區(qū)的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和含氣性檢測(cè)具有指導(dǎo)意義。

1 流體識(shí)別因子的類別及計(jì)算

地震響應(yīng)屬性參數(shù)對(duì)流體的敏感差異可反演巖石孔隙中流體的變化?；趲r石孔隙流體的研究,提出了多種識(shí)別流體異常的地震屬性參數(shù),并稱之為流體識(shí)別因子。如:Goodway等所提出的LMR(Lambdamu-rho)方法[1],識(shí)別流體組分的 Russell法[2],寧忠華等提出的高靈敏度流體識(shí)別因子[5]等。通過(guò)巖石物理參數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,對(duì)特定地區(qū)巖樣含不同流體的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行流體識(shí)別因子的流體敏感性分析,尋找與獲取實(shí)驗(yàn)研究區(qū)生物礁儲(chǔ)層流體敏感性巖石物理參數(shù),可為該地區(qū)生物礁儲(chǔ)層的流體檢測(cè)和預(yù)測(cè)工作提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

對(duì)特定儲(chǔ)層進(jìn)行巖石孔隙流體識(shí)別時(shí),提出或構(gòu)建了多種流體識(shí)別因子,這些因子多數(shù)表現(xiàn)為縱波速度、橫波速度、巖石密度及三者的組合形式。主要包括密度(ρ)、縱波速度(vp)、橫波速度(vs)、縱橫波速度比(vp/vs)、泊松比(σ)、楊氏模量(E)、體積模量(κ)、剪切模量(μ)、拉梅常數(shù)(λ)、λρ、μρ、λρ·μρ、縱波阻抗(Ip)、橫波阻抗(Is)、縱橫波阻抗差(Ip-Is)等15種因子。

Russell等人提出了組合型流體識(shí)別因子(ρf),可更為直接地反映孔隙流體的影響。根據(jù)Biot-Gassmann方程得到有孔、飽和介質(zhì)的波速表達(dá)式為:項(xiàng),可用或者λ+2μ表示,對(duì)橫波而言,其飽和巖石速度僅取決于密度(ρ)。

從式(1)可以看到,孔隙流體變化對(duì)速度和模量的影響主要由流體因子(f)反映出來(lái)。縱波、橫波阻抗是地震反演中經(jīng)常用到的參數(shù),通過(guò)對(duì)阻抗的組合計(jì)算可以得到流體因子(f),即β2M的值。

式中:c為一個(gè)比例因子,I2p-cI2s為使能夠直接反映出流體因子(f)的值,式(4)需要滿足s-cμdry=0,則有:

式(5)即為流體識(shí)別因子(ρf)的表達(dá)式,對(duì)于c值的確定,可通過(guò)特定研究區(qū)儲(chǔ)層的地震、測(cè)井資料或巖石物理參數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)確定。

式中:β為Biot系數(shù)(孔隙壓力恒定時(shí),流體體積變化與巖石體積變化之比);M為地層模量(在體積不變的情況下,使流體進(jìn)入地層的壓力);ρsat為飽和巖石的密度;f為流體因子,其值等于β2M;s為干燥巖石骨架加突出流體識(shí)別因子(Ip)的作用。

當(dāng)巖石中的孔隙流體、流體賦存空間發(fā)生變化時(shí),不同流體識(shí)別因子的響應(yīng)特征是有差異的。這些差異為識(shí)別孔隙流體提供了依據(jù)。為了對(duì)不同因子的識(shí)別能力進(jìn)行定量評(píng)價(jià),以確定不同流體識(shí)別因子對(duì)流體的識(shí)別能力和敏感性程度,可用儲(chǔ)層巖石在孔隙流體發(fā)生變化前后屬性參數(shù)的相對(duì)變化來(lái)進(jìn)行分析與定量評(píng)價(jià)。用孔隙流體變化前的屬性參數(shù)作為參照值,以孔隙流體變化后的屬性參數(shù)的相對(duì)變化來(lái)定量描述孔隙流體變化前后屬性參數(shù)的響應(yīng)差異,并把它作為流體因子的識(shí)別能力(R),則巖石孔隙流體由含流體1變化到含流體2時(shí),流體因子識(shí)別能力(R)可表示為:

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與結(jié)果分析

2.1 石灰?guī)r樣品的實(shí)驗(yàn)測(cè)試

實(shí)驗(yàn)測(cè)試采用的是美國(guó)MTS巖石物理參數(shù)測(cè)試系統(tǒng),能夠模擬6000m以內(nèi)的儲(chǔ)層溫壓條件。樣品測(cè)試可以達(dá)到的最高溫度為200℃,最大軸向加載力為1000kN,最大圍壓為140MPa,孔隙流體壓力為70MPa。組合式超聲波換能器能激發(fā)、接收縱波(P波)和兩個(gè)同軸但偏振方向相互垂直的橫波(S1、S2)?？赏ㄟ^(guò)測(cè)試得到的波形讀取波的初至和振幅,再依據(jù)樣品的長(zhǎng)度、密度計(jì)算得到縱橫波速度等地震波的多種屬性參數(shù)[6]。

實(shí)驗(yàn)樣品取自土庫(kù)曼斯坦阿姆河右岸地區(qū)卡洛夫—牛津階生物礁儲(chǔ)層的石灰?guī)r巖心樣品,在相同實(shí)驗(yàn)條件下分別進(jìn)行干燥(含空氣)和完全飽和水的巖石物理參數(shù)測(cè)試,得到含氣、水兩種不同孔隙流體巖心樣品的地震波響應(yīng)特征和巖石物理參數(shù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得的樣品飽和氣與完全飽和水兩種不同孔隙流體條件下的縱橫波速度等地震屬性參數(shù)和巖石物理參數(shù),計(jì)算了17種流體識(shí)別因子的相對(duì)變化。根據(jù)研究區(qū)目的層巖石樣品的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分析,流體屬性因子(ρf)和高靈敏度因子(HS FI F)中參數(shù)c和A分別選取3.17和5.6。圖1比較直觀地表現(xiàn)了前15種流體識(shí)別因子的識(shí)別能力,流體屬性因子(ρf)和高靈敏度因子(HS FI F)的識(shí)別能力見(jiàn)表1。

分析圖1、表1的結(jié)果可以得出,當(dāng)孔隙流體由含氣變化到飽和水時(shí),不同流體識(shí)別因子的流體識(shí)別能力有著明顯的差異。根據(jù)流體識(shí)別能力的差異,可將流體識(shí)別因子分為4類:①極敏感因子ρf、HS FI F;②敏感因子λρ、λρ·μρ、λ、K、Ip、Is,σ;③較敏感因子Ip、vp/vs、ρ、vp;④弱敏感或不敏感因子 vs、E、μ、Is、μρ。

圖1 生物礁石灰?guī)r樣品流體識(shí)別因子的識(shí)別能力圖

表1 ρf和HSFI F因子的識(shí)別能力表

根據(jù)孔隙彈性理論,當(dāng)石灰?guī)r巖樣孔隙流體由空氣變?yōu)樗畷r(shí),飽和氣(干)巖石、飽和水巖石的壓縮率(巖石體積模量的倒數(shù))可以由礦物壓縮率、孔隙空間的額外壓縮率和孔隙流體壓縮率表達(dá)[7],即

式中:φ為孔隙度;Kdry為干巖石體積模量;Kmineral為礦物體積模量;Kφ為孔隙空間剛度;Ksat為飽和巖石體積模量;Kfluid為孔隙流體體積模量;μdry、μsat分別為干巖石、飽和水巖石的剪切模量;ρsat、ρfluid、ρmineral分別為飽和巖石、孔隙流體和礦物的密度。

從式中可以看出,當(dāng)孔隙度不變時(shí),對(duì)于石灰?guī)r等較硬的巖石,空隙流體變化對(duì)孔隙空間剛度的影響較小,則飽和巖石體積模量主要受流體體積模量的影響。巖樣飽和水后,孔隙流體模量有明顯增大,巖樣的 Ksat則有明顯增加。飽水前后,其密度略有增加,而巖樣的剪切模量沒(méi)有變化。由公式可知,飽和巖石的拉梅常數(shù)(λsat)會(huì)隨之增大。由飽和巖石的縱波速度表達(dá)式和橫波速度公式(3)可知,由于巖樣飽水后λsat的增加明顯大于ρsat,因而,飽和水巖樣的縱波速度會(huì)變大,而橫波速度會(huì)因?yàn)轱査畮r樣密度的增加而變小。同理,飽和水巖樣的縱波阻抗會(huì)變大,而橫波阻抗則變化較小。巖樣實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分析獲得的不同含氣敏感性的流體識(shí)別因子較好地符合了上述巖石孔隙流體變化的地震響應(yīng)機(jī)理和規(guī)律。

3 應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)巖石物理實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析獲得的含氣敏感性流體識(shí)別因子,選取研究區(qū)內(nèi)某井的氣水同層進(jìn)行含氣敏感性流體識(shí)別因子應(yīng)用研究。該井處在東恰什古伊構(gòu)造,位于阿姆河右岸“阿爾金—阿塞爾”三維區(qū)塊研究區(qū)的東部。測(cè)井資料表明該井儲(chǔ)層主要分布于卡洛夫—牛津階碳酸鹽巖、特別是生物礁灰?guī)r中,包括氣層、含氣層、氣水同層、水層等。對(duì)儲(chǔ)層的劃分,主要是根據(jù)儲(chǔ)層的不同測(cè)井響應(yīng)特征,結(jié)合該區(qū)塊測(cè)井資料和區(qū)域地質(zhì)資料來(lái)定性識(shí)別和確定流體性質(zhì)。氣水分界線的確定是預(yù)測(cè)有效儲(chǔ)層和計(jì)算儲(chǔ)量的重要依據(jù)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果,選取了ρf、HS FI F,λρ、λρ· μρ、σ等含氣敏感性流體識(shí)別因子,對(duì)該井3623.6～3628.2m氣水同層段的測(cè)井參數(shù)和巖石物理參數(shù),通過(guò)Gassmann(1951)方程式進(jìn)行流體替換計(jì)算,得到飽和氣與飽和水兩種狀態(tài)下相應(yīng)的含氣敏感性流體識(shí)別因子值。即

交會(huì)圖技術(shù)是一種常用的地震屬性解釋技術(shù),它是把兩種屬性數(shù)據(jù)在平面圖上交會(huì),根據(jù)交會(huì)點(diǎn)的坐標(biāo)定出所求參數(shù)的數(shù)值和范圍的一種方法。其中,定量交會(huì)圖技術(shù)則是一項(xiàng)以Ebdon(1977)提出的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓擬合技術(shù)為基礎(chǔ),用定量參數(shù)描述儲(chǔ)層的空間展布特征,對(duì)流體屬性進(jìn)行流體可識(shí)別性分析的技術(shù)[8-9]。流體因子的識(shí)別能力越強(qiáng),則對(duì)孔隙流體變化越敏感,通過(guò)交會(huì)圖技術(shù)把流體識(shí)別因子值用圖示的方法反映出來(lái),則不同識(shí)別能力的流體因子值的分布相對(duì)集中,可使不同含氣敏感性的流體識(shí)別因子能得到直觀、簡(jiǎn)明的表達(dá)。圖2為選用λρ、ρf、σ、HS FI F、λρ·μρ等含氣敏感性流體識(shí)別因子的飽和氣和飽和水石灰?guī)r的交會(huì)圖。通過(guò)圖2可以看出飽氣、飽水的兩類石灰?guī)r在交匯空間的展布特征非常明顯,擬合橢圓定量地劃分出了兩個(gè)不同的區(qū)域,并且交會(huì)圖中的兩個(gè)橢圓只有少部分重疊,表明實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的上述流體識(shí)別因子對(duì)含氣性十分敏感,氣、水識(shí)別效果明顯,對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層的氣水識(shí)別具有實(shí)踐指導(dǎo)作用。

圖2 生物礁灰?guī)r定量流體識(shí)別因子交會(huì)圖

4 結(jié)論

1)巖石物理參數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明:不同流體識(shí)別因子對(duì)飽氣和飽水生物礁儲(chǔ)層石灰?guī)r的氣水識(shí)別能力存在著明顯的差異,通過(guò)巖樣含不同孔隙流體的對(duì)比分析可定量評(píng)價(jià)不同流體因子的含氣敏感性。

2)對(duì)于生物礁儲(chǔ)層石灰?guī)r,拉梅常數(shù)、體積模量、縱波與橫波阻抗差、泊松比等流體識(shí)別因子對(duì)氣、水識(shí)別較為敏感,而組合式流體識(shí)別因子ρf、HS FI F、λρ、λρ·μρ等更為敏感。

3)利用定量交會(huì)圖技術(shù),將實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析得到的含氣敏感性流體識(shí)別因子應(yīng)用于研究區(qū)某井氣水同層段的氣、水識(shí)別,顯示出較好的氣、水識(shí)別效果。

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DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.05.009

Cao Jun,researcher,was born in1967.He is mainly engaged in research of rock physics and applied geophysics.

Add:No.1,Dongsan Rd.,Erxianqiao,Chengdu,Sichuan610059,P.R.China

Tel:+86-28-84078796 Mobile:+86-13689052435 E-mail:caojun@cdut.edu.cn

An analysis of pore fluid sensitivity parameters in reef limestone reservoirs:An example from Callovian-Oxfordian carbonate reef reservoirs in the Amu Darya Right Bank Block,Turkmenistan

Cao Jun1,Xu Min2,3,He Zhenhua1,2,Yang Xiao3,Liu Bin4
(1.State Key L aboratory of Oil&Gas Reservoir Geology and Ex ploitation,Chengdu University of Technology,Chengdu,Sichuan610059,China;2.College ofInf ormation Engineering,Chengdu University of Technology,Chengdu,Sichuan610059,China;3.Sichuan Petroleum Geophysical Prospecting Company, Chuanqing Drilling Engineering Co.,L td.,CN PC,Chengdu,Sichuan610213,China;4.CN PC(Turkmenistan)A mu Darya River Gas Com pany,Beijing100101,China)

Analysis and extraction of sensitivity parameters of reservoir fluids are the basis of seismic interpretation,inversion and reservoir fluid identification.Laboratory testing of physical parameters of rock samples containing fluids is one of the most important methods to study sensitivity parameters of reservoir fluids.The samples from the Callovian-Oxfordian carbonate reef limestone reservoirs in the Amu Darya Right Bank Block are selected to test rock physical parameters by using the MTS system.Samples saturated with gas and water are tested separately under the same experimental conditions.The test results show that seismic responses are significantly different from samples saturated with different fluids.Further analysis shows that the Lame constant parameter is relatively sensitive to gas.An integral fluid identification factor combination that is more sensitive to gas is obtained by analyzing combinations of different fluid factors.The intrinsic mechanism causing the sensitivity differences of different fluid recognition factors is also studied by using the Gassmann Equation.Finally,the gas-sensitive fluid recognition factors obtained from laboratory testing are used to perform quantitative cross-plot analysis of the log data in the study area.The results show that this method is effective in differentiating gas-bearing from water-bearing reef limestone reservoirs.

bioherm,reservoir,fluid recognition factors,gas sensitivity,ultrasonic wave,laboratory experiment,Turkmenistan, Amu Darya Riglt Bank

book=37,ebook=504

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.05.009

2010-01-29 編輯 韓曉渝)

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“生物礁油氣儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征與識(shí)別研究”(編號(hào):40774064)。

曹均,1967年生,研究員,碩士;主要從事巖石物理、應(yīng)用地球物理研究工作。地址:(610059)四川省成都市二仙橋東三路1號(hào)。電話:(028)84078796,13689052435。E-mail:caojun@cdut.edu.cn

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE5,pp.37-40,5/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)