鶯歌海盆地樂東區(qū)低滲透砂巖儲層橫波時差預測方法研究

張冠杰， 何小胡， 雷 新， 劉敬壽， 王 靜

（1.中國石油大學（華東）地球科學與技術(shù)學院，山東青島 266555；2.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

準確求取鶯歌海盆地樂東區(qū)低滲透砂巖儲層的巖石力學參數(shù)對該區(qū)的油氣勘探開發(fā)具有重要意義［1］.但像鶯歌海盆地樂東區(qū)這樣的海上區(qū)塊，巖心取心困難，難以通過實驗室?guī)r心測定法直接求取該區(qū)低滲透砂巖儲層的巖石力學參數(shù)，所以只能通過地球物理測井資料解釋法求取該區(qū)低滲透砂巖儲層的巖石力學參數(shù). 縱波時差信息和橫波時差信息均屬于重要的地球物理測井資料. 通常，縱波時差信息可從常規(guī)測井的聲波時差中輕松獲得，但橫波時差信息需在陣列聲波測井的聲波時差中獲?。?］. 受采集成本等因素影響，同一區(qū)塊僅針對重點井進行陣列聲波測井，所以難以準確地確定同一區(qū)塊中所有井點的橫波時差信息和動態(tài)巖石力學參數(shù). 橫波時差信息是儲層巖性、物性以及流體識別的關(guān)鍵［3］，也是疊前地震反演、疊前地震屬性分析的基礎(chǔ)資料［4］. 橫波時差信息的準確性不僅決定了巖石力學參數(shù)求取精度，還決定了油氣檢測精度和儲層地震預測精度. 已有研究［5］指出，縱波時差與橫波時差之間存在一定的關(guān)系，在缺少橫波時差信息時，可通過縱波時差信息或儲層的其他參數(shù)來求取橫波時差. Castangna等［6］通過研究得出，縱波時差與橫波時差呈線性關(guān)系，同時給出了不同巖性條件下的橫波時差預測公式. Han等［7］根據(jù)室內(nèi)實驗的測試結(jié)果得出，橫波時差與泥質(zhì)含量呈線性關(guān)系. Greenberg等［8］根據(jù)Gassmann公式和縱波時差得出了橫波時差. 李慶忠［9］通過統(tǒng)計不同地區(qū)實測縱、橫波時差關(guān)系擬合得到橫波時差. Xu和White［10］基于巖石物理模型和實測縱波時差提出了用于計算橫波時差的Xu-White模型. 郭棟等［11］利用多種測井曲線對通過Xu-White模型計算的橫波時差進行了修正，使得計算結(jié)果更加準確.

目前，鶯歌海盆地樂東區(qū)所有井點的測井資料中，僅少數(shù)重點井完成了常規(guī)測井和陣列聲波測井，具備完整的縱波時差信息和橫波時差信息，而該區(qū)其他井點的測井資料都缺失橫波時差信息. 鑒于此，本研究以鶯歌海盆地樂東區(qū)為研究區(qū)域，首先利用實測縱橫波資料擬合模型和Xu-White模型對橫波時差進行預測，并將預測結(jié)果與實測結(jié)果進行了對比分析，然后根據(jù)Xu-White模型預測的橫波時差對研究區(qū)低滲透砂巖儲層的動態(tài)巖石力學參數(shù)進行了計算，獲得了研究區(qū)各井點沿井筒一維巖石力學參數(shù)分布. 本研究不僅可為鶯歌海盆地樂東區(qū)的地應力場模擬以及目的層優(yōu)化壓裂設(shè)計提供參考，還可為鶯歌海盆地其他地區(qū)的橫波時差預測提供參考，同時對鶯歌海盆地樂東區(qū)低滲透砂巖儲層天然氣開發(fā)的地質(zhì)工程一體化具有重要意義.

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鶯歌海盆地位于南海北部、大陸架邊緣西北部，屬新生代沉積盆地［12］，盆地內(nèi)天然氣資源豐富，是我國天然氣勘探開發(fā)的重點區(qū)域. 鶯歌海盆地由鶯歌海凹陷、鶯東斜坡、鶯西斜坡、河內(nèi)凹陷、臨高凸起這五個二級構(gòu)造單元組成［13］，樂東區(qū)位于二級構(gòu)造單元鶯歌海凹陷內(nèi). 樂東區(qū)中新統(tǒng)儲層為低滲透砂巖儲層，是樂東區(qū)天然氣勘探開發(fā)的重點，其埋藏深、基質(zhì)孔滲性差，儲層巖性主要為粉砂巖、細砂巖、中砂巖，自下而上共發(fā)育5套氣層，分別為三亞組三一段、梅山組梅二段、梅山組梅一段、黃流組黃二段、黃流組黃一段，其平均孔隙度為14.02%，平均滲透率為4.2 md，屬深層中—低孔、低—特低滲儲層［14］，梅山組、黃流組及其以上地層發(fā)育淺?；虬肷詈１尘跋碌年懠苌皫r和海相泥巖可形成良好的儲蓋組合，勘探潛力巨大［15］.

2 預測模型

2.1 實測縱橫波資料擬合模型

實測縱橫波資料擬合模型主要是根據(jù)某一區(qū)域中已有完整聲波測井資料的井的縱、橫波時差的轉(zhuǎn)換關(guān)系，對該區(qū)域中僅有縱波時差信息的其他井的橫波時差進行預測. 已有研究［6］表明，不同巖性巖石的縱、橫波時差具良好的相關(guān)性. L10-5井是鶯歌海盆地樂東區(qū)的重點井，目前該井已有完整聲波測井資料，具備完整的縱波時差信息和橫波時差信息. 首先對研究區(qū)L10-5井的陣列聲波測井數(shù)據(jù)進行處理，以獲得不同巖性（泥巖、砂巖）巖石的縱、橫波時差的轉(zhuǎn)換關(guān)系，如式（1）和式（2）所示. 然后結(jié)合研究區(qū)中其他井點的實測縱波時差，根據(jù)式（1）和式（2）計算得出其橫波時差.

電磁編碼器主要由磁阻傳感器（霍爾原件）、充磁磁鼓（碼盤）、信號處理電路組成。其工作原理是利用磁阻或霍爾元件檢測角度和位移的變化。

泥巖

老大爺阿扁做的車輪不是自行車的車輪啦，那個時候還沒有自行車。那個時候的車輪還是木頭的。他在齊國給國君齊桓公做車輪。齊桓公當時要稱霸，需要很多車馬，所以阿扁一天到晚都很忙。齊桓公也很專心地學習治國之道。

式中：?sh為泥巖的孔隙度，%；ΔtshPR為泥巖巖石實測縱波時差，μs/ft；Δtm為泥巖巖石骨架聲波時差，依據(jù)研究區(qū)聲波時差測井曲線，取值為70 μs/ft；Δtw為孔隙流體聲波時差，由于泥巖中孔隙流體為水，因此在此取值為200 μs/ft.

式中：ΔtSS為預測橫波時差，μs/ft；ΔtPR為實測縱波時差，μs/ft.

2.2 Xu-White模型

Xu-White 模型是一種利用Wyllie 公式［16］、Kuster-Toksoz 方程［17］、差分有效介質(zhì)理論（DEM）以及Gassmann公式［18］整合的多巖性混合巖石物理模型. 該模型是基于儲層巖石密度、孔隙度以及泥質(zhì)含量等實際資料對橫波時差進行預測的，所以精確度相對較高，具體步驟如下：首先利用Wyllie公式分巖性確定巖石孔隙度；然后結(jié)合差分有效介質(zhì)理論（DEM）和Kuster-Toksoz 方程計算干巖石的彈性模量；最后通過Gassmann公式對流體飽和巖石的橫波時差進行計算.

2.2.1 巖石孔隙度的計算 研究區(qū)巖性復雜，對不同巖性巖石（砂巖、泥巖）的孔隙度進行計算時需采用不同的計算公式. 根據(jù)研究區(qū)的實際情況，砂巖的孔隙度根據(jù)實測縱波時差信息（式（3））進行計算，泥巖的孔隙度根據(jù)改進的Wyllie公式（式（4））進行計算.

2.2.2 巖石基質(zhì)彈性模量的計算 Xu和White［10］認為砂質(zhì)、泥質(zhì)基質(zhì)（骨架）分別由砂、泥巖顆粒組成，砂巖中孔隙縱橫比與泥巖中孔隙縱橫比明顯不同，因此孔隙縱橫比與孔隙度是影響砂巖和泥巖縱、橫波時差的關(guān)鍵. Xu-White模型將泥質(zhì)砂巖的孔隙劃分為具有較大孔隙縱橫比的砂巖孔隙和具有較小孔隙縱橫比的泥巖孔隙. Xu-White模型輸入?yún)?shù)包括泥質(zhì)含量、連續(xù)孔隙度以及孔隙縱橫比等參數(shù)，因此該模型充分考慮了巖石孔隙縱橫比、孔隙度以及各基質(zhì)模量間的關(guān)系.利用式（5）～（7）計算泥巖體積分數(shù)：

砂巖的孔隙度預測模型（GR≤90 API）：

泥巖的孔隙度預測模型（90 API＜GR≤110 API）：

節(jié)水型高校建設(shè)實踐與思考——以遼寧石油化工大學為例…………………………………………… 吳長宏，武榮華(11.18)

式中：GR為自然伽馬，API；?sa為砂巖的孔隙度，%；ΔtsaPR為砂巖巖石實測縱波時差，μs/ft.

砂巖

例如筆者在上文所提及的，設(shè)計一個集合了各種地圖的sdk的平臺，通過GPS定位，一個用戶若是覺得某個地方很不錯，就可以給這個地方點贊，同時將這個地點的經(jīng)緯度傳送到后端服務器上。當查看熱度圖時，系統(tǒng)從后端服務器調(diào)取數(shù)據(jù)，通過相應的密度計算的算法將點贊集中的區(qū)域的設(shè)置為高亮的形式，這樣就可以通過熱度圖來反映學生對什么地方感興趣，從而給其他學生用作參考數(shù)據(jù)。

式中：I為伽馬指數(shù)；GRmin為目的層位自然伽馬最小值，API；GRmax為目的層位自然伽馬最大值，API；Vsh為泥質(zhì)的體積分數(shù)，%；V′sh為泥巖的體積分數(shù)，%；?sh為泥巖的孔隙度，%.

巖石基質(zhì)縱、橫波時差和巖石基質(zhì)密度可根據(jù)橫波時差和Wyllie公式計算得出，具體如下：

除氣調(diào)運輸外，新鮮果蔬因自身呼吸、容器材料性質(zhì)以及運輸工具的不同，容器內(nèi)氣體成分也會有相應的改變。使用普通紙箱時，因氣體分子可從箱面上自由擴散，箱內(nèi)氣體成分變化不大，CO2的濃度都不超過0.1%。

式中：Krm為巖石基質(zhì)的體積模量，GPa；μrm為巖石基質(zhì)的剪切模量，GPa.

巖石基質(zhì)彈性模量（體積模量、剪切模量）可根據(jù)式（11）和式（12）計算得出：

2.解釋變量。本文的測度研究分為兩部分，第一部分對整體社會公平感知進行測度。選取的解釋變量為社會養(yǎng)老保險參與、社會醫(yī)療保險參與、商業(yè)養(yǎng)老保險參與、商業(yè)醫(yī)療保險參與、社會養(yǎng)老保險與社會醫(yī)療保險的交互項以及商業(yè)養(yǎng)老保險與商業(yè)醫(yī)療保險的交互項。兩種主要社會保險參與情況的交互可以一定程度上代表社會保險整體參與情況，也能反映社會保險和商業(yè)保險內(nèi)部各險種能否有效配合以提高社會公平感知。參與行為分為參加和未參加兩個選項。第二部分是對個人層面的個人收入公平感知進行測度，解釋變量的選取與第一部分一致，參與行為分為參加和未參加兩個選項。

2.2.3 干巖石彈性模量的計算 首先設(shè)F1（·）和F2（·）分別為關(guān)于砂、泥巖基質(zhì)孔隙縱橫比的函數(shù)，其中規(guī)定x為砂巖基質(zhì)的孔隙縱橫比，y為泥巖基質(zhì)的孔隙縱橫比；然后利用Kuster-Toksoz方程搭建干巖石骨架模型（式（13）～（14））；最后結(jié)合差分有效介質(zhì)理論（DEM），根據(jù)式（15）～（16）計算獲得干巖石的彈性模量.

式中：?sa為砂巖孔隙度，%；?sh為泥巖孔隙度，%；Kdr為干巖石的體積模量，GPa；μdr為干巖石的剪切模量，GPa.2.2.4 流體飽和巖石橫波時差的計算 結(jié)合研究區(qū)實際情況，采用Gassmann公式（式（17）～（18））來計算流體飽和巖石的橫波速度，然后利用橫波速度與橫波時差的關(guān)系（式（19））獲得準確的橫波時差.

式中：?為巖石總孔隙度，%；ρb為流體飽和巖石密度，g/cm3；ρf為干巖石密度，g/cm3；VSS為預測的橫波速度，ft/μs；ΔtSS為預測橫波時差，μs/ft.

自2012年起，新聞出版總署為實施全民閱讀工程，與中央電視臺、湖南電視臺共同舉辦了“書香中國”電視晚會，邀請莫言、劉震云、曹文軒等文化名家，易烊千璽、李健等演藝明星講述讀書故事，在青少年讀者群體中起到了很好的閱讀普及效果。2013年，舉辦了首屆全國書香之家活動。每年從全國各地評選近1000個熱愛讀書的家庭，授予“書香之家”的榮譽稱號，在全國范圍內(nèi)進行表彰、推廣。

3 預測橫波時差與實測橫波時差的對比

根據(jù)L10-5井的完整聲波測井資料，分別采用實測縱橫波資料擬合模型和Xu-White模型對其橫波時差進行預測，結(jié)果如圖1所示. 從相對誤差來看，通過實測縱橫波資料擬合模型預測的橫波時差與實測橫波時差之間存在較大誤差，其中泥巖段的平均相對誤差約為5.5%，無法滿足實際工作需求；基于Xu-White模型預測的橫波時差與實測橫波時差基本一致，且泥巖段的平均相對誤差小于1.6%，誤差明顯減小，可滿足實際工作需要.