苑 坤，方欣欣，聞 濤，楊 飛中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京

2中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京

3中石化勘探分公司，北京

4長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢

基于Xu-White模型的橫波計(jì)算在厄瓜多爾18區(qū)塊的應(yīng)用

苑 坤1，方欣欣2，聞 濤3，楊 飛4*
1中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京

2中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京

3中石化勘探分公司，北京

4長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢

疊前彈性阻抗反演中，除需要縱波時(shí)差、密度測(cè)井資料外，還需要用到可靠的橫波時(shí)差。由于橫波測(cè)井采集成本較高，在實(shí)際生產(chǎn)中測(cè)量較少，且部分實(shí)測(cè)橫波受環(huán)境影響后對(duì)流體性質(zhì)(含油氣性)的反映并不理想。因此，為得到能夠準(zhǔn)確反映巖性及含油氣性的彈性參數(shù)，利用縱波時(shí)差及其他測(cè)井資料處理成果，使用基于Xu-White模型改進(jìn)的方法計(jì)算橫波，并應(yīng)用于疊前彈性阻抗反演，以預(yù)測(cè)巖性發(fā)育及流體分布情況。以厄瓜多爾18區(qū)塊為例，應(yīng)用上述方法計(jì)算橫波曲線，實(shí)現(xiàn)了在強(qiáng)非均質(zhì)性砂體中的流體預(yù)測(cè)，且根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果所設(shè)計(jì)的井位獲得了高產(chǎn)工業(yè)油流。

Xu-White模型，橫波計(jì)算，彈性參數(shù)，厄瓜多爾

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1. 引言

隨著油氣勘探的不斷深入，對(duì)于薄層砂體預(yù)測(cè)的精度要求逐步提高，以往的常規(guī)儲(chǔ)層反演方法已無法滿足目前勘探開發(fā)的需求。疊前彈性阻抗反演以其豐富的地震信息、對(duì)薄層砂體及其流體性質(zhì)的有效識(shí)別等優(yōu)勢(shì)，得到廣泛應(yīng)用。然而，橫波速度作為溝通巖石物性和地震波反射特征的橋梁，是疊前反演能否準(zhǔn)確反映地下情況的關(guān)鍵要素。

對(duì)于目前的測(cè)井技術(shù)而言，橫波測(cè)井成本仍然居高不下，多數(shù)高成熟開發(fā)區(qū)塊中，只有個(gè)別井測(cè)有橫波資料；且橫波測(cè)量受鉆筒環(huán)境影響較大，受影響資料往往無法準(zhǔn)確反映地下流體性質(zhì)。因此，利用常規(guī)測(cè)井曲線通過優(yōu)勢(shì)算法進(jìn)行橫波計(jì)算，對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及油氣檢測(cè)有重要意義[1] [2] [3]。

2. 原理與方法

作為巖石物理研究的重要參數(shù)，橫波速度的計(jì)算方法前人已做過廣泛研究[4] [5] [6]，大體分為經(jīng)驗(yàn)公式法和巖石物理理論模擬法兩大類。經(jīng)驗(yàn)公式法是基于縱波速度的一種推導(dǎo)方法，通過擬合縱波速度、密度、泥質(zhì)含量、含水飽和度、孔隙度等參數(shù)的關(guān)系來計(jì)算橫波速度[7] [8] [9]。巖石物理理論模擬法是基于巖石物理參數(shù)的一種計(jì)算方法，通過尋找?guī)r石物理參數(shù)與橫波速度之間的關(guān)系，結(jié)合其他常規(guī)測(cè)井曲線進(jìn)行橫波預(yù)測(cè)。比較成熟的方法有兩類：基于 Gassmann公式的橫波速度預(yù)測(cè)方法[10] [11]和基于Xu-White模型的橫波速度預(yù)測(cè)方法[12] [13] [14]。

該次研究計(jì)算橫波所用的方法，融合了經(jīng)驗(yàn)公式法和巖石物理理論模擬法，是在Kuster-Toksoz方程和Gassmann方程基礎(chǔ)上，結(jié)合Xu-White模型建立的一種方法，用于預(yù)測(cè)砂泥巖地層的橫波速度。所用模型將常規(guī)儲(chǔ)層的地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，假設(shè)地層由砂、泥巖兩種巖性構(gòu)成，且砂巖和泥巖均由骨架和孔隙組成，砂巖孔隙的縱橫波速度比大于泥巖；若兩塊巖石孔隙發(fā)育情況相同，若其中一塊的砂巖孔隙較為發(fā)育，那么該巖石骨架的縱波彈性模量就大于另外一塊。

上述方法計(jì)算橫波速度的流程主要為：

1) 建立符合井情況的流體置換Xu-White模型，對(duì)Xu-White模型作一定簡(jiǎn)化，將扁率這一實(shí)際難以測(cè)量的值設(shè)定為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；

2) 使用常規(guī)測(cè)井曲線計(jì)算單井的泥質(zhì)含量、孔隙度、含水飽和度等(由于基于流體置換的 Xu-White模型主要為兩相介質(zhì)的描述，因此泥質(zhì)含量、孔隙度等是將巖石劃分為兩相介質(zhì)的重要參數(shù))；

3) 使用鉆遇地層巖石的砂、泥巖的孔隙縱橫比，計(jì)算體積模量和切變模量；

4) 應(yīng)用Gassmann方程和孔隙流體的性質(zhì)計(jì)算出飽含流體巖石的體積模量和切變模量，并結(jié)合密度資料，計(jì)算出巖石的縱波速度和橫波速度。

在實(shí)際計(jì)算中，大多數(shù)井都測(cè)有縱波速度資料，因此可通過實(shí)測(cè)的縱波速度來校正計(jì)算所得的縱波速度，反復(fù)迭代，直到預(yù)測(cè)結(jié)果滿意為止。

3. 實(shí)例應(yīng)用分析

在油田生產(chǎn)開發(fā)中，不同地區(qū)所對(duì)應(yīng)的地質(zhì)情況和巖石物理特性各不相同，因此在應(yīng)用基于Xu-White模型的方法進(jìn)行橫波預(yù)測(cè)時(shí)要根據(jù)地區(qū)的實(shí)際情況，對(duì)計(jì)算過程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

Napo組作為厄瓜多爾18區(qū)塊(Oriente盆地南部)的主要儲(chǔ)層，發(fā)育潮坪–深水陸棚沉積環(huán)境，Napo組砂體主要富集于潮汐水道相和水下淺灘相，埋深約3260 m，其中有30余口井鉆遇，揭示砂體厚度約50～90 m，砂體在部分井上表現(xiàn)為薄互層正韻律，部分井表現(xiàn)為指狀砂，具橫向變化快的特點(diǎn)[15] [16] [17]。由于潮汐水道相砂體分選不均勻，孔隙度多集中于15%～20%，滲透率平均約500 m D；水下淺灘相砂體儲(chǔ)層物性較差，孔隙度約10%～15%，滲透率平均約7 mD。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育巖性地層圈閉和低幅背斜為主的構(gòu)造圈閉，其中又以巖性地層圈閉為主要目標(biāo)圈閉類型，常規(guī)的地震屬性分析及疊后波阻抗反演難以對(duì)其進(jìn)行有效識(shí)別和預(yù)測(cè)。筆者利用基于Xu-White模型的橫波計(jì)算方法，使用疊前縱橫波聯(lián)合反演技術(shù)，對(duì)儲(chǔ)層展布進(jìn)行了預(yù)測(cè)，經(jīng)驗(yàn)證，鉆后砂體展布與鉆前預(yù)測(cè)相符合。

在橫波計(jì)算過程中，泥質(zhì)含量、含水飽和度和孔隙度曲線的質(zhì)量非常重要。由于工作區(qū)已進(jìn)入開發(fā)階段，常規(guī)測(cè)井曲線資料豐富，通過與錄井資料對(duì)比，容易求得準(zhǔn)確的泥質(zhì)含量曲線。但是，若純泥巖段存在直線段，則泥質(zhì)含量曲線表現(xiàn)為方波化，方波化的泥質(zhì)含量曲線會(huì)使計(jì)算出的橫波速度方波化，影響曲線質(zhì)量，因此橫波速度計(jì)算最好針對(duì)儲(chǔ)層段進(jìn)行。在泥質(zhì)含量曲線確定的基礎(chǔ)上，利用孔隙度資料進(jìn)一步修正巖石的彈性參數(shù)，使其在儲(chǔ)層段表現(xiàn)出不同的響應(yīng)特征。對(duì)于礦物較為單一的情況，泥質(zhì)不發(fā)育地區(qū)(如僅灰?guī)r發(fā)育的層段)，孔隙度為主要影響因素。同樣，含水飽和度代表的含流體性質(zhì)對(duì)彈性參數(shù)也會(huì)產(chǎn)生較大影響。

Figure 1. Well logs used in The S-wave calculation for Well P-019 of Block 18 in Ecuador圖1. 厄瓜多爾18區(qū)塊P-019井橫波時(shí)差計(jì)算

應(yīng)用上述方法對(duì)研究區(qū)的P-019井進(jìn)行了橫波時(shí)差計(jì)算(圖1)，可以看出，通過將縱波時(shí)差、孔隙度、含水飽和度、泥質(zhì)含量和密度等常規(guī)測(cè)井資料綜合運(yùn)用，結(jié)合流體彈性參數(shù)構(gòu)建的Xu-White模型，算出的橫波時(shí)差與該井實(shí)測(cè)的橫波時(shí)差趨勢(shì)基本一致。

為驗(yàn)證該方法在全區(qū)的可操作性，將研究區(qū)內(nèi)其他有實(shí)測(cè)橫波時(shí)差曲線的井進(jìn)行了橫波時(shí)差計(jì)算，并將計(jì)算的橫波時(shí)差與實(shí)測(cè)的橫波時(shí)差曲線進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，計(jì)算的橫波時(shí)差曲線與實(shí)測(cè)的橫波時(shí)差曲線形態(tài)非常相似，絕對(duì)值誤差較小，能夠能滿足疊前彈性阻抗反演和地下流體預(yù)測(cè)的需求。

但是，部分井的個(gè)別位置出現(xiàn)了實(shí)測(cè)橫波時(shí)差曲線與計(jì)算橫波時(shí)差曲線偏幅值不同的情況。為了求證計(jì)算結(jié)果的可信性，根據(jù)巖石彈性力學(xué)理論，利用縱、橫波測(cè)井資料求得連續(xù)的動(dòng)態(tài)泊松比ν，(其中，ν是巖石的動(dòng)態(tài)泊松比，1；Δtp、Δts分別為地層的縱、橫波時(shí)差，μs/ft)。通過對(duì)比計(jì)算橫波與實(shí)測(cè)橫波計(jì)算出的泊松比曲線(圖 2)可以看出，在含油層段(3180～3185 m, 3192～3193.5 m, 3199.3～3201.7 m)，使用計(jì)算的橫波時(shí)差算出的泊松比曲線反映更明顯(泊松比為 0.22～0.24)，而實(shí)測(cè)橫波時(shí)差算出的泊松比曲線對(duì)巖性和含油性的區(qū)分都不夠明顯(偏幅較小)。

通過疊前彈性參數(shù)反演，根據(jù)泊松比對(duì)儲(chǔ)層流體變化較敏感的特點(diǎn)，進(jìn)行泊松比疊前反演(圖3)，結(jié)果表明，厄瓜多爾18區(qū)塊含油地層的泊松比(0.09～0.24)與含水地層的泊松比(0.24～0.275)或干層區(qū)分明顯，可用來反映儲(chǔ)層中流體的變化情況；Hollin組含油砂巖多分布在底部(泊松比小于0.20)，且較連續(xù)，厚度較大，而Hollin組頂部多為干砂層或泥巖，砂巖儲(chǔ)層局部發(fā)育，且多為水層。通過規(guī)律總結(jié)，針對(duì)研究區(qū)地質(zhì)情況建議并部署了P-018井，獲得了高產(chǎn)工業(yè)油流。

結(jié)果表明，使用對(duì)巖性和流體更加敏感的橫波曲線參與疊前彈性參數(shù)反演，可大幅提高油氣預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

Figure 2. The comparison of Possion ratio logs in Well P-019 of Block 18 in Ecuador圖2. 厄瓜多爾18區(qū)塊P-019井泊松比曲線對(duì)比

Figure 3. The Possion ratio inversion section in Well P-019 of Block 18 in Ecuador圖3. 厄瓜多爾18區(qū)塊過P-019井泊松比反演剖面

4. 結(jié)語

在Kuster-Toksoz方程和Gassmann方程基礎(chǔ)上，結(jié)合Xu-White模型建立的方法能夠解決實(shí)際生產(chǎn)中橫波速度測(cè)井資料缺乏的問題，是計(jì)算橫波速度的有效方法；經(jīng)與實(shí)測(cè)資料對(duì)比，所得橫波速度可信；有利于對(duì)儲(chǔ)層巖性、物性及流體的識(shí)別，提高油氣檢測(cè)的可靠性。

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[編輯] 龔丹

Received: Jun. 17th, 2016; accepted: Nov. 12th, 2016; published: Feb. 15th, 2017

The Application of Shear-Wave Calculation in Xu-White Model in Block 18 of Ecuador

Kun Yuan1, Xinxin Fang2, Tao Wen3, Fei Yang4*
1Oil and Gas Survey, China Geological Survey, Beijing
2Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Science, Beijing3Exploration Company, SINOPEC, Beijing
4School of Geophysics and Oil Resources, Yangtze University, Wuhan Hubei

In the pre-stack elastic impedance inversion technology, in addition to the need for longitudinal wave transit time, density logging data, accurate S-wave velocity data were also needed. However, the cost of shear wave logging collection was higher, and it was less used for measurement in actual production, and sometimes the S-wave logs were usually not accurate enough to reflect the fluid properties (containing oil and gas) after the measured S-wave was influenced by environment. Therefore, to obtain elastic parameters that could reflect accurately the lithology and property of oil and gas containing, the processing result of longitudinal wave transit time and other logging data was used to obtain the shear-wave by using the improved method based on Xu-white Model, the obtained shear wave was used for pre-stack elastic impedance reversion and predicting the lithologic development and fluid distribution. By Block 18 in Ecuador for example, the above method is used for calculation S-wave curve for the implementation of fluid prediction in the sand bodies with strong heterogeneity, and high industrial oil flow is obtained in the well locations designed with the predicted results.

Xu-White Model, S-Wave Velocity Calculation, Elastic Parameters, Ecuador

苑坤(1985-)，男，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事油氣資源評(píng)價(jià)工作。

2016年6月17日；錄用日期：2016年11月12日；發(fā)布日期：2017年2月15日

*通信作者。

文章引用: 苑坤, 方欣欣, 聞濤, 楊飛. 基于Xu-White模型的橫波計(jì)算在厄瓜多爾18區(qū)塊的應(yīng)用[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào), 2017, 39(1): 24-29. https://doi.org/10.12677/jogt.2017.391004

中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(DD20160196)。