許翠霞，馬朋善，賈志坤，楊振武

(1.中化石油勘探開發(fā)有限公司，北京100031；2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083)

?

致密火山碎屑巖含氣敏感屬性研究

許翠霞1，馬朋善2，賈志坤1，楊振武1

(1.中化石油勘探開發(fā)有限公司，北京100031；2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083)

致密火山碎屑巖儲(chǔ)層薄、巖性致密、縱波速度對(duì)含氣層的敏感性變差，導(dǎo)致縱波阻抗不能有效區(qū)分含氣層。針對(duì)此問題，開展了致密火山碎屑巖含氣敏感屬性研究。結(jié)果表明，致密火山碎屑巖縱橫波速度比(vP/vS)分布范圍為1.6～1.85，比常規(guī)砂巖縱橫波速度比范圍要小，導(dǎo)致含氣性探測難度大。通過致密火山碎屑巖測井?dāng)?shù)據(jù)分析表明，Kρλ/μ比Kρ對(duì)氣層更為敏感。因此針對(duì)性地提出了新的彈性參數(shù)組合Kρλ/μ，理論分析表明，其能夠提高氣層檢測敏感性。實(shí)踐結(jié)果證實(shí)，通過三維地震資料疊前同時(shí)反演并計(jì)算Kρλ/μ屬性體，分辨率較高；同時(shí)Kρλ/μ與σ、λ/μ交會(huì)圖識(shí)別氣層效果好，對(duì)解決復(fù)雜火山碎屑巖致密氣層識(shí)別問題具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

致密火山碎屑巖；Kρλ/μ；彈性參數(shù)；疊前同時(shí)反演

石油勘探開發(fā)從常規(guī)油氣延伸到非常規(guī)油氣領(lǐng)域，面臨的儲(chǔ)層越來越復(fù)雜，儲(chǔ)層和流體識(shí)別技術(shù)越來越先進(jìn)，“甜點(diǎn)”區(qū)的評(píng)價(jià)和體積改造技術(shù)越來越重要，疊前AVO及彈性敏感參數(shù)反演顯得尤為重要[1-3]。國內(nèi)外對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測及流體檢測研究越來越深入，提出了各種流體識(shí)別方法。Gregory和Domenico提出泊松比與縱橫波比(vP/vS)在很大程度上受流體的影響[4-5]。Goodway提出了巖石物理參數(shù)拉梅系數(shù)Lambda(λ)和剪切模量Mu(μ)，并認(rèn)為λ/μ是識(shí)別流體較好的參數(shù)組合[6]。楊海長認(rèn)為拉梅系數(shù)λ和密度ρ的乘積(λρ)與縱波阻抗交會(huì)可有效區(qū)分油水層[7]。黃捍東和王俊駿通過多參數(shù)優(yōu)選認(rèn)為，λρ對(duì)含氣砂巖敏感性高[8-9]。Russell提出了流體因子ρf屬性，ρf(ρf=IP2-cIS2)(其中，IP為縱波阻抗，IS為橫波阻抗，c為骨架占巖石的比例)更具有一般性，不同的地層c值系數(shù)不一樣[10]。孫興剛通過巖樣分析認(rèn)為，Zp2-2.15Zs2對(duì)流體具有較強(qiáng)敏感性[11]。周水生同樣認(rèn)為，Zp2-2.15Zs2及λ-0.15μ能夠清晰地刻畫含氣砂巖[12]。Katahara利用測井研究了Kρ(其中，K為體積模量)屬性，增強(qiáng)了流體檢測能力[13]。Dabagh等研究表明，同λρ相比，Kρ對(duì)流體檢測更為靈敏[14]。Sharma和Chopra提出了一種新的地震屬性Eρ，用于識(shí)別流體和巖性。實(shí)踐表明，Eρ參數(shù)對(duì)流體反映不如對(duì)巖性反應(yīng)敏感，特別是在表征脆度時(shí)，更能突出巖石的脆度[15]。

與彈性參數(shù)直接相關(guān)的屬性有體積模量、拉梅系數(shù)和泊松比等。體積模量(K)指物質(zhì)受到的流體靜壓力與其所引起的體積壓縮之比，是抵抗體積變化的一種衡量，作為不可壓縮性，可以預(yù)測地層孔隙度；拉梅系數(shù)Lambda(λ)對(duì)孔隙流體敏感，剪切模量Mu(μ)在剪切方向抵抗巖石變形，對(duì)巖石骨架敏感，可作為巖性檢測器；縱波速度(vP)、密度(ρ)數(shù)據(jù)可從常規(guī)測井資料得到，橫波速度(vS)可從偶極子陣列聲波測井得到，可計(jì)算常用敏感性參數(shù)K、λ、μ、泊松比(σ)及其相關(guān)組合，結(jié)合測井解釋成果對(duì)彈性參數(shù)進(jìn)行敏感性分析?；谝陨涎芯浚疚奶岢鯧ρλ/μ參數(shù)，由于體積模量、密度、λ/μ都對(duì)流體敏感，三者乘積會(huì)使差異更大，更能突出流體的響應(yīng)。

1 敏感參數(shù)分析方法

基于前人對(duì)彈性敏感參數(shù)的認(rèn)識(shí)，Goodway提出λ/μ對(duì)氣層與非儲(chǔ)層區(qū)分度較好，其中Lambda(λ)是第一拉梅系數(shù)，被稱為純不可壓縮性；μ是第二拉梅系數(shù)或剪切模量，有利于識(shí)別巖性。λρ、μρ可以通過AVO反演求取。

彈性參數(shù)λ/μ公式為：

(1)

由式(1)得：

(2)

(3)

參數(shù)Kρλ/μ公式為：

(4)

λ/μ可消除密度的影響，Goodway認(rèn)為參數(shù)λ/μ能夠更好地把含氣砂巖從泥巖和含水砂巖中區(qū)分出來，是巖石物性變化較敏感的參數(shù)，見式(1)[9]。Katahara、Dabagh等認(rèn)為，Kρ對(duì)含氣層非常敏感，K是體積模量，是抵制體積變形及不可壓縮性的一種度量，可對(duì)孔隙度的變化進(jìn)行度量，見式(2)[14-15]。但致密火山碎屑巖物性差(孔隙度φ小于10%)，厚度薄(4～5m)，識(shí)別氣層能力還有待進(jìn)一步提高。本文通過組合彈性參數(shù)λ/μ、Kρ的研究，發(fā)現(xiàn)Kρλ/μ對(duì)氣層更加敏感。

(5)

(6)

通過地震AVO疊前同時(shí)反演計(jì)算了IP和IS，推導(dǎo)出Kρλ/μ。通過分析含不同流體的砂巖，得出以下認(rèn)識(shí)。

(1)常規(guī)含水砂巖。vP/vS=2，λ/μ=2；根據(jù)式(6)簡化得Kρ(λ/μ)=2Kρ。

(2)常規(guī)含氣砂巖。vP/vS=1.5，λ/μ=0.25；則Kρ(λ/μ)=0.25Kρ。

與Kρ相比，常規(guī)含水砂巖彈性組合參數(shù)Kρλ/μ增大2倍，而常規(guī)含氣砂巖縮小4倍，更有利于區(qū)分常規(guī)含氣砂巖和常規(guī)含水砂巖。

(3)致密含水砂巖：vP/vS=1.73，λ/μ=0.99；Kρ(λ/μ)=0.99Kρ。

(4)致密含氣砂巖：vP/vS=1.62，λ/μ=0.62；Kρ(λ/μ)=0.62Kρ。

與Kρ相比，致密含水砂巖彈性組合參數(shù)Kρλ/μ略微縮小，而在常規(guī)含氣砂巖縮小0.62倍，更有利于區(qū)分致密含氣砂巖和含水砂巖。

與常規(guī)砂巖相比，致密砂巖中縱橫波比值的范圍縮小，導(dǎo)致含氣砂巖和含水砂巖的區(qū)分難度加大。由于Kρ對(duì)氣層敏感、λ/μ對(duì)氣層也很敏感，兩者乘積將大大增強(qiáng)對(duì)氣層的識(shí)別能力，更有利于區(qū)分氣層與圍巖。

2 測井?dāng)?shù)據(jù)敏感性分析

中國致密氣2012年已探明儲(chǔ)量接近4×1012m3，預(yù)測2020年致密氣產(chǎn)量達(dá)800×108m3，2030年達(dá)1000×108m3[16]。英臺(tái)氣田營城組火山碎屑巖沉積地層埋深為3700～4500m，地層速度達(dá)到4300～5400m/s之間。該區(qū)的火山質(zhì)碎屑巖多種巖性混雜，以凝灰質(zhì)砂礫巖、砂礫巖等非常規(guī)儲(chǔ)層為主，孔隙度普遍低于10%，屬于致密儲(chǔ)層，儲(chǔ)層與圍巖區(qū)分困難。對(duì)英臺(tái)氣田ls3井速度、縱波阻抗及密度的分布范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)氣層的縱波速度和阻抗值比圍巖小，但二者偏差不大，致使氣層縱波速度和縱波阻抗與圍巖重疊區(qū)較大，導(dǎo)致利用縱波阻抗區(qū)分氣層與圍巖難度增大。氣層密度為2.4～2.55g/cm3，圍巖密度為2.55～2.7g/cm3，氣層與圍巖密度區(qū)分度較好；同時(shí)密度(ρ)與致密儲(chǔ)層孔隙度和流體相關(guān)性很好，在缺少大偏移距道集的前提下，發(fā)現(xiàn)彈性參數(shù)組合Kρλ/μ對(duì)識(shí)別氣層敏感性較好。

通過研究英臺(tái)氣田致密火山碎屑巖測井資料，并對(duì)彈性參數(shù)Kρ與Kρλ/μ的敏感性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)Kρλ/μ比Kρ更能反映氣層的變化。在含氣區(qū)曲線Kρλ/μ比曲線Kρ對(duì)氣層更為敏感，甚至對(duì)差氣層響應(yīng)也有所增強(qiáng)(圖1)。

在分析彈性參數(shù)敏感性的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)氣層與圍巖中敏感參數(shù)的變化率，Kρ、Kρλ/μ在氣層中相對(duì)圍巖的變化率分別為-0.27、-0.5，即Kρλ/μ對(duì)氣層更敏感(表1)。體積模量(K)對(duì)于孔隙度敏感，而密度(ρ)對(duì)于巖石孔隙和流體敏感，λ/μ對(duì)孔隙流體敏感，所以三者的乘積對(duì)氣層敏感性增強(qiáng)。

表1 氣層與圍巖敏感性參數(shù)表

在對(duì)致密火山碎屑巖含氣儲(chǔ)層進(jìn)行精細(xì)刻畫時(shí)需要確定氣層與非儲(chǔ)層的界限及范圍，從圖2a可以看出Kρ與vP/vS的交會(huì)并不能把氣層與非儲(chǔ)層完全分開，數(shù)據(jù)點(diǎn)相對(duì)分散；而圖2b中Kρλ/μ與vP/vS的交會(huì)能很好地把氣層與非儲(chǔ)層分來，進(jìn)一步說明Kρλ/μ適合于致密火山碎屑巖氣層識(shí)別。

3 實(shí)際應(yīng)用

英臺(tái)氣田實(shí)際地震資料主頻為28Hz，道集數(shù)據(jù)最大入射角為26°，需要對(duì)其進(jìn)行疊前彈性參數(shù)反演。Aki—Richards′方程的Fatti′s變形公式表示了反射系數(shù)RPP和入射角度θ之間的函數(shù)關(guān)系RPPθ[17-18]，即：

RPP(θ)=c1RP+c2RS+c3RD

(11)

其中:

c1=1+tan2θ

c2=-8γ2sin2θ

式中c1、c2、c3——隨地震波入射角變化的系數(shù)；

γ——橫波速度與縱波速度之比；

ΔvP/vP——反射界面上下的縱波速度與上下界面平均數(shù)之比；

ΔvS/vS——反射界面上下的橫波速度與上下界面平均數(shù)之比；

Δρ/ρ——反射界面上下的密度之差與上下界面平均數(shù)之比；

RP——縱波阻抗反射系數(shù)；

RS——橫波阻抗反射系數(shù)；

RD——密度反射系數(shù)。

Fatti′s方程中的系數(shù)項(xiàng)和反射率項(xiàng)包含了縱波和橫波阻抗和密度信息，以及入射角信息[11-12]。根據(jù)彈性參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換公式可得出Kρλ/μ的計(jì)算公式，即：

(12)

通過阻抗體計(jì)算得出Kρ、Kρλ/μ反演體(圖3a、b)，該區(qū)含氣儲(chǔ)層段在鉆井過程中未發(fā)生垮塌，而非儲(chǔ)層段嚴(yán)重垮塌，通過井徑和密度曲線可得到，含氣區(qū)井徑未發(fā)生變化，密度值變小，結(jié)合反演剖面綜合分析有利于準(zhǔn)確判斷氣層。由圖3可以看出，Kρλ/μ反演剖面識(shí)別薄層能力比Kρ高，反演結(jié)果與ls3井解釋氣層吻合，達(dá)到預(yù)測含氣層的目的。

由圖4可見，Kρ—σ—λ/μ比較分散，而Kρλ/μ—σ—λ/μ相關(guān)性好，其中λ/μ代表顏色，紫色代表高值，紅色代表低值，通過交會(huì)可以很好地區(qū)分氣層和圍巖，黃色區(qū)域就較好地刻畫了含氣層。

4 結(jié)束語

針對(duì)英臺(tái)氣田營城組致密火山碎屑巖的特點(diǎn)，通過敏感性分析，提出了適合英臺(tái)氣田致密火山碎屑巖含氣儲(chǔ)層的預(yù)測方法，在解決復(fù)雜火山碎屑巖致密儲(chǔ)層識(shí)別問題等方面具有較好的推廣價(jià)值。

(1)致密火山碎屑巖縱橫波速度比主要分布在1.6～1.8之間，與常規(guī)砂巖相比范圍縮小，導(dǎo)致氣層識(shí)別困難。

(2)致密火山碎屑巖測井?dāng)?shù)據(jù)分析表明，Kрλ/μ比Kρ對(duì)氣層更為敏感。

(3)彈性參數(shù)Kρ、Kρλ/μ的含氣敏感性分析表明，敏感參數(shù)Kρλ/μ在反演剖面上提高了氣層分辨率，改善了致密火山碎屑巖的預(yù)測精度。

(4)Kρλ/μ與σ、λ/μ交會(huì)效果比Kρ與σ、λ/μ交會(huì)效果好，更有利于氣層解釋。

[1] 鄒才能，陶士振，白斌，等. 論非常規(guī)油氣與常規(guī)油氣的區(qū)別和聯(lián)系[J]. 中國石油勘探 ，2015，20(1)：1-16.

[2] 于秀英，古正富，賈俊杰，等. 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)測井表征的新方法[J]. 非常規(guī)油氣，2016，3(1)：14-20.

[3] 段瑤瑤，王欣，王永輝，等. 致密砂巖氣藏體積改造增產(chǎn)效果數(shù)值模擬[J]. 非常規(guī)油氣，2015，2(2)：48-51.

[4] Gregory A R. Fluid saturation effects on dynamic elastic properties of sedimentary rocks[J]. Geophysics, 1976, 41(5)：895-921.

[5] Domenico S N. Elastic properties of unconsolidated porous sand res-ervoirs[J]. Geophysics, 1977, 42(7):1339-1368.

[6] Goodway B, Chen T, Downton J. Improved AVO fluid detection and lithology discrimination using Lamé petrophysical parameters; “λρ”，“μρ”, & “λ/μ fluid stack”, from P and S inversions[C].Society of Exploration Geophysicists. SEG technical program expanded abstracts. Dallas: Society of Exploration Geophysicists, 1997: 183-186.

[7] 楊海長，李智，徐建永，等. 疊前反演在LHK地區(qū)烴類檢測中的應(yīng)用[J].物探與化探，2011,35(5)：666-688.

[8] 黃悍東，汪佳蓓，郭飛，等. 敏感參數(shù)分析在疊前反演流體識(shí)別中的應(yīng)用[J]. 物探與化探，2012, 36(6)：941-946.

[9] 王俊駿，桂志先，謝曉慶，等. 蘇里格氣田儲(chǔ)層識(shí)別敏感參數(shù)分析及應(yīng)用[J].斷塊油氣田，2013，20(2)：175-177.

[10] Russell B H, Hedlin K, Hilterman F,etal. Fluid-property discrimination with AVO: A Biot-Gassmann perspective[J]. Geophysics, 2003, 68(1): 29-39.

[11] 孫興剛，魏文，李紅梅，等.巖石物理參數(shù)的流體敏感性分析[J].油氣藏評(píng)價(jià)與開發(fā)，2012, 2(1)：37-49.

[12] 周水生，宜偉，郝召兵，等. 基于疊前反演的流體敏感屬性實(shí)驗(yàn)研究及應(yīng)用[J]. 地球物理學(xué)報(bào)，2012， 55(6)：1985-1992.

[13] Katahara W K. Lame′s parameter as a pore-fluid indicator: A rock-physics perspective[C]. SEG Expanded Abstracts, 2001: 326-328.

[14] Dabagh H Hazim，Alkhafaf S. Comparison of kρ and λρ in clastic rocks: A test on two wells with different reservoir-quality stacked sands from West Africa[J]. The Leading Edge, 2011,30(9): 986-994.

[15] Sharma R K, Chopra S. New attribute for determination of lithology and brittleness[C].Society of Exploration Geophysicists. SEG technical program expanded abstracts. Las Vegas: Society of Exploration Geophysicists, 2012: 1-5.

[16] 胡文瑞. 我國非常規(guī)天然氣資源、現(xiàn)狀、問題及解決方案[J]. 石油科技論壇，2012，31(6)：1-4.

[17] Aki K I， Richards P G. Quantitative Seismology-theory and method. W.H[M]. Freeman and Company,1980:100-170.

[18] Fatti J L, Vail P J, Smith G C,etal. Detection of gas in sandstone reservoirs using AVO analysis: A 3-D seismic case history using the geostack technique[J]. Geophysics, 1994, 59(9): 1362-1376.

Research on the Gas Sensitive Attribute of Tight Volcanic Clastic Rock

Xu Cuixia1，Ma Pengshan2，Jia Zhikun1，Yang Zhenwu1

(1.SinochemPetroleumExploration&ProductionCo.,Ltd,Beijing100031,China；2.PetroChinaResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,Beijing100083,China)

Due to tight volcanic clastic rock reservoir is thin and has tight lithology, the sensitivity of longitudinal wave velocity to the gas zone would become weak, and result in the gas layer could not be distinguished effectively by longitudinal impedance. Therefore, the gas sensitive properties of tight volcanic clastic rocks have been studied. The results showed that the range of velocity ratio(vP/vS)of longitudinal and transverse waves is between 1.6 and 1.85, which is less than that of conventional sandstone, leading to a difficult detection of gas layer. Analysis of logging data for tight volcanic clastic rock indicated thatKρλ/μwas more sensitive to gas layer than whatKρdid. So, a new elastic parameter combinationKρλ/μhas been put forward, and indicated that it could improve the sensitivity of gas layer detection by theoretical analysis. The practical application has also confirmed that resolution was higher based on the prestack simultaneous inversion of 3D seismic data as well as the calculation ofKρλ/μattribute body. At the same time, the recognition effect of gas reservoir would be better by using the intersection graph ofKρλ/μwith both σ andλ/μ, which has the promotion and application value for detecting the gas reservoir in complicated tight volcanic clastic rocks.

tight volcanic clastic rock；Kρλ/μ；elastic parameters, prestack simultaneous inversion

國家高技術(shù)研究發(fā)展規(guī)劃(863計(jì)劃)(2013AA064902)。

許翠霞(1983年生)，女，博士，現(xiàn)從事地震解釋、儲(chǔ)層預(yù)測等研究工作。郵箱：285140603@qq.com。

TE122

A