利用基于測井?dāng)?shù)據(jù)的彈性阻抗判別儲(chǔ)層流體性質(zhì)

劉愛疆，李 瑞

（油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 成都理工大學(xué)，四川 成都 610059）

0 前言

不同測井信息對儲(chǔ)層物性、含流體性質(zhì)有不同的響應(yīng)特征，綜合分析這些差異，能評價(jià)儲(chǔ)層的含油性、可動(dòng)油氣、可動(dòng)水顯示，進(jìn)而評價(jià)儲(chǔ)層產(chǎn)液性質(zhì)，進(jìn)行儲(chǔ)層流體性質(zhì)判別。常見的流體性質(zhì)判別方法較多，歸納起來主要有以下幾種：①深淺側(cè)向電阻率判別法；②P1／2正態(tài)分布法；③孔隙度重疊法；④交會(huì)圖法；⑤陣列聲波判別法；⑥陣列中子判別法；⑦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)判別法［1］。

自創(chuàng)建巖石物理方法以來，就深入到了油藏描述的具體細(xì)節(jié)中，它指導(dǎo)地震資料解釋和儲(chǔ)層的精細(xì)刻畫［2～4］。作者利用實(shí)測的縱波、橫波數(shù)據(jù)和密度，通過巖石物理的方法分析彈性參數(shù)對儲(chǔ)層巖性、物性及含油性的敏感程度，是全面了解儲(chǔ)層“四性”關(guān)系的有效途徑［5、6］，也是論證研究區(qū)內(nèi)彈性阻抗反演可行性的重要手段［7，8］。

作者在本文充分利用了XC地區(qū)實(shí)測縱波、橫波測井?dāng)?shù)據(jù)，開展以彈性阻抗分析為基礎(chǔ)的流體識(shí)別可行性研究，最終，確定了利用大偏移距彈性阻抗對該區(qū)流體性質(zhì)的敏感性，深化了該區(qū)不同流體彈性阻抗響應(yīng)特征的認(rèn)識(shí)，論證了在該區(qū)開展地震疊前彈性阻抗反演進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測和流體識(shí)別的可行性。

1 基于測井資料的彈性阻抗分析

利用疊加剖面的零偏移距或近偏移距估算的聲阻抗不包含任何橫波信息，要想獲得橫波阻抗信息，疊后橫波反演是最有效的手段。Connolly、Mukerji等人［9、10］基于偽阻抗屬性的反演方法，提出了可以獲得包含橫波信息的遠(yuǎn)偏移距阻抗，稱為彈性阻抗（EI）。這種方法可以使用近偏移距地震體的地震道反演算法，做遠(yuǎn)偏移距疊加反演，獲得彈性阻抗數(shù)據(jù)體。

近偏移距的聲波阻抗計(jì)算公式為式（1）。

其中 Ia為聲波阻抗；ρ為密度（g／cm3）；v為縱波速度（m／s）；R（0）為法向入射的反射系數(shù)。

設(shè)彈性阻抗定義為在θ角時(shí)的P－P波反射系數(shù)項(xiàng)為R（θ），則：

根據(jù)Aki和Richards的近似方程，把R（θ）換成vp、vs和密度的關(guān)系式，能精確地反映角度小于臨界角的彈性參數(shù)的較小變化：

式中 K ＝ （vs／vp）2取常數(shù)。

當(dāng)θ＝0時(shí)，彈性阻抗和聲波阻抗相等。彈性阻抗反映了巖石屬性的函數(shù)，它的大小依賴于入射角度，當(dāng)只取R（θ）的前兩項(xiàng)時(shí)，得出彈性阻抗的一階項(xiàng)［11］：

當(dāng)θ＝90° 時(shí)，假設(shè) K ＝1／4，該項(xiàng)變成（vp／vs）2。彈性阻抗和聲波阻抗具有不同的單位和維數(shù)，并隨角度的變化而變化，無法與聲波阻抗進(jìn)行有效的對比。Whitcombe［12、13］定義了彈性阻抗的歸一化公式：

在式（7）中，vp0、vs0和ρ0可以是研究區(qū)帶的速度和密度的平均值，也可以是目的層頂面的速度、密度值。歸一化后的彈性阻抗與聲波阻抗具有相同的維數(shù)，可以進(jìn)行對比分析。

根據(jù)利用一維地震道算法的波阻抗反演方法，彈性阻抗反演公式可表示為：

式中 ρ＊稱為偽密度，此時(shí)一維褶積模型可用于正演。

在正演中，不同彈性阻抗與反射系數(shù)之間存在如下關(guān)系：

式中 θ代表入射角；下標(biāo)代表地層信號(hào)。

Sayers和Rickett在研究中，定義了三類典型的AVO模型用于分析彈性阻抗計(jì)算的縱波反射系數(shù)：①第一類含氣砂巖波阻抗大于上覆泥巖的波阻抗；②第二類含氣砂巖與上覆泥巖波阻抗值相近；③第三類含氣砂巖比上覆泥巖波阻抗?。ㄒ姳?及下頁圖1）。通過分析可知：①第一類砂巖垂直入射時(shí)的反射系數(shù)是較大的正值；②第二類砂巖垂直入射時(shí)，反射系數(shù)接近零值；③第三類砂巖垂直入射時(shí)，反射系數(shù)是較大的負(fù)值。

在實(shí)際工作中，從測井?dāng)?shù)據(jù)導(dǎo)出的彈性阻抗和聲阻抗（又稱縱波阻抗），可以用于儲(chǔ)層巖性和流體性質(zhì)的判別。遠(yuǎn)偏移距道不能只用單一的反射角θ進(jìn)行疊加，而是需要在適當(dāng)?shù)男〗嵌确秶鷥?nèi)疊加。

2 應(yīng)用效果分析

基于Connolly提出的彈性阻抗的反演方法，在研究區(qū)內(nèi)，我們選擇了兩口測試井利用彈性阻抗對流體類型進(jìn)行了判別（見下頁圖2）。

在研究區(qū)內(nèi)，A井、B井TX2層段巖性主要為灰色砂巖，淺灰色、灰白色細(xì)中粒巖屑石英砂巖，粗粒石英砂巖，灰黑色頁巖夾煤線。根據(jù)實(shí)測縱波速度、橫波速度和密度曲線統(tǒng)計(jì)（見下頁表2），研究區(qū)頁巖和含氣砂巖之間具有很大的波阻抗差異，所以運(yùn)用彈性阻抗識(shí)別儲(chǔ)層中的流體是可行的。

根據(jù)上面的分析可知，彈性阻抗是縱波速度、橫波速度、密度及入射角的函數(shù)，聲波阻抗是彈性阻抗在法向入射角時(shí)的特例。我們應(yīng)用測井已知的縱波速度、橫波速度、密度曲線（見后面圖3），計(jì)算出不同入射角（5°～40°）的彈性曲線進(jìn)行交會(huì)分析。

圖1 三類典型AVO模型反射系數(shù)隨入射角變化規(guī)律圖Fig.1 Reflection coefficient variation with the angle for three AVO models

表2 研究區(qū)內(nèi)彈性參數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.2 Elastic parameters in AOI

圖2 A井、B井地層對比圖Fig.2 Stratigraphic correlation diagram of A and B well

圖4為含氣砂層、含水砂層、泥巖的彈性阻抗隨入射角不同的分析。由圖4可知，當(dāng)近角時(shí)，含氣及含水砂層的彈性阻抗接近；當(dāng)角度增大時(shí)，含水砂層的彈性阻抗值隨入射角增加而增加，而含氣砂層的彈性阻抗值隨入射角的增加而降低。

在圖2中，A井在4 688.5m～5 238.0m段進(jìn)行了測試，測試結(jié)論為：日產(chǎn)氣0.2×104m3／d，日產(chǎn)水360m3／d；B井在4 820m～4 942m段、4 980.96m～4 997.96m 段進(jìn)行了測試，日產(chǎn)氣10.33×104m3／d。我們根據(jù)A井和B井的測試結(jié)果，用遠(yuǎn)角35°與近角5°的含氣砂巖、含水砂巖、致密砂巖和頁巖的彈性阻抗進(jìn)行交會(huì)分析（見下頁圖5）。通過分析可知，遠(yuǎn)角度彈性阻抗對含氣砂巖具有良好的分辨能力，通過遠(yuǎn)角度、近角度彈性阻抗交會(huì)能夠很好地區(qū)分頁巖、砂巖及其中所含的流體。

圖5 入射角分別為5°與35°時(shí)彈性阻抗的交會(huì)圖Fig.5 The elastic impedance crossplot with incidence angles of 5°and 35°

3 結(jié)論

對于四川盆地致密碎屑巖油藏，利用常規(guī)的流體識(shí)別方法具有多解性，通常情況下不能夠有效地進(jìn)行流體識(shí)別。作者在文中基于彈性阻抗反演理論分析，根據(jù)四川盆地A井和B井的實(shí)測縱波、橫波和密度數(shù)據(jù)，計(jì)算了彈性阻抗。以測試成果為依據(jù)，通過近角彈性阻抗和遠(yuǎn)角彈性阻抗交會(huì)圖分析可知，彈性阻抗能夠有效地識(shí)別巖性和儲(chǔ)層的流體性質(zhì)，論證了該區(qū)運(yùn)用疊前地震彈性阻抗反演識(shí)別流體性質(zhì)的可行性，是開展疊前地震反演進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測和含氣性檢測的基礎(chǔ).

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