楊文博,張世鑫,宗兆云

(1.中海石油有限公司 湛江分公司研究院,廣東湛江 524057;2.中國(guó)石油大學(xué) 地球資源與信息學(xué)院,山東青島 266555)

基于疊前地震反演的儲(chǔ)層流體識(shí)別方法

楊文博1,張世鑫2,宗兆云2

(1.中海石油有限公司 湛江分公司研究院,廣東湛江 524057;2.中國(guó)石油大學(xué) 地球資源與信息學(xué)院,山東青島 266555)

首先以Fatti近似推導(dǎo)得到的彈性阻抗方程為出發(fā)點(diǎn),討論了縱波、橫波阻抗的直接反演方法與流程,然后對(duì)各種流體識(shí)別因子進(jìn)行了分析與歸類和總結(jié),給出了流體因子的一般表達(dá)形式,最后從Gassm ann公式出發(fā),對(duì)地震資料的特點(diǎn)以及含不同流體介質(zhì)的物理特性進(jìn)行分析,提出了一個(gè)高靈敏度流體因子。應(yīng)用實(shí)例表明,高靈敏度流體識(shí)別因子對(duì)流體的識(shí)別較其它的流體識(shí)別因子有較高的靈敏度。

流體識(shí)別;疊前反演;縱波阻抗;橫波阻抗;高靈敏度流體因子

0 前言

隨著石油勘探開發(fā)力度的加大,原有的簡(jiǎn)單構(gòu)造型油氣藏越來越少。為滿足開采的需要,在計(jì)算機(jī)處理能力和地震處理,解釋技術(shù)水平都有大幅度提高的今天,地震勘探已經(jīng)開始將尋找復(fù)雜構(gòu)造及隱蔽型油氣藏作為勘探的目標(biāo)。通過疊前反演技術(shù),可以獲得多個(gè)彈性阻抗數(shù)據(jù)體,這些數(shù)據(jù)體中含有縱波、橫波速度和密度等巖石物理參數(shù)的信息。如果通過一些手段將這些參數(shù)信息從反演數(shù)據(jù)體中提取出來,那么通過這些參數(shù)可以得到豐富的AVO(或AVA)屬性,這些屬性信息對(duì)巖性及流體變化更為敏感,可以幫助我們更為準(zhǔn)確地描述地下儲(chǔ)層的特征。

近年來,人們以地震縱波和橫波資料為基礎(chǔ),對(duì)儲(chǔ)層的流體識(shí)別進(jìn)行了深入研究,提出了識(shí)別流體異常的LMR(Lam bda-m u—rho)法[1],識(shí)別流體組分的Russell法[2],直接油氣指示(DH I)的波阻抗差分析法[3],巖性油氣藏的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)法[4-10],以及高靈敏度流體因子識(shí)別方法[11]等。雖然這些方法均取得了一定的實(shí)際效果,但缺乏對(duì)流體識(shí)別因子特征和應(yīng)用條件的系統(tǒng)分析,因此,很難根據(jù)實(shí)際情況準(zhǔn)確地選擇合適的流體識(shí)別因子。為此,我們?cè)趯?duì)流體識(shí)別因子敏感性系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)之上,提出了具有實(shí)用性與普遍適應(yīng)性的高靈敏度流體因子構(gòu)建方法。

1 疊前彈性參數(shù)反演方法

基于Zoepp ritz方程的A ki-R ichards(1980)近似,Conno lly[12]提出了與角度有關(guān)的彈性阻抗方程,它是縱波、橫波速度,密度和入射角度的函數(shù)。利用Conno lly的彈性阻抗方程,可反演得到不同角度的彈性阻抗數(shù)據(jù)體,從這些數(shù)據(jù)體中可直接提取得到縱波、橫波速度和密度數(shù)據(jù)體,用提取得到的縱波、橫波速度和密度參數(shù),可計(jì)算出縱波、橫波阻抗等其它的參數(shù)數(shù)據(jù)體[13]。在無噪音的情況下,基于Conno lly的彈性阻抗公式,可反演得到準(zhǔn)確的縱波、橫波速度。但隨著噪音的增加,所得的縱波、橫波速度的誤差也隨之增加。M allick等人[14～16]也指出,當(dāng)存在2%的隨機(jī)噪音時(shí),用該彈性阻抗公式進(jìn)行反演,已不能提取得到合理的彈性參數(shù)。由于高靈敏度流體因子是縱波、橫波阻抗的函數(shù),而要得到結(jié)算精確的流體識(shí)別因子,就必須首先反演得到準(zhǔn)確的縱波、橫波阻抗結(jié)果。為此,需要進(jìn)行縱波、橫波阻抗的直接反演[13]。

1.1 基于Fatti近似的彈性阻抗公式

基于Fatti近似推導(dǎo)得到的彈性阻抗方程,它是縱波、橫波阻抗與入射角度的函數(shù),采用此彈性阻抗公式進(jìn)行疊前反演,為縱波、橫波阻抗的直接求取奠定了基礎(chǔ)。彈性阻抗方程表達(dá)式見式(1)。

其中 K為橫波與縱波速度比的平方。

1.2 彈性阻抗方程的標(biāo)準(zhǔn)化

與Conno lly公式類似,上面推導(dǎo)出的公式(1)也存在求取的彈性阻抗EI(θ)值隨角度的變化在量綱尺度上有很大變化的問題,這不利于進(jìn)行不同角度的E I(θ)值之間的對(duì)比,以及與波阻抗(A I)值的對(duì)比。在綜合分析A I、EI時(shí),首先要將EI變換到A I的量綱尺度上,這給實(shí)際工作帶來了不便[17]。為克服該問題,消除入射角變化對(duì)量綱尺度的影響,應(yīng)對(duì)推導(dǎo)出的彈性阻抗公式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。為消除入射角變化對(duì)尺度的影響,可引入三個(gè)參考常數(shù)Ip0、Is0和ρ0,并把式(1)改為:

如果這些常數(shù)值被定為Ip、Is和ρ曲線的平均值,這樣求得的EI(θ)就會(huì)在單位1附近變化。這一修改去掉了函數(shù)對(duì)尺度的依賴性,并使函數(shù)更加穩(wěn)定。如果用因子Ip0進(jìn)一步標(biāo)定這個(gè)函數(shù),EI的尺度變得與A I一樣,并且EI(θ)能夠正確地計(jì)算出聲阻抗在θ=0°時(shí)的值Ip=αρ。

其中 a=1+tan2θ;b=-8K sin2θ;c=-4K sin2θ-tan2θ

1.3 彈性阻抗反演流程

用公式(3)進(jìn)行的彈性阻抗反演,與基于Conno lly的彈性阻抗方程進(jìn)行的反演相類似,它們都需要經(jīng)過地震資料處理,測(cè)井資料處理,角度子波的提取和彈性阻抗反演幾個(gè)部份,具體的反演流程如圖1所示。

(1)地震資料處理。在進(jìn)行彈性阻抗反演之前,必須通過建立不同角度的角度道集,將地震數(shù)據(jù)的偏移距數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)化為角道集數(shù)據(jù)體(部份角道集疊加)。

圖1 彈性阻抗反演流程圖Fig.1 Flow chartof EIinversion

(2)測(cè)井資料處理。為了約束角道集的反演,在對(duì)測(cè)井資料進(jìn)行處理時(shí),可用已有的聲波、剪切波、密度曲線和儲(chǔ)層地震數(shù)據(jù)所能提供的角度,根據(jù)方程計(jì)算出井旁道彈性阻抗(EI)偽測(cè)井曲線。在彈性阻抗反演處理過程中,彈性阻抗偽測(cè)井曲線除用來作為約束外,還可以彌補(bǔ)地震波傳播過程中損失的頻率成份。

(3)角度子波的提取?？紤]到子波隨炮檢距的變化,在做彈性阻抗反演時(shí),需要對(duì)每個(gè)角度道集分別提取不同的角度子波。

(4)彈性阻抗反演。在進(jìn)行彈性阻抗反演之前,需要用角道集部份疊加資料和井旁道相應(yīng)入射角的彈性阻抗,并利用解釋的地震層位作為控制進(jìn)行外推,從而建立不同角度的低頻模型。用彈性阻抗曲線與角度子波相對(duì)應(yīng)的角道集部份疊加數(shù)據(jù)體進(jìn)行約束,這樣可以獲得相對(duì)彈性阻抗。與實(shí)際的絕對(duì)波阻抗相比,相對(duì)彈性阻抗還缺少低頻成份,因此需將前面得到的低頻成份加入到相對(duì)彈性阻抗中。

1.4 縱橫波阻抗的直接提取

提取巖性參數(shù)需對(duì)彈性阻抗方程進(jìn)行求解,由于此方程式是非線性的,若直接求解,勢(shì)必會(huì)帶來不少的麻煩。因此,可將彈性阻抗方程進(jìn)行變換,使之成為線性形式。將彈性阻抗方程二邊取對(duì)數(shù),則有:

在角度相同的情況下,同一巖石物性參數(shù)在各采樣點(diǎn)處所對(duì)應(yīng)a(θ)、b(θ)、c(θ)相同,因此,公式(4)變?yōu)楣?5)。

采用井旁道彈性阻抗曲線和Ip、Is、ρ曲線,對(duì)某個(gè)角度的各采樣點(diǎn)可得到系數(shù)a(θ)、b(θ)、c(θ)。因此對(duì)三個(gè)不同角度的彈性阻抗數(shù)據(jù),可得到九個(gè)常系數(shù):a(θ1)、b(θ1)、c(θ1);a(θ2)、b(θ2)、c(θ2);a(θ3)、b(θ3)、c(θ3)。將它們分別帶入式(5),可得:

將反演所得的各角度彈性阻抗體帶入式(6),可獲得各道任意一個(gè)采樣點(diǎn)處的Ip、Is、ρ。

2 流體因子分類

在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中,為了識(shí)別儲(chǔ)層流體,人們提出了許多流體識(shí)別因子。總結(jié)分析這些流體識(shí)別因子后發(fā)現(xiàn),它們都可以寫成縱波(P)與橫波(S)波阻抗的組合形式,為此提出了流體識(shí)別因子函數(shù)。因此,以波阻抗量綱的冪次方為基礎(chǔ),把流體識(shí)別因子歸納為以下三種基本類型:

(2)波阻抗量綱的一次方類,即IP、IS、IP+IS、IP-IS、…。

(3)波阻抗量綱的二次方類,即I2P、I2S、IPIS、I2P-c I2

S、…。利用上述分類方式,流體識(shí)別因子就可以寫成下面的函數(shù)形式:

式中 C為調(diào)節(jié)參數(shù),不同的識(shí)別因子可以有不同的形式和意義。

下面給出幾個(gè)具體的流體識(shí)別因子。

2.1 泊松比

泊松比是反映巖性和含油氣性的重要參數(shù),它是用巖石橫向壓縮與縱向拉伸的比值來表示的。泊松比與VP/VS亦即IP/IS有直接的聯(lián)系:

可以看出,泊松比屬于波阻抗量綱為零次方類的流體識(shí)別因子。

2.2 泊松阻抗

飽和氣或油的砂巖比含水砂巖具有較低的泊松比和密度,因此聯(lián)合泊松比和密度屬性可以更好地識(shí)別含油氣砂巖。M ark Quakenbush等人在Leading Ledge上發(fā)表的文章中指出:對(duì)縱波、橫波阻抗交會(huì)圖,通過選擇一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸,可以達(dá)到最佳區(qū)分任意二巖性流體類型的目的,并將旋轉(zhuǎn)后的參數(shù)定義為新的屬性—泊松阻抗(Poisson impedance,簡(jiǎn)寫為PI):

其中 α是縱波速度;β是橫波速度。

式(9)定量地描述了A I-SI交會(huì)數(shù)據(jù)體的旋轉(zhuǎn),可以更好地區(qū)分巖性和流體。這里數(shù)據(jù)體的旋轉(zhuǎn)等同于軸的旋轉(zhuǎn),這里的c項(xiàng)是控制旋轉(zhuǎn)到達(dá)最優(yōu)的參數(shù)。

圖2 關(guān)于泥巖等非產(chǎn)層巖性和產(chǎn)層砂巖分布的Ip-Is交會(huì)示意圖Fig.2 Crossp lotof Ip and Is

2.3 基于Gassm ann理論的流體因子

Russell等人[2]總結(jié)了前人的觀點(diǎn),利用B iot-Gassm ann方程對(duì)飽和流體條件下的的縱波速度方程進(jìn)行了改寫,得到了屬于波阻抗量綱的二次方類的流體因子。

其中 c的取值范圍依賴于所研究的目的儲(chǔ)層。

表1給出了這樣的一個(gè)c值范圍以及各個(gè)彈性系數(shù)的相應(yīng)值。

表1 c的值及各個(gè)彈性常數(shù)比的等價(jià)值Tab.1 Values for c and the equivalent values for various elastic-constant ratios

2.4 高靈敏度流體因子的提出及其敏感性分析

在理論和實(shí)踐中證明,以上的流體識(shí)別因子只能在某一方面有較強(qiáng)的識(shí)別能力。為了將含水和含氣砂巖明顯地分開,需要選擇一個(gè)流體識(shí)別因子對(duì)含不同流體的砂巖表現(xiàn)出明顯的差異。波阻抗形式的組合存在各種次數(shù)量綱的形式,高次量綱能夠?qū)⒉町惙糯?而低次量綱可將差異縮小。將二者結(jié)合,讓高次冪將差異大的地方突出,低次冪將噪音減小,從而能較靈敏地實(shí)現(xiàn)流體識(shí)別。根據(jù)上述分析,結(jié)合墾東北地區(qū)儲(chǔ)層流體對(duì)縱波阻抗相對(duì)較敏感的特點(diǎn),利用四次冪量綱和零次冪量綱組合的形式,提出了一個(gè)高靈敏度流體識(shí)別因子:

其中 C是調(diào)節(jié)參數(shù)。

為了評(píng)價(jià)上述流體識(shí)別因子對(duì)墾東北儲(chǔ)層流體的敏感性,我們定義了一個(gè)流體識(shí)別因子的敏感性評(píng)價(jià)參數(shù)為:

其中 Pw、Pg為完全飽和地層水及氣體時(shí)的流體因子。

式(12)的取值范圍在0～200之間,且該值越大,說明流體識(shí)別因子的敏感度越高,利用這一參數(shù)可對(duì)所有流體因子敏感度做定量的評(píng)價(jià)。我們統(tǒng)計(jì)了不同流體識(shí)別因子對(duì)儲(chǔ)層不同類型流體的敏感性響應(yīng)如表2所示。

從表2可以看出,高靈敏度流體因子的評(píng)價(jià)參數(shù)都接近于200,這表明在儲(chǔ)層流體識(shí)別方面,高靈敏度流體因子要比其它流體因子更為敏感。因此,我們?cè)诳v波、橫波阻抗直接反演的基礎(chǔ)上,構(gòu)建出能夠精確識(shí)別儲(chǔ)層流體的高靈敏度流體因子,從而進(jìn)行儲(chǔ)層流體的精確識(shí)別。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

利用上面的方法對(duì)勝利油田某地區(qū)的實(shí)際地震資料進(jìn)行了應(yīng)用研究,該地區(qū)位于濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化凹陷的東部,是一個(gè)在前新生界潛山背景上發(fā)育起來的,新近系披覆、古近系超覆的高潛山披覆構(gòu)造帶。主力含油氣層系為新近系館陶組(Ng)、明化鎮(zhèn)組(Nm)。油氣相對(duì)集中分布于館上段3～4砂組,油藏類型主要以巖性～斷鼻油藏為主。但油藏儲(chǔ)層橫向及物性變化大,油氣藏控制因素復(fù)雜。

經(jīng)比較可以看出,與λρ、泊松比、泊松阻抗等其它流體因子相比,高靈敏度流體因子在識(shí)別本區(qū)儲(chǔ)層流體時(shí)更為精細(xì)準(zhǔn)確,靈敏度較高(如下頁(yè)圖3～圖6)。四種流體識(shí)別因子對(duì)A井的5m氣層都有較好的表征,但是泊松比對(duì)B井7.9m的油層識(shí)別不理想。λρ屬性雖然能分辨出井中的幾個(gè)有利儲(chǔ)層,但是對(duì)流體差異不敏感。相比較高靈敏度流體因子與泊松阻抗來說,高靈敏度流體因子的識(shí)別流體差異能力最強(qiáng),這與前面的各流體因子敏感性對(duì)比分析相一致。因此,可以將高靈敏度流體因子作為本工區(qū)儲(chǔ)層流體識(shí)別的有效參數(shù)。

表2 不同流體因子對(duì)儲(chǔ)層流體的敏感性響應(yīng)Tab.2 Sensitivity of different fluid factors

圖3 過A～B～C井λρ剖面Fig.3 λρsection throughwellA,B and C

圖4 過A～B～C井泊松比抗剖面Fig.4 Poisson ratio section throughwellA,B and C

圖5 過A～B～C井泊松阻抗剖面Fig.5 Poisson impedance section throughwellA,B and C

圖6 過A～B～C井高靈敏度流體因子剖面Fig.6 H igh sensitivity fluid factor section throughwellA,B and C

4 結(jié)論

(1)采用Fatti近似推導(dǎo)得出的基于縱波、橫波阻抗的彈性阻抗方程,由于該方程實(shí)現(xiàn)了彈性阻抗反演以及縱波、橫波阻抗的直接提取,減少了累積誤差,為下一步的流體識(shí)別因子精確計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。

(2)在對(duì)各種流體識(shí)別因子對(duì)比分析后,以Gassm ann理論為基礎(chǔ)提出了一個(gè)更具有實(shí)用性和普遍適應(yīng)性的高靈敏度流體識(shí)別因子,通過統(tǒng)計(jì)分析實(shí)際資料應(yīng)用證實(shí),該流體識(shí)別因子對(duì)不同儲(chǔ)層流體識(shí)別具有更好的適應(yīng)性與敏感性。

(3)選取相同量綱或不同量綱的識(shí)別因子進(jìn)行組合,可得到新的流體識(shí)別因子,新的流體識(shí)別因子的構(gòu)建,可根據(jù)實(shí)際條件和問題的需要進(jìn)行。

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P 631.4

A

1001—1749(2010)06—0601—06

2010-04-28 改回日期:2010-10-11

楊文博(1983-),男,碩士,主要從事地球物理反演方面的研究。