張晶玉， 張會(huì)來(lái)， 范廷恩， 張顯文， 樂(lè) 靖

(中海油研究總院，北京 100028)

0 引言

時(shí)移地震是利用不同時(shí)間、相同觀(guān)測(cè)系統(tǒng)和條件下獲得的三維地震資料，來(lái)監(jiān)測(cè)油藏的變化。作為最重要的開(kāi)發(fā)地震技術(shù)之一，時(shí)移地震油藏檢測(cè)技術(shù)在尋找剩余油和老油田挖潛方面發(fā)揮著重要作用。在油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中，含水飽和度、地下溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)都在發(fā)生變化，這些將對(duì)地震記錄產(chǎn)生影響，地震反演是獲取這些參數(shù)的重要手段[1-2]。相對(duì)于常規(guī)地震反演，時(shí)移地震反演需要針對(duì)油藏開(kāi)發(fā)前、后多次采集的地震資料分別進(jìn)行反演，在反演過(guò)程中，需要測(cè)井資料進(jìn)行初始模型建立和反演過(guò)程約束。但由于實(shí)際油田通常只在鉆井后進(jìn)行一次裸眼測(cè)井，因此需要對(duì)時(shí)移測(cè)井曲線(xiàn)進(jìn)行重構(gòu)來(lái)獲取與油藏開(kāi)發(fā)時(shí)間匹配的測(cè)井曲線(xiàn)。時(shí)移測(cè)井曲線(xiàn)重構(gòu)技術(shù)，成為時(shí)移地震反演在實(shí)際油田中推廣應(yīng)用和提高時(shí)移測(cè)井反演精度的最重要的環(huán)節(jié)之一[3]。

在油田開(kāi)發(fā)初期，鉆井后進(jìn)行一次裸眼測(cè)井，得到聲波時(shí)差、橫波速度、密度等測(cè)井曲線(xiàn)，到油田開(kāi)發(fā)中后期，隨著井點(diǎn)含油飽和度、壓力、溫度的變化，裸眼井狀態(tài)所測(cè)聲波時(shí)差、橫波速度、密度等測(cè)井曲線(xiàn)已不能反映中后期狀態(tài)下的真實(shí)值，并且這些曲線(xiàn)在下套管后又難以直接測(cè)量獲得，從而造成了測(cè)井信息和地震信息采集時(shí)間上的不一致性。在時(shí)移地震研究過(guò)程中，為了解決測(cè)井采集時(shí)間與地震采集時(shí)間不一致性的問(wèn)題，必須進(jìn)行時(shí)移測(cè)井曲線(xiàn)預(yù)測(cè)，從而達(dá)到與地震數(shù)據(jù)采集時(shí)間點(diǎn)匹配的目的，在反演應(yīng)用時(shí)達(dá)到最佳的效果。

西非深水扇A油田屬典型的深水海底扇儲(chǔ)層類(lèi)型，儲(chǔ)層為水道多期砂巖復(fù)合體，油藏主要分布于背斜構(gòu)造側(cè)翼，受斷層影響較小；儲(chǔ)層為高孔、中—高滲砂巖，物性較好；屬輕質(zhì)揮發(fā)性原油，密度低。油藏采用邊部注水、高部位采油生產(chǎn)方式，開(kāi)采32個(gè)月，采出程度超過(guò)20%。為解決面臨的采油井見(jiàn)水及隨后的注采關(guān)系和井網(wǎng)調(diào)整等油藏開(kāi)采問(wèn)題，采集了時(shí)移地震數(shù)據(jù)。筆者針對(duì)開(kāi)發(fā)前采集三維地震(基礎(chǔ)數(shù)據(jù))的時(shí)間點(diǎn)和本次時(shí)移地震(監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù))的時(shí)間點(diǎn)，開(kāi)展時(shí)移測(cè)井曲線(xiàn)重構(gòu)研究。

1 方法原理

油藏在生產(chǎn)的過(guò)程中，可以認(rèn)定其靜態(tài)參數(shù)(骨架、孔隙度、泥質(zhì)含量、滲透率)是基本不變的，縱波速度Vp、橫波速度Vs、密度Den改變主要是由于溫度、壓力、含油氣飽和度等動(dòng)態(tài)參數(shù)的變化所引起的。為了得到與地震數(shù)據(jù)采集時(shí)間點(diǎn)匹配的聲波時(shí)差、橫波速度、密度等曲線(xiàn)，通過(guò)模擬含水、溫度、壓力變化，利用巖石物理模型計(jì)算不同流體狀態(tài)下的聲波參數(shù)，從而達(dá)到與地震數(shù)據(jù)采集時(shí)間點(diǎn)匹配的目的[4]。我們建立了基于巖石物理模型多次迭代修改，結(jié)合滲流力學(xué)理論，考慮了滲透率、溫度、粘度、壓力和飽和度變化對(duì)流體參數(shù)影響等因素的時(shí)移測(cè)井曲線(xiàn)預(yù)測(cè)技術(shù)流程圖(圖1)。

圖1 時(shí)移測(cè)井曲線(xiàn)預(yù)測(cè)技術(shù)流程圖Fig.1 The technical flow chart of time-lapse logging curves prediction

儲(chǔ)層位置的含水飽和度在油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中變化是最大的，時(shí)移測(cè)井曲線(xiàn)預(yù)測(cè)主要是通過(guò)改變儲(chǔ)層位置含水飽和度Sw的變化，來(lái)恢復(fù)或預(yù)測(cè)不同狀態(tài)下的Vp、Vs、Den，解決了測(cè)井與地震時(shí)間不一致的問(wèn)題[5]。通過(guò)擾動(dòng)含水飽和度來(lái)改變巖石物理模型，之后做合成記錄求得與觀(guān)測(cè)地震的相關(guān)系數(shù)，當(dāng)相關(guān)系數(shù)滿(mǎn)足給定條件時(shí)，可以認(rèn)定，當(dāng)前含水狀態(tài)與觀(guān)測(cè)地震采集時(shí)狀態(tài)一致，求出觀(guān)測(cè)地震采集點(diǎn)時(shí)間狀態(tài)一致的測(cè)井Vp、Vs、Den。溫度和壓力的變化，可以在只擾動(dòng)含水飽和度參數(shù)無(wú)法獲得滿(mǎn)意結(jié)果的情況下，再在建立的巖石物理模型中考慮加入這兩個(gè)參數(shù)的影響。

1.1 巖石物理模型建立

Gassmann模型是研究流體飽和在孔隙巖石中對(duì)地震速度影響，運(yùn)用Gassmann模型求解流體飽和巖石的縱橫波速度。該模型將飽和流體孔隙巖石的彈性模量與干巖石骨架的彈性模量、固體顆粒彈性模量和孔隙流體聯(lián)系起來(lái)。流體飽和體積模量Ksat由式(1)給出[6-9]。

(1)

式中：Ks表示基本礦物(顆粒)體積模量；Kdry表示干巖石(骨架)體積模量；φ表示孔隙度；Kf表示流體彈性模量。

在進(jìn)行流體替換研究過(guò)程中，Kdry和Ks可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量干巖樣獲得，Kf由式(2)計(jì)算得到。

(2)

式中：Kw、Ko、Kg分別為水、油、氣的彈性模量；Sw、So、Sg分別為水、油、氣飽和度。

聲波在流體飽和巖石中的等效速度由式(3)計(jì)算得出。

(3)

式中：μ為巖石剪切模量，可由實(shí)驗(yàn)室測(cè)得；ρ為等效密度，與飽和度成線(xiàn)性關(guān)系：

ρ=φ·Sw·ρw+φ·So·ρo+

φ·(1-Sw-So)·ρg+(1-φ)ρma

(4)

式中：ρw、ρo、ρg分別為水、油、氣密度；ρma為巖石骨架密度。

通過(guò)油、水層以及油水過(guò)渡層的多波和疊前特征模擬，來(lái)優(yōu)化巖石物理參數(shù)(如巖石骨架的參數(shù)等)，取得最優(yōu)的模擬特征和觀(guān)測(cè)特征的擬合。這一過(guò)程稱(chēng)為巖石物理模型的標(biāo)定(圖2)，具體的流程為：

圖2 巖石物理模型標(biāo)定流程圖Fig.2 The schematic diagram of rock physics model calibration

1)對(duì)收集目標(biāo)油藏的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，確定目標(biāo)區(qū)塊縱波速度、橫波速度、縱波阻抗、橫波阻抗、泊松比等地震屬性隨油藏地層深度、泥質(zhì)含量、孔隙度、含水飽和度、含氣飽和度、含油飽和度等變化的趨勢(shì)。

2)通過(guò)對(duì)全區(qū)地震和油藏間變化趨勢(shì)的了解，對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，選擇測(cè)井樣本點(diǎn)，作為標(biāo)定的參考數(shù)據(jù)。

3)對(duì)測(cè)井樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，得到目標(biāo)區(qū)塊縱波速度、橫波速度、縱波阻抗、橫波阻抗、泊松比等參數(shù)值。

4)根據(jù)油藏儲(chǔ)層和流體性質(zhì)，對(duì)選定的巖石物理模型進(jìn)行初始化，即初步設(shè)置巖石物理模型參數(shù)(如油藏類(lèi)型、溫度、油氣性質(zhì)等)。

5)計(jì)算巖石物理模型，分析比較巖石物理模型

計(jì)算結(jié)果與測(cè)井樣本點(diǎn)的差異。

6)根據(jù)擬合結(jié)果判定，若擬合效果不好，需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，重新進(jìn)行巖石物理模型計(jì)算，重復(fù)上一步過(guò)程，直到擬合結(jié)果滿(mǎn)足研究需要為止。

7)測(cè)井巖石物理正演。

1.2 巖石物理參數(shù)求取

建立準(zhǔn)確的巖石物理模型并進(jìn)行標(biāo)定，通過(guò)擾動(dòng)含水飽和度Sw改變巖石物理模型，獲得不同狀態(tài)下的Vp、Vs、Den，如圖3所示，對(duì)層位2和層位3之間的層段的測(cè)井曲線(xiàn)進(jìn)行重構(gòu)，在含水飽和度在0和1之間給予一定的擾動(dòng)量，波阻抗AI曲線(xiàn)周?chē)碾x散點(diǎn)即根據(jù)擾動(dòng)含水飽和度Sw結(jié)合標(biāo)定好的巖石物理模型計(jì)算得到的波阻抗值。然后合成地震記錄，求得與觀(guān)測(cè)地震的相關(guān)系數(shù)，當(dāng)相關(guān)系數(shù)最高時(shí)認(rèn)定，當(dāng)前含水狀態(tài)與觀(guān)測(cè)地震采集時(shí)狀態(tài)一致，分別求出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)時(shí)間狀態(tài)一致的測(cè)井Vp、Vs、Den，達(dá)到重構(gòu)地球物理彈性參數(shù)的目的。

圖3 時(shí)移測(cè)井曲線(xiàn)預(yù)測(cè)示意圖Fig.3 The schematic diagram of time-lapse logging curves prediction

2 實(shí)際資料應(yīng)用

2.1 巖石物理模型標(biāo)定

地層的壓實(shí)作用、地層水入侵將影響井壁、構(gòu)造等，以及受地下水礦化度、井分布狀況等客觀(guān)因素的制約，巖石物理模型的精度會(huì)存在一定的誤差。為了提高A油藏巖石物理建模的精度，分別采用了Gassmann模型和韓德華模型進(jìn)行建模，選擇其中精度較高的模型作為最終的巖石物理模型。

韓德華模型的公式如式(6)所示。[10-11]：

(6)

式中：V為地震縱波或者橫波速度；φ為巖石孔隙度；Vsh表示泥質(zhì)含量；a、b、c、d分別是與之相對(duì)應(yīng)的常數(shù)；Pe表示有效壓力，且有Pe=Pc-Pr，Pc為地層壓力，Pr為孔隙壓力。

圖4為對(duì)A2和A5兩口井采用兩種巖石物理模型進(jìn)行測(cè)井巖石物理正演的縱橫波速度曲線(xiàn)對(duì)比，用兩種巖石物理模型進(jìn)行測(cè)井巖石物理正演，正演結(jié)果曲線(xiàn)趨勢(shì)較一致，與原始曲線(xiàn)的擬合程度均較好，相比Gassmann模型的擬合程度更高。

2.2 時(shí)移測(cè)井曲線(xiàn)重構(gòu)

綜合分析測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的采集時(shí)間、井類(lèi)型、生產(chǎn)層段、見(jiàn)水時(shí)間、含水飽和度等信息，獲取得到的狀態(tài)下的含水飽和度值范圍，之后通過(guò)時(shí)移測(cè)井預(yù)測(cè)技術(shù)得到結(jié)果。A油田中，A-7井是注水井，根據(jù)其測(cè)井采集時(shí)間和注水時(shí)間，分析得出它的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)是基礎(chǔ)狀態(tài)下的，需要預(yù)測(cè)得到它在監(jiān)測(cè)狀態(tài)時(shí)的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，此時(shí)其注水層段的含水飽和度為100%，通過(guò)標(biāo)定的巖石物理模型，可以獲得該井在監(jiān)測(cè)狀態(tài)時(shí)的縱橫波速度曲線(xiàn)。A-9井是生產(chǎn)井，在監(jiān)測(cè)狀態(tài)下其生產(chǎn)層段的含水飽和度未知，因此計(jì)算含水飽和度從5%遞增至70%每個(gè)狀態(tài)下的縱橫波速度值，對(duì)比不同含水飽和度狀態(tài)下的合成記錄與觀(guān)測(cè)地震的相關(guān)系數(shù)，當(dāng)含水飽和度為35%時(shí)，相關(guān)系數(shù)最高時(shí)，認(rèn)定當(dāng)前含水狀態(tài)與觀(guān)測(cè)地震采集時(shí)狀態(tài)一致。圖5所示為A-7和A-9井重構(gòu)得到的監(jiān)測(cè)狀態(tài)下的測(cè)井曲線(xiàn)(黑色)與基礎(chǔ)狀態(tài)下的測(cè)井曲線(xiàn)(紅色)對(duì)比。

圖4 不同巖石物理模型建模結(jié)果對(duì)比Fig.4 The comparison of different rock physical model modeling results

圖5 時(shí)移測(cè)井曲線(xiàn)重構(gòu)結(jié)果Fig.5 Time-lapse logging curves reconstruction results(a)A-7；(b)A-9

2.3 在地震反演中的應(yīng)用

A油田的時(shí)移測(cè)井曲線(xiàn)重構(gòu)以疊前地震采集時(shí)間為基礎(chǔ)，通過(guò)巖石物理模型的建立和關(guān)鍵參數(shù)含水飽和度的控制，有效地解決了測(cè)井采集時(shí)間和地震采集時(shí)間不匹配的問(wèn)題。圖6為重構(gòu)時(shí)移測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)應(yīng)用前(圖6(a))與應(yīng)用后(圖6 (b))所建立的彈性阻抗初始模型過(guò)A-7井的剖面，通過(guò)對(duì)比圖6(a)和圖6 (b)可以發(fā)現(xiàn)，在3 700 m以下的生產(chǎn)層位，由于A(yíng)-7井在生產(chǎn)過(guò)程中的注水效應(yīng)，導(dǎo)致基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集時(shí)間點(diǎn)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集時(shí)間點(diǎn)儲(chǔ)層的彈性阻抗值發(fā)生了很大變化，使用重構(gòu)之后的時(shí)移測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立的初始模型能夠正確地表征生產(chǎn)層位的水淹特征，因此更加貼近油田開(kāi)發(fā)以后地下介質(zhì)的真實(shí)情況。

圖6 時(shí)移測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)應(yīng)用前與應(yīng)用后建立的初始模型Fig.6 The initial inversion model built without and with time-lapse logging curves(a)應(yīng)用前；(b)應(yīng)用后

3 結(jié)論及建議

筆者的時(shí)移測(cè)井曲線(xiàn)重構(gòu)研究以巖石物理模型為基礎(chǔ)，重點(diǎn)討論了含水飽和度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)重構(gòu)測(cè)井曲線(xiàn)達(dá)到與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間點(diǎn)匹配。時(shí)移測(cè)井曲線(xiàn)重構(gòu)研究將水驅(qū)特征和流體變化信息演繹為巖石物理關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為地震振幅信息。應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，為A油田后續(xù)的時(shí)移地震反演提供了更加準(zhǔn)確的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)。

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