蘇里格氣田致密氣層地震波吸收衰減分析及應(yīng)用

暢永剛 （中石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西 西安710018）

蘇里格氣田致密砂巖儲層孔隙空間細(xì)小，微觀孔隙類型多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲層中存在多種類型的孔隙喉道，不同類型組合使得儲層儲集性能相差懸殊，宏觀物性上表現(xiàn)為孔隙度分布范圍寬。儲層中不同類型孔隙結(jié)構(gòu)差異表現(xiàn)出明顯的儲層非均質(zhì)性和非線性分布，這些都是造成地震吸收衰減影響因素復(fù)雜、波場響應(yīng)復(fù)雜的主要原因。因此，有必要對儲層的巖性、物性、孔隙流體性質(zhì)等展開全面分析，合理地指導(dǎo)應(yīng)用地震衰減特性來預(yù)測致密砂巖儲層。

1 研究現(xiàn)狀

地層是非完全彈性介質(zhì)，當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ诘貙咏橘|(zhì)中傳播時，地震信號的能量被吸收，而衰減量包含了該地層的巖性及含流體信息，與其他參數(shù)相比，具有更高的靈敏度［1～11］，所以研究地層的吸收衰減規(guī)律意義重大。根據(jù)頻譜比斜率確定的吸收系數(shù)，比直接利用相鄰反射波振幅衰減比值計算的結(jié)果更加準(zhǔn)確，因為頻率和吸收系數(shù)關(guān)系密切［12～16］，頻譜能較好地反映出不同頻率的變化強(qiáng)度。起初一些研究人員在時間域中利用波的振幅衰減信息進(jìn)行吸收系數(shù)成像，如Brzostowski等［17］與Leggett等［18］做過該類試驗；Gladwin等［19］根據(jù)吸收過程地震波脈沖增寬現(xiàn)象，提出了上升時間原理；Youli Quan等［20］根據(jù)地震波吸收過程中高頻成份的吸收快于低頻成份的特點(diǎn)，利用頻譜主頻的偏移進(jìn)行吸收成像研究。

2 基本概念與測定誤差分析

吸收系數(shù)是描述地層對地震彈性波動信號吸收特性的重要參數(shù)，是將地層介質(zhì)的巖石性質(zhì)、物理性質(zhì)、巖石組分結(jié)構(gòu)、孔隙結(jié)構(gòu)、充填流體特性等作為研究對象，也就是說上述地層非完全彈性特性表現(xiàn)出來其對彈性波的吸收特性。

衰減系數(shù)是彈性機(jī)械波在完全非彈性地層介質(zhì)中傳播時的特性，應(yīng)結(jié)合地層介質(zhì)特性，重點(diǎn)圍繞激發(fā)彈性波特性展開研究，主要應(yīng)用彈性波動理論、阻尼振動、能量守恒及彈性波其他特性展開分析。

地層品質(zhì)因子Q是表示地層吸收特性的物理量，是完全非彈性介質(zhì)的固有屬性。影響因素諸多，主要有孔隙度、流體成份等，特別是儲層含氣性對吸收特性影響較為明顯。Q用地震波在地層介質(zhì)中儲存的最大能量和波傳播經(jīng)過時所損耗能量的比值來描述。

在實驗室測定吸收衰減系數(shù)面臨一些困難，如疏松巖石無法打磨、溫度壓力與實際差異大、巖樣小、超聲波頻率太高、無法利用與實際地震信號頻率匹配的信號源等都是導(dǎo)致誤差的因素。野外測定相對于實驗室測定好，對于研究地震波吸收衰減的總體規(guī)律有幫助，但距實際儲層預(yù)測要求也有較大差距。目前，主要應(yīng)用地面地震資料、井中地震資料2類野外數(shù)據(jù)求取吸收衰減系數(shù)等。

3 提取吸收衰減屬性的方法

目前，提取地震波吸收衰減屬性的方法主要有3種：①傅里葉算法，直接用振幅譜求取衰減率對數(shù)，適用于反射波單一、穩(wěn)定、信噪比高的原始資料。②功率譜求取吸收系數(shù)法，在復(fù)雜信號分析中，要借助隨機(jī)信號、復(fù)雜統(tǒng)計信號的分析方法，根據(jù)功率譜求取衰減率對數(shù)，適用由于薄互層干涉現(xiàn)象使波形發(fā)生畸變等波場信息復(fù)雜、信噪比不高的原始資料。③分離子波法，地震記錄是子波與反射系數(shù)褶積得到的，而反射系數(shù)恰好是地層變化差異的體現(xiàn)，那么地震波傳播過程中，由于地層差異和吸收特性使得傳播過程中子波也發(fā)生衰減變化，這種子波的變化恰好就是地層吸收特性的表現(xiàn)；將記錄分離成子波分量和脈沖分量，用子波振幅譜比法估算吸收衰減，可消除反射層結(jié)構(gòu)（反射系數(shù)）對吸收衰減求取的影響；子波在地震信號傳播中是波前和波后疊置存在的，因此分離子波不是嚴(yán)格意義上的分離子波，只能是估算子波的包絡(luò)形態(tài)。由于地質(zhì)目標(biāo)層很薄，往往比一個子波的長度還要短很多，時窗的選取較為困難，因此無論哪種提取方法都是一個估算或者一個大時間窗內(nèi)的平均值。

4 應(yīng)用研究

4.1 含氣儲層特征

蘇里格氣田的主要儲集層系為二疊系石盒子組8段（P2sh8）及山西組1段（P1sx1）的三角洲平原相辮狀河道沉積的致密砂巖儲層，主河道呈南北縱向延伸、東西橫向遷移、頻繁交叉復(fù)合的展布格局，表現(xiàn)為垂向上河道砂體復(fù)合疊置，平面分布具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，但單砂體較小且分散。鉆探揭示，主力儲層P2sh8復(fù)合砂體或砂層組厚度較大（一般25～30m），但單砂體厚度較薄，尤其是孔、滲條件相對較好的有效儲層厚度一般都小于10m。蘇里格氣田儲層巖性多為石英砂巖和純石英砂巖，石英體積分?jǐn)?shù)一般在90%以上，最高可達(dá)95%，多為含礫粗砂巖，其孔隙多為晶間孔、粒間孔、溶蝕孔和微裂隙；孔隙度多小于10%，滲透率約0.7mD，有效砂體多呈孤立狀分布，規(guī)模小、連續(xù)性差，以次生孔隙為主，具有低孔、特低滲致密砂巖儲層特征。

4.2 地震儲層預(yù)測技術(shù)流程

蘇里格氣田是典型的致密砂巖氣藏，主要目的層砂體縱向相互疊置，橫向復(fù)合連片，有效儲層相對較薄。以往通過二維地震吸收衰減屬性分析技術(shù)結(jié)合AVO分析、疊前彈性參數(shù)反演技術(shù)的應(yīng)用，對有效儲層的預(yù)測取得了良好效果。但是，隨著蘇里格氣田規(guī)?；_發(fā)，大量應(yīng)用三維地震資料大勢所趨，所以開展三維地震屬性優(yōu)化分析、降低地震儲層預(yù)測多解性迫在眉睫。地震屬性攜帶了地表噪聲、采集腳印、處理痕跡等，更重要的是攜帶了地質(zhì)儲層特征信息，如構(gòu)造特征、沉積環(huán)境、巖性、物性及含流體信息等。在地震屬性數(shù)據(jù)中，首先應(yīng)對資料做各影響因素的基礎(chǔ)分析，然后按照各個因素對吸收衰減影響級別展開分類分析，最終甄選、優(yōu)化可以用來預(yù)測儲層含氣性的地震屬性。

研究區(qū)地震波吸收衰減影響因素主要有4個方面：①蘇里格氣田地表為沙漠，淺層成巖較晚，處于欠壓實狀態(tài)，巖石疏松，因此激發(fā)信號大量被吸收；②在大面積致密砂巖分布的地層中，處于同一巖石壓實作用級別下，泥巖和致密砂巖的波阻抗差異小；③在其他條件（噪聲水平、壓實、巖性）相同時，砂巖孔隙度與地震波吸收系數(shù)之間呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)；④砂巖孔隙中充填了地層水、油、天然氣等，它們對地震信號的吸收程度是不同的。筆者在綜合分析地質(zhì)、鉆井、測井及錄井資料的前提下，對地震屬性進(jìn)行優(yōu)化分析的同時，重點(diǎn)從儲層巖性、物性、含氣性等方面做了最詳細(xì)的分析，從而有效利用地震波吸收衰減屬性預(yù)測致密儲層含氣性。圖1為基于地震吸收衰減分析的儲層預(yù)測技術(shù)流程。

4.3 有效儲層預(yù)測

通過提取多種地震屬性，再按照一定物理意義和儲層預(yù)測目標(biāo)參數(shù)分類后優(yōu)化降維，以井點(diǎn)有效儲層信息為指導(dǎo)，融合優(yōu)化分類后的地震屬性，預(yù)測三維地震工區(qū)目標(biāo)層位的儲層含氣性。如圖2、3所示，蘇里格氣田東區(qū)P2sh8沿層地震吸收系數(shù)剖面，25－44井、25－46井、23－46A井在P2sh8都表現(xiàn)為強(qiáng)吸收，通過鄰井對比分析，25－44井、25－46井、23－46A井與各自的鄰井在巖性、物性特征上基本接近。由于蘇里格氣田P2sh8致密砂巖分布相對連續(xù)，因此影響地震波在小范圍內(nèi)或井控范圍內(nèi)橫向強(qiáng)吸收的因素應(yīng)該是孔隙充填流體造成的。鉆井結(jié)果顯示，25－44井、25－46井、23－46A井P2sh8均有較好的含氣顯示，說明利用高頻吸收系數(shù)預(yù)測儲層含氣性獲得了成功。

圖1 地震儲層預(yù)測技術(shù)流程

圖2 過25－44井及25－46井P2sh8致密氣層吸收系數(shù)剖面

圖3 過23－46A井P2sh8致密氣層吸收系數(shù)剖面

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在傳播過程中對吸收衰減最敏感的是振幅能量類屬性。因此，在提取吸收系數(shù)的同時，提取沿層振幅屬性進(jìn)行對比分析是非常重要的。分析認(rèn)為，吸收系數(shù)與振幅屬性在平面形態(tài)上有很大的相似性。地震波傳播中大部分的強(qiáng)能量是由于巖石顆粒的內(nèi)摩擦造成的，當(dāng)巖性相對均一的情況下，強(qiáng)吸收可以指示物性和含氣性；同時，氣層對地震信號的選擇性吸收也是預(yù)測氣層的主要依據(jù)，氣層對高頻信號的吸收較為敏感。在實際應(yīng)用中，還結(jié)合其他地震屬性和井場鉆探靜態(tài)資料進(jìn)行了綜合分析。

圖4為蘇里格氣田shan187區(qū)塊三維地震P2sh8沿層吸收系數(shù)平面圖，深色表示強(qiáng)吸收，淺色表示弱吸收；井點(diǎn)主要部署在吸收系數(shù)相對較強(qiáng)的地區(qū)，井點(diǎn)處的灰色柱子是該井的有效砂巖（氣層）厚度統(tǒng)計。該區(qū)塊面積約為915km2，部署的Ⅰ＋Ⅱ類開發(fā)井占到了80%以上。

4.4 預(yù)測效果分析

蘇里格氣田投入規(guī)?；_發(fā)以來，地震技術(shù)作出了突出貢獻(xiàn)，基于地震吸收衰減條件下的多項地震技術(shù)綜合應(yīng)用起到了良好的應(yīng)用成果，特別是以吸收系數(shù)預(yù)測致密砂巖氣層含氣性方面較為突出。蘇里格氣田致密砂巖巖性、物性相對均一，儲層含氣性在吸收系數(shù)上異常響應(yīng)較為明顯。應(yīng)用地震吸收衰減預(yù)測致密氣層技術(shù)，并綜合應(yīng)用地震波傳播理論分析與實際致密砂巖儲層巖石物理分析，提供各類開發(fā)井位，有力地支撐了蘇里格氣田天然氣開發(fā)產(chǎn)能建設(shè)任務(wù)完成。表1是2013年和2014年蘇里格氣田D1區(qū)和D2區(qū)地震吸收衰減分析技術(shù)應(yīng)用效果統(tǒng)計表，表明該技術(shù)的儲層預(yù)測成功率在穩(wěn)步提高。

圖4 陜187區(qū)塊三維地震P2sh8沿層吸收系數(shù)

5 結(jié)論

1）致密砂巖儲層地震預(yù)測，在保證一定信噪比條件下，地震異常響應(yīng)是地震波衰減特性、地層吸收特性造成的。因此基于吸收衰減分析地震儲層預(yù)測方法是科學(xué)的。

2）地震波衰減因素廣泛而復(fù)雜，分析吸收特性要綜合多種因素，計算吸收系數(shù)的方法各有利弊，應(yīng)綜合資料的具體情況、算法本身的優(yōu)劣選擇計算方法，客觀評價預(yù)測結(jié)論是必要的。

3）地震吸收衰減技術(shù)在蘇里格氣田致密氣層預(yù)測中應(yīng)用效果良好。

表1 地震吸收衰減分析技術(shù)應(yīng)用效果統(tǒng)計表

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