陳 潔，桂志先

油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué))

朱凡求

(新疆油田公司工程技術(shù)公司五分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

王 寧，齊 虹

油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué)) 長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 荊州 434023

蘇25區(qū)塊含水飽和度變化所引起的AVO響應(yīng)分析

陳 潔，桂志先

油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué))

朱凡求

(新疆油田公司工程技術(shù)公司五分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

王 寧，齊 虹

油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué)) 長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 荊州 434023

巖石的流體飽和度是影響地震波振幅隨炮檢距變化(AVO)的重要因素。通過改變巖石含水飽和度來分析AVO響應(yīng)特征。利用Gassmann方程對(duì)含氣地層進(jìn)行流體替代，計(jì)算了不同含水飽和度地層中的縱、橫波速度，分析其變化規(guī)律，然后利用實(shí)際資料建立正演模型，并提取相應(yīng)的泊松比剖面進(jìn)行分析。研究表明，當(dāng)含水飽和度從0%變化到80%時(shí)，隨著入射角增加，振幅強(qiáng)度變化較?。划?dāng)含水飽和度超過80%后，隨著入射角增加，振幅強(qiáng)度變化較大。總之，隨著含水飽和度的增加，振幅增加的強(qiáng)度總體上呈減小趨勢(shì)。

含水飽和度；AVO響應(yīng)；泊松比；流體替代

蘇里格氣田主要產(chǎn)氣層為上古生界二疊系底部盒8段-山1段砂層組，屬沼澤背景下的辮狀河沉積，天然氣成藏條件復(fù)雜，構(gòu)造對(duì)天然氣聚集不起主要控制作用。儲(chǔ)層經(jīng)受了強(qiáng)烈的成巖作用改造，有效儲(chǔ)層以次生孔隙為主，具有低孔、特低滲特點(diǎn)和極強(qiáng)的非均質(zhì)性。在蘇格里氣田，盡管砂體可能連續(xù)，但有效砂體是孤立分散的，常規(guī)地震反射沒有特定的響應(yīng)特征，致使儲(chǔ)層預(yù)測(cè)存在多解性，給該區(qū)的勘探與開發(fā)造成了很大難度[2]。為此，筆者根據(jù)蘇25工區(qū)某口井的測(cè)井資料，通過流體替代計(jì)算出不同含水飽和度地層中的縱、橫波速度，分析其變化規(guī)律，并將相關(guān)擴(kuò)展數(shù)據(jù)應(yīng)用于正演分析和屬性分析, 為疊前儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供指導(dǎo)。

1 流體替代原理

流體替代的目的是在給定的儲(chǔ)層條件(如溫度、壓力、孔隙度、巖石基質(zhì)類型和鹽水礦化度)和孔隙流體飽和度條件下模擬儲(chǔ)層的縱橫波速度和密度。由于各向同性介質(zhì)中的地震速度是巖石的彈性模量和密度的函數(shù)，因而流體替代計(jì)算的是巖石的彈性模量(體積模量和剪切模量)和密度。流體替代的核心是Gassmann方程，Gassmann方程是聯(lián)系巖石孔隙、框架和流體性質(zhì)與巖石體積模量的橋梁，利用該方程可以預(yù)測(cè)巖石彈性模量是如何隨孔隙流體的改變而變化的，其表達(dá)式如下[3]：

(1)

μsat=μdry

(2)

式中，φ為孔隙度；kdry為干巖石體積模量，N/m2；kma為礦物體積模量，N/m2；kf為孔隙流體模量，N/m2；ksat為飽和巖石的剛度，N/m2；μsat和μdry分別飽和巖石和干巖石的剪切模量，N/m2。

將已知飽和流體巖石1替換成飽和流體巖石2，具體步驟如下：

1)從飽和流體巖石1測(cè)得的縱橫波速度(vp、vs)和密度ρ提取體積模量和剪切模量：

紅河特大橋元陽側(cè)主塔大直徑人工挖孔長(zhǎng)樁施工中，嚴(yán)格做好了安全防護(hù)及安全保證措施，未發(fā)生安全事故；嚴(yán)格控制工藝流程，所有樁基經(jīng)第三方檢測(cè)，均為Ⅰ類樁，質(zhì)量?jī)?yōu)良。紅河特大橋元陽側(cè)主塔大直徑人工挖孔長(zhǎng)樁施工的圓滿完成，為后續(xù)其他類似工程提供了成功經(jīng)驗(yàn)。

(3)

式中，k1為飽和流體巖石的體積模量，N/m2；μ1為飽和流體巖石的剪切模量，N/m2。

2)利用Gassmann方程轉(zhuǎn)換該體積模量：

(4)

式中，k2為飽和流體巖石2的體積模量，N/m2；kfl.1、kfl.2分別為飽和流體1，2的體積模量，N/m2。

3)將剪切模量保持一致：

u2=u1

(5)

式中，u1、u2分別為飽和流體巖石1，2的剪切模量，N/m2。

4)進(jìn)行密度轉(zhuǎn)換：

ρ2=(1-φ)ρma+φρfl.2=ρ1+φ(ρfl.2-ρfl.1)

(6)

式中，ρ1、ρ2分別為飽和流體巖石1、2的密度,kg/m3；ρfl.1、ρfl.2分別為飽和流體1、2的密度,kg/m3。

5)重新求取速度:

(7)

2 含水飽和度對(duì)速度的影響

儲(chǔ)層巖石是多孔介質(zhì)，其中可充填水或油氣。流體的存在將會(huì)影響巖石介質(zhì)的地震參數(shù)特征，使波速等隨含水飽和度的變化而發(fā)生變化。圖1所示為在同一孔隙度條件下波速隨含水飽和度變化曲線。由圖1可知，當(dāng)含水飽和度增大橫波速度減小，而縱波速度下降迅速些，當(dāng)含水飽和度大于90%時(shí)，縱波速度達(dá)到最小，之后隨著含水飽和度的增大縱波速度逐漸增大，但增加的速度變得緩慢。縱波速度的這種變化是由于含水飽和度較高時(shí)，油氣的體積模量決定了混合流體的體積模量，而氣體的可壓縮性大，因此導(dǎo)致空隙的可壓縮性急劇增加，地層體積模量急劇降低[4]；當(dāng)含水飽和度繼續(xù)降低時(shí)，空隙的壓縮不再增加，從而隨著密度的降低，縱波速度逐漸增加。

圖1 波速隨含水飽和度的變化(氣層) 圖2 波速隨含水飽和度的相對(duì)變化(氣層)

圖2所示為波速隨著含水飽和度的相對(duì)變化情況。由圖2可知，橫波變化率近似一個(gè)常數(shù)，縱波的速度對(duì)流體的變化比較敏感，在含水0%～80%時(shí)縱波速度相對(duì)變化達(dá)到了80，并且在含水飽和度增加時(shí)，縱波的速度先緩慢減小然后迅速增加，顯然，縱波速度降低是含氣地層的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)該縱波速度的變化規(guī)律就能夠識(shí)別流體，從而為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)工作提供依據(jù)。

3 實(shí)例分析

對(duì)蘇25工區(qū)某探井進(jìn)行流體替代計(jì)算，得到替代后不同含水飽和度的縱橫波速度、密度及泊松比，利用Zoepprite方程[5]計(jì)算各種條件下的不同入射角時(shí)儲(chǔ)層頂面縱波反射系數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行AVO正演模擬分析，并提取相應(yīng)的泊松比剖面進(jìn)行說明。

3.1流體替代和AVO模型分析

圖3所示為儲(chǔ)層飽含氣(含水飽和度0%)時(shí)儲(chǔ)層頂面AVO響應(yīng)情況。由圖3可知，當(dāng)儲(chǔ)層飽含氣時(shí)，由于與上覆泥巖阻抗差異增大，頂面反射有所增強(qiáng)，所以振幅增加的強(qiáng)度增大。圖4所示為儲(chǔ)層飽含水(含水飽和度100%)時(shí)儲(chǔ)層頂面AVO響應(yīng)情況。由圖4可知，當(dāng)儲(chǔ)層飽含水時(shí)，地層阻抗接近上覆泥巖，頂面反射變?nèi)酰瑢?dǎo)致振幅增加的強(qiáng)度減弱。

圖3 飽含氣(含水飽和度為0%)時(shí)AVO響應(yīng)圖 圖4 飽含水(含水飽和度為100%)時(shí)AVO響應(yīng)圖

圖5顯示為含水飽和度變化時(shí)AVO響應(yīng)圖。從圖5可以看出，當(dāng)含水飽和度從0%變化到80%時(shí)，隨著入射角增加，振幅強(qiáng)度的變化較?。划?dāng)含水飽和度超過80%后，隨著入射角增加，振幅強(qiáng)度的變化較大。因此，含水飽和度是影響地震波振幅隨炮檢距變化的重要因素之一，可以通過研究AVO響應(yīng)變化來指導(dǎo)儲(chǔ)層類型的劃分。

圖5 含水飽和度變化時(shí)AVO響應(yīng)圖

3.2泊松比剖面分析

圖6 泊松比剖面圖

AVO應(yīng)用的基礎(chǔ)是泊松比的變化，而泊松比的變化是不同巖性和不同孔隙流體介質(zhì)之間存在差異的反映[6]。因此，可以通過提取泊松比屬性來進(jìn)行儲(chǔ)層孔隙流體識(shí)別。

含水飽和度變化時(shí)的泊松比剖面如圖6所示(左邊3道是含水飽和度為100%的合成CDP道集，中間3道為含水飽和度80%的合成CDP道集，右邊3道是含水飽和度為20%的合成CDP道集)。從圖6可以看出，當(dāng)孔隙中完全含水時(shí)泊松比較大，當(dāng)含水飽和度減小時(shí)泊松比也隨之減小，且含水飽和度為80%時(shí)泊松比急劇減小。這是因?yàn)楫?dāng)儲(chǔ)層中含有一定量氣體時(shí)，縱波速度降低得較快，而橫波速度變化不大，導(dǎo)致泊松比急劇減小。這表明隨著含水飽和度的減小，波阻抗差異隨之減小，從而導(dǎo)致振幅強(qiáng)度減小。因此，泊松比屬性剖面從側(cè)面驗(yàn)證了隨著含水飽和度的增加，振幅強(qiáng)度總體減小的變化規(guī)律。

4 結(jié) 語

當(dāng)巖石空隙含有不同流體時(shí)，引起巖石速度的變化，進(jìn)而引起反射波振幅隨入射角的變化。對(duì)蘇25工區(qū)的某探井進(jìn)行研究，結(jié)果表明，當(dāng)含水飽和度從0%變化到80%時(shí)，隨著入射角增加，振幅強(qiáng)度的變化較；當(dāng)含水飽和度超過80%后，隨著入射角增加，振幅強(qiáng)度的變化劇烈。在替代數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了泊松比屬性提取，從側(cè)面驗(yàn)證了隨著含水飽和度的增加，振幅強(qiáng)度總體減小的變化規(guī)律。因此，上述方法可以用來進(jìn)行氣層識(shí)別和檢測(cè)。

[1]印興耀，韓文功，李振春，等.地震技術(shù)新進(jìn)展[M].北京：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2005.

[2]鄒新寧，孫衛(wèi).盒8地層巖石物理參數(shù)及地震響應(yīng)模型研究[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006，30(2)：21-25.

[3]郝曉紅，王闖，謝春雨.流體替代技術(shù)及引用分析[J].海洋石油，2008，28(3)：1-5.

[4]夏紅敏，王尚旭，李生杰.含氣地層的AVO響應(yīng)分析[J].石油物探，2006,45(4)：357-361.

[5]殷八斤，曾灝.AVO技術(shù)的理論與實(shí)踐[M].北京:石油工業(yè)出版社,1995.

[6]馬中高，管路平，賀振華，等.利用模型正演優(yōu)選地震屬性進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)[J].石油學(xué)報(bào)，2003，24(6)：35-39.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.12.018

P631.4

A

1673-1409(2011)12-0049-04