碳酸鹽巖礁灘油氣儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)方法探討

賀振華,賈義蓉,蔣煉,黃德濟(jì)

(1.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610059;2.成都理工大學(xué) 信息工程學(xué)院,成都 610059)

碳酸鹽巖礁灘油氣儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)方法探討

賀振華1,2,賈義蓉2,蔣煉2,黃德濟(jì)2

(1.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610059;2.成都理工大學(xué) 信息工程學(xué)院,成都 610059)

儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)和孔隙流體預(yù)測(cè)是目前碳酸鹽巖礁灘油氣儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。這里從流體敏感性參數(shù)的選擇和基于儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)模擬的孔隙度預(yù)測(cè)二方面,研究了碳酸鹽巖礁灘油氣儲(chǔ)層的流體識(shí)別問(wèn)題。其中,基于測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)分析和/或巖石物理巖樣測(cè)試的參數(shù)交會(huì)圖的制作,是優(yōu)選烴類(lèi)敏感參數(shù)的基礎(chǔ)。在單一敏感參數(shù)的基礎(chǔ)上,構(gòu)組復(fù)合型的流體識(shí)別因子,能獲得更好的流體識(shí)別效果。儲(chǔ)層孔隙度預(yù)測(cè)是這樣實(shí)現(xiàn)的:首先,對(duì)Gassm an流體替換方程通過(guò)引入近似關(guān)系βp-βs≈βp進(jìn)行簡(jiǎn)化;然后引入Eshelby-W alsh儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)參數(shù)以獲得直接計(jì)算孔隙度的表達(dá)式;最后,根據(jù)彈性反演得到的縱波、橫波阻抗(或縱波、橫波速度)等參數(shù),計(jì)算得到孔隙度及孔隙流體預(yù)測(cè)剖面。經(jīng)實(shí)際地震資料的流體預(yù)測(cè)結(jié)果顯示,新方法比常規(guī)方法預(yù)測(cè)的精度高。

礁灘儲(chǔ)層;流體預(yù)測(cè);地震孔隙度反演;孔隙結(jié)構(gòu)

0 概述

碳酸鹽巖油氣儲(chǔ)層的預(yù)測(cè),主要包括縫洞型和礁灘型,或二者的復(fù)合型儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)。在這里,我們主要涉及的是生物礁灘型油氣儲(chǔ)層的識(shí)別和預(yù)測(cè)問(wèn)題。

生物礁是碳酸鹽巖隆的一種類(lèi)型,由各種抗浪耐沖擊的,具有極強(qiáng)生命力的造礁生物組成的特殊碳酸鹽巖建造。礁、灘巖體相對(duì)圍巖具有較高的孔隙度和滲透率,是石油和天然氣的良好儲(chǔ)存場(chǎng)所,具有油氣豐度大、產(chǎn)能高的明顯特征。世界上曾經(jīng)達(dá)到日產(chǎn)萬(wàn)噸級(jí)油氣的井總共只有九口井,八口井在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中,而其中四口井在生物礁儲(chǔ)層中。由此可見(jiàn),生物礁油氣儲(chǔ)層在油氣勘探開(kāi)發(fā)中占有十分重要的地位。

我國(guó)石油工業(yè)部門(mén)在四川盆地東北部、塔里木盆地和南海珠江口等盆地,先后發(fā)現(xiàn)了不同類(lèi)型和特征的大型礁灘油氣田,有巨大的潛在資源量。因此,加強(qiáng)生物礁、灘儲(chǔ)層的勘探開(kāi)發(fā),對(duì)緩解我國(guó)能源供求緊張的局面,具有現(xiàn)實(shí)而又長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

然而,生物礁灘儲(chǔ)層屬于隱蔽型巖性油氣藏或者巖性～構(gòu)造復(fù)合油氣藏,有相當(dāng)大的預(yù)測(cè)難度。在以二維地震資料為主的勘查階段,預(yù)測(cè)生物礁灘儲(chǔ)層的鉆探成功率很低,據(jù)劉劃一等人[1、2]的資料顯示,在八十年代初投入了較多的礁灘勘探工作量以后,至1997年底在已知的三十口礁井中,屬于正確預(yù)測(cè)的只有10%。目前,隨著三維地震資料的廣泛應(yīng)用,新的預(yù)測(cè)方法不斷涌現(xiàn),以及勘探精度的逐步提高,預(yù)測(cè)生物礁灘儲(chǔ)層的鉆探成功率已有大大提高[3～5],有的鉆探成功率已達(dá)90%以上,但這只是指鉆遇生物礁體本身而言。而生物礁灘儲(chǔ)層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和含流體性質(zhì)的預(yù)測(cè)依然十分困難,并且鉆遇干井和水井的風(fēng)險(xiǎn)很大。主要原因在于:

(1)儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)和流體預(yù)測(cè)本身是國(guó)內(nèi)、外的高難度研究課題,探索性強(qiáng)。

(2)碳酸鹽巖礁灘儲(chǔ)層內(nèi)部巖性和孔隙流體結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性較其它儲(chǔ)層更強(qiáng),與圍巖的差異更小,使得地震信號(hào)雜亂,甚至空白。

(3)目前儲(chǔ)層識(shí)別和流體預(yù)測(cè)的一些有效方法和統(tǒng)計(jì)關(guān)系,大多是針對(duì)碎屑巖儲(chǔ)層的,直接利用有一定困難。

(4)碳酸鹽巖儲(chǔ)層往往埋藏深,這一方面限制了多波和大出射角地震資料和相關(guān)先進(jìn)方法的利用;另一方面使地震資料的分辨率降低。

因此,發(fā)展有針對(duì)性的預(yù)測(cè)方法是十分必要的。這里,我們根據(jù)近年來(lái)在生物礁灘型油氣儲(chǔ)層識(shí)別和流體預(yù)測(cè)方面的實(shí)踐,探討一些具體問(wèn)題,主要包括流體敏感性預(yù)測(cè)參數(shù)的選擇和基于儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)模擬的孔隙流體預(yù)測(cè)方法。

1 流體敏感性預(yù)測(cè)參數(shù)的選擇

基于地震資料儲(chǔ)層流體預(yù)測(cè)的一個(gè)重要前提是選擇對(duì)流體比較敏感的物性參數(shù)和地震響應(yīng)屬性。所謂敏感參數(shù)系是指能將儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層,油氣層和干層,油氣層和水層有效區(qū)分的參數(shù)。其主要方法有:

(1)基于測(cè)井資料和/或巖石物理樣品測(cè)試分析的流體敏感參數(shù)的選擇。

(2)應(yīng)用物理和數(shù)學(xué)分析方法,構(gòu)組高靈敏度流體識(shí)別因子,提高地震反演預(yù)測(cè)流體的可靠性。

1.1 基于測(cè)井資料或巖石物理樣品測(cè)試分析的流

體敏感參數(shù)選擇

首先,要根據(jù)任務(wù)要求,并利用各種參數(shù)的交會(huì)圖對(duì)有關(guān)參數(shù)逐一分析,最后確定有利于流體識(shí)別的敏感參數(shù)或參數(shù)組合。由于生物礁灘儲(chǔ)層的復(fù)雜性,不同地區(qū)的儲(chǔ)層,其流體敏感參數(shù)可能很不相同;即使在同一地區(qū),同一目的層,各個(gè)井的敏感參數(shù)也會(huì)存在較大差異,需要全面分析,仔細(xì)選擇。

圖1為ZJ地區(qū)礁灘儲(chǔ)層有效孔隙度和密度的測(cè)井參數(shù)交會(huì)圖。由圖1可見(jiàn),在相同孔隙度情況下,利用密度可區(qū)分碳酸鹽巖和碎屑巖層,但很難識(shí)別油層和水層。

圖2(見(jiàn)下頁(yè))為ZJ地區(qū)礁灘儲(chǔ)層中有效孔隙度與橫波速度、縱橫波阻抗差、縱橫波阻抗平方差和自然伽瑪?shù)慕粫?huì)圖。其中,在相同孔隙度且孔隙度小于20%的情況下,利用縱橫波阻抗差和縱橫波阻抗平方差有可能區(qū)分油～水層。而橫波速度和自然伽瑪不能可靠區(qū)分。

圖1 ZJ地區(qū)礁灘儲(chǔ)層有效孔隙度和密度的測(cè)井參數(shù)交會(huì)圖Fig.1 C rossp lotof effective porosity and density for carbonate reef-shoal reservoirwell-log data in ZJ area

1.2 復(fù)合型流體識(shí)別因子的構(gòu)組

通過(guò)基本的彈性參數(shù)λ(拉梅系數(shù))、μ(剪切模量)、ρ(密度)和縱橫波阻抗Ip、Is可以構(gòu)組更多、更敏感的復(fù)合型流體識(shí)別因子,以獲得更好的流體識(shí)別效果,如公式(1)～公式(5)所示。

下頁(yè)圖3～后面圖5展示了部份流體識(shí)別因子對(duì)氣～水層的潛在識(shí)別能力。

(1)泊松比。

(2)Goodw ay(1997)等提出的識(shí)別因子。

(3)Russell(2003)等提出的流體屬性。

式中 f為流體因子;c為調(diào)節(jié)參數(shù)。

(4)賀振華等提出的高靈敏度流體識(shí)別因子

式中 B為調(diào)節(jié)參數(shù)。當(dāng)B=2 Ip/Is時(shí),得

式(5)結(jié)合了Ip/Is和的優(yōu)點(diǎn)。

2 基于儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)模擬的孔隙流體預(yù)測(cè)方法探討

我們將Gassm an流體替換方程和由Eshelby 1957年提出,后經(jīng)W alsh簡(jiǎn)化的方程[6,7]相結(jié)合,以便在考慮儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)的同時(shí),預(yù)測(cè)孔隙流體。因?yàn)榭紫督Y(jié)構(gòu)和孔隙度,對(duì)儲(chǔ)層的影響都很重要。

圖2 ZJ地區(qū)礁灘儲(chǔ)層流體敏感參數(shù)的測(cè)井統(tǒng)計(jì)分析Fig.2 Crossp lotsof effective porosity and shearwave velocity(a)difference between P and S impedance(b)square difference of P and S impedance(c)Gamm a curves from ZJwell-log data

圖3 L地區(qū)礁灘儲(chǔ)層高靈敏度流體識(shí)別因子(HSFIF)與縱波阻抗的交會(huì)圖Fig.3 Crossp lotof high sensitive fluid factor(HSFIF)and Pwave's impedance from carbonate reef-shoal reservoir in L area

圖4 L地區(qū)礁灘儲(chǔ)層泊松比與縱波阻抗的交會(huì)圖Fig.4 Crossp lotof high sensitive fluid factor and poisson'sratio from the area sam e as Fig.3

2.1 方法原理

Gassm an流體替換方程[8～12]如下:

式中 βs、βD、βp、ˉβ和η分別為含流體雙相介質(zhì)的基質(zhì)(骨架)壓縮系數(shù)、干燥(含空氣)巖石的壓縮系數(shù)、孔隙流體的壓縮系數(shù)、含孔隙流體儲(chǔ)層的有效壓縮系數(shù)和儲(chǔ)層的孔隙度?？紤]到孔隙流體(油、氣、水)的壓縮系數(shù),一般大于巖石基質(zhì)(骨架)的壓縮系數(shù)達(dá)一個(gè)數(shù)量級(jí)以上,可得βp-βs≈βp的近似關(guān)系(對(duì)碳酸鹽巖來(lái)說(shuō),其基質(zhì)壓縮系數(shù)比碎屑巖的小一倍以上,可使該項(xiàng)近似的可行性更好!)。于是,式(6)可簡(jiǎn)化為:

圖5 L地區(qū)礁灘儲(chǔ)層縱波、橫波阻抗的交會(huì)圖Fig.5 Crossp lotof P-wave and S-wave impedances in L area

由式(7),得

由Eshelby和W alsh的干燥巖石橢球包體近似公式[5、6]:

式中 m為干燥巖石橢球包體的結(jié)構(gòu)參數(shù)之一;α是另一結(jié)構(gòu)參數(shù),表示橢球孔隙或裂隙的縱橫(或長(zhǎng)短軸)比;βD在式(8)和式(9)中具有相同的涵義。將式(9)代入式(8),經(jīng)化簡(jiǎn)后得式(10)。

由A、B的表達(dá)式,很易得到:

ˉβ和η為飽和流體的壓縮系數(shù)和孔隙度,可由巖石物理測(cè)試分析或測(cè)井參數(shù)統(tǒng)計(jì)獲得。βp的參考值可用公式計(jì)算[16、17],βs為巖石基質(zhì)壓縮系數(shù),一般較難得到。但通過(guò)式(10)的統(tǒng)計(jì)分析和線(xiàn)形擬合,可求出A、B,再按式(11),很易求得βs。上述關(guān)系式對(duì)地震彈性正演、反演和流體識(shí)別,有著重要參考價(jià)值。

2.2 應(yīng)用效果

圖6 基于礁灘儲(chǔ)層內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)模擬的孔隙度預(yù)測(cè)剖面(紅黃色的中低孔隙度指示含油層)Fig.6 Comparison between new porosity inversion(a)and traditional Pwave velocity inversion(b).The resultof porosity inversion is better than the one in(b)

通過(guò)地震疊前彈性參數(shù)反演,首先獲得縱橫波阻抗或縱橫波速度,然后利用上述公式獲得考慮了孔隙結(jié)構(gòu)的孔隙度和孔隙流體反演剖面。圖6為某區(qū)通過(guò)Ky1井的孔隙度地震反演剖面。圖6(b)為同一資料的常規(guī)疊前縱波速度反演剖面。剖面中的紅黃色標(biāo)代表中低孔隙度和中低縱波速度,是油層存在的標(biāo)志。二者相比,孔隙度反演的結(jié)果與Ky1井資料的吻合度比縱波速度反演結(jié)果的吻合程度更好。

3 結(jié)論

(1)流體敏感性預(yù)測(cè)參數(shù)的選擇,對(duì)碳酸鹽巖礁灘油氣儲(chǔ)層以及其它類(lèi)型儲(chǔ)層的流體預(yù)測(cè)都是十分重要的。其中,根據(jù)測(cè)井參數(shù)和巖石物理測(cè)試參數(shù)所做的交會(huì)圖,是進(jìn)行流體敏感參數(shù)選擇的基礎(chǔ)性圖件。在制作不同參數(shù)的交會(huì)圖件時(shí)應(yīng)當(dāng)盡可能全面,以便挑選出真正的敏感性參數(shù)或參數(shù)組合。

(2)復(fù)合型流體識(shí)別因子較單一的敏感參數(shù)有更好的流體識(shí)別效果,而且構(gòu)組方法簡(jiǎn)單。讀者可根據(jù)研究任務(wù)的需要,自行構(gòu)組更多、更有效的復(fù)合型流體識(shí)別因子。

(3)基于儲(chǔ)層內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)模擬的孔隙度預(yù)測(cè)(反演)方法的優(yōu)點(diǎn)是考慮了孔隙結(jié)構(gòu)這一重要因素,有利于儲(chǔ)層基質(zhì)壓縮系數(shù)的估算,并見(jiàn)到了一定的實(shí)際應(yīng)用效果。但仍然存在孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)估算的困難,而且基質(zhì)壓縮系數(shù)的估算值要隨孔隙流體的性質(zhì)變化,這些問(wèn)題還需要進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和探索。

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TE 122.2+21

A

1001—1749(2011)01—0001—05

國(guó)家自然科學(xué)基金資助(40739907,40774064)

2010-08-23

賀振華(1938-),男,湖北大悟縣人,教授,博士導(dǎo)師,現(xiàn)主要從事油氣地球物理和巖石物理等領(lǐng)域的教學(xué)與研究工作。