碳酸鹽巖含氣儲(chǔ)集層孔隙度滲透率巖石物理表征方法

孫盼科, 徐懷民, 黃婭, 姜貽偉

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 北京 102249; 2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司油氣評(píng)價(jià)中心, 陜西 西安 710077;3.中國(guó)石化普光氣田分公司, 四川 達(dá)州 635000)

0 引 言

地震巖石物理研究[1-3]通過(guò)描述巖石彈性參數(shù)與巖石固體基質(zhì)、巖石骨架和孔隙流體這3種物理特征之間的關(guān)系建立儲(chǔ)集層特征參數(shù)變化與地震響應(yīng)特征(主要是速度)之間的定量解釋關(guān)系。Wyllie時(shí)間平均方程、Gassmann方程、Biot理論和K-T模型是巖石物理研究中重要的理論模型,常被用于不同巖石物理?xiàng)l件下定量關(guān)系的研究。巖石物理模型的構(gòu)建可簡(jiǎn)單歸納為3步:①巖石基質(zhì)等效彈性模量的計(jì)算;②干巖石等效彈性模量計(jì)算;③飽和巖石的等效彈性模量的計(jì)算[4-6]。在這個(gè)過(guò)程中,干巖石等效彈性模量的求取一直是一個(gè)未完全解決的問(wèn)題,雖然確定方法眾多,但每種方法都有其局限性[7-8]。

碳酸鹽巖儲(chǔ)集層巖石物理表征是通過(guò)建立地震速度與碳酸鹽巖儲(chǔ)集層巖石結(jié)構(gòu)、孔隙度和孔隙結(jié)構(gòu)類型等地質(zhì)參數(shù)之間關(guān)系進(jìn)行儲(chǔ)集層表征的一個(gè)過(guò)程。然而,碳酸鹽巖儲(chǔ)集層強(qiáng)的非均質(zhì)性使得這一實(shí)現(xiàn)過(guò)程又面臨各種挑戰(zhàn)。由不同沉積環(huán)境和復(fù)雜成巖過(guò)程形成的多樣孔隙類型及其對(duì)應(yīng)的孔隙結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致碳酸鹽巖儲(chǔ)集層強(qiáng)非均質(zhì)性的最主要原因,例如,對(duì)中東碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的研究發(fā)現(xiàn),在相同孔隙度(25%)情況下,由孔隙結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致的滲透率差異可達(dá)到4個(gè)數(shù)量級(jí)。此外,由孔隙結(jié)構(gòu)差異引起的地震縱波速度差異達(dá)到了2.5 km/s,甚至更多[9]。因此,孔隙結(jié)構(gòu)是碳酸鹽巖巖石物理研究的核心,有效表征這一參數(shù)的變化以更好地進(jìn)行碳酸鹽巖儲(chǔ)集層孔隙度滲透率表征是國(guó)內(nèi)外學(xué)者一直致力解決的問(wèn)題[10]。另外,流體和巖性也是造成聲波差異的原因之一,但相對(duì)而言,孔隙結(jié)構(gòu)是不容忽視的重要因素。據(jù)此,本文綜合巖心、測(cè)井和地震資料,充分考慮巖石物理表征過(guò)程中干巖石模量計(jì)算的復(fù)雜性和碳酸鹽巖的特殊性,選用合適的巖石物理模型,對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙度和滲透率進(jìn)行表征。在此基礎(chǔ)上,探討了基于巖石物理的疊前地震儲(chǔ)集層表征的可能性。

1 孔隙結(jié)構(gòu)表征的方法原理

碳酸鹽巖儲(chǔ)集層巖石基質(zhì)礦物主要由方解石、白云石及少量泥質(zhì)組成;孔隙空間主要為孔洞(或稱為硬孔隙或球形孔隙)、粒間孔隙和裂縫,并隨機(jī)分布在巖石骨架中;孔隙流體由油、氣、水組成(見(jiàn)圖1)。以理論巖石物理模型為基礎(chǔ),通過(guò)三步法即可建立飽和巖石縱橫波速度與巖石彈性參數(shù)及儲(chǔ)集層參數(shù)的關(guān)系(見(jiàn)圖1)。在這一過(guò)程中,孔隙結(jié)構(gòu)類型的表征和干巖石彈性模量的計(jì)算仍是亟待解決的問(wèn)題。

圖1 飛仙關(guān)組碳酸鹽巖儲(chǔ)集層地震巖石物理建模流程

通過(guò)對(duì)Biot理論模型的延伸,Sun和Goldberg基于裂縫型多孔介質(zhì)的動(dòng)力學(xué)理論建立了巖石物理模型[11-12]。在這個(gè)模型中,反映裂縫型多孔介質(zhì)內(nèi)部構(gòu)造特征的拓?fù)鋮?shù)骨架柔韌性因子(γ)被引入模型,用來(lái)定量表征碳酸鹽巖復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)類型及其復(fù)雜連通關(guān)系對(duì)巖石聲波速度的影響。骨架柔韌性因子相對(duì)獨(dú)立于孔隙度,主要與孔隙結(jié)構(gòu)類型相關(guān),還受孔隙連通性、巖石結(jié)構(gòu)及礦物粒度大小的影響。此外,在骨架柔韌性因子的計(jì)算過(guò)程中并不需要考慮干巖石的彈性模量,求解過(guò)程也更為簡(jiǎn)便、可靠,因此被廣泛應(yīng)用于定量刻畫碳酸鹽巖儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)類型研究中[13-15]。

對(duì)于碳酸鹽巖儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)類型通常采用孔隙縱橫比進(jìn)行表征(見(jiàn)圖2)。球形孔隙相比粒間孔隙或者裂縫連通性差,在外界應(yīng)力作用下,流體無(wú)法在三維空間內(nèi)流動(dòng),基本是靜止在原孔隙位置。因此,其產(chǎn)生強(qiáng)的反作用力,使巖石相對(duì)“硬”。在球形孔隙相對(duì)發(fā)育的儲(chǔ)集層中,地震波更容易沿著巖石骨架基質(zhì)傳播,速度快。對(duì)于發(fā)育粒間孔隙或裂縫的儲(chǔ)集層,孔隙之間的連通性要比球形孔隙高很多倍。在外界應(yīng)力作用下,孔隙內(nèi)的流體可在三維空間內(nèi)流動(dòng),這樣對(duì)外界應(yīng)力的反作用力也小,使巖石表現(xiàn)為相對(duì)“軟”。好的孔隙連通性使得這類儲(chǔ)集層骨架基質(zhì)的連通性要比球形孔隙發(fā)育的儲(chǔ)集層差很多,所以,地震波在這類儲(chǔ)集層中傳播時(shí)必然要經(jīng)過(guò)含有流體的孔隙,流體和巖石間的磨擦使地震波傳播能量減弱,進(jìn)而引起地震波傳播速度的降低。物理上,骨架柔韌性因子與孔隙縱橫比成負(fù)相關(guān)關(guān)系[12](見(jiàn)圖2)。為此,同一孔隙度條件下,低骨架柔韌性因子的樣品代表了具有高孔隙縱橫比和聲波傳播速度的球形孔隙發(fā)育的儲(chǔ)集層,而相對(duì)高骨架柔韌性因子的樣品則代表了粒間孔隙或裂縫發(fā)育的儲(chǔ)集層。

圖2 碳酸鹽巖孔隙結(jié)構(gòu)類型示意圖

基于巖石物理分析的骨架柔韌性因子計(jì)算公式為

γ=1+lnfln (1-φ)

(1)

其中f=1-KfKs+1-KfKsφFk(1-φ)1-KfKsFk

(2)

Fk=Ks-Kφ(Ks-Kf)

(3)

(4)

式中,vp、vs分別為縱、橫波速度,km/s;ρ為體積密度,g/cm3;K為體積模量,GPa;Ks、Kf分別為巖石固體基質(zhì)體積模量和流體體積模量,GPa;φ為孔隙度,%;Fk、f為中間變量。

為準(zhǔn)確估算骨架柔韌性因子(γ),還必須準(zhǔn)確計(jì)

算組成巖石礦物的含量、孔隙度、巖石固體基質(zhì)和混合流體的體積模量。研究采用測(cè)井復(fù)雜巖性分析方法(CRA)確定組成巖石不同礦物的含量和孔隙度。利用Viogt-Reuss-Hill模型和Wood模型分別對(duì)巖石固體基質(zhì)的體積模量和混合流體的體積模量進(jìn)行計(jì)算,有

Ks=12∑NiKi+1∑NiKi

(5)

式中,Ni為組成巖石的第i中礦物的體積百分?jǐn)?shù);Ki為對(duì)應(yīng)礦物的體積模量。

Kf=(So/Ko+Sg/Kg+Sw/Kw)-1

(6)

式中,Ko、Kg和Kw分別為油、氣和水的體積模量;So、Sg和Sw分別為油、氣和水的飽和度,并且So+Sg+Sw=1。

2 實(shí)例分析

普光氣田位于川東北斷褶帶東北段的雙石廟-普光構(gòu)造帶上,是一個(gè)北北東向的構(gòu)造-巖性復(fù)合型氣藏,形成于燕山期,定型于喜山期。下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組臺(tái)地邊緣相鮞粒灘儲(chǔ)集層是普光氣田最主要的產(chǎn)氣位置,儲(chǔ)集層巖性主要以顆粒白云巖和細(xì)-中晶白云巖為主,受早期沉積作用和后期同生成巖、淺-中埋藏、深埋藏和后期變形4個(gè)成巖階段的影響,發(fā)育有粒內(nèi)溶孔,鑄?？?粒間溶孔,晶間孔和裂縫等不同骨架柔韌性因子的儲(chǔ)集空間。

2.1 基于巖石物理分析的速度—孔隙度關(guān)系

普光氣田白云巖儲(chǔ)集層白云石含量大部分在90%以上,方解石4%～8%,含極少量泥質(zhì);流體類型為高含H2S和CO2的天然氣。表1是利用CRA方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)所用的參數(shù)值,圖3為計(jì)算得到的A井取心段巖石不同礦物組成的含量和孔隙度值。對(duì)比巖心分析孔隙度和計(jì)算得到的孔隙度可以發(fā)現(xiàn)兩者具有較高的一致性,說(shuō)明了CRA方法的適用性。取心井段的巖心薄片資料展示了垂向上孔隙結(jié)構(gòu)的變化,5 602.34 m和5 642.24 m處的粒內(nèi)溶孔較其他位置的儲(chǔ)集層具有較大的孔隙度和較高的速度。研究區(qū)裂縫主要發(fā)育于飛仙關(guān)組中上部的非有效灰?guī)r儲(chǔ)集層中,為此,研究中剔除了裂縫對(duì)骨架柔韌性因子的影響。

表1 礦物含量和孔隙度計(jì)算時(shí)所用的參數(shù)值

圖3 A井取心段測(cè)井曲線組合及其巖石物理特征

圖4 A井取心段密度孔隙度與縱波速度交會(huì)圖

圖4為A井取心段巖心對(duì)應(yīng)密度孔隙度和縱波速度之間的交會(huì)圖,色標(biāo)指示了骨架柔韌性因子的變化。從圖4中可以看到,縱波速度和孔隙度具有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。在相同的孔隙度條件下,由于孔隙結(jié)構(gòu)的差異,速度具有很強(qiáng)的發(fā)散性。當(dāng)孔隙度等于12.5%時(shí),速度差異可以達(dá)到1 000 m/s。根據(jù)骨架柔韌性因子的差別,可以將縱波速度—孔隙度關(guān)系劃分為3個(gè)不同的趨勢(shì)區(qū)域:橙色趨勢(shì)區(qū)域的骨架柔韌性因子小于4,藍(lán)色趨勢(shì)區(qū)域的骨架柔韌性因子介于4和6之間,綠色趨勢(shì)區(qū)域的骨架柔韌性因子大于6。高孔隙度低速度的樣本點(diǎn)表現(xiàn)為低的骨架柔韌性因子,而低孔隙度高速度的樣本點(diǎn)則對(duì)應(yīng)于高的骨架柔韌性因子。

選取圖4中10個(gè)鑄體薄片對(duì)應(yīng)的樣本點(diǎn),A1～A4、B1～B3、C1～C3分別位于不同趨勢(shì)區(qū)域中,其中A3和B1、A4和B2、B3和C1分別對(duì)應(yīng)于孔隙度5.5%、7%和14%。對(duì)比樣本點(diǎn)B3和C1可以發(fā)現(xiàn)兩者在相同孔隙度條件下,速度差異達(dá)到了400 m/s。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),B3和C1具有相同的巖性,但巖石結(jié)構(gòu)差異明顯。B3是結(jié)晶白云巖,而C1是顆粒白云巖。此外,B3具有晶間孔和部分粒內(nèi)溶孔混合孔隙類型,C1則發(fā)育相對(duì)簡(jiǎn)單的粒內(nèi)溶孔或鑄?？?見(jiàn)圖4)。樣本點(diǎn)A3、B1、A4和B2都是結(jié)晶灰?guī)r,但是B1和B2具有更多的粒內(nèi)溶孔。因此,在相同的孔隙度條件下,B1和B2具有相對(duì)強(qiáng)的巖石剛度和大的縱波傳播速度。樣本點(diǎn)A3和A4以晶間孔為主,相比其他孔隙結(jié)構(gòu)類型的儲(chǔ)集層而言,縱波在這類儲(chǔ)集層中傳播時(shí),由于流體和巖石之間的作用會(huì)引起速度顯著的降低(見(jiàn)圖4)。

圖5 B井飛仙關(guān)組密度孔隙度與縱波速度交會(huì)圖

圖5為B井飛仙關(guān)組全井段密度孔隙度與縱波速度的交會(huì)圖。對(duì)比發(fā)現(xiàn),圖5和圖4具有類似的趨勢(shì),發(fā)育粒內(nèi)溶孔或鑄模孔的樣本點(diǎn)沿黑色趨勢(shì)線分布,如圖5中C1～C3,其骨架柔韌性因子小于5;發(fā)育粒內(nèi)溶孔、晶間溶孔混合孔隙類型的樣本點(diǎn)沿著紅色趨勢(shì)線分布,如圖5中的B1～B3,其骨架柔韌性因子介于5～8之間;發(fā)育晶間溶孔和微孔隙的樣本點(diǎn)沿著綠色的趨勢(shì)線分布,如圖5中的A1～A4,其骨架柔韌性因子大于8。骨架柔韌性因子將單一的速度—孔隙度關(guān)系劃分為具有不同孔隙結(jié)構(gòu)特征的3個(gè)區(qū)域,從而利用3個(gè)速度—孔隙度關(guān)系表征具有不同孔隙結(jié)構(gòu)特征的儲(chǔ)集層。該方法充分考慮了儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)變化對(duì)速度的影響,充分利用數(shù)據(jù)點(diǎn),用3個(gè)高精度的速度—孔隙度關(guān)系表征儲(chǔ)集層,提高儲(chǔ)集層表征的精度。此外,該方法還能有效避免忽略掉儲(chǔ)集層表征過(guò)程中高孔隙度低速度端鑄?？谆蛄?nèi)溶孔發(fā)育的有效儲(chǔ)集層和低孔隙度高速度端晶間溶孔發(fā)育的有效儲(chǔ)集層。

圖6 普光氣田飛仙關(guān)組儲(chǔ)集層孔隙度與滲透率交會(huì)圖*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

2.2 基于巖石物理分析的孔隙度—滲透率關(guān)系

圖7 不同孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層壓汞曲線特征

圖8 骨架柔韌性因子與流動(dòng)帶指數(shù)交會(huì)圖

利用普光氣田取心段實(shí)測(cè)的覆壓孔隙度滲透率資料,建立研究區(qū)孔隙度和滲透率之間的關(guān)系(見(jiàn)圖6)。由復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)特征導(dǎo)致的碳酸鹽巖儲(chǔ)集層強(qiáng)的非均質(zhì)性使得研究區(qū)滲透率離散分布。利用骨架柔韌性因子,可以將研究區(qū)離散的孔隙度和滲透率關(guān)系劃分為3種不同的趨勢(shì)(見(jiàn)圖6)。橙色樣本點(diǎn)為粒內(nèi)溶孔或鑄?？装l(fā)育的儲(chǔ)集層(見(jiàn)圖6中C1),其骨架柔韌性因子小于4。該類儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)以大孔微喉、中孔微喉為主,孔隙之間連通性差。圖7中①、②毛細(xì)管壓力曲線表現(xiàn)為細(xì)歪度,分選中等,儲(chǔ)集性較好。藍(lán)色樣本點(diǎn)為晶間溶孔和粒內(nèi)溶孔混合孔隙發(fā)育的儲(chǔ)集層(見(jiàn)圖6中B2、B3),其骨架柔韌性因子介于4～6之間。該類儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)以大孔中喉、中孔細(xì)喉為主,孔隙之間連通性相對(duì)較好,主要取決于晶間孔隙的發(fā)育程度。圖7中③、④毛細(xì)管壓力曲線表現(xiàn)為中-細(xì)歪度,雙平臺(tái)的特征,分選中等,儲(chǔ)集性較好。綠色樣本點(diǎn)為晶間溶孔發(fā)育的儲(chǔ)集層(見(jiàn)圖6中A4),其骨架柔韌性因子大于6。該類儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)以中孔中喉、中孔細(xì)喉為主,孔隙之間連通性最好。圖7中⑤、⑥毛細(xì)管壓力曲線表現(xiàn)為粗-中歪度,分選較好,儲(chǔ)集性好。在相同孔隙度條件下,骨架柔韌性因子大于6的儲(chǔ)集層由于孔喉連通性最好而使其滲透率要比其他兩類儲(chǔ)集層高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。據(jù)圖6可知,研究區(qū)內(nèi)滲透率最高的儲(chǔ)集層是晶間溶孔最發(fā)育的儲(chǔ)集層而不是孔隙度最大的儲(chǔ)集層。根據(jù)骨架柔韌性因子,研究區(qū)存在3類孔隙度和滲透率關(guān)系,相比圖6中紅色曲線所示的單一孔隙度和滲透率關(guān)系,其相關(guān)系數(shù)明顯提高,儲(chǔ)集層滲透率的表征精度也隨之得到顯著提高。

2.3 流動(dòng)帶指數(shù)對(duì)比分析

巖石物理相為沉積、成巖和構(gòu)造的綜合效應(yīng),決定了碳酸鹽巖儲(chǔ)集層中孔隙、溶孔及裂縫的發(fā)育程度和共生關(guān)系。流動(dòng)帶指數(shù)是進(jìn)行儲(chǔ)集層巖石物理相劃分的重要指標(biāo),是表征儲(chǔ)集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)、反映宏觀滲流特征的重要參數(shù)[16]。在地震巖石物理研究過(guò)程中,骨架柔韌性因子是分析地震波在不同孔隙結(jié)構(gòu)類型儲(chǔ)集層中傳播規(guī)律,建立巖性參數(shù)、物性參數(shù)和地震速度、密度等彈性參數(shù)之間關(guān)系的橋梁?；诠羌苋犴g性因子的巖石物理表征和基于流動(dòng)帶指數(shù)的巖石物理相分類都體現(xiàn)了儲(chǔ)集層巖性、物性和孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)集層質(zhì)量的控制作用,兩者之間必然存在內(nèi)在關(guān)系。圖8為A井取心段骨架柔韌性因子和流動(dòng)帶指數(shù)的交會(huì)圖,圖8中可以看到兩者之間具有很好的正相關(guān)關(guān)系。在碳酸鹽巖儲(chǔ)集層中,流動(dòng)帶指數(shù)高值區(qū)通常代表具有好的孔喉連通性、晶間溶孔相對(duì)發(fā)育的儲(chǔ)集層,其對(duì)應(yīng)于高γ值。流動(dòng)帶指數(shù)低值區(qū)代表了孔喉連通性差、粒內(nèi)溶孔或鑄?？装l(fā)育的儲(chǔ)集層,其對(duì)應(yīng)于低γ值,在這類儲(chǔ)集層中,縱波以相對(duì)較快的速度沿骨架傳播?；旌峡紫栋l(fā)育的儲(chǔ)集層,孔喉連通性介于以上2類儲(chǔ)集層之間,故對(duì)應(yīng)于中等的流動(dòng)帶指數(shù)和γ值。骨架柔韌性因子和流動(dòng)帶指標(biāo)之間高的相關(guān)性從巖石物理相(沉積相、成巖相和裂縫相)的角度進(jìn)一步驗(yàn)證了骨架柔韌性因子在具有強(qiáng)非均質(zhì)性的碳酸鹽巖含氣儲(chǔ)集層孔滲表征過(guò)程中的適用性。

圖9 3種不同孔隙結(jié)構(gòu)類型碳酸鹽巖儲(chǔ)集層反射系數(shù)隨入射角變化圖

2.4 成因機(jī)制簡(jiǎn)析

普光氣田不同孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集層的發(fā)育在宏觀上受沉積相的控制,微觀上受成巖作用的控制。臺(tái)地邊緣鮞粒灘亞相是有利儲(chǔ)集層集中發(fā)育位置,其他相帶儲(chǔ)集條件差。粒內(nèi)溶孔或鑄模孔發(fā)育的儲(chǔ)集層主要發(fā)育于鮞粒灘灘核的位置,同生成巖階段的大氣淡水選擇性溶蝕、膠結(jié)和混合白云巖化作用一方面使儲(chǔ)集層發(fā)育豐富的粒內(nèi)溶孔、鑄?？?另一方面形成強(qiáng)烈的粒間白云石膠結(jié)使形成的孔隙得到很好的保存。后期成巖改造對(duì)該類儲(chǔ)集層影響較弱,孔隙多呈孤立狀,連通性較差,使該類儲(chǔ)集層總體上表現(xiàn)為相對(duì)高孔隙度、低滲透率的特征。晶間溶孔發(fā)育的儲(chǔ)集層主要發(fā)育于鮞粒灘灘緣的位置,早期成巖作用較弱,受后期埋藏白云巖化和重結(jié)晶作用的影響,儲(chǔ)集層原始顆粒結(jié)構(gòu)基本被破壞,重結(jié)晶成細(xì)-中晶白云巖,局部可見(jiàn)殘余鮞粒結(jié)構(gòu)。白云巖儲(chǔ)集層受后期非選擇性溶蝕作用的影響,晶間孔繼續(xù)擴(kuò)大形成孔喉連通較好的晶間溶孔,使該類儲(chǔ)集層總體上表現(xiàn)為相對(duì)低孔隙度、高滲透率的特征?；旌峡紫督Y(jié)構(gòu)類型發(fā)育的儲(chǔ)集層主要形成于灘核-灘緣的過(guò)渡位置,受整個(gè)成巖階段的影響,儲(chǔ)集層形成孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜的混合孔隙組合類型,孔隙度滲透率分布介于上述兩類儲(chǔ)集層之間[17-18]。

3 疊前地震儲(chǔ)層表征的探討

碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的空間表征是在儲(chǔ)集層測(cè)井評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,基于地震資料進(jìn)行的。相比疊后地震資料,疊前地震數(shù)據(jù)在碳酸鹽巖孔滲表征過(guò)程中可以提供更多、更準(zhǔn)確的關(guān)于孔隙結(jié)構(gòu)特征的信息,從而更好地預(yù)測(cè)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的非均質(zhì)性[19-21]。大量理論研究表明,不同孔隙結(jié)構(gòu)類型的碳酸鹽巖儲(chǔ)集層在給定孔隙度條件下具有不同的AVO響應(yīng)特征。為此,研究中構(gòu)建了以飛仙關(guān)組儲(chǔ)蓋組合為原型的雙層介質(zhì)模型,以探討疊前地震儲(chǔ)層表征的可行性。模型參數(shù)來(lái)自于A井中具有相似孔隙度、不同孔隙結(jié)構(gòu)類型的3個(gè)樣本點(diǎn)(見(jiàn)表2)。通過(guò)求解Zoeppritz方程可以得到具有不同孔隙結(jié)構(gòu)類型的3類儲(chǔ)集層縱、橫波反射系數(shù)隨入射角變化而變化情況。圖9中,不同孔隙結(jié)構(gòu)類型的儲(chǔ)集層具有不同的臨界角,并且從粒內(nèi)溶孔到晶間溶孔儲(chǔ)集層,縱波和轉(zhuǎn)換橫波的臨界角角度逐漸增加。就縱波反射系數(shù)而言,不同孔隙結(jié)構(gòu)類型儲(chǔ)集層反射系數(shù)的差異隨著入射角的增大而增大。例如,在入射角小于30°的情況下反射系數(shù)的差值近似等于0.05,當(dāng)入射角大于30°時(shí)反射系數(shù)的差異迅速增大,不同孔隙結(jié)構(gòu)類型儲(chǔ)集層的地震響應(yīng)特征差異越來(lái)越明顯。對(duì)于轉(zhuǎn)換橫波的反射系數(shù),其具有和縱波反射系數(shù)類似的特征,但反射系數(shù)發(fā)生明顯變化對(duì)應(yīng)的入射角要大于40°。上述AVO模擬結(jié)果表明,孔隙結(jié)構(gòu)類型的變化的確對(duì)地震響應(yīng)特征有重要的影響,相比小偏移距地震數(shù)據(jù)而言,大偏移距地震數(shù)據(jù)能更好地區(qū)分碳酸鹽巖儲(chǔ)集層中孔隙結(jié)構(gòu)類型的變化以便更好地進(jìn)行儲(chǔ)集層孔滲表征。以上結(jié)果進(jìn)一步印證了普光氣田飛仙關(guān)組儲(chǔ)集層疊前地震表征的可能性,利用疊前地震數(shù)據(jù)體,結(jié)合骨架柔韌性因子的分析,可以按不同孔隙結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行井間孔隙度滲透率的表征。

表2 用于正演的不同孔隙結(jié)構(gòu)類型碳酸鹽巖儲(chǔ)集層參數(shù)

4 結(jié) 論

(1) 骨架柔韌性因子是用來(lái)定量表征碳酸鹽巖儲(chǔ)集層復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)類型對(duì)巖石聲波速度影響的一個(gè)參數(shù)。在相同孔隙度條件下,低骨架柔韌性因子代表了具有高孔隙縱橫比和聲波傳播速度的球形孔隙發(fā)育的儲(chǔ)集層,而相對(duì)高骨架柔韌性因子則代表了粒間孔隙或裂縫發(fā)育的儲(chǔ)集層。在骨架柔韌性因子的計(jì)算過(guò)程中不需要考慮干巖石的彈性模量,求解過(guò)程更為簡(jiǎn)便、可靠。

(2) 骨架柔韌性因子可以量化不同的孔隙結(jié)構(gòu),從而建立骨架柔韌性因子約束下的多個(gè)速度—孔隙度—滲透率關(guān)系式表征具有不同孔隙結(jié)構(gòu)特征儲(chǔ)集層的孔隙度滲透率特征,提高儲(chǔ)集層表征的精度。這一方法避免了單一關(guān)系模型未考慮儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)變化對(duì)速度影響和精度不足的問(wèn)題。

(3) 沉積和成巖控制了碳酸鹽巖儲(chǔ)集層不同孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)育,基于骨架柔韌性因子的巖石物理表征和基于流動(dòng)帶指標(biāo)參數(shù)的巖石物理相分類之間高的相關(guān)性進(jìn)一步證明了骨架柔韌性因子在具有強(qiáng)非均質(zhì)性的碳酸鹽巖含氣儲(chǔ)集層孔隙度滲透率表征過(guò)程中的適用性。

(4) 基于AVO正演模擬的結(jié)果表明,大偏移距的疊前地震數(shù)據(jù)具有評(píng)價(jià)研究區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)和進(jìn)行井間孔隙度滲透率表征的可能性。

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