付 琛 廖 鍵 陳殿遠(yuǎn) 夏竹君 謝艷華

(1.中海石油(中國(guó))有限公司海南分公司 海南?？?570312； 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)深圳分公司 廣東深圳 518000)

在鶯瓊盆地淺水區(qū)，東方1-1、東方13-2等多個(gè)氣田都具有典型的“亮點(diǎn)”特征[1-5]，氣層也表現(xiàn)出與水層明顯不同的AVO特征，所以在勘探過(guò)程中，常規(guī)的AVO技術(shù)發(fā)揮了巨大的作用[6-9]。但隨著勘探從淺水向深水發(fā)展，常規(guī)的AVO技術(shù)遇到了較大挑戰(zhàn)，在瓊東南盆地深水區(qū)，由于水深大、地層埋深淺、儲(chǔ)層物性好，以致儲(chǔ)層含氣、含水在地震上都可能表現(xiàn)為“亮點(diǎn)”特征，在AVO上也表現(xiàn)出類似的特征(即相同的AVO類型,同樣的P、G交會(huì)特征，并且P×G屬性差異也不大)，此時(shí)，常規(guī)的AVO技術(shù)很難發(fā)揮作用[10](因?yàn)槌Ｒ?guī)AVO技術(shù)只有當(dāng)烴類儲(chǔ)層的AVO特征明顯不同于其他層時(shí)才能發(fā)揮作用)，因此，迫切需要探索出新的AVO屬性分析技術(shù)來(lái)進(jìn)行有效的流體檢測(cè)。

對(duì)于AVO技術(shù)，早在1984年，Ostrander[11]就提出了根據(jù)含氣砂巖振幅隨偏移距變化來(lái)識(shí)別氣層的觀點(diǎn)；隨后1985年，Shuey[12]由近似的Zoeppritz方程出發(fā)，用數(shù)學(xué)方法對(duì)該觀點(diǎn)進(jìn)行了證明，并提出了梯度(G)與截距(P)的概念；1989年，Rutherford和Williams根據(jù)梯度、截距特征將含氣砂巖AVO分為三類[13]，將AVO直接變成烴類檢測(cè)的重要工具；1997年，Castagna將Rutherford的工作進(jìn)一步推廣，增加了第四類AVO異常[14]；為了使AVO信息易于解釋，又基于AVO基本信息陸續(xù)衍生出了縱多的用于烴類檢測(cè)的AVO屬性，有適用于Ⅱ類AVO“暗點(diǎn)”氣層的遠(yuǎn)偏移距對(duì)近偏移距疊加屬性;有適用于Ⅲ類AVO“亮點(diǎn)”氣藏的截距與梯度乘積屬性(P×G),因?yàn)棰箢怉VO砂巖具有較強(qiáng)的負(fù)截距和負(fù)梯度，其乘積為較強(qiáng)的正值，但必須非烴類為負(fù)或較弱的乘積才行；還有泊松比反射率、流體因子屬性等，雖然屬性眾多，但都必須滿足烴類儲(chǔ)層的AVO屬性特征明顯不同于非烴類儲(chǔ)層才能發(fā)揮作用。

本文以瓊東南盆地深水區(qū)為例，從大量已鉆井的AVO特征出發(fā)，詳細(xì)分析了流體和物性變化對(duì)AVO截距和梯度的影響，提出了根據(jù)AVO的相對(duì)變化進(jìn)行流體檢測(cè)的方法和思路，并通過(guò)模型正演的方式驗(yàn)證該規(guī)律的普遍性和該方法的適用性，并進(jìn)一步從理論上加以解釋和剖析，最終實(shí)際應(yīng)用也證實(shí)了該方法的有效性，有效解決了氣、水特征類似時(shí)常規(guī)AVO技術(shù)無(wú)法進(jìn)行流體檢測(cè)的難題。

1 已鉆井AVO特征分析

截距、梯度交會(huì)圖是進(jìn)行AVO分析的最好方法，其不僅能較好進(jìn)行AVO類型的識(shí)別，還能有效分析孔隙流體和儲(chǔ)層物性對(duì)AVO屬性的影響，因此為了了解瓊東南盆地深水區(qū)儲(chǔ)層的AVO特征，尋找到有效的烴類檢測(cè)方法，展開(kāi)了該區(qū)大量已鉆井的AVO分析。

1.1 圍巖對(duì)儲(chǔ)層AVO特征的影響

統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，該區(qū)儲(chǔ)層頂部所呈現(xiàn)的AVO特征與儲(chǔ)層相對(duì)于圍巖的彈性參數(shù)特征有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系(主要是橫波速度特征)(表1)，當(dāng)儲(chǔ)層的橫波速度明顯低于圍巖時(shí)，無(wú)論氣層還是水層，其梯度均為正值[15]，在截距與梯度交會(huì)圖上均位于第Ⅱ象限(圖1中砂巖2、砂巖3及砂巖4)；而當(dāng)儲(chǔ)層的橫波速度明顯高于圍巖時(shí)，其梯度則表現(xiàn)為負(fù)值，在截距與梯度交會(huì)圖上則位于第Ⅲ象限(圖1中砂巖1)，由此可見(jiàn)該區(qū)儲(chǔ)層頂部所表現(xiàn)的AVO特征是與儲(chǔ)層相對(duì)圍巖的彈性參數(shù)特征有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系的。

圖1 L17-A1井儲(chǔ)層相對(duì)于圍巖速度曲線特征與AVO特征對(duì)應(yīng)關(guān)系

表1 瓊東南盆地深水區(qū)儲(chǔ)層頂部AVO特征與彈性參數(shù)曲線特征統(tǒng)計(jì)(33口井66層)

1.2 儲(chǔ)層物性、流體對(duì)AVO特征的影響

1)常規(guī)AVO特征。

除了發(fā)現(xiàn)該區(qū)儲(chǔ)層頂部的AVO特征與其相對(duì)于圍巖的橫波速度特征有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系外，還發(fā)現(xiàn)了AVO特征與儲(chǔ)層內(nèi)部的物性及流體特征的關(guān)系。圖2是該區(qū)大量已鉆井根據(jù)測(cè)井曲線正演的AVO截距、梯度交會(huì)圖，從圖中可以看到，物性與流體變化明顯遵循不同的變化趨勢(shì)。隨孔隙增加，氣、水都有從第Ⅲ象限向第Ⅱ象限移動(dòng)的趨勢(shì)，兩者近似平行，其中氣層的AVO類型從Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ轉(zhuǎn)變，水層的AVO類型從Ⅱ→Ⅳ轉(zhuǎn)變；而當(dāng)孔隙相當(dāng)，流體發(fā)生變化時(shí)，其在交會(huì)圖上的變化趨勢(shì)則與物性變化的趨勢(shì)幾乎垂直?？梢?jiàn)包含同種流體時(shí)，物性的變化僅會(huì)使數(shù)據(jù)點(diǎn)沿著相同的趨勢(shì)上下移動(dòng)，僅流體的變化才會(huì)改變這種變化趨勢(shì)。

圖2 深水區(qū)已鉆井儲(chǔ)層截距與梯度交會(huì)圖

另外，從圖2中還可以看到，當(dāng)物性較差(孔隙度<24%)時(shí)，氣、水的數(shù)據(jù)點(diǎn)都分布在第Ⅲ象限(由于物性差，橫波速度一般高于圍巖)，氣層表現(xiàn)為Ⅲ類AVO，水層表現(xiàn)為Ⅱ類AVO，氣、水差異明顯，此時(shí)常規(guī)的AVO技術(shù)就能較好地識(shí)別氣層。但當(dāng)物性較好(孔隙度≥24%)時(shí),氣、水的數(shù)據(jù)點(diǎn)都分布在第Ⅱ象限(此時(shí)由于物性好，橫波速度一般低于圍巖),且特征類似，都表現(xiàn)為Ⅳ類AVO，此時(shí)，常規(guī)AVO分析技術(shù)很難較好地進(jìn)行氣層識(shí)別,需要尋求新的AVO分析技術(shù)。

除了分析深水區(qū)已鉆井不同物性氣層、水層的P、G交會(huì)特征外，也分析了氣層、水層振幅隨偏移角變化的特征。由于在第Ⅲ象限類，氣、水的AVO類型明顯不同，所以該部分主要對(duì)位于第Ⅱ象限內(nèi)氣、水特征類似(同為IV類AVO)的現(xiàn)象進(jìn)行分析。A氣田是位于深水區(qū)的主力氣田，該氣田鉆遇多口井，主要目的層為黃流組，由于水深大，地層埋深淺，儲(chǔ)層物性好，鉆遇的氣層、水層除了在地震上都表現(xiàn)為“亮點(diǎn)”特征外(圖3)，在AVO上也都表現(xiàn)出IV類AVO特征(圖4)，雖然整體上不同孔隙的氣層、水層的振幅都有隨角度增加減小的趨勢(shì)，但流體、物性之間的變化還是略有差異的。隨角度增加，同種流體由于物性變化導(dǎo)致的振幅差異逐漸減小(在大角度時(shí)有逐漸聚攏的趨勢(shì))，而流體變化導(dǎo)致的差異卻逐漸增大?？梢?jiàn)，不論是在截距與梯度交會(huì)圖，還是振幅隨角度變化圖上，流體和物性變化引起的變化趨勢(shì)都是明顯不同的，這為根據(jù)AVO的相對(duì)變化進(jìn)行流體識(shí)別奠定了基礎(chǔ)。

圖3 A氣田地震剖面

圖4 A氣田已鉆井儲(chǔ)層AVO曲線

2)相對(duì)AVO特征。

為了更直觀地體現(xiàn)出流體、物性變化引起的AVO趨勢(shì)的相對(duì)變化，做了AVO曲線的相對(duì)變化圖(圖5)，主要選取A氣田3井氣層的AVO曲線為標(biāo)準(zhǔn)，其余儲(chǔ)層的AVO曲線與標(biāo)準(zhǔn)AVO曲線的比值作為該儲(chǔ)層的相對(duì)AVO曲線，此時(shí)，在圖中，物性變化與流體變化則表現(xiàn)出了完全相反的趨勢(shì)，與標(biāo)準(zhǔn)層流體一致(均為氣層)，只是物性發(fā)生變化時(shí)，相對(duì)AVO曲線隨角度增加逐漸減小，而當(dāng)流體發(fā)生變化(變?yōu)樗畬?時(shí)，相對(duì)AVO曲線隨角度增加則是逐漸增大的，可見(jiàn)根據(jù)相對(duì)AVO曲線能較好地進(jìn)行流體和物性的識(shí)別。

圖5 A-3井儲(chǔ)層相對(duì)AVO曲線

為了能定量描述不同流體在相對(duì)AVO上的這種差異，進(jìn)行了相對(duì)AVO的截距、梯度交會(huì)特征分析。圖6為A氣田已鉆井儲(chǔ)層實(shí)際AVO與相對(duì)AVO的截距與梯度交會(huì)對(duì)比圖，從圖中可見(jiàn)，在儲(chǔ)層實(shí)際AVO的截距、梯度交會(huì)圖上，氣層與水層均位于第Ⅱ象限，都表現(xiàn)為負(fù)截距、正梯度的Ⅳ類AVO特征(圖6a)，兩者差異不大，但在相對(duì)AVO的截距與梯度交會(huì)圖上(圖6b)，氣、水表現(xiàn)出了明顯的不同，兩者位于不同的象限，呈現(xiàn)不同的梯度范圍，氣層的梯度明顯都小于零，表現(xiàn)為負(fù)值，而水層的梯度明顯大于零，表現(xiàn)為正值，這為根據(jù)相對(duì)AVO定量識(shí)別流體奠定了良好的基礎(chǔ)。

圖6 A氣田已鉆井儲(chǔ)層實(shí)際AVO與相對(duì)AVO的截距與梯度交會(huì)圖

2 模型正演AVO特征分析

為了證明儲(chǔ)層頂部AVO特征與圍巖、流體、物性的這種相關(guān)特征是否具有普遍性，開(kāi)展了流體替換和孔隙替換等模型正演工作，通過(guò)模擬孔隙及流體的變化有效分析圍巖、孔隙流體和儲(chǔ)層物性變化對(duì)AVO特征的影響。

2.1 圍巖對(duì)儲(chǔ)層AVO特征的影響

本部分主要選擇A氣田3井的氣層(孔隙度為26%，橫波速度略低于圍巖，Ⅳ類AVO)進(jìn)行孔隙和流體替換，結(jié)果如圖7、8所示。替換結(jié)果表明，隨著孔隙增加，儲(chǔ)層含氣、含水的橫波速度均有減小的趨勢(shì)，明顯低于上覆圍巖，表現(xiàn)出了比實(shí)際氣層更明顯的IV類AVO特征(圖7)；而當(dāng)孔隙減小時(shí)，橫波速度則有增加的趨勢(shì)，當(dāng)孔隙減小到橫波速度高于上覆圍巖時(shí)，在截距與梯度交會(huì)圖上，氣、水則由第Ⅱ象限移到第Ⅲ象限(圖8)，表現(xiàn)出了與實(shí)際鉆井中儲(chǔ)層相對(duì)圍巖所表現(xiàn)出的AVO特征同樣的規(guī)律。

圖7 A-3井儲(chǔ)層橫波速度特征與AVO特征對(duì)應(yīng)關(guān)系正演分析(孔隙增加)

圖8 A-3井儲(chǔ)層橫波速度特征與AVO特征對(duì)應(yīng)關(guān)系正演分析(孔隙減小)

2.2 儲(chǔ)層物性、流體對(duì)AVO特征的影響

1)常規(guī)AVO特征。

除了通過(guò)模型正演分析了儲(chǔ)層相對(duì)圍巖的AVO特征外，還通過(guò)模型正演的方式分析了儲(chǔ)層物性變化和流體變化對(duì)AVO特征的影響。圖9為建立的目標(biāo)層段隨孔隙及流體變化的AVO模板，該模板全面反映了孔隙變化和流體性質(zhì)變化對(duì)AVO截距和梯度的影響，顯示出了與該氣田實(shí)際地震AVO同樣的規(guī)律，即同種流體隨物性變化幾乎遵循相同的變化趨勢(shì)，只有流體變化才會(huì)改變其趨勢(shì)；且當(dāng)儲(chǔ)層屬于Ⅳ類AVO時(shí)，隨孔隙增加，不僅氣層、水層的截距有逐漸增大的趨勢(shì)，梯度也有逐漸增大的趨勢(shì)(圖10、11)。

圖9 A-3井儲(chǔ)層AVO模板

圖10 A-3井儲(chǔ)層梯度隨孔隙變化

另外，振幅隨角度的變化圖上也體現(xiàn)出了比實(shí)際已鉆井資料更好更明顯的規(guī)律(圖12)，即不同物性的同種流體振幅隨角度增加逐漸聚攏，而不同流體在大角度處振幅差異逐漸增加，可見(jiàn)，AVO隨物性、流體變化的這種相對(duì)變化趨勢(shì)并不是偶然存在的，根據(jù)AVO的這種相對(duì)變化規(guī)律進(jìn)行流體和物性的識(shí)別應(yīng)該是切實(shí)可行的。

圖11 A-3井儲(chǔ)層截距隨孔隙變化

圖12 A-3井儲(chǔ)層隨流體、孔隙變化AVO曲線

2)相對(duì)AVO特征。

同樣也對(duì)模板上均表現(xiàn)為IV類AVO的氣層、水層進(jìn)行了相對(duì)AVO分析(圖13)，圖中主要以原始儲(chǔ)層的AVO為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出其他孔隙及流體的相對(duì)AVO曲線，圖上物性變化與流體變化也表現(xiàn)出完全相反的趨勢(shì)，可見(jiàn)根據(jù)相對(duì)AVO的變化的確能將AVO類型一致的氣層、水層分開(kāi)。

圖13 A-3井儲(chǔ)層隨流體、孔隙變化的相對(duì)AVO曲線

對(duì)AVO和相對(duì)AVO的截距與梯度特征進(jìn)行了對(duì)比分析(圖14)，從圖中可見(jiàn)，即使氣層在AVO上表現(xiàn)為與水層類似的截距與梯度特征(圖14a)，其在相對(duì)AVO的截距與梯度交會(huì)圖上仍然表現(xiàn)出了明顯不同于水層的特征(圖14b，因?yàn)榭紫抖葹?6%的氣層是標(biāo)準(zhǔn)層，所以b圖沒(méi)有顯示該層)，水層在相對(duì)AVO的梯度大于零，為正值，氣層在相對(duì)AVO的梯度小于零，為負(fù)值，表現(xiàn)出了與實(shí)際已鉆井儲(chǔ)層同樣的規(guī)律。

圖14 A-3井儲(chǔ)層AVO與相對(duì)AVO截距與梯度交會(huì)對(duì)比

基于上述測(cè)井曲線參數(shù)，以30 Hz雷克子波為地震子波進(jìn)行正演，其道集特征如圖15a所示，當(dāng)氣層孔隙度為26%、24%與水層孔隙為28%、26%時(shí)均表現(xiàn)為Ⅳ類AVO，當(dāng)氣層孔隙度為22%時(shí)為Ⅲ類AVO，且都表現(xiàn)為“亮點(diǎn)”特征，所以僅選用常規(guī)的適用于“亮點(diǎn)”特征的屬性分析技術(shù)P×G屬性與相對(duì)AVO屬性做了對(duì)比分析。圖15b為常規(guī)的P×G屬性分析圖，從圖中可見(jiàn)，P×G屬性的確能很好地將表現(xiàn)為“Ⅳ”類的水層與“Ⅲ”類的氣層識(shí)別開(kāi)，但當(dāng)氣層同樣表現(xiàn)為“Ⅳ”類時(shí)，則表現(xiàn)出類似的特征，很難識(shí)別；但在相對(duì)AVO屬性圖中(圖15c，其中主要以孔隙度為26%的氣層作為標(biāo)準(zhǔn)層，求取其他道集的相對(duì)AVO屬性，所以標(biāo)準(zhǔn)層無(wú)顯示)，相對(duì)AVO屬性不僅能將表現(xiàn)為Ⅲ類AVO的氣層與水層識(shí)別開(kāi)，還能將與水層AVO類似的Ⅳ類氣層識(shí)別開(kāi)，有效解決了氣、水特征類似時(shí)常規(guī)AVO技術(shù)無(wú)法進(jìn)行流體檢測(cè)的難題。

圖15 A-3井相對(duì)AVO屬性與P×G屬性對(duì)比

3)特征成因分析。

下面對(duì)流體和物性變化會(huì)在AVO上呈現(xiàn)出不同特征的原因進(jìn)行具體分析。AVO截距主要由界面兩側(cè)的縱波阻抗差異決定，物性越好，阻抗差異越大，截距越大；而梯度的符號(hào)和大小則與界面兩側(cè)的橫波速度差異密切相關(guān)[16]。研究認(rèn)為，當(dāng)儲(chǔ)層的橫波速度大于圍巖時(shí)，梯度一般表現(xiàn)為負(fù)值，且界面兩側(cè)的橫波速度差異越小(儲(chǔ)層物性越好)，梯度的絕對(duì)值越??；而當(dāng)儲(chǔ)層的橫波速度小于圍巖時(shí)，梯度一般為正值，且界面兩側(cè)的橫波速度差異越大(儲(chǔ)層物性越好)，梯度值也越來(lái)越大[17]。

了解了彈性參數(shù)對(duì)截距、梯度的影響后，下面仍然以A氣田3井氣層為例來(lái)分析流體、物性變化對(duì)AVO的影響。從圖7中可以看到，原始?xì)鈱涌紫遁^大(為26%)，其橫波速度明顯低于圍巖，氣層頂界表現(xiàn)為明顯的IV類AVO(梯度為正值，見(jiàn)圖16)，當(dāng)氣層的孔隙相對(duì)于原始?xì)鈱?參考砂巖)減小時(shí)(為24%)，其與圍巖的縱波阻抗差異減小，所以截距也變小；而由于孔隙降低，其橫波速度則變得更高，其與圍巖的橫波速度差異則變小，所以梯度也變小，所以隨著物性變差，在截距、梯度交會(huì)圖上，數(shù)據(jù)點(diǎn)有向右斜下方移動(dòng)的趨勢(shì)，且在AVO曲線上，由于截距變小、曲線斜率的變低，也表現(xiàn)出隨角度增加逐漸向參考砂巖靠攏的趨勢(shì)(圖17)。

圖16 儲(chǔ)層流體、孔隙變化引起的截距、梯度變化

圖17 儲(chǔ)層流體、孔隙變化引起的AVO曲線變化

假設(shè)儲(chǔ)層物性沒(méi)有發(fā)生變化，僅流體由氣層變?yōu)樗畬?，顯然與圍巖聲阻抗差異也是減小的，當(dāng)然截距也是減小的；但由氣層變成水層時(shí)，橫波速度會(huì)降低，其與圍巖的橫波速度差異則增大，導(dǎo)致梯度是增大的，所以在截距、梯度交會(huì)圖上數(shù)據(jù)點(diǎn)向右斜上方移動(dòng)，在AVO曲線圖上也由于截距變小、曲線斜率的增加表現(xiàn)出隨角度增加逐漸遠(yuǎn)離參考砂巖的趨勢(shì)?？梢?jiàn)盡管物性變化與流體變化均會(huì)導(dǎo)致砂巖具有相似截距，但由于兩種情況造成砂巖橫波速度相對(duì)參考砂巖的不同變化趨勢(shì)，導(dǎo)致其在AVO特征上不同的變化趨勢(shì)，因此AVO的相對(duì)變化的確能反映出流體和物性變化。

3 應(yīng)用效果

主要利用AVO的相對(duì)變化來(lái)進(jìn)行流體識(shí)別。圖18為某氣田的地震剖面，可見(jiàn)，在同一層段(鶯歌海組、非主要目的層)，3井、5井都鉆遇氣層，1井卻鉆遇水層，而設(shè)計(jì)井2井位于3井與5井之間，所以該井同層段儲(chǔ)層含氣、含水皆有可能。為了對(duì)該井該層段的流體性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)該層段頂界進(jìn)行了AVO分析，盡管該井與其他3口井AVO特征類似，均為隨角度增加，振幅逐漸減小的Ⅳ類AVO(圖19a),但在相對(duì)AVO曲線上(以3井為參考層)，2井表現(xiàn)出與1井水層一致、與5井氣層完全相反的趨勢(shì)(圖19b)，而且，盡管在截距與梯度交會(huì)圖上，2井儲(chǔ)層與其他井的水層、氣層表現(xiàn)出同樣的正梯度特征(圖20a)，但在相對(duì)AVO的截距與梯度交會(huì)圖上(圖20b)，2井儲(chǔ)層與1井水層一樣表現(xiàn)為大于零的正梯度值，明顯不同于5井氣層的負(fù)梯度值，由此推測(cè)2井可能為水層，實(shí)鉆結(jié)果確實(shí)為水層，證實(shí)了該方法預(yù)測(cè)流體的準(zhǔn)確性。

圖18 某氣田地震剖面

圖19 某氣田儲(chǔ)層AVO與相對(duì)AVO曲線對(duì)比

圖20 某氣田儲(chǔ)層AVO與相對(duì)AVO截距與梯度交會(huì)對(duì)比

4 結(jié)論

1)儲(chǔ)層頂部的AVO特征與其相對(duì)于圍巖的橫波速度特征有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)儲(chǔ)層的橫波速度明顯低于圍巖時(shí)，其梯度為正值；當(dāng)儲(chǔ)層的橫波速度明顯高于圍巖時(shí)，其梯度則表現(xiàn)為負(fù)值。

2)儲(chǔ)層內(nèi)部的流體和物性變化也對(duì)儲(chǔ)層AVO特征有較大影響。流體和物性變化會(huì)造成在截距、梯度交會(huì)圖及AVO曲線上產(chǎn)生明顯不同的變化特征，根據(jù)AVO的這種相對(duì)變化特征能較好地進(jìn)行流體的定性識(shí)別。

3)在地質(zhì)背景橫向變化不大、相對(duì)平緩的地區(qū)，采用“相對(duì)AVO”能取得較好效果；由于地層少量含氣會(huì)引起高含氣同樣的地震特征和AVO異常，該方法很難將低含氣地層與高含氣地層識(shí)別開(kāi)；根據(jù)“相對(duì)AVO”識(shí)別流體的準(zhǔn)確性與參考層的選取息息相關(guān)。