信 毅 （中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000）

吳述林 （油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室（長江大學），湖北荊州434023）

陳偉中 （中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000）

章成廣 （油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室（長江大學），湖北荊州434023）

致密砂巖氣層識別技術在大北地區(qū)的應用

信 毅 （中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000）

吳述林 （油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室（長江大學），湖北荊州434023）

陳偉中 （中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000）

章成廣 （油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室（長江大學），湖北荊州434023）

理論和試驗研究表明，聲波速度比與含氣飽和度有密切的關系，通過試驗關系式獲得的含氣飽和度可作為氣層指示。由于利用聲波全波資料以聲波能量為基礎很難定量地識別氣層，重點介紹了利用縱橫波速度比和流體壓縮系數(shù)識別油氣層的方法，以及利用含氣飽和度指示、流體壓縮系數(shù)、時差比和巖石壓縮比綜合解釋氣層的方法。該方法在大北地區(qū)致密砂巖氣層識別中取得了較好的應用效果。

縱橫波速度比；流體壓縮系數(shù)；油氣層識別；致密砂巖氣層

利用聲波全波資料識別氣層，由于以聲波能量為基礎的油氣識別方法受井眼等因素的影響大、關系復雜，很難準確獲得流體參數(shù)特征，對于精確地識別氣層有很大的難度［1～3］。為此，筆者重點介紹了利用縱橫波速度比和流體壓縮系數(shù)識別油氣層的方法。該方法在大北地區(qū)致密砂巖氣層識別中取得了較好的應用效果。

1 縱橫波速度比指示氣層的方法

縱橫波速度比的變化能夠定性指示氣的存在［4］，但是地層縱波、橫波速度比除了與飽和流體性質存在密切關系外，同時也與巖性、壓實和膠結程度、覆蓋層的有效壓力和孔隙度等參數(shù)有關，以及受侵入效應的影響有關［5］。為此，可以通過求準完全飽和水時的縱橫波速度比與實測縱橫波速度比進行比較指示氣層。

Gassman證明，在孔隙壓力均勻且與孔隙結構無關的條件下，干燥巖石與飽和水巖石的有效彈性模量之間存在唯一的相互關系：

根據(jù)彈性理論，飽和水地層縱橫波速度與彈性模量的關系有：

式中，Ks、Kd、Kma與Kf分別為飽和水巖石、干燥巖石、固體顆粒與孔隙流體的彈性模量，Pa；為巖石孔隙度，小數(shù)；Gs、Gd分別為飽和水巖石和干燥巖石的有效剪切彈性模量，Pa；Vp、Vs分別為縱波速度和橫波速度；m／s；ρ為巖石體積密度，kg／m3。把式（2）代入式（1），可得飽和水地層縱橫波速度比值：

把根據(jù)理論公式計算的飽和水地層的縱橫波速度比（以下簡稱“理論值”）與實測波形提取的縱橫波速度比（以下簡稱“實測值”）對比，就能判別氣層的存在。當實測值＜理論值時為油氣層，當實測值≥理論值時為水層。

圖1為大北地區(qū)W井白堊系（5540～5640m）縱橫波時差比（DTR）與橫波時差（DTS）、縱波時差（DTC）的關系圖（縱波時差＝1／縱波速度；橫波時差＝1／橫波速度）。從圖1中可以看出，該層段實測值大多數(shù)落在理論值（理論水線）以下，因此可判別為氣層。

圖1 大北地區(qū)W井（5540～5640m）縱橫波時差比與橫、縱波時差的關系

利用飽和水地層的聲波測量資料，可得到理論水線的關系式，再根據(jù)實際測量點在交會圖上的位置來判別氣、水層。如果測量點落在水線下方即為氣層，測量點落在水線附近或上方則為水層。大北地區(qū)的理論水線公式為：

2 流體壓縮系數(shù)識別氣層方法

在含氣地層中，往往是地層縱波速度減小明顯，而橫波速度變化很小，造成含氣地層的縱橫波速度比要比飽和水地層的縱橫波速度比小的多，利用這一性質可以用來識別氣層［6］。孔隙中水相和氣相在聲學特性上有很大的差異，水的壓縮系數(shù)遠小于氣的壓縮系數(shù)。因此只要獲得流體壓縮系數(shù)，就能做到定量或半定量地區(qū)分出水層、氣層或油氣層。

2.1 體積彈性模量求壓縮系數(shù)

體積彈性模量的倒數(shù)為壓縮系數(shù)，壓縮系數(shù)與流體性質有關，若設含氣飽和度為Sg，則流體壓縮系數(shù)Cf可表示成：

式中，Kg為氣的體積彈性模量，Pa；Kw為水的體積彈性模量，Pa。從式（5）中可看出，在氣、水兩相地層中，知道了地層流體壓縮系數(shù)就可以反推出含氣飽和度。

地層壓縮系數(shù)CB可表示成地層固相各組分和流體相壓縮系數(shù)的加權平均之和：

式中，VSH為泥質含量，小數(shù)；VCA為鈣質含量，小數(shù)；KSA為砂巖彈性模量，Pa；KSH為泥質彈性模量，Pa；KCA為鈣質體彈性模量，Pa。

巖石體積壓縮系數(shù)也可由地層縱、橫波速度和密度獲得：

這樣流體壓縮系數(shù)可由式（7）反推獲得。由于體積彈性模量忽略了介質間的相互影響，獲得的流體壓縮系數(shù)往往偏小。

2.2 Boit－Gassman關系式求流體壓縮系數(shù)

由式（5）～（7）和式（1）容易推得流體壓縮系數(shù)表達式：

串聯(lián)模式：

并聯(lián)模式：

式（10）中巖石骨架的縱波速度、橫波速度可取灰?guī)r或白云巖的骨架值，對于泥巖縱波速度可取100μs／ft，縱橫波速度比可取1.95。

3 資料處理與油氣層識別解釋

利用陣列聲波測井資料獲得的參數(shù)用于油氣識別，主要參數(shù)包括：

1）縱波、橫波和斯通利波時差（DTC，DTS，DTST）及縱橫波速度比（DTR）。

2）利用縱波、橫波時差、密度及泥質和孔隙度資料計算了彈性模量和流體壓縮系數(shù)，提供了飽含水地層的縱橫波速度比（DTRW）、巖石楊氏模量（YME）、切變模量（G）、泊松比（PR）、巖石壓縮系數(shù)（CB）和流體壓縮系數(shù)，其中體積流體壓縮系數(shù)（CFV）是用體積彈性模量求得的，孔隙流體壓縮系數(shù)（CFG）用孔隙結構模型求得的。

3）采用巖心聲波試驗模型計算了含氣飽和度指示參數(shù)，提供了含氣飽和度指示（SGI）。DTRW與實測DTR重疊，可定性識別油氣層；流體壓縮系數(shù)、巖石壓縮系數(shù)與泊松比二條曲線重疊，可定量或半定量識別油氣層［7，8］。一般水層的壓縮系數(shù)小于4GPa－1；油氣層的壓縮系數(shù)較高，一般大于8GPa－1以上，但往往由于孔隙結構、巖石組分膠結物等因素的影響計算流體壓縮系數(shù)可能會偏低。因此用流體壓縮系數(shù)識別油氣層要參考水層值。

圖2為大北X井聲波氣層識別成果圖。從圖2中看出，聲波參數(shù)顯示的氣特征沒有前面幾口井好，在5078～5084m層段，聲波參數(shù)都指示了氣特征，以下層段盡管泊松比PR與巖石壓縮系數(shù)CB重疊、測量時差比DTR與完全含水時時差比（DTRW）重疊及氣指示值SGI對氣有一定顯示，但流體壓縮系數(shù)CFV都低于水值，而孔隙度、滲透率又顯示為儲層，說明該層段含水。在5677～5687m層段試油為含水氣層，在5792～5802m層段試油為含氣水層，說明聲波參數(shù)指示氣層解釋結果是正確的。

圖2 大北X井陣列聲波測井識別氣層成果圖

4 結 論

1）縱橫波速度比能夠定性地指示氣層，在大北地區(qū)致密砂巖地層中的應用效果也比較好。但同時也要考慮地層縱橫波速度比受巖性、物性等各種因素影響。

2）流體壓縮系數(shù)能定量或半定量區(qū)分出水層和氣層或油氣層，能有效地提升儲層產(chǎn)能。

［1］Willis M E，Toksoz M N.Automatic P and S velocity determination form full waveform digital acoustic logs［J］.Geophysics，1983，48（12）：1631～1644.

［2］Schmitt D P，Bouchon M.Full－wave acoustic logging microseismograms and frequency－wave number analysis［J］.Geophysics，1985，50（11）：1756～1778.

［3］章成廣，江萬哲，肖承文，等.聲波全波資料識別氣層方法研究［J］.測井技術，2004，28（5）：397～401.

［4］Winbow G A.A theotetical study of acoustic S－wave and P－wave velocity loggings with conventional and dipole source in soft formation［J］.Geophysics，1988，53（10）：1334～1342.

［5］張銀海，李長文.縱波特性與巖石含水飽和度關系的試驗研究［J］.測井技術，1995，19（1）：6～10.

［6］Winbow G.A compressional and shear arrivals in a multipole sonic log［J］.Geophysics，1985，50（9）：1119～1126.

［7］張銀海，李長文.聲波參數(shù)識別含氣砂巖地層試驗研究［J］.測井技術，2000，24（3）：194～197.

［8］喬文孝，閻樹文.用聲波測井資料識別油氣層［J］.測井技術，1997，21（3）：215～220.

［編輯］ 龍舟

90 Application of Compacted Sandstone Gas－zone Identification Technology in Dabei Region

XIN Yi，WU Shu－lin，CHEN Wei－zhong，ZHANG Cheng－guang

（First Authors Address：Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Tarim Oilfield Company，CNPC，Korla841000，Xinjiang，China）

Theoretical and experimental studies showed that acoustic velocity ratio was closely related with gas saturation，gas saturation obtained by using experimental correlation could be used as a gas－zone indicator.Acoustic full wave data based on the acoustic energy was difficult to quantitatively identify the gas reservoir.The method of P－wave and S－wave velocity ratio indication of oil and gas interpretation and the fluid compressibility coefficient are emphatically introduced for more accurately identifying the reservoir，gas saturation indication and fluid compressibility factor，time lag ratio and the rock compression ratio.It obtains good application result for identifying the compact sandstone reservoirs in Dabei Region.

P－wave and S－waves ratio；fluid compressibility；oil and gas reservoir identification；compacted sandstone gaszone

book=210,ebook=210

P631.84

A

1000－9752（2012）06－0090－05

2012－02－20

國家油氣重大專項（2011ZX05020－008）；油氣資源與探測國家重點實驗室開放課題項目（00480080）。

信毅（1980－），男，2002年大學畢業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事測井資料解釋評價工作。