4D AVO法流體識(shí)別淺析

朱建剛

(西北大學(xué) 國家大陸動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710069)

傳統(tǒng)的2D和3D AVO技術(shù)是通過解釋儲(chǔ)層振幅信息，去分析儲(chǔ)層特性。時(shí)間延遲(4D)AVO技術(shù)則可以根據(jù)兩次振幅信息對(duì)比，發(fā)現(xiàn)差異，分析儲(chǔ)層物性的改變。實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過程中，時(shí)間延遲AVO分析技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于識(shí)別孔隙流體變化同時(shí)去預(yù)測孔隙流體的飽和度和壓力。儲(chǔ)層兩次振幅差異的意義是什么?如何用簡單的方法去解釋反射系數(shù)的差異?

早期的4D地震資料技術(shù)主要是通過測速度的改變，以便探測儲(chǔ)層由于注入CO2或者水蒸氣造成的改變。早在1998年，Wang在西德克薩斯州McElory地區(qū)實(shí)地測試了CO2在碳酸鹽儲(chǔ)層驅(qū)油的詳細(xì)過程。期間得出結(jié)論:1，VP、VS發(fā)生大的變化，主要就是由于CO2注入到高孔隙度高滲透率的巖石當(dāng)中;2，如果CO2注入到低孔隙(＜10%)低滲透率(＜1%)的碳酸鹽儲(chǔ)層當(dāng)中，應(yīng)用4D探測技術(shù)是探測不到的［1］。

相對(duì)于傳統(tǒng)的通過速度分析的4D地震技術(shù)，AVO技術(shù)就可以很清晰的通過解釋地震振幅的信息去分析儲(chǔ)層流體的改變信息。而且，AVO技術(shù)對(duì)于儲(chǔ)層流體的改變的敏感性要比傳統(tǒng)的4D地震技術(shù)大很多，因?yàn)锳VO技術(shù)是同時(shí)應(yīng)用到VP、VS，而傳統(tǒng)的速度分析僅僅只用到VP［2］。所以AVO技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)下油田勘探、監(jiān)測最有效的手段。

1 4D AVO技術(shù)研究

對(duì)儲(chǔ)層的研究過程當(dāng)中，主要關(guān)注儲(chǔ)層的孔隙度，流體飽和度以及孔隙壓力等的變化對(duì)地震振幅的影響，如何識(shí)別各個(gè)參數(shù)對(duì)振幅的影響是的關(guān)鍵?，F(xiàn)代研究工作當(dāng)中，主要關(guān)注的還是儲(chǔ)層流體飽和度和壓力對(duì)振幅的影響。在4D AVO應(yīng)用中，主要對(duì)同一儲(chǔ)層兩次監(jiān)測進(jìn)行對(duì)比，假設(shè)兩次監(jiān)測儲(chǔ)層壓力是不變的。

假設(shè)一個(gè)兩層模型:上部地層(1)為蓋層，下部地層(2)為儲(chǔ)層。為了研究方便，假設(shè)流體替換過程只發(fā)生在儲(chǔ)層(地層2)，因此只考慮儲(chǔ)層的流體飽變化情況。假設(shè)蓋層(地層 1)的 P波速度為 α1，S 波速度為 β1，密度為 ρ1，α1、β1、ρ1在流體替換前后是不變化的，儲(chǔ)層(地層2)的 P、S波速度在流體替換之前為α2、β2，流體替換后為、。這樣就可以算出由于上下巖層巖性差異在成的P波速度的改變?yōu)?，由于流體替換而造成的P波速度的改變就可以得出:ΔαF=α2－α1，將兩個(gè)式子聯(lián)合起來就可得出:

SW是儲(chǔ)層注入水和 CO2的飽和度，t1、t2是分別是兩次地震波的傳播時(shí)間。流體替換前的反射系數(shù)的計(jì)算式［4］:

其中α=(α1+α2)/2，β、Δβ計(jì)算與 α相同。對(duì)于儲(chǔ)層流體的密度，假設(shè)壓力是不變的，可以應(yīng)用方程:ρ=φρf+(1－φ)ρs計(jì)算，其中ρf和 ρs分別為儲(chǔ)層流體的密度和儲(chǔ)層骨架的密度，流體替換后，可以得出反射系數(shù)為:

其中 α=(α2+α1+ΔαF)

Δα'=α2'－α1=α2+ΔαF－α1=Δα+ΔαF

假設(shè)流體替換前后，速度變化不大，即:Δα/α ＜1，ΔαF/α＜1，忽略高階項(xiàng)和假設(shè)項(xiàng)，將上邊的兩個(gè)式子帶入到公式(3)中就可以得到:

在流體替換過程當(dāng)中，剪切模量(μ)是保持不變的，而且三角函數(shù)項(xiàng)sin2θ在替換過程中也不變，這樣就意味著 β2ρ是不變的，這樣，方程(4)就可以簡化成:

則由于流體替換，儲(chǔ)層(2)各個(gè)流體飽和度發(fā)生變化，導(dǎo)致反射系數(shù)的變化可以計(jì)算出為:

通過合并帶有三角函數(shù)項(xiàng)，就可以得出梯度截距公式:

通過計(jì)算就可以得出AVO梯度截距圖，通過交匯圖分析，就可以有效的找出流體識(shí)別因子，從而達(dá)到進(jìn)行4D監(jiān)測的目的。

2 數(shù)字模型建立

假設(shè)一套流體替換模型，上部為硬水石膏(蓋層)，下部為碳酸鹽(儲(chǔ)層)，儲(chǔ)層的孔隙度為0.30，則地層的參數(shù)如下表:

表1 模擬地層參數(shù)

開發(fā)過程中是先注入水，中后期為提高采收率，開始注入CO2，儲(chǔ)層的 VP和 VS可以通過 Gassmann方程求?。?］。不同流體飽和度的情況下就可以計(jì)算出不同的梯度截距值，就可以依據(jù)梯度截距圖(即不同的反射系數(shù))，判定流體的邊界，找出識(shí)別因子，以便對(duì)油田的開發(fā)和后期利用進(jìn)行監(jiān)測，達(dá)到綜合利用。

Gassmann方程:

其中φ是儲(chǔ)層孔隙度，Ksat是流體飽和情況下的體變模量，Kdry是干巖石體變模量，Km是巖石骨架體變模量，Kf混合流體的體變模量。儲(chǔ)層孔隙中的流體一般是由水、油、天然氣和CO2等組成的，因此流體的體變模量Kf是與儲(chǔ)層中各個(gè)流體的飽和度、溫度、鹽度以及孔隙壓力等是相關(guān)的。剪切模量與流體的飽和度是沒有關(guān)系的，因此一般認(rèn)為剪切模量是不變的，即 μsat=μdry。

通過圖就可以很容易的找出鹽水、油、氣之間的邊界，這樣就可以根據(jù)梯度截距很容易的判斷出各個(gè)流體的飽和度。

圖1 反射系數(shù)隨入射角變化

圖2 梯度截距圖

3 結(jié)論

數(shù)字模型的建立證明，應(yīng)用4D AVO技術(shù)，繪制梯度截距交繪圖的方法是可以進(jìn)行流體識(shí)別，找出流體識(shí)別因子的。實(shí)際的油田監(jiān)測當(dāng)中，儲(chǔ)層流體的飽和度、孔隙度、儲(chǔ)層的流體的注入壓力等因素是同時(shí)影響儲(chǔ)層的特性;完整儲(chǔ)層模型的建立需要考慮到壓力以及溫度等對(duì)儲(chǔ)層的影響。在以后的模型建立中，應(yīng)該更進(jìn)一步的分析壓力對(duì)儲(chǔ)層流體，孔隙度造成的影響;溫度變化，對(duì)孔隙流體特性的影響，綜合分析，建立更符合實(shí)際的模型。

［1］Batzle，M.L.，and Wang，Z.，1992，Seismic properties of pore fluids:Geophysics，57，1396–1408.

［2］Castagna，J.P.，Batzle，M.L.，and Eastwood，R.L.，1985，Relationships between compressional－wave and shear－wave velocities in clastic silicate rocks:Geophysics，50，571－581.

［3］Gassmann，F(xiàn).，1951，Elastic waves through a packing of spheres:Geophysics，16，673–685.

［4］Smith，G.C.，and Gidlow，P.M.，1987，Weighted stacking for rock property estimation and detection of gas:Geophys.Prosp.，25，993–1014.