基于儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的雙相介質(zhì)理論油氣檢測(cè)方法應(yīng)用研究

摘 要：文章通過(guò)Biot經(jīng)典波動(dòng)方程與位移波動(dòng)方程聯(lián)合推導(dǎo)出地震波在雙相介質(zhì)傳播過(guò)程中振幅衰減和頻率的關(guān)系，分析了地震波在雙相介質(zhì)中傳播時(shí)“低頻共振，高頻衰減”的原理。以寬頻保真地震資料為基礎(chǔ)，利用井資料進(jìn)行波阻抗反演，通過(guò)自然伽馬曲線(xiàn)和波阻抗交匯分析，預(yù)測(cè)出儲(chǔ)層的頂、底界，利用雙相介質(zhì)理論油氣檢測(cè)方法針對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行油氣檢測(cè)，減少人觀(guān)主控因素對(duì)油氣預(yù)測(cè)的結(jié)果影響。通過(guò)對(duì)JG地區(qū)的實(shí)際資料的應(yīng)用，證明此方法在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中應(yīng)用效果較好，油氣預(yù)測(cè)精度能大幅度提高。

關(guān)鍵詞：雙相介質(zhì)；波阻抗；預(yù)測(cè)儲(chǔ)層；油氣檢測(cè)

引言

近年來(lái)，油氣勘探逐漸由構(gòu)造氣藏向巖性氣藏?cái)U(kuò)展，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及油氣檢測(cè)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，為下一步井位優(yōu)選提供有力支撐。隨著油氣勘探的難度不斷增大，以及原油價(jià)格的持續(xù)低迷，降低油氣勘探和開(kāi)發(fā)成本是目前亟待解決的問(wèn)題。因此油氣勘探中油氣檢測(cè)的精確性是解決成本過(guò)高的有效手段之一。

油氣儲(chǔ)層通常是由巖石骨架、孔隙度及孔隙中的流體（水、油、氣）組成的雙相或多相介質(zhì)[1]?；趩蜗嘟橘|(zhì)的油氣檢測(cè)方法達(dá)不到油氣檢測(cè)要求的精度，并且造成油氣檢測(cè)結(jié)果的多解性和不確定性[2]。基于雙相介質(zhì)的油氣檢測(cè)方法建立在雙相介質(zhì)理論上，Biot在1962年發(fā)表的一系列文章中闡述了地震波在雙相介質(zhì)中傳播的特點(diǎn)，Biot雙相介質(zhì)經(jīng)典波動(dòng)方程正確地解釋了地震波在雙相介質(zhì)中的傳播機(jī)理[3]。近年來(lái)，基于雙相介質(zhì)理論的油氣檢測(cè)方法（主要以能量和頻率為主）在國(guó)內(nèi)外許多工區(qū)取得了較好的應(yīng)用效果。國(guó)內(nèi)研發(fā)的Klinversion系統(tǒng)利用地震波在雙相介質(zhì)中傳播特性，即“低頻共振，高頻衰減”，采用累積能量法和最大能量掃描法進(jìn)行油氣檢測(cè)[4]。這些方法普遍應(yīng)用效果較好，唯一不足之處是在對(duì)目的層進(jìn)行油氣檢測(cè)時(shí)都由手動(dòng)給定時(shí)窗，造成油氣檢測(cè)的效果受?chē)鷰r和人工的影響較大，造成結(jié)果一定程度上的不準(zhǔn)確性。

文章針對(duì)以上問(wèn)題，提出一種新思路，從Biot雙相介質(zhì)地震波動(dòng)方程出發(fā)，研究地震波在雙相介質(zhì)中的傳播特性。利用測(cè)井資料對(duì)目的層進(jìn)行參數(shù)交匯分析，對(duì)目的層進(jìn)行儲(chǔ)層反演，精細(xì)刻畫(huà)出儲(chǔ)層。在此基礎(chǔ)上，對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行油氣檢測(cè)。減少油氣檢測(cè)的多解性，提高精確度，為進(jìn)一步選取井位提供有力支撐，降低勘探成本。

1 基本原理

1.1雙相介質(zhì)地震波動(dòng)方程衰減系數(shù)和頻率的關(guān)系

在各向同性介質(zhì)中，Biot經(jīng)典波動(dòng)方程將地震波傳播特性描述為：

表示地震波在雙相介質(zhì)傳播過(guò)程中振幅的衰減。將（2）式代入（4）式中可得：

由上式可知，當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ陔p相介質(zhì)中傳播時(shí)，地震波衰減同時(shí)受地震波頻率和耗散系數(shù)影響，存在某一低頻使得衰減最小，此時(shí)地震波能量最大，存在某一高頻衰減最大，地震波能量最小。這就是Biot“低頻共振，高頻衰減”油氣檢測(cè)原理。

1.2 不同流體性質(zhì)雙相介質(zhì)地震波振幅隨頻率衰減特征

根據(jù)CNPC物探重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室牟永光教授對(duì)含氣、含水和含油砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行的模擬地震實(shí)驗(yàn)。觀(guān)測(cè)到不同流體的反射地震波衰減情況（圖1）[7]。

由上圖可看出，當(dāng)介質(zhì)中含不同飽和度的不同流體，地震波衰減量具有明顯的差別。

2 實(shí)現(xiàn)過(guò)程

此研究?jī)?nèi)容主要在于通過(guò)結(jié)合井資料進(jìn)行儲(chǔ)層反演，提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度，將與儲(chǔ)層接觸的圍巖剔除，預(yù)測(cè)出儲(chǔ)層的頂界面和底界面，減小人觀(guān)主控因素給油氣檢測(cè)結(jié)果帶來(lái)的影響。技術(shù)路線(xiàn)如圖2。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 資料分析

通過(guò)初步研究后的成果分析，選取JG地區(qū)三維地震資料，首先進(jìn)行可行性分析，主要包含以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

（1）地震資料信噪比較高，基本達(dá)到稀疏脈沖反演和油氣檢測(cè)的性噪比要求[8]。

（2）通過(guò)頻譜分析，地震資料頻帶較寬，大約在5Hz～85Hz之間，符合稀疏脈沖反演的要求，能較準(zhǔn)確地分辨儲(chǔ)層頂、底界面。

（3）地震資料經(jīng)過(guò)保真處理，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果和油氣檢測(cè)結(jié)果可信度高。

3.2 阻抗反演

在波阻抗反演之前，首先對(duì)井GR和P波阻抗曲線(xiàn)進(jìn)行交匯分析[9]，經(jīng)過(guò)與實(shí)鉆資料的對(duì)比分析，確定GR值小于20gAPI ，P波阻抗在16500（g/cm3）·（m/s）～18000（g/cm3）·（m/s）屬于儲(chǔ)層段（圖3所示），可以較精確地確定儲(chǔ)層發(fā)育的位置以及層厚。

4 雙相介質(zhì)理論油氣檢測(cè)

通過(guò)頻譜分析，研究區(qū)長(zhǎng)興組儲(chǔ)層段內(nèi)可明顯觀(guān)測(cè)到能量分布具有“高頻衰減”現(xiàn)象。圖4為JG69井在儲(chǔ)層段內(nèi)的地震資料能量隨頻率的分布特征。

在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上，進(jìn)行油氣檢測(cè)，通過(guò)求取目的層對(duì)應(yīng)的地震反射累積正態(tài)概率分布在時(shí)空域上的展布。劃分油氣富集區(qū)在平面圖上的展布。圖5為過(guò)JG69井的油氣檢測(cè)結(jié)果剖面，圖中第一分量為低頻能量分布特征，第五分量為高頻能量分布特征，第四分量為低頻和高頻分量之商，反映油氣富集程度。因儲(chǔ)層段內(nèi)含氣，導(dǎo)致高頻衰減較強(qiáng)，從圖中可看出，高頻能量衰減最大的區(qū)域也是反應(yīng)油氣富集程度較高的地區(qū)。在縱向上，油氣主要集中于地震剖面上的波峰段。在橫向上，低頻能量較弱，而高頻能量較強(qiáng)的段屬于油氣富集段。

通過(guò)初步勘探鉆井發(fā)現(xiàn)，JG62井、JG69井在長(zhǎng)興組內(nèi)有氣體產(chǎn)出，而JG61井在長(zhǎng)興組無(wú)氣體產(chǎn)出。與油氣預(yù)測(cè)平面圖（圖6）完全吻合，可為下步油氣勘探和開(kāi)發(fā)提供有力支撐和指導(dǎo)。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）經(jīng)過(guò)保真處理的寬頻地震資料，特別是低頻成分，用此方法能較好地分辨儲(chǔ)層的頂、底界，油氣預(yù)測(cè)的結(jié)果最為精確。

（2）長(zhǎng)興組儲(chǔ)層為碳酸鹽巖，儲(chǔ)層主要含氣，地震資料特征“低頻共振，高頻衰減”的特征較為明顯，利用雙相介質(zhì)理論油氣檢測(cè)方法效果較明顯。

（3）雙相介質(zhì)理論油氣檢測(cè)方法可準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)地下目的層的油氣分布，但受時(shí)窗影響較大，因此可通過(guò)卡準(zhǔn)儲(chǔ)層段手段，提高油氣預(yù)測(cè)的精度。

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*通訊作者：李瑞。