定量化巖石物理分析技術(shù)在莫索灣地區(qū)處理解釋中地應(yīng)用

唐建華,范 旭,王 賢,程志國

(新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院 地球物理研究所,新疆烏魯木齊 830013)

定量化巖石物理分析技術(shù)在莫索灣地區(qū)處理解釋中地應(yīng)用

唐建華,范 旭,王 賢,程志國

(新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院 地球物理研究所,新疆烏魯木齊 830013)

在油氣勘探新區(qū)開展地震巖石物理研究,制約的因素之一是缺乏各類巖石物理基礎(chǔ)資料。利用莫索灣地區(qū)侏羅系三工河組儲(chǔ)層沉積環(huán)境變化不大的有利條件,首先在莫索灣油氣田開發(fā)區(qū),開展測井環(huán)境校正和歸一化,橫波預(yù)測,敏感彈性參數(shù)優(yōu)選以及巖石物理量板制作等定量化巖石物理分析,隨后將開發(fā)區(qū)定量化巖石物理分析成果在莫10井區(qū)探區(qū)進(jìn)行研究和應(yīng)用,為莫10井區(qū)三維疊前地震保幅處理質(zhì)量控制,儲(chǔ)層疊前地震反演和油氣檢測研究提供了依據(jù)。

定量化巖石物理量板;疊前保幅質(zhì)控;AVO屬性;疊前反演

0 前言

黃凱[1]、徐群洲[2]、王煥章等人[3]先后在莫索灣地區(qū)侏羅系三工河組開展了基于巖芯測試的縱波、橫波速度等彈性參數(shù)的巖石物理分析研究。巖樣測定結(jié)果表明,莫索灣地區(qū)侏羅系三工河組“不同流體飽和情況下,砂巖縱波、橫波速度之間具有良好的線性相關(guān)關(guān)系”,而且泊松比研究還給出了“侏羅系三工河組砂巖含不同流體時(shí)的泊松比值分布:含氣砂巖泊松比值在0.11～0.17之間;含油氣砂巖的泊松比值在0.17～0.195之間;含油砂巖的泊松比值在0.195～0.23之間;而含水砂巖的泊松比值在0.23～0.29之間”。前人的研究為該區(qū)應(yīng)用疊前地震儲(chǔ)層預(yù)測技術(shù)識(shí)別地層巖性圈閉,提供了巖石物理依據(jù)。2009年新疆油田公司在莫索灣地區(qū)莫10井區(qū),部署實(shí)施了滿覆蓋188.37 km2的25m×25m面元的三維地震采集,強(qiáng)化的地震采集和處理,為開展疊前儲(chǔ)層預(yù)測研究提供了可靠的地震資料基礎(chǔ)。

莫10井區(qū)侏羅系構(gòu)造背景為北西～南東傾的單斜,在北西～南東向斷裂帶上盤、下盤發(fā)育低幅度斷背斜。三維工區(qū)內(nèi)已鉆探的探井、評(píng)價(jià)井共四口,四口井均在三工河組二段儲(chǔ)層試油。其中莫10井、莫201井在侏羅系三工河組二段不同的砂層獲得了高產(chǎn)工業(yè)油氣流,而其它二井試油結(jié)果為水層見油花。工區(qū)內(nèi)四口井都沒有偶極聲波曲線,而且油氣產(chǎn)層的氣油比等參數(shù)難以確定。針對研究區(qū)塊缺少巖石物理分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的難題,以及莫索灣地區(qū)侏羅系三工河組儲(chǔ)層沉積環(huán)境變化不大的有利條件,作者研究選擇了從莫索灣油氣田開發(fā)定量化巖石物理分析,并將研究成果推廣應(yīng)用到莫10井區(qū)探區(qū)的研究方案中,最終取得了良好的應(yīng)用效果。

1 定量化巖石物理分析方法

1.1 基于巖石物理的環(huán)境校正與測井評(píng)價(jià)

通常的測井評(píng)價(jià),總是針對目的儲(chǔ)層,而忽略了非儲(chǔ)層的井段。評(píng)價(jià)結(jié)果縱向不連續(xù),不能滿足巖石物理分析的需要。在巖石地球物理測井評(píng)價(jià)過程中,需要結(jié)合化驗(yàn)分析,同時(shí)考慮儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層井段,滿足了評(píng)價(jià)成果數(shù)據(jù)縱向連續(xù)的要求?；趲r石物理的環(huán)境校正,首先對密度曲線、縱波速度曲線及橫波速度曲線,進(jìn)行基于巖石物理規(guī)律的分析。經(jīng)過分析莫索灣地區(qū)盆5開發(fā)井和莫10井區(qū)測井資料后認(rèn)為,區(qū)塊測井資料存在的主要問題有:

(1)密度曲線受到井眼垮塌的影響較為嚴(yán)重。

(2)縱波速度和密度需要標(biāo)準(zhǔn)化。

(3)實(shí)測橫波的質(zhì)量需要控制。

針對存在的問題,研究根據(jù)實(shí)際資料擬合Castagna環(huán)境校正關(guān)系式,對目的層井眼垮塌影響嚴(yán)重的密度曲線進(jìn)行校正,使得校正后的測井?dāng)?shù)據(jù)更加符合巖石物理變化規(guī)律。另一方面,通過校正前、后地震合成記錄與實(shí)際井旁道資料對比,校正后也與實(shí)際地震反射特征更加接近。在測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化工作中,首先選擇井眼規(guī)則的致密砂巖段作為標(biāo)準(zhǔn)層,分別對盆5井區(qū)及莫10井區(qū)中每口井的標(biāo)準(zhǔn)層,進(jìn)行聲波時(shí)差與密度曲線做統(tǒng)計(jì)直方圖,采取曲線值平移的方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。隨后的測井評(píng)價(jià),主要參照開發(fā)區(qū)探明儲(chǔ)量研究建立的孔隙度模型、含水飽和度、泥質(zhì)含量模型,進(jìn)行測井資料的處理和解釋。

1.2 橫波預(yù)測方法與應(yīng)用分析

地震巖石物理分析主要有七種橫波預(yù)測模型:

(1)Greenberg-Castagna模型。

(2)Cem ented模型。

(3)M udRock模型。

(4)Unconso lidated模型。

(5)C riticalPhi模型。

(6)K rief模型。

(7)Xu andW hite模型。

前四種模型主要適用于中高孔隙地層,后三種模型主要適用于中低孔隙地層。莫索灣地區(qū)儲(chǔ)層埋深大、巖性較致密,具有低孔隙、膠結(jié)良好的特征,根據(jù)預(yù)測模型的適用條件,考慮應(yīng)用后三種橫波預(yù)測模型來預(yù)測橫波。通過對比實(shí)測與預(yù)測橫波速度,目的層段實(shí)測與預(yù)測縱波、橫波速度比的交會(huì)圖,以及實(shí)測與預(yù)測曲線疊合三種方式,優(yōu)選出適合本區(qū)的預(yù)測模型為Xu andW hite模型。

Xu and W hite模型[4]是基于Kuster-Toks?z理論、Gassm ann方程和有效差分介質(zhì)(DEM)提出的砂泥巖混合模型。該模型將縱波速度隨著黏土含量的變化,歸因于泥巖和砂巖孔隙幾何形狀及孔隙扁率的區(qū)別,能夠較好地體現(xiàn)縱波速度隨著黏土含量增加的變化。

在Xu andW hite砂泥巖混合模型中,將總的孔隙空間看作是由砂巖顆粒間孔隙和黏土顆粒(包含束縛水)間孔隙二部份組成。首先進(jìn)行砂巖和泥巖孔隙體積估計(jì),總孔隙度 φ=φs+φc。其中,φs為剛度較好的砂巖所占的百分比,φc為泥質(zhì)孔隙所占的百分比。φs和 φc的分配比例與砂泥巖各自體積所占得百分比Vs和Vc相關(guān),即:

通過W yllie時(shí)間平均方程,首先可以計(jì)算出混合模型的巖石基質(zhì)縱波、橫波時(shí)差:

巖石基質(zhì)的密度由下式得出

式中 ρm為巖石基質(zhì)密度;ρs、ρc分別為砂巖和泥巖的密度。

通過基質(zhì)的縱波、橫波時(shí)差,可以計(jì)算出其彈性模量:

利用Kuster-Toks?z方程,可以計(jì)算出干巖石骨架的體積模量和剪切模量:

式中 Kd、Km和K′分別是干巖石骨架、巖石基質(zhì)和孔隙所含介質(zhì)的體積模量;μd、μm和μ′分別是相對應(yīng)的剪切模量(若求干巖石模量,則令K′和μ′的值為零,即孔隙中不含有任何流體);中的l取s或者c,其形成的角標(biāo)分別對應(yīng)砂巖和泥巖,即αs和αc分別為剛性(砂巖孔隙)和柔性(泥巖孔隙)孔隙的孔隙縱橫比;Tiijj(αl)和F(α)是從Eshelby張量Tijkl中推導(dǎo)出的孔隙縱橫比函數(shù),張量Tijkl將無限空間的均勻應(yīng)變場合包含彈性橢圓體物質(zhì)的應(yīng)變場相關(guān)聯(lián)系起來。

當(dāng)計(jì)算出干巖石的彈性模量后,Xu andW hite利用Gassm ann方程[5]計(jì)算出飽含流體巖石的體積模量和剪切模量,通過這些模量參數(shù)可以計(jì)算出縱波速度和橫波速度。

利用Gassm ann方程可以獲得低頻飽含水速度,高頻飽含水速度則通過Kuster-Toks?z模型得到。

對比莫索灣地區(qū)莫3和莫4二口井實(shí)測橫波與Xu andW hite模型預(yù)測出的橫波曲線(見圖1),二者形態(tài)一致性最好,數(shù)值范圍基本吻合。

1.3 敏感彈性參數(shù)量板及定量化分析

根據(jù)Xu andW hite模型預(yù)測盆5井區(qū)及莫10井區(qū)各井橫波、Castagna方法校正后的密度資料,以及測量的縱波速度資料,可以獲得與此相關(guān)的彈性參數(shù):VP/VS、A I、SI、K、G、Lam daRho、M uRho。對目的層的砂、泥巖,應(yīng)用不同的彈性參數(shù)進(jìn)行概率直方圖統(tǒng)計(jì),縱橫波速度比、Lam daRho能夠很好地區(qū)分砂泥巖,而縱波阻抗卻不能夠很好地區(qū)分砂泥巖(見圖2)。從盆5井區(qū)及莫10井區(qū)三工河組二段上、下含油氣砂巖,與含水砂巖的縱橫波速度比值概率分布范圍可以看到,縱橫波速度比、Lam daRho能夠較好地區(qū)分含油氣砂巖與含水砂巖。

圖1 莫3井和莫4井實(shí)測橫波與Xu-W hite預(yù)測橫波對比圖Fig.1 Com parison of the shear-wave curvem easuredw ith and the shear curve p red icted by Xu andW hitemodel inwellMO3 andMO4

圖2 研究區(qū)砂、泥巖縱波阻抗與縱橫波速度比統(tǒng)計(jì)直方圖Fig.2 Sand and shale p robability histogram statisticsof P-wave impedance and Vp/V s ratio in the study area

在莫索灣氣田多個(gè)彈性參數(shù)交會(huì)圖板中,縱橫波速度比與縱波阻抗交會(huì)圖板,可以較為敏感地識(shí)別出砂泥巖、油氣層、水層和中孔砂巖。從莫索灣氣田侏羅系三工河組二段彈性參數(shù)縱橫波速度比和縱波阻抗統(tǒng)計(jì)結(jié)果看,縱橫波速度比可以識(shí)別砂巖和泥巖,通常砂巖的縱橫波速度比小于1.78;含油氣砂巖縱橫波速度比小于1.7,縱波阻抗小于11 800 kg/s·m2;而優(yōu)質(zhì)中孔含油氣砂巖縱橫波速度比小于1.66,縱波阻抗小于11 700 kg/s·m2。

作者基于與開發(fā)區(qū)測井巖石物理研究生成孔隙度變化模型、巖性模型、流體飽和度模型,建立儲(chǔ)層參數(shù)與疊前彈性參數(shù)變化之間的定量解釋關(guān)系的巖石物理模型,進(jìn)行泥質(zhì)含量、孔隙度和飽和度模擬,進(jìn)一步建立了莫索灣氣田區(qū)侏羅系三工河組二段疊前彈性參數(shù)定量解釋圖板。雖然莫10井區(qū)侏羅系三工河組二段,與莫索灣氣田橫向可對比,沉積環(huán)境類似,但莫10井區(qū)目的層埋深比莫索灣氣田整體深約300m。因此,要應(yīng)用莫索灣氣田定量化的巖石物理量板于莫10井區(qū),還應(yīng)進(jìn)行壓實(shí)校正。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析表明:莫索灣井區(qū)砂巖縱波速度為4 400m/s,密度為2.47 g/cm3。而莫10井區(qū)砂巖縱波速度為4 600m/s,密度為2.52 g/cm3,即二口井區(qū)縱波阻抗上相差約700 kg/s·m2。將縱波阻抗差異校正后,再進(jìn)行泥質(zhì)含量、孔隙度和飽和度模擬,可得莫10井區(qū)巖石物理定量解釋圖板。

從量板(見圖3)看,總體上隨著泥質(zhì)含量增加20%,縱橫波速度比增加約8%。而孔隙度每增加5%,縱波阻抗約降低1 000 kg/s·m2。對于莫10井區(qū)含氣儲(chǔ)層主要分布范圍(立體框內(nèi),孔隙度為10%～15%,含氣飽和度為0%～80%,泥質(zhì)含量小于20%),隨著含氣飽和度從0%增加10%,縱橫波速度比約降低0.04。而隨后含氣飽和度每增加10%,縱橫波速度比降低不顯著。只有當(dāng)儲(chǔ)層物性較好時(shí),縱橫波速度比的降低才顯著。因此從巖石物理分析結(jié)果看,對于物性較差的含氣層,單純依靠縱橫波速度比難以解釋含氣飽和度,而結(jié)合縱波阻抗更有利于識(shí)別物性好的氣層。

1.4 疊前正演模擬和流體AVO類型分析

采用40Hz雷克子波和波動(dòng)方程正演模擬方法,對莫10井侏羅系地層進(jìn)行全波動(dòng)疊前正演模擬。模擬結(jié)果表明,侏羅系煤系地層的疊前道集具有隨偏移距增大,振幅減弱的特征。而侏羅系三工河組氣層頂?shù)捉?具有隨偏移距增大振幅增強(qiáng)的特征。結(jié)合莫索灣～莫10井區(qū)巖石物理量板,本區(qū)三工河組氣層地震反射特征主要為二類AVO亮點(diǎn),部份致密氣層可能表現(xiàn)有極性轉(zhuǎn)換的二類AVO暗點(diǎn)。

圖3 莫10井區(qū)縱波阻抗與縱橫波速度比交會(huì)定量化圖板Fig.3 TheQuantitative temp latesof Vp/V s ratio versusA IatMO10 areaw ith the co lor indicating the satu ration ofwaterofW ellM o 10

2 巖石物理分析成果應(yīng)用

2.1 疊前保幅質(zhì)控

在盆地腹部沙漠區(qū),侏羅系地震資料信噪比較低,給疊前道集的保幅處理和質(zhì)控帶來困難。結(jié)合莫10井全波動(dòng)正演模擬認(rèn)識(shí),在莫10井區(qū)疊前保幅處理進(jìn)行質(zhì)控時(shí),采用煤系地震標(biāo)準(zhǔn)層、氣層振幅隨偏移距變化曲線,以及侏羅系三工河組三段厚泥巖空白弱反射三個(gè)質(zhì)控層,進(jìn)行縱向、橫向的立體數(shù)據(jù)質(zhì)量控制,確定莫10井區(qū)疊前時(shí)間偏移道集的中偏移距資料振幅變化與地震模擬一致,能夠滿足疊前油氣檢測和反演的需要。從莫10井和莫201井攻關(guān)處理的疊前井旁道的道集AVO分析圖(見圖4)上看,莫10井侏羅系三工河組厚油氣層頂、底界都有明顯的異常響應(yīng),莫201井薄油氣層頂界的異常響應(yīng)比底界的異常響應(yīng)明顯。

2.2 疊前反演和油氣檢測應(yīng)用

應(yīng)用莫10井區(qū)中偏移距資料進(jìn)行AVO屬性油氣檢測,從過莫10～莫201井的連井反射振幅截距和斜率乘積(P×G),以及泊松比變化率油氣檢測結(jié)果看,莫10井侏羅系三工河組二段二砂組油氣層與莫201井侏羅系三工河組二段一砂組油層,均表現(xiàn)為地震流體異常特征。地震油氣檢測結(jié)果還表明,莫10井區(qū)存在多個(gè)地震儲(chǔ)層預(yù)測有利目標(biāo)。采用莫10井區(qū)疊前時(shí)間偏移中偏移距疊前道集開展井約束疊前同時(shí)反演,得到縱波阻抗、縱橫波速度比、橫波阻抗、密度、縱波速度、橫波速度,以及組合地震彈性參數(shù)Lam da-Rho(λ＊ρ)和M u-Rho(μ＊ρ)。對縱波阻抗和縱橫波速度比反演數(shù)據(jù)體,進(jìn)行三維可視化交會(huì)雕刻(見下頁圖5),不僅合理描述了已鉆探井的油氣砂體,還成功預(yù)測出新的巖性控制目標(biāo)體。

3 結(jié)論

(1)來自區(qū)域巖芯測試的巖石物理分析成果,為研究目標(biāo)區(qū)開展基于測井的定量化巖石物理分析提供了標(biāo)定依據(jù)。

(2)通過地震巖石物理彈性參數(shù)分析,確定縱波阻抗可以有效地區(qū)分煤、含鈣砂巖、砂泥巖;而縱橫波速度比可以有效區(qū)分砂巖和泥巖;縱橫波速度比、Lam da-Rho(λ＊ρ)能夠較好地區(qū)分含油氣砂巖與含水砂巖。

(3)利用研究建立了目的層巖石物理模型,正演模型(泥質(zhì)含量、孔隙度、飽和度)變化,建立了彈性參數(shù)交會(huì)的定量化模板。針對勘探區(qū)資料缺乏的難點(diǎn)和區(qū)域沉積背景相對穩(wěn)定的特點(diǎn),作者嘗試?yán)绵徑_發(fā)區(qū)豐富的巖石物理基礎(chǔ)資料,進(jìn)行定量化分析,并在勘探區(qū)延拓和應(yīng)用。

圖4 莫10井過井疊前地震道集與油氣層頂?shù)捉鏏VO響應(yīng)圖Fig.4 The AVO in tercep t and grad ien t analysisof p re-stack tim em igrated gathersofW ellMO 10

圖5 莫10井區(qū)油氣層縱橫波速度比與縱波阻抗立體交會(huì)圖Fig.5 The 3-D visualization of reservoir through the p-impedance versusVp/V s ratiow ith the constrain tsof the rock physics tem p late ofW ellMO 10

(4)做好巖石物理分析,是開展疊前地震反演和儲(chǔ)層預(yù)測的必要條件,而井震結(jié)合是地震巖石物理分析中重要的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)之一。

致謝

在此特別感謝李立誠總工程師、鄭鴻明副總工程師、賴仲康高級(jí)工程師、陳俊湘高級(jí)工程師為項(xiàng)目研究提供的幫助。

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P 315.3+1

A

1001—1749(2011)01—0063—06

2010-07-07 改回日期:2010-11-01

唐建華(1971-),女,碩士,高級(jí)工程師,主要從事地震解釋和物探方法研究工作。