于靜芳,趙憲生,施澤進(jìn),曹 健

(成都理工大學(xué),四川成都 610059)

川東南區(qū)塊有利儲(chǔ)層AVO應(yīng)用的可行性研究

于靜芳,趙憲生,施澤進(jìn),曹 健

(成都理工大學(xué),四川成都 610059)

研究區(qū)位于川東南地區(qū)飛仙關(guān)組、嘉陵江組和須家河組,對(duì)已有的AVO采集資料處理研究表明,研究區(qū)AVO特征并不明顯。根據(jù)已知測(cè)井資料及野外采集參數(shù),應(yīng)用R·T·Shuey近似公式,有針對(duì)性地建立了研究區(qū)含氣和非含氣條件下的AVO特征曲線及二維模型模擬,提取了AVO屬性參數(shù)。對(duì)在川東南地區(qū)飛仙關(guān)組、嘉陵江組和須家河組應(yīng)用AVO進(jìn)行油氣預(yù)測(cè)的可行性進(jìn)行了分析和總結(jié),提出了在研究區(qū)應(yīng)用AVO進(jìn)行氣藏檢測(cè)的依據(jù)和方法。

川東南;AVO;正演模擬;屬性參數(shù)

0 前言

利用AVO技術(shù)預(yù)測(cè)含氣儲(chǔ)集層是一種很有效的方法,但該方法的應(yīng)用必須滿足一定的條件,其主要與野外采集因素、儲(chǔ)層埋深、巖石的物性等有關(guān)。通過對(duì)川東南須家河組、嘉陵江組和飛仙關(guān)組各測(cè)井資料的統(tǒng)計(jì)分析,利用以上參數(shù),可設(shè)計(jì)出該地區(qū)各種儲(chǔ)層的物性參數(shù),進(jìn)而由AVO理論計(jì)算得到儲(chǔ)層的AVO特征曲線。本區(qū)地震采集的排列長(zhǎng)度在3 000m～3 500 m范圍,飛仙關(guān)組的埋深約在4 466m,嘉陵江組埋深約在3 852m,須家河組埋深約在3 241 m。根據(jù)已知井資料及野外采集參數(shù),可以引用zoepp ritz方程的簡(jiǎn)化Shuey方程,作研究區(qū)AVO特征正演計(jì)算。

AVO技術(shù)研究的是地震記錄的反射振幅與炮檢距之間的關(guān)系,通過這一關(guān)系可來檢測(cè)氣藏的存在。但由于在實(shí)際地震記錄中,地震波振幅受多種因素的影響,如地震波的激發(fā)接收因素,波的吸收衰減,透過損失,薄層調(diào)諧,層間多次波和組合效應(yīng)等,都會(huì)使反射地震波的振幅、頻率及相位發(fā)生畸變。因此,應(yīng)用AVO技術(shù)從地震記錄中提取AVO屬性參數(shù)的風(fēng)險(xiǎn)很大,使其廣泛應(yīng)用也受到了限制。

為了確保AVO屬性參數(shù)的準(zhǔn)確性,要求做好針對(duì)AVO分析的野外采集和AVO特殊處理的設(shè)計(jì)工作,這樣AVO技術(shù)才能收到預(yù)期的效果。根據(jù)對(duì)川東南不同儲(chǔ)層層位的AVO特征正演分析,在研究區(qū)進(jìn)行AVO資料的氣藏預(yù)測(cè)是可行的。

1 理論基礎(chǔ)

AVO技術(shù)的理論基礎(chǔ),是描述反射系數(shù)隨入射角及地層巖性參數(shù)變化關(guān)系的Zoepp ritz方程。當(dāng)反射波地震勘探使用主要產(chǎn)生縱波的震源,接收的是反射縱波時(shí),Zeopp ritz方程可以被大大簡(jiǎn)化,即只考慮平面縱波入射產(chǎn)生的反射振幅,隨入射角的變化情況。這樣一方面可以節(jié)省計(jì)算工作量,另一方面更有利于AVO技術(shù)的研究和應(yīng)用。其中R·T·Shuey[1]給出的簡(jiǎn)化公式,是目前人們使用最多的Zoepp ritz近似方程。Shuey方程如下:

式(1)中 R(θ)為反射系數(shù);θ為入射角與透射角的平均值;Vp為界面上、下巖層縱波速度的平均值;Vs為界面上、下巖層橫波速度的平均值;ΔVp為界面上、下巖層縱波速度之差;ΔVs為界面上、下巖層橫波速度之差;ρ為界面上、下巖層密度的平均值;Δρ為界面上、下巖層密度之差。

由界面二邊縱波速度Vp1、Vp2和橫波速度Vs1、Vs2,可計(jì)算出相應(yīng)巖層的泊松比σ1或σ2,即:

泊松比是判別儲(chǔ)集層含氣異常的一個(gè)重要參數(shù)。

2 AVO正演特征

2.1 含氣儲(chǔ)層的AVO正演特征

根據(jù)川東南須家河組、嘉陵江組和飛仙關(guān)組各測(cè)井資料的統(tǒng)計(jì)分析,以及已知井資料和野外采集參數(shù),儲(chǔ)集層巖的速度主要分布在5 400 m/s～6 300m/s范圍,密度值分布在2.74～2.87之間。由VSP測(cè)井資料可知,含氣儲(chǔ)層泊松比約為0.21,非含氣儲(chǔ)層的泊松比約為0.3。排列長(zhǎng)度設(shè)計(jì)在3 000 m～3 500 m范圍,飛仙關(guān)組的埋深在4 466m,嘉陵江組埋深在3 852m,須家河組埋深在3 241m,這樣可分別計(jì)算得到各組反射層反射波近似入射角最大為21.4°、24.4°,以及28.2°(符合Shuey方程的使用條件)。根據(jù)以上參數(shù)可設(shè)計(jì)該地區(qū)各種儲(chǔ)層的物性參數(shù),利用Shuey方程進(jìn)行本區(qū)AVO特征的正演計(jì)算,可以得到儲(chǔ)層的AVO特征曲線。

因?yàn)樵谟蜌鈨?chǔ)層的AVO分析中,油氣儲(chǔ)層的AVO響應(yīng)常被看作是由于下部?jī)?chǔ)層特性變化引起的,一般假設(shè)上覆蓋層的彈性參數(shù)為穩(wěn)定的常數(shù),所以圖1中的各小圖內(nèi)四條曲線中蓋層的彈性參數(shù)均一致,速度為6 100m/s,密度為2.78 g/cm3,巖石的泊松比為0.3。分析圖1可以看出:

(1)在圖1(a)中,儲(chǔ)集層的波阻抗小于上覆介質(zhì)的波阻抗,其反射振幅隨入射角的增大是以負(fù)極性增大。在垂直入射時(shí)振幅較大,隨著入射角的增加,振幅略有減小。當(dāng)入射角足夠大到45°以上時(shí),反射振幅迅速增大。

(2)在圖1(b)中,當(dāng)縱波垂直入射時(shí),反射振幅最小;隨著入射角的增加,反射波振幅迅速增大。該儲(chǔ)層的波阻抗小于上覆介質(zhì)的波阻抗,振幅呈負(fù)極性,幅度又明顯增大,在地震剖面上很容易識(shí)別這類儲(chǔ)層。

(3)圖1(c)中表明,在垂直入射時(shí),反射波振幅具有極小值,幅度接近為零。隨著入射角的增加,反射波振幅隨之增大。在CM P道集上可以看到淺部和遠(yuǎn)炮檢距時(shí)較大的振幅值,在深部表現(xiàn)為最小值,該儲(chǔ)層在地震剖面上表現(xiàn)為負(fù)極大值,在疊加剖面上出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)的強(qiáng)振幅是氣層的反射。

(4)圖1(d)曲線表明,儲(chǔ)層的波阻抗大于上覆介質(zhì)的波阻抗。當(dāng)縱波垂直入射時(shí),有一定反射波正極性振幅,在臨界角附近,反射波振幅為零。隨著入射角的增加,反射波振幅緩慢增大,但極性出現(xiàn)反轉(zhuǎn)。在CM P道集上可見到振幅隨入射角既有增大又有減小,同時(shí)也有極性反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。在疊加剖面上,由于負(fù)極性與正極性波場(chǎng)疊加而抵消,使該類儲(chǔ)層在疊加剖面上表現(xiàn)為較弱的振幅,較難識(shí)別。

圖1 不同巖性組合的AVO正演理論曲線(含氣儲(chǔ)層)Fig.1 AVO forw ard calcu lation theo retic curve for different litho logic association(gas reservoir)

2.2 非含氣儲(chǔ)層的AVO正演特征

圖2中的各小圖內(nèi)四條曲線中蓋層的彈性參數(shù)與圖1一致,儲(chǔ)層的各項(xiàng)參數(shù)如圖2所示。

(1)將圖2(a)與圖1(a)相比可以看到,當(dāng)儲(chǔ)層不含氣時(shí),隨傾角的增大,振幅基本不變。只有在傾角大于40°時(shí),振幅才有最大變化,而研究區(qū)目的層段的傾角均小于40°。

(2)在圖2(b)中可以看出,當(dāng)入射角在45°以內(nèi),反射波振幅都極小,這在CM P道集上大都表現(xiàn)為弱振幅,在疊加剖面上同樣表現(xiàn)為弱振幅。

(3)圖2(c)曲線表明儲(chǔ)層不含氣時(shí),均表現(xiàn)為非常弱的反射振幅。在入射角小于50°范圍內(nèi),其振幅基本保持不變。而在CM P道集上以及疊加剖面上,振幅都較弱,也沒有明顯的變化。

(4)圖2(d)曲線的振幅在入射角較小時(shí),有一定的反射波振幅能量,隨入射角增加略有減小,在CM P道集及疊加剖面上都表示有一定的振幅值。

圖2 不同巖性組合的AVO正演理論曲線(非含氣儲(chǔ)層)Fig.2 AVO fo rward calculation theoretic curve for different litho logic association(non-gas reservoir)

從圖1、圖2中的八條AVO曲線可以看出,含氣儲(chǔ)層反射波振幅在不同入射角時(shí),都大于非含氣儲(chǔ)層反射波振幅。隨著入射角的增加,含氣儲(chǔ)層反射波振幅明顯增大。綜合考慮飛仙關(guān)組、嘉陵江組和須家河組的埋深、巖性,以及野外采集時(shí)的排列長(zhǎng)度等因素,使用AVO技術(shù)判別飛仙關(guān)組和嘉陵江組含氣儲(chǔ)層的難度大。而須家河組埋藏較淺,井的最大深度約為3 260m,其野外采集按3 000m～3 500m的排列長(zhǎng)度觀測(cè),入射角在24.5°～28.2°以內(nèi)。由圖1(b)、圖1(c)可知,在大多數(shù)地區(qū)都可以用AVO特征識(shí)別含氣儲(chǔ)集層。

上述的AVO特征正演分析表明,研究區(qū)儲(chǔ)層主要位于圖1(b)、圖1(c)及圖1(d)的模型范圍內(nèi)。接下來,選用前模型圖1(b)～模型圖1(d)進(jìn)行了AVO疊前模型模擬,以及屬性參數(shù)剖面的計(jì)算與分析。

3 AVO屬性參數(shù)剖面

3.1 AVO正演模擬

根據(jù)研究區(qū)野外采集因素及觀測(cè)參數(shù),選取道間距Δx為30 m,炮間距為60 m,最小偏移距為150m,排列長(zhǎng)度為96道單邊激發(fā),單邊觀測(cè),復(fù)蓋次數(shù)為十二次,激發(fā)炮數(shù)為20炮,采樣間隔Δt為2m s。根據(jù)研究區(qū)儲(chǔ)層埋深選取三個(gè)不同的儲(chǔ)層層位,其中第一層深度為3 260m,第二層深度為3 852m,第三層深度為4 466m。為避免層間調(diào)諧的影響,儲(chǔ)層的厚度為30m,模型的縱波速度,橫波速度,密度與圖1(b)、圖1(c)及圖1(d)相同。

圖3是層狀模型三層單炮地震記錄,在圖3中有三個(gè)明顯的反射波雙曲線同相軸。

(1)第一條雙曲線表征了須家河組儲(chǔ)層的反射波。由于儲(chǔ)層波阻抗小于上覆蓋層波阻抗,剖面呈現(xiàn)負(fù)極性高振幅,儲(chǔ)層下伏介質(zhì)高波阻抗呈現(xiàn)正反射系數(shù),呈現(xiàn)為正極性高振幅。隨著入射角(遠(yuǎn)炮檢距)的增加,儲(chǔ)層頂?shù)追瓷涿黠@增強(qiáng)。

圖3 共激發(fā)點(diǎn)AVO地震記錄Fig.3 Common sho tpointAVO seism ic records

(2)第二條雙曲線是嘉陵江組儲(chǔ)層的頂?shù)追瓷?頂面波阻抗為負(fù),呈現(xiàn)負(fù)極性,底面波阻抗為正,呈現(xiàn)正極性。在垂直入射角附近,反射波振幅很弱,隨著入射角的增加,振幅略有增強(qiáng)。

(3)第三條雙曲線是飛仙關(guān)組儲(chǔ)層的頂?shù)追瓷洹Ｔ诖怪比肷浣歉浇?反射波有一定振幅,隨著入射角的增加,振幅相應(yīng)減弱。由于深層入射角很小,在雙曲線同相軸見不到極性反轉(zhuǎn)和振幅增強(qiáng)的現(xiàn)象。

3.2 AVO疊加及屬性參數(shù)剖面

圖4是由前層狀模型,經(jīng)抽道集、動(dòng)校正、疊加處理得到的縱波疊加剖面。由于儲(chǔ)層頂、底時(shí)差最大為10 m s,在疊加剖面上可識(shí)別儲(chǔ)層的時(shí)間厚度。圖4中淺層具有高強(qiáng)度的反射波振幅,而中深部信號(hào)較弱。飛仙關(guān)組反射由于傾角很小,極性轉(zhuǎn)換部份的波并未參加疊加,其振幅并未明顯減弱。

圖5是模型儲(chǔ)層包絡(luò)剖面,淺層能量最強(qiáng),中深層能量中強(qiáng)。

圖4 疊加剖面Fig.4 Stacking p rofile

圖5 包絡(luò)剖面Fig.5 Envelope p rofile

圖6是動(dòng)校后的CDP道集作擬合得到的P波剖面,該剖面更接近零炮檢距剖面。從圖1(c)可以看出,在零炮檢距入射時(shí),剖面上振幅接近于零。因此,嘉陵江段儲(chǔ)層在滿足第二種物性參數(shù),且厚度為30m的情況下的垂直疊加剖面,表現(xiàn)為非常弱的負(fù)極性振幅。但儲(chǔ)層在第三種物性條件下,小傾角入射時(shí)也有相應(yīng)的振幅(見圖1(c)),在剖面上可見到正極性的弱振幅。

圖6 P剖面Fig.6 P p rofile

圖7是動(dòng)校后的CDP道集作擬合得到的G剖面。該剖面反映了反射振幅隨入射角的變化率或變化梯度,含氣儲(chǔ)層表現(xiàn)為較大的變化梯度值。

圖8是經(jīng)AVO處理得到的S波剖面。該剖面表明了橫波波阻抗的變化,可與P剖面對(duì)照解釋儲(chǔ)層的頂面和底面。

圖7 G剖面Fig.7 G p rofile

圖8 S波剖面Fig.8 S p rofile

圖9是泊松比差異剖面。剖面上正值表示泊松比的增加,負(fù)值表示泊松比的減小。在儲(chǔ)層頂面表明了泊松比的減小,這是氣層的主要特征。

圖9 泊松比差異剖面Fig.9 Poisson ratio difference p rofile

圖10是經(jīng)處理得到的限制梯度剖面。該剖面反映了反射振幅的絕對(duì)值,隨入射角的變化梯度。從前面AVO正演特征曲線可知,含氣儲(chǔ)層反射波振波有時(shí)為正,有時(shí)為負(fù)。該剖面表示了P剖面與G剖面的符號(hào)剖面;當(dāng)P剖面反射極性與G剖面一致時(shí)為正;當(dāng)P剖面與G剖面異號(hào)時(shí)為負(fù)。前二層儲(chǔ)層表現(xiàn)為正異常,第三層儲(chǔ)層表現(xiàn)為負(fù)異常。

圖10 限制梯度剖面Fig.10 Restricted gradientp rofile

4 結(jié)論

(1)川東南地區(qū)嘉陵江組和飛仙關(guān)組的AVO異常是弱反射,在須家河組是強(qiáng)反射。因此,川東南地區(qū)須家河組可用AVO特征進(jìn)行油氣檢測(cè),而對(duì)嘉陵江及飛仙關(guān)組不適合用AVO檢測(cè)儲(chǔ)層氣。同時(shí)也要指出,在嘉陵江以上的儲(chǔ)層,由于埋深小于3 260m,同樣可以應(yīng)用AVO屬性剖面特征識(shí)別含氣儲(chǔ)集層。

(2)利用AVO屬性反演,可以得到多種屬性參數(shù)剖面,這些剖面對(duì)不同層位的儲(chǔ)層氣有著不同的響應(yīng),這為檢測(cè)氣藏提供了多種分析途徑。在眾多屬性參數(shù)剖面中,S波剖面和泊松比剖面對(duì)氣層的識(shí)別尤為明顯。

(3)在對(duì)AVO屬性剖面的解釋中,還要正確識(shí)別調(diào)諧厚度及其它因素引起的振幅變化與AVO振幅變化的差異,避免落入對(duì)資料解釋和應(yīng)用的“陷阱”。本研究區(qū)由于儲(chǔ)層速度偏高,剖面地震波頻率也偏高,因此調(diào)諧厚度較薄。

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P 631.44

A

1001—1749(2010)06—0578—05

國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)與中國(guó)石油化工股份有限公司聯(lián)合基金資助項(xiàng)目(40739903)

2010-06-01

于靜芳(1986-),女,新疆昌吉人,碩士,從事地震勘探方面的研究。