基于疊前地震反演的儲層流體識別方法

楊文博,張世鑫,宗兆云

(1.中海石油有限公司 湛江分公司研究院,廣東湛江 524057;2.中國石油大學 地球資源與信息學院,山東青島 266555)

基于疊前地震反演的儲層流體識別方法

楊文博1,張世鑫2,宗兆云2

(1.中海石油有限公司 湛江分公司研究院,廣東湛江 524057;2.中國石油大學 地球資源與信息學院,山東青島 266555)

首先以Fatti近似推導得到的彈性阻抗方程為出發(fā)點,討論了縱波、橫波阻抗的直接反演方法與流程,然后對各種流體識別因子進行了分析與歸類和總結,給出了流體因子的一般表達形式,最后從Gassm ann公式出發(fā),對地震資料的特點以及含不同流體介質的物理特性進行分析,提出了一個高靈敏度流體因子。應用實例表明,高靈敏度流體識別因子對流體的識別較其它的流體識別因子有較高的靈敏度。

流體識別;疊前反演;縱波阻抗;橫波阻抗;高靈敏度流體因子

0 前言

隨著石油勘探開發(fā)力度的加大,原有的簡單構造型油氣藏越來越少。為滿足開采的需要,在計算機處理能力和地震處理,解釋技術水平都有大幅度提高的今天,地震勘探已經開始將尋找復雜構造及隱蔽型油氣藏作為勘探的目標。通過疊前反演技術,可以獲得多個彈性阻抗數(shù)據(jù)體,這些數(shù)據(jù)體中含有縱波、橫波速度和密度等巖石物理參數(shù)的信息。如果通過一些手段將這些參數(shù)信息從反演數(shù)據(jù)體中提取出來,那么通過這些參數(shù)可以得到豐富的AVO(或AVA)屬性,這些屬性信息對巖性及流體變化更為敏感,可以幫助我們更為準確地描述地下儲層的特征。

近年來,人們以地震縱波和橫波資料為基礎,對儲層的流體識別進行了深入研究,提出了識別流體異常的LMR(Lam bda-m u—rho)法[1],識別流體組分的Russell法[2],直接油氣指示(DH I)的波阻抗差分析法[3],巖性油氣藏的儲層預測法[4-10],以及高靈敏度流體因子識別方法[11]等。雖然這些方法均取得了一定的實際效果,但缺乏對流體識別因子特征和應用條件的系統(tǒng)分析,因此,很難根據(jù)實際情況準確地選擇合適的流體識別因子。為此,我們在對流體識別因子敏感性系統(tǒng)分析的基礎之上,提出了具有實用性與普遍適應性的高靈敏度流體因子構建方法。

1 疊前彈性參數(shù)反演方法

基于Zoepp ritz方程的A ki-R ichards(1980)近似,Conno lly[12]提出了與角度有關的彈性阻抗方程,它是縱波、橫波速度,密度和入射角度的函數(shù)。利用Conno lly的彈性阻抗方程,可反演得到不同角度的彈性阻抗數(shù)據(jù)體,從這些數(shù)據(jù)體中可直接提取得到縱波、橫波速度和密度數(shù)據(jù)體,用提取得到的縱波、橫波速度和密度參數(shù),可計算出縱波、橫波阻抗等其它的參數(shù)數(shù)據(jù)體[13]。在無噪音的情況下,基于Conno lly的彈性阻抗公式,可反演得到準確的縱波、橫波速度。但隨著噪音的增加,所得的縱波、橫波速度的誤差也隨之增加。M allick等人[14～16]也指出,當存在2%的隨機噪音時,用該彈性阻抗公式進行反演,已不能提取得到合理的彈性參數(shù)。由于高靈敏度流體因子是縱波、橫波阻抗的函數(shù),而要得到結算精確的流體識別因子,就必須首先反演得到準確的縱波、橫波阻抗結果。為此,需要進行縱波、橫波阻抗的直接反演[13]。

1.1 基于Fatti近似的彈性阻抗公式

基于Fatti近似推導得到的彈性阻抗方程,它是縱波、橫波阻抗與入射角度的函數(shù),采用此彈性阻抗公式進行疊前反演,為縱波、橫波阻抗的直接求取奠定了基礎。彈性阻抗方程表達式見式(1)。

其中 K為橫波與縱波速度比的平方。

1.2 彈性阻抗方程的標準化

與Conno lly公式類似,上面推導出的公式(1)也存在求取的彈性阻抗EI(θ)值隨角度的變化在量綱尺度上有很大變化的問題,這不利于進行不同角度的E I(θ)值之間的對比,以及與波阻抗(A I)值的對比。在綜合分析A I、EI時,首先要將EI變換到A I的量綱尺度上,這給實際工作帶來了不便[17]。為克服該問題,消除入射角變化對量綱尺度的影響,應對推導出的彈性阻抗公式進行標準化處理。為消除入射角變化對尺度的影響,可引入三個參考常數(shù)Ip0、Is0和ρ0,并把式(1)改為:

如果這些常數(shù)值被定為Ip、Is和ρ曲線的平均值,這樣求得的EI(θ)就會在單位1附近變化。這一修改去掉了函數(shù)對尺度的依賴性,并使函數(shù)更加穩(wěn)定。如果用因子Ip0進一步標定這個函數(shù),EI的尺度變得與A I一樣,并且EI(θ)能夠正確地計算出聲阻抗在θ=0°時的值Ip=αρ。

其中 a=1+tan2θ;b=-8K sin2θ;c=-4K sin2θ-tan2θ

1.3 彈性阻抗反演流程

用公式(3)進行的彈性阻抗反演,與基于Conno lly的彈性阻抗方程進行的反演相類似,它們都需要經過地震資料處理,測井資料處理,角度子波的提取和彈性阻抗反演幾個部份,具體的反演流程如圖1所示。

(1)地震資料處理。在進行彈性阻抗反演之前,必須通過建立不同角度的角度道集,將地震數(shù)據(jù)的偏移距數(shù)據(jù)體轉化為角道集數(shù)據(jù)體(部份角道集疊加)。

圖1 彈性阻抗反演流程圖Fig.1 Flow chartof EIinversion

(2)測井資料處理。為了約束角道集的反演,在對測井資料進行處理時,可用已有的聲波、剪切波、密度曲線和儲層地震數(shù)據(jù)所能提供的角度,根據(jù)方程計算出井旁道彈性阻抗(EI)偽測井曲線。在彈性阻抗反演處理過程中,彈性阻抗偽測井曲線除用來作為約束外,還可以彌補地震波傳播過程中損失的頻率成份。

(3)角度子波的提取。考慮到子波隨炮檢距的變化,在做彈性阻抗反演時,需要對每個角度道集分別提取不同的角度子波。

(4)彈性阻抗反演。在進行彈性阻抗反演之前,需要用角道集部份疊加資料和井旁道相應入射角的彈性阻抗,并利用解釋的地震層位作為控制進行外推,從而建立不同角度的低頻模型。用彈性阻抗曲線與角度子波相對應的角道集部份疊加數(shù)據(jù)體進行約束,這樣可以獲得相對彈性阻抗。與實際的絕對波阻抗相比,相對彈性阻抗還缺少低頻成份,因此需將前面得到的低頻成份加入到相對彈性阻抗中。

1.4 縱橫波阻抗的直接提取

提取巖性參數(shù)需對彈性阻抗方程進行求解,由于此方程式是非線性的,若直接求解,勢必會帶來不少的麻煩。因此,可將彈性阻抗方程進行變換,使之成為線性形式。將彈性阻抗方程二邊取對數(shù),則有:

在角度相同的情況下,同一巖石物性參數(shù)在各采樣點處所對應a(θ)、b(θ)、c(θ)相同,因此,公式(4)變?yōu)楣?5)。

采用井旁道彈性阻抗曲線和Ip、Is、ρ曲線,對某個角度的各采樣點可得到系數(shù)a(θ)、b(θ)、c(θ)。因此對三個不同角度的彈性阻抗數(shù)據(jù),可得到九個常系數(shù):a(θ1)、b(θ1)、c(θ1);a(θ2)、b(θ2)、c(θ2);a(θ3)、b(θ3)、c(θ3)。將它們分別帶入式(5),可得:

將反演所得的各角度彈性阻抗體帶入式(6),可獲得各道任意一個采樣點處的Ip、Is、ρ。

2 流體因子分類

在儲層預測中,為了識別儲層流體,人們提出了許多流體識別因子。總結分析這些流體識別因子后發(fā)現(xiàn),它們都可以寫成縱波(P)與橫波(S)波阻抗的組合形式,為此提出了流體識別因子函數(shù)。因此,以波阻抗量綱的冪次方為基礎,把流體識別因子歸納為以下三種基本類型:

(2)波阻抗量綱的一次方類,即IP、IS、IP+IS、IP-IS、…。

(3)波阻抗量綱的二次方類,即I2P、I2S、IPIS、I2P-c I2

S、…。利用上述分類方式,流體識別因子就可以寫成下面的函數(shù)形式:

式中 C為調節(jié)參數(shù),不同的識別因子可以有不同的形式和意義。

下面給出幾個具體的流體識別因子。

2.1 泊松比

泊松比是反映巖性和含油氣性的重要參數(shù),它是用巖石橫向壓縮與縱向拉伸的比值來表示的。泊松比與VP/VS亦即IP/IS有直接的聯(lián)系:

可以看出,泊松比屬于波阻抗量綱為零次方類的流體識別因子。

2.2 泊松阻抗

飽和氣或油的砂巖比含水砂巖具有較低的泊松比和密度,因此聯(lián)合泊松比和密度屬性可以更好地識別含油氣砂巖。M ark Quakenbush等人在Leading Ledge上發(fā)表的文章中指出:對縱波、橫波阻抗交會圖,通過選擇一個旋轉軸,可以達到最佳區(qū)分任意二巖性流體類型的目的,并將旋轉后的參數(shù)定義為新的屬性—泊松阻抗(Poisson impedance,簡寫為PI):

其中 α是縱波速度;β是橫波速度。

式(9)定量地描述了A I-SI交會數(shù)據(jù)體的旋轉,可以更好地區(qū)分巖性和流體。這里數(shù)據(jù)體的旋轉等同于軸的旋轉,這里的c項是控制旋轉到達最優(yōu)的參數(shù)。

圖2 關于泥巖等非產層巖性和產層砂巖分布的Ip-Is交會示意圖Fig.2 Crossp lotof Ip and Is

2.3 基于Gassm ann理論的流體因子

Russell等人[2]總結了前人的觀點,利用B iot-Gassm ann方程對飽和流體條件下的的縱波速度方程進行了改寫,得到了屬于波阻抗量綱的二次方類的流體因子。

其中 c的取值范圍依賴于所研究的目的儲層。

表1給出了這樣的一個c值范圍以及各個彈性系數(shù)的相應值。

表1 c的值及各個彈性常數(shù)比的等價值Tab.1 Values for c and the equivalent values for various elastic-constant ratios

2.4 高靈敏度流體因子的提出及其敏感性分析

在理論和實踐中證明,以上的流體識別因子只能在某一方面有較強的識別能力。為了將含水和含氣砂巖明顯地分開,需要選擇一個流體識別因子對含不同流體的砂巖表現(xiàn)出明顯的差異。波阻抗形式的組合存在各種次數(shù)量綱的形式,高次量綱能夠將差異放大,而低次量綱可將差異縮小。將二者結合,讓高次冪將差異大的地方突出,低次冪將噪音減小,從而能較靈敏地實現(xiàn)流體識別。根據(jù)上述分析,結合墾東北地區(qū)儲層流體對縱波阻抗相對較敏感的特點,利用四次冪量綱和零次冪量綱組合的形式,提出了一個高靈敏度流體識別因子:

其中 C是調節(jié)參數(shù)。

為了評價上述流體識別因子對墾東北儲層流體的敏感性,我們定義了一個流體識別因子的敏感性評價參數(shù)為:

其中 Pw、Pg為完全飽和地層水及氣體時的流體因子。

式(12)的取值范圍在0～200之間,且該值越大,說明流體識別因子的敏感度越高,利用這一參數(shù)可對所有流體因子敏感度做定量的評價。我們統(tǒng)計了不同流體識別因子對儲層不同類型流體的敏感性響應如表2所示。

從表2可以看出,高靈敏度流體因子的評價參數(shù)都接近于200,這表明在儲層流體識別方面,高靈敏度流體因子要比其它流體因子更為敏感。因此,我們在縱波、橫波阻抗直接反演的基礎上,構建出能夠精確識別儲層流體的高靈敏度流體因子,從而進行儲層流體的精確識別。

3 應用實例分析

利用上面的方法對勝利油田某地區(qū)的實際地震資料進行了應用研究,該地區(qū)位于濟陽坳陷沾化凹陷的東部,是一個在前新生界潛山背景上發(fā)育起來的,新近系披覆、古近系超覆的高潛山披覆構造帶。主力含油氣層系為新近系館陶組(Ng)、明化鎮(zhèn)組(Nm)。油氣相對集中分布于館上段3～4砂組,油藏類型主要以巖性～斷鼻油藏為主。但油藏儲層橫向及物性變化大,油氣藏控制因素復雜。

經比較可以看出,與λρ、泊松比、泊松阻抗等其它流體因子相比,高靈敏度流體因子在識別本區(qū)儲層流體時更為精細準確,靈敏度較高(如下頁圖3～圖6)。四種流體識別因子對A井的5m氣層都有較好的表征,但是泊松比對B井7.9m的油層識別不理想。λρ屬性雖然能分辨出井中的幾個有利儲層,但是對流體差異不敏感。相比較高靈敏度流體因子與泊松阻抗來說,高靈敏度流體因子的識別流體差異能力最強,這與前面的各流體因子敏感性對比分析相一致。因此,可以將高靈敏度流體因子作為本工區(qū)儲層流體識別的有效參數(shù)。

表2 不同流體因子對儲層流體的敏感性響應Tab.2 Sensitivity of different fluid factors

圖3 過A～B～C井λρ剖面Fig.3 λρsection throughwellA,B and C

圖4 過A～B～C井泊松比抗剖面Fig.4 Poisson ratio section throughwellA,B and C

圖5 過A～B～C井泊松阻抗剖面Fig.5 Poisson impedance section throughwellA,B and C

圖6 過A～B～C井高靈敏度流體因子剖面Fig.6 H igh sensitivity fluid factor section throughwellA,B and C

4 結論

(1)采用Fatti近似推導得出的基于縱波、橫波阻抗的彈性阻抗方程,由于該方程實現(xiàn)了彈性阻抗反演以及縱波、橫波阻抗的直接提取,減少了累積誤差,為下一步的流體識別因子精確計算奠定了基礎。

(2)在對各種流體識別因子對比分析后,以Gassm ann理論為基礎提出了一個更具有實用性和普遍適應性的高靈敏度流體識別因子,通過統(tǒng)計分析實際資料應用證實,該流體識別因子對不同儲層流體識別具有更好的適應性與敏感性。

(3)選取相同量綱或不同量綱的識別因子進行組合,可得到新的流體識別因子,新的流體識別因子的構建,可根據(jù)實際條件和問題的需要進行。

[1]GOODWAYW,CHEN T,DOWNTON J.Im p roved AVO fluid detection and litho logy discrim ination using Lam e petrophysical param eters from P and S inversion[J].Expanded Abstracts of 68thAnnual International SEGM tg.1997:183.

[2]RUSSELL B H,HEDL IN K,H ILTERMAN F J,et al.Fluid-p roperty discrim inationw ith AVO:A B iot-Gassm ann perspective[J].Geophysics,2003,68(1):29.

[3]D ILLON L,SCHW EDERSKY G,GU ILHERM E V,et a1.A m u ltiscale DH Ielastic attributes evaluation[J].The Leading Edge,2003,22(10):1024.

[4]陳遵德,朱廣生.地震儲層預測方法研究進展[J].地球物理學進展,1997,12(4):76.

[5]劉文玲,牛彥良,李剛,等.多信息儲層預測與地震屬性提取與有效性分析方法[J].石油物探,2002,41(1):100.

[6]于建國,姜秀清.地震屬性優(yōu)化在儲層預測中的應用[J].石油與天然氣地質,2003,24(3):291.

[7]王西文,劉全新,周嘉璽,等.精細儲層預測技術在板南5—3井區(qū)的應用[J].石油物探,2003,42(3):389.

[8]王西文.巖性油氣藏的儲層預測及評價技術研究[J].石油物探,2004,43(6):511.

[9]張洪波,王緯,顧漢明.高精度地震屬性儲層預測技術研究[J].天然氣工業(yè),2005,25(7):35.

[10]楊午陽,楊文采,王西文,等.綜合儲層預測技術在包1一廟4井區(qū)的應用[J].石油物探,2004,43(6):578.

[11]寧忠華,賀振華,黃德濟.基于地震資料的高靈敏度流體識別因子[J].石油物探,2006,45(3):239.

[12]CONNOLLY P.Elastic impedance[J].The Leading Edge,1999,18(4):438.

[13]印興耀,袁世洪,張繁昌.從彈性波阻抗中提取巖石物性參數(shù)[A].CPS/SEG 2004國際地球物理會議論文集[C],CPS/SEG 2004國際地球物理會議,北京,2004,中國石油學會物探專業(yè)委員會及美國地球物理學家學會,2004.

[14]MALL ICK.Hybrid seism ic inversion:A reconnaissance exp loration too l[M].SEG Expanded Abstracts,1999.

[15]MALL IEK S,HUANG X,LAUVE J,etal.Hybrid seism ic inversion:a reconnaissance too l for deepwater exp loration[J].The Leading Edge,2000:1230.

[16]MALL ICK S,W ESTERN G,HOUSTON TU S.AVO and elastic impedance[J].The Leading Edge,2001:1094.

[17]倪逸.彈性波阻抗計算的一種新方法[J].石油地球物理勘探,2003,38(2):147.

P 631.4

A

1001—1749(2010)06—0601—06

2010-04-28 改回日期:2010-10-11

楊文博(1983-),男,碩士,主要從事地球物理反演方面的研究。