基于雙相介質(zhì)油氣檢測方法在塔東GC地區(qū)的應(yīng)用

許 玲

（大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院,黑龍江大慶163712）

塔東GC地區(qū)的GC6井、GC8井、GC9井相繼獲得工業(yè)氣流。其鉆井結(jié)果表明，主力產(chǎn)層為奧陶系YS組的Y3段。但其儲(chǔ)集空間主要為次生空隙，儲(chǔ)層物性差，縱/橫向非均質(zhì)性強(qiáng)。GC地區(qū)白云巖中含氣儲(chǔ)層（氣層+差氣層）層數(shù)只占總層數(shù)的15.1%，厚度只占總厚度的9.3%。表明不是所有白云巖儲(chǔ)層都含氣，因此需要利用地震資料預(yù)測氣藏分布。基于雙相介質(zhì)地震波理論的方法,能更精確地描述地震波在含流體介質(zhì)中的傳播機(jī)理,因此合理應(yīng)用基于雙相介質(zhì)地震波理論的方法有利于提高油氣藏預(yù)測的精度。

雙相介質(zhì)理論于1956年由Biot首先提出。當(dāng)前研究得比較多的雙相介質(zhì)地震波理論有Gassmann理論、Biot理論、BISQ理論和其它相關(guān)理論[1-7]。其中Biot理論和BISQ理論因具有更合理的巖石物理假設(shè)以及與之對應(yīng)的地震波動(dòng)方程而成為了業(yè)界的熱點(diǎn)。

相對于Dvorkin和Nur建立的BISQ理論，即從微觀世界的局部運(yùn)動(dòng)角度來研究外力作用下地下質(zhì)點(diǎn)的震動(dòng)情況，Biot理論側(cè)重于從宏觀上描述含油氣介質(zhì)中地震波的傳播規(guī)律。由于BISQ理論只是從微觀角度分析問題，而以尋找油氣資源為主要目標(biāo)的地震勘探技術(shù)的分辨率目前還達(dá)不到BISQ理論所假設(shè)的微觀尺度，因此研究Biot理論下地震波的傳播規(guī)律及其影響因素對于提高油氣勘探精度更具應(yīng)用價(jià)值[8]。

Biot理論應(yīng)用于地震勘探的探索最早由張應(yīng)波等人于1994年提出[9]，但進(jìn)展不大。后來經(jīng)梁秀文等人的多年潛心研究，有了一定突破，并成功開發(fā)了基于雙相介質(zhì)理論的油氣檢測技術(shù)的綜合反演軟件系統(tǒng)。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 基本原理及雙相介質(zhì)的彈性波方程

雙相介質(zhì)指的是由具有孔隙的固體骨架（即固相）和孔隙中所充填的流體（即流相）所組成的介質(zhì)。當(dāng)受到外力作用時(shí)，孔隙內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)與骨架固體質(zhì)點(diǎn)不是同步的，而是存在相對位移，且流體與固體之間是相互影響的，這種假設(shè)揭示了第二縱波（慢縱波）的存在。第一縱波與第二縱波疊加使得地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征相對于單相介質(zhì)而言發(fā)生了改變。不同的流體介質(zhì)改變的程度會(huì)有所不同。Biot在此假設(shè)前提下建立了雙相介質(zhì)中的地震波波動(dòng)方程[10]。為了簡單起見，本文只討論雙相各向同性介質(zhì)。其向量表達(dá)式如下：

式中考慮了流體的影響。b為耗散系數(shù)，與流體粘滯系數(shù)、孔隙度和滲透率參數(shù)有關(guān)。當(dāng)不考慮流體與固體之間的相對位移時(shí)，b為零。以此為基礎(chǔ)，可以針對各種實(shí)際情況設(shè)計(jì)雙相介質(zhì)模型，進(jìn)行正反演計(jì)算，以研究其地震響應(yīng)特征，為利用地震資料直接進(jìn)行油氣檢測提供理論依據(jù)。

1.2 雙相介質(zhì)與油氣藏

油氣儲(chǔ)集層是典型的雙相介質(zhì)。在雙相介質(zhì)中，不同的流體性質(zhì)，第二縱波的特征會(huì)有差異。在實(shí)際的地震資料處理解釋中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)貙雍畷r(shí)，“低頻共振、高頻衰減”現(xiàn)象并不明顯，而當(dāng)富含油氣時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的“低頻共振、高頻衰減”動(dòng)力學(xué)特征，并且油的“共振”現(xiàn)象明顯，而氣的“衰減”現(xiàn)象明顯。如圖1是某油田目的層相同時(shí)窗地震數(shù)據(jù)的頻譜特征。

圖1 某工區(qū)油井水井地震數(shù)據(jù)頻譜特征（a）和油井地震數(shù)據(jù)頻譜特征（b）

實(shí)際數(shù)據(jù)證實(shí)固體與流體之間相對位移的一種重要作用是引起雙相介質(zhì)中地震波能量的再分配，主要表現(xiàn)為地震波能量向低頻方向移動(dòng)。使雙相介質(zhì)信息的地震記錄具有所謂“低頻共振、高頻衰減”的動(dòng)力學(xué)特征,并且油的共振現(xiàn)象明顯，氣的衰減現(xiàn)象明顯。而含水雙相介質(zhì)只有輕微衰減，主要是因?yàn)樗恼硿禂?shù)、與周圍巖性的親和力等等與油氣差別較大。并且在相對穩(wěn)定的地層中水的分布是比較廣泛的，而油氣在大多數(shù)情況下是較聚集的、相對局限分布的。即使水能影響地震波能量的再分配，也應(yīng)該是背景值的一部分，所以油氣是能夠從水的背景中被識別出來的。

理論研究表明，低頻累計(jì)能量的大小可以定性地描述可動(dòng)油氣占總孔隙度的比例，而高頻衰減是對油氣滲透能力的描述，二者之比是油氣富集程度的定性表示。

2 實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)雙相介質(zhì)典型的“低頻共振、高頻衰減”的特性，對給定時(shí)窗內(nèi)的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，并在給定的高低頻敏感段內(nèi)對振幅譜進(jìn)行能量累加，再對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相減、相除，進(jìn)而得到能夠定性表征儲(chǔ)層性質(zhì)和油氣富集程度的結(jié)果。這些結(jié)果能夠靈活地以剖面或平面的形式進(jìn)行顯示，以便地質(zhì)人員對油氣藏獲得直觀有效的認(rèn)識。

圖2 是GC地區(qū)Y3段頂界面局部等T0圖。區(qū)內(nèi)8口探井中有3口為工業(yè)氣井GC6、GC8、GC9：其中GC6井日產(chǎn)氣26×104m3，GC8井日產(chǎn)氣47×104m3，GC9井日產(chǎn)氣107×104m3；GC7、GC10、GC15為油氣顯示井；GC12和GC14試氣為少量氣。

圖2 Y3段頂面等T0圖

圖3 是給定時(shí)窗內(nèi)各井旁道的頻譜特征分析，所用的分析時(shí)窗為60ms（Y3段頂以下60ms），主要產(chǎn)氣層包括在時(shí)窗范圍之內(nèi)。比較8口井的井旁道頻譜特征可見，3口工業(yè)氣井相對于其它5口井來說，表現(xiàn)為明顯“低頻共振、高頻衰減”特征現(xiàn)象。其中GC9井產(chǎn)量最高，其“低頻共振”特征最明顯。

從圖3可以看出，3口工業(yè)氣井的低頻段最大振幅值的主峰頻率均在10Hz以內(nèi)，明顯低于其它5口非工業(yè)氣流井。而高頻段頻率衰減較快的頻率范圍為26～36Hz。分析認(rèn)為，主峰頻率小于10Hz時(shí)，可能主要反映的是氣層的信息，而大于10Hz的頻率時(shí)，主要反映的是儲(chǔ)層其他方面的信息，比如儲(chǔ)層厚度、巖性的粒度大小等等。根據(jù)井旁道和其它構(gòu)造部位的頻譜范圍確定數(shù)據(jù)體的最高有效頻率為40Hz，由此確定地震數(shù)據(jù)體的低頻和高頻敏感段范圍分別是1～10Hz和26～36Hz。據(jù)此計(jì)算的該時(shí)窗范圍內(nèi)油氣富集程度（div：低頻能量/高頻能量）如圖4所示。深色調(diào)為高值有利區(qū)，色標(biāo)范圍0.66～1.71。圈定的油氣富集區(qū)范圍為一個(gè)南北走向的條帶狀。

圖3 各井井旁道頻譜特征

圖4 Y3段含氣檢測平面圖

圖5 是5口井的連井剖面。從剖面上可以看出，在目的層段內(nèi)工業(yè)氣流井GC6、GC8、GC9在div的相對高值區(qū)，而非工業(yè)氣流井GC10、GC15在div的相對低值區(qū)。

表1 為各井試氣日產(chǎn)量與檢測結(jié)果值的對比。由表可見，在8口井中，GC9產(chǎn)量最高，值也最大。三口工業(yè)氣流井的檢測值均大于1.4，而5口非工業(yè)氣流井中有4口井檢測結(jié)果小于1.3，而GC7井是見顯示，但其檢測值為1.49，與單井產(chǎn)能不符?？偟膩碚f，8口井中有7口井符合，檢測結(jié)果與鉆井結(jié)果吻合度較高，為87%。

3 結(jié)論

（1）高低頻敏感段的選擇是基于雙相介質(zhì)理論檢測油氣方法最關(guān)鍵的參數(shù)。檢測時(shí)窗必須經(jīng)過精細(xì)的頻譜分析。時(shí)窗內(nèi)應(yīng)包含油氣層的特征信息。該技術(shù)無需已知井的約束，可應(yīng)用于油氣勘探、開發(fā)的全過程。如果有已知井，必須結(jié)合井旁道的頻譜特征進(jìn)行分析，以提高預(yù)測精度。

圖5 GC10～GC9～GC6～GC15～GC8連井剖面

表1 各井試氣情況與檢測結(jié)果值

（2）從單向介質(zhì)發(fā)展到雙相介質(zhì)是油氣藏預(yù)測的巨大進(jìn)步。油氣藏是典型的雙相介質(zhì)，充分利用油氣藏的“低頻共振、高頻衰減”頻譜特征可有效預(yù)測有效油氣富集區(qū)。提高儲(chǔ)層預(yù)測精度，指導(dǎo)下一步工作。