劉明全　肖　為　馮全雄　朱美娟

1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）　2.中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司3.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司物探技術(shù)研究所

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鶯歌海盆地中深層高溫高壓河道砂巖儲(chǔ)層含氣性檢測(cè)新方法

劉明全1,2肖為3馮全雄2朱美娟3

1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）2.中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司3.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司物探技術(shù)研究所

劉明全等.鶯歌海盆地中深層高溫高壓河道砂巖儲(chǔ)層含氣性檢測(cè)新方法.天然氣工業(yè)，2016,36(6):30-35.

摘 要鶯歌海盆地中深層河道砂巖含氣儲(chǔ)層受高溫高壓和強(qiáng)非均質(zhì)性等地質(zhì)條件的影響，導(dǎo)致其AVO地震響應(yīng)特征類型多變，利用常規(guī)的P（AVO擬合截距）、G（AVO擬合斜率）、P×G、P + G等屬性已不能有效識(shí)別該區(qū)儲(chǔ)層的含氣范圍，亟待尋找適合該地區(qū)的、有效的儲(chǔ)層含氣性檢測(cè)方法。為此，通過(guò)基于Shuey近似公式的單井AVO正演模擬技術(shù)和基于蒙特卡洛隨機(jī)正演的AVO模擬技術(shù)，探討了該區(qū)含氣儲(chǔ)層的AVO類型和含氣性檢測(cè)方法。研究結(jié)果顯示，該區(qū)含氣砂巖表現(xiàn)為第Ⅰ、第Ⅲ、第Ⅳ等3 類AVO地震響應(yīng)特征；然后提出采用標(biāo)量泊松比反射率屬性作為該區(qū)含氣性檢測(cè)的敏感屬性因子，并模擬計(jì)算出了標(biāo)定系數(shù)，進(jìn)而得到了新的儲(chǔ)層含氣性檢測(cè)方法?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果表明：①新方法預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際鉆井結(jié)果相吻合；②新方法的運(yùn)用效果明顯優(yōu)于常用的P、G、P×G、P + G等流體敏感屬性因子；③有效應(yīng)用新方法的關(guān)鍵在于儲(chǔ)層AVO地震響應(yīng)特征研究、敏感參數(shù)篩選和標(biāo)定系數(shù)計(jì)算。結(jié)論認(rèn)為，新方法在該區(qū)具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞鶯歌海盆地河道砂巖高溫高壓儲(chǔ)集層含氣性檢測(cè)方法標(biāo)量泊松比反射率隨機(jī)正演AVO反演

AVO技術(shù)使用疊前地震反射振幅的變化來(lái)預(yù)測(cè)儲(chǔ)層內(nèi)流體的響應(yīng)，在從油氣定性預(yù)測(cè)到定量預(yù)測(cè)過(guò)程中起到了關(guān)鍵的作用。但是AVO技術(shù)只在世界的某些領(lǐng)域是成功的，而在許多情況下并不成功。究其原因：這些失敗并不是AVO技術(shù)本身的失敗，而是錯(cuò)誤使用該項(xiàng)技術(shù)所導(dǎo)致的失敗[1]。

鶯歌海盆地中央坳陷發(fā)育了大量呈串珠狀排列的、由泥和熱流體幕式上侵活動(dòng)而形成的“泥—流體底辟構(gòu)造”，造成該區(qū)中深層為異常高溫高壓區(qū)。無(wú)論從烴源條件還是圈閉條件的角度去比較，底辟帶中深層異常高溫高壓區(qū)都是盆該地大氣田的有利勘探目標(biāo)。該盆地中央坳陷帶某區(qū)(本文的研究區(qū))三面臨陸，盆緣河流眾多，具有東（海南隆起）、西（昆嵩隆起）、西北（紅河）等多個(gè)方向的物源供應(yīng)。多期河道砂巖發(fā)育且相互切割、疊置，呈現(xiàn)出復(fù)雜的分布格局，儲(chǔ)層縱、橫向變化劇烈。該區(qū)圍巖與儲(chǔ)層之間的泊松比關(guān)系影響著儲(chǔ)層頂面的AVO類型，隨著河道砂巖儲(chǔ)層泥質(zhì)含量、物性、厚度以及含水飽和度等諸多因素的變化，含氣儲(chǔ)層的AVO類型存在著較大的不確定性。高溫高壓導(dǎo)致地層速度發(fā)生反轉(zhuǎn)，速度隨壓力的變化而變化，進(jìn)一步導(dǎo)致了該區(qū)含氣AVO類型的復(fù)雜性，增加了AVO技術(shù)的應(yīng)用難度，常規(guī)的AVO屬性已不能有效識(shí)別該區(qū)儲(chǔ)層的含氣性[2-3]。為此，必須尋求新的含氣性檢測(cè)方法。

1　AVO技術(shù)和隨機(jī)正演AVO模擬技術(shù)的基本原理

1.1AVO技術(shù)

AVO技術(shù)的理論基礎(chǔ)是，當(dāng)入射角為零時(shí)，只有反射縱波；當(dāng)入射角不為零時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生反射縱波、反射橫波、透射縱波和透射橫波，其振幅與入射角的關(guān)系可用Zoeppritz 方程來(lái)描述。AVO分析技術(shù)的理論基礎(chǔ)為Zoeppritz方程以及有關(guān)的近似公式（以下簡(jiǎn)稱近似式），其中Aki近似式、Richards近似式、Shuey近似式在油氣識(shí)別中最為常用，Shuey近似式可以表示為[4-5]：

式中R(θ)表示地震反射系數(shù)，θ表示入射角；P表示AVO擬合截距，即零炮檢距處的反射系數(shù)；G表示AVO擬合斜率，即振幅隨入射角θ變化的比例系數(shù)。依據(jù)Shuey近似式可以得到P（或A）和G（或B）的屬性，即截距和梯度。

當(dāng)砂巖中含有不同流體時(shí)，所獲得的AVO 截距和梯度也不同，根據(jù)儲(chǔ)層阻抗與圍巖阻抗的相對(duì)高低關(guān)系及振幅隨偏移距的變化情況，可以將AVO分為4類（I～Ⅳ）[6-7]（圖1）。

圖1　AVO類型示意圖

研究區(qū)內(nèi)最常見(jiàn)的為第Ⅲ類AVO異常，這類含氣砂巖的波阻抗低于上覆介質(zhì)的波阻抗，一般屬于壓實(shí)不足和未固結(jié)（或未完全固結(jié)）的砂巖。當(dāng)砂巖中含氣時(shí)，縱波速度會(huì)明顯降低，含氣層的泊松比較小，與圍巖的泊松比之差大多在0.2～0.3之間，砂巖頂面的地震反演特征表現(xiàn)為全部反射系數(shù)為負(fù)值，包括法線入射在內(nèi)，所有入射角都有較高的反射系數(shù)，其絕對(duì)值穩(wěn)定地增加，在疊加剖面上很容易看到這類砂巖形成的亮點(diǎn)異常（圖2）。對(duì)于常見(jiàn)的第Ⅲ類AVO異常，通過(guò)AVO分析得到截距和梯度屬性后，可以根據(jù)衍生的AVO屬性，如P×G、P + G等刻畫這類含氣異常[8]，對(duì)于復(fù)雜的AVO類型，則需要采用其他的AVO屬性。筆者通過(guò)正演模擬分析，采用了更有針對(duì)性的標(biāo)量泊松比反射率屬性。

圖2　第Ⅲ類AVO的理論CDP角度道集

1.2隨機(jī)正演AVO模擬技術(shù)

利用測(cè)井曲線建立蒙特卡洛隨機(jī)正演模型（圖3）,表征泥巖的指標(biāo)有：縱波速度、橫波速度和密度；表征砂巖的指標(biāo)有:鹽水模數(shù)、鹽水密度、氣模數(shù)、氣密度、油模數(shù)、油密度、基質(zhì)模數(shù)、基質(zhì)密度、干燥巖石的模數(shù)、滲透率、孔隙度、頁(yè)巖模數(shù)、水飽和度及厚度。

圖3　蒙特卡洛隨機(jī)正演模型

指定目標(biāo)層深度(該深度經(jīng)測(cè)試已知其含油氣性)，即利用某井的測(cè)井曲線和油氣顯示情況來(lái)建立一個(gè)蒙特卡洛模型，泥巖的縱波速度和密度由測(cè)井曲線求得，泥巖的橫波速度可由Castagna等式計(jì)算得出，其中泥巖的密度可由測(cè)井曲線得出一個(gè)平均值和變化范圍（圖4）,每個(gè)參數(shù)都遵循如圖4所示的分布規(guī)律。砂巖的鹽水模數(shù)、鹽水密度、氣模數(shù)、氣密度、油模數(shù)、油密度、基質(zhì)模數(shù)、干燥巖石的模數(shù)和孔隙度參數(shù)等都可由測(cè)井曲線計(jì)算求得,也遵循圖4的分布規(guī)律[9-10]；頁(yè)巖模數(shù)、滲透率和厚度均由巖石物理學(xué)定義為均勻分布。

圖4　泥巖密度分布圖

模型建立完畢后，便采用AVO正演模擬技術(shù)模擬得到相應(yīng)的合成記錄。AVO 正演模擬的理論基礎(chǔ)是：當(dāng)入射角為零時(shí)，只有反射縱波；當(dāng)入射角不為零時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生反射縱波、反射橫波、透射縱波、透射橫波，其振幅與入射角的關(guān)系可用Zoeppritz 方程近似式（式2）來(lái)描述[11-12]。

式中R(θ)表示地震反射系數(shù)；vP表示縱波速度，m/s；vS表示橫波速度，m/s；ρ表示密度，g/cm3；θ表示入射角，（o）。

當(dāng)砂巖中含有不同流體時(shí)，所獲得的AVO截距和梯度也不同，可根據(jù)AVO模型的流體替換理論確定其截距和梯度。首先根據(jù)儲(chǔ)集層巖石的礦物成分和所含流體飽和度不同，利用Biot-Gassman 流體替換理論，計(jì)算縱、橫波速度和密度變化情況；然后用不同流體飽和度替換結(jié)果合成AVO道集模型，并對(duì)道集模型進(jìn)行AVO分析處理，分別求得模型對(duì)含油砂巖、含氣砂巖和含水砂巖的對(duì)應(yīng)響應(yīng)，對(duì)以上過(guò)程進(jìn)行多次重復(fù)，即獲得了多個(gè)點(diǎn)的截距—梯度交匯圖[13-16]。

2　AVO模擬求取標(biāo)量泊松比反射率的標(biāo)定系數(shù)

2.1基于Shuey近似式的單井AVO正演

地震振幅與炮檢距關(guān)系正演理論模型研究在AVO技術(shù)中占有很重要的位置，可以研究本地區(qū)主要目的層AVO的類型，分析利用AVO技術(shù)尋找油氣的可能性。根據(jù)已有測(cè)井資料，利用基于Shuey近似公式進(jìn)行單井AVO正演模擬，模擬結(jié)果表明，在高溫高壓區(qū)河道砂巖儲(chǔ)層中，含氣儲(chǔ)層的頂面表現(xiàn)為多種類型的AVO異常，如圖5所示，其中A井和B井的含氣砂巖頂面均為波谷，分別表現(xiàn)為第Ⅲ和第Ⅳ類AVO異常，而C井含氣砂巖頂面均為波峰，表現(xiàn)為第Ⅰ類AVO異常。單井正演模擬結(jié)果說(shuō)明，在研究區(qū)高溫高壓的地質(zhì)條件，以及研究區(qū)河道砂非均值性強(qiáng)的特點(diǎn)，導(dǎo)致了含氣AVO類型的復(fù)雜性，常規(guī)的用于識(shí)別第Ⅲ類AVO含氣異常的P、G、P×G、P + G等屬性并不適用。

2.2隨機(jī)正演AVO模擬及分析

為了系統(tǒng)全面的了解研究區(qū)含氣儲(chǔ)層的AVO類型，以及儲(chǔ)層含氣與含水在AVO屬性上的差異性，開(kāi)展了隨機(jī)正演AVO模擬分析工作。利用已有的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立了如圖3所示的蒙特卡洛隨機(jī)正演模型，應(yīng)用從實(shí)際地震數(shù)據(jù)提取的子波正演模擬儲(chǔ)層頂界面的反射地震道集；然后提取儲(chǔ)層頂面的P和G屬性，對(duì)P和G進(jìn)行歸一化之后產(chǎn)生P和G交匯的散點(diǎn)圖；根據(jù)散點(diǎn)圖分析本區(qū)儲(chǔ)層頂面所有可能的AVO類型及P和G交匯點(diǎn)隨儲(chǔ)層物性及流體的變化規(guī)律。

隨機(jī)正演AVO模擬得到氣、油、水三態(tài)在PG量版上的分布如圖6所示，從量版中可以看出，氣和水是可以很好的分開(kāi)的，這為利用AVO反演進(jìn)行流體預(yù)測(cè)提供了可能。進(jìn)一步分析表明，研究區(qū)含氣儲(chǔ)層頂面的AVO類型主要為第Ⅲ和第Ⅳ類，同時(shí)也可能出現(xiàn)少量的第Ⅰ類和第Ⅱ類。其中，隨著孔隙度的增加，AVO類型從第Ⅰ類逐漸變化到第Ⅳ類，含氣儲(chǔ)層頂面的AVO類型主要為第Ⅲ類和第Ⅳ類。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，在P和G交匯圖上，儲(chǔ)層含水和含氣分布為不同的條帶，儲(chǔ)層含氣之后會(huì)明顯偏離含水條帶，這種偏離特性可以用公式（3）表述。

圖5　單井AVO模型正演

圖6　AVO隨機(jī)正演模擬P和G交匯圖

式中SPR（Scalar Poisson’s Ratio）表示標(biāo)量泊松比，其屬性即為標(biāo)量泊松比反射率，其獲取關(guān)鍵是標(biāo)定系數(shù)α和β的確立。筆者通過(guò)隨機(jī)正演AVO模擬獲得研究區(qū)的α為0.894 4、β為0.447 2。隨機(jī)正演AVO模擬結(jié)果表明，儲(chǔ)層含氣之后會(huì)出現(xiàn)P和G的交匯點(diǎn)偏離含水條帶，在SPR屬性上即表現(xiàn)為低的異常值。

3　標(biāo)量泊松比反射率的應(yīng)用

通過(guò)隨機(jī)正演AVO模擬得到含氣識(shí)別的敏感屬性為標(biāo)量泊松比反射率，同時(shí)得到了該敏感屬性的標(biāo)定系數(shù)。筆者對(duì)比分析了標(biāo)量泊松比反射率屬性與常規(guī)AVO屬性識(shí)別含氣性的效果，圖7為AVO分析得到的P×G屬性和標(biāo)量泊松比反射率屬性識(shí)別含氣效果的對(duì)比圖。圖7中F井已鉆遇氣層，圖中紅色條帶表征氣層的分布范圍。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，常用的P×G屬性主要反應(yīng)了第Ⅲ類AVO含氣異常的分布范圍，而難以反應(yīng)第Ⅳ類AVO含氣異常，標(biāo)量泊松比反射率屬性可以同時(shí)將第Ⅲ類和第Ⅳ類AVO含氣異常都刻畫出來(lái)，與實(shí)際鉆進(jìn)情況吻合更好。也由此說(shuō)明，利用該屬性在該研究區(qū)識(shí)別儲(chǔ)層含氣性具有一定的優(yōu)勢(shì)。

針對(duì)鶯歌海盆地高溫高壓區(qū)中深層河道砂的地質(zhì)特點(diǎn)，采用標(biāo)量泊松比反射率屬性識(shí)別含氣異常的分布范圍。圖8為AVO反演得到的P和G的屬性，以及根據(jù)隨機(jī)正演AVO模擬結(jié)果計(jì)算得到的標(biāo)量泊松比反射率屬性。圖8中紅色條帶為低標(biāo)量泊松比反射率屬性異常區(qū)，指示含氣范圍。AVO反演過(guò)程不需要測(cè)井屬性的參與，反演結(jié)果完全來(lái)自于地震數(shù)據(jù)。因此井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)反演結(jié)果是最好的驗(yàn)證條件。在研究區(qū)L井處，鉆遇的氣層對(duì)應(yīng)明顯的低標(biāo)量泊松比反射率值，而水層則沒(méi)有低值異常表現(xiàn)，說(shuō)明該屬性能有效的識(shí)別含氣異常。

圖7　不同敏感屬性含氣識(shí)別效果對(duì)比圖

圖8　過(guò)L井標(biāo)量泊松比反射率屬性剖面圖

4　結(jié)　論

在鶯歌海盆地中深層，受高溫高壓以及河道砂巖儲(chǔ)層縱、橫向劇烈變化等地質(zhì)因素的影響，儲(chǔ)層含氣后AVO類型復(fù)雜多變，正演表明含氣儲(chǔ)層頂面的AVO類型主要為第III和第Ⅳ類，同時(shí)也可能出現(xiàn)第Ⅰ類和第Ⅱ類AVO特征。這就增加了應(yīng)用AVO方法識(shí)別含氣的難度，導(dǎo)致常規(guī)的P×G等AVO屬性識(shí)別含氣效果不理想。針對(duì)該難點(diǎn)，筆者基于已有的測(cè)井資料，通過(guò)隨機(jī)正演AVO模擬方法，分析儲(chǔ)層含氣與含水在P和G屬性交匯圖上的分布規(guī)律及其差異性，并通過(guò)正演模擬獲得了標(biāo)量泊松比屬性的標(biāo)定系數(shù)，進(jìn)而應(yīng)用標(biāo)量泊松比屬性識(shí)別含氣異常。對(duì)比分析后認(rèn)為，在該研究區(qū)標(biāo)量泊松比屬性識(shí)別儲(chǔ)層含氣性的效果要明顯優(yōu)于常用的P×G等流體敏感因子，前者的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際鉆進(jìn)情況相吻合。結(jié)論認(rèn)為，該方法具有較好的推廣價(jià)值。

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（修改回稿日期2016-03-21編輯居維清 ）

A new gas-bearing detection method for medium and deep channel sand reservoirs under high temperatures and high pressures in the Yinggehai Basin

Liu Mingquan1,2,Xiao Wei3,Feng Quanxiong2,Zhu Meijuan3
(1.China University of Geosciences， Wuhan， Hubei 430074， China； 2.CNOOC International Co.， Ltd.， Beijing 100011， China； 3.Geophysical Prospecting Technology Research Institute of CNOOC Energy Development Engineering & Technology Branch Company， Tianjin 300456， China)

NATUR.GAS IND.VOLUME 36,ISSUE 6,pp.30-35,6/25/2016.(ISSN 1000-0976; In Chinese)

Abstract:The AVO seismic response characteristics of the medium and deep channel sand reservoirs in the Yinggehai Basin are very complicated because of the specific geological setting with high temperature,high pressure,and strong heterogeneity,etc.Thus it becomes difficult to predict the gas-bearing property of these reservoirs in this study area by means of those common seismic AVO attributes like P intercept,G gradient,P+G and P×G products.In view of this,the forward AVO modeling by use of both Shuey’s equation and the Monte Carlo random approach was applied to discuss the AVO types and the gas-bearing prediction methods.The simulated results demonstrated three AVO response effects in this area,i.e.No.I,III and IV,then the scalar Poisson's ratio reflectance was proposed as an identification factor for the gas-bearing property and the calibration coefficient was figured out.Thus,a new gas-bearing prediction method was obtained.Field application shows that this method is of value to be further promoted by the following satisfactory findings.First,the prediction results agree well with the actual drilling ones.Second,the new prediction method shows obvious advantages over the common analysis of seismic AVO attributes.Third,the key to the effective application of this method lies in the research of AVO seismic response characteristics of the reservoir,sensitive parameter screening,and calibration coefficient calculation.

Keywords:Yinggehai Basin; Channel sand; High temperature and high pressure; Reservoir; Gas-bearing inspection method; Scalar Poisson's ratio reflectance; Random forward modeling; AVO inversion

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2016.06.004

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)子課題“海洋深水區(qū)油氣勘探關(guān)鍵技術(shù)”(編號(hào)：2008ZX05025)。

作者簡(jiǎn)介：劉明全， 1973年生，高級(jí)工程師，博士研究生；主要從事油氣勘探技術(shù)研究及管理工作。地址：（100027）北京市東城區(qū)東直門外小街6號(hào)海油大廈。ORCID：0000-0001-9427-1773。E-mail:liumingq@cnooc.com.cn