諧振法油氣檢測技術(shù)在火山巖儲(chǔ)層預(yù)測中的應(yīng)用

黃洪冠 （河南省煤炭地質(zhì)勘察研究總院，河南 鄭州450052）

徐勝峰 （中國石化國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京100029）

諧振法油氣檢測技術(shù)在火山巖儲(chǔ)層預(yù)測中的應(yīng)用

黃洪冠 （河南省煤炭地質(zhì)勘察研究總院，河南 鄭州450052）

徐勝峰 （中國石化國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京100029）

火山巖儲(chǔ)層橫向變化大，具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性，一般的反演方法對火山巖進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測難度較大。由于諧振法完全依賴于地震資料，對于火山巖這類儲(chǔ)層橫向變化較大、井間變化較快、無法得到精確模型的儲(chǔ)層，利用諧振法油氣檢測技術(shù)可以克服反演中受模型影響帶來的誤差。為此，利用諧振法技術(shù)對火山巖儲(chǔ)層含氣性進(jìn)行了疊前諧振法油氣檢測。檢測結(jié)果與鉆井結(jié)果符合較好，符合率為80%。

地震勘探；疊前諧振法；低頻；火山巖；油氣檢測

當(dāng)儲(chǔ)層中含有流體時(shí)，地震波的低頻能量相對增強(qiáng)，高頻能量相對衰減，這種現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)室物理模擬、數(shù)值模擬和實(shí)際數(shù)據(jù)試算中均得到證實(shí)［1，2］。近年來，利用地震資料低頻信息進(jìn)行油氣檢測和油藏監(jiān)測，即使針對非常薄的含流體儲(chǔ)層也取得了成功。諧振法油氣檢測技術(shù)是一種全新的油氣勘探理念，利用油氣或者油氣儲(chǔ)層的固有頻率和地震波發(fā)生共振的原理，從地震波中直接檢測到油氣的位置［3～5］。

研究區(qū)目的層是一套火山巖儲(chǔ)層，火山巖儲(chǔ)層具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性，同一火山巖體內(nèi)部的儲(chǔ)集空間縱向與橫向連續(xù)性差，儲(chǔ)層預(yù)測困難?；鹕綆r氣藏既有構(gòu)造油氣藏又有構(gòu)造－巖性復(fù)合氣藏。構(gòu)造－巖性復(fù)合氣藏縱向上又呈多套氣層疊置，總體為上氣下水，沒有統(tǒng)一的氣水界面，平面上氣層連通性差，受不同火山機(jī)理控制，從而導(dǎo)致利用一般的反演方法進(jìn)行火山巖儲(chǔ)層預(yù)測難度較大。主要難點(diǎn)在于反演中所用模型基本為利用井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行插值的層狀介質(zhì)模型，忽略了火山巖儲(chǔ)層橫向變化大、井間變化較快的特點(diǎn)，最終無法得到精確的儲(chǔ)層預(yù)測結(jié)果。為此，筆者針對火山巖儲(chǔ)層特征，選用了依賴地震、不受井控的諧振法油氣檢測技術(shù)。

1 諧振法油氣檢測原理

根據(jù)一般介質(zhì)振動(dòng)理論，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在外加激振力作用下振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)微分方程為：

該方程的全解為：

式中，x為震動(dòng)距離，m；t為時(shí)間，s；ωn是介質(zhì)的固有頻率，Hz；h為單位質(zhì)量激振力，m／s2；ω是激振力的頻率，Hz；φ是激振力的初相位，rad；A為介質(zhì)固有頻率的自由振動(dòng)帶來的振幅，m；θ為角度，rad。

全解表明，質(zhì)點(diǎn)的受迫振動(dòng)由2部分諧振動(dòng)合成：第1部分（Asin（ωnt＋θ））是頻率為介質(zhì)固有頻率的自由振動(dòng)，這部分振動(dòng)會(huì)逐漸衰減；第2部分是頻率為激振力頻率的振動(dòng)，是質(zhì)點(diǎn)在外加激振力作用下的振動(dòng)。該次研究重點(diǎn)為第2部分。

由全解的第2部分可知，在簡諧激振的條件下，質(zhì)點(diǎn)的受迫振動(dòng)為諧振動(dòng)，其振動(dòng)頻率等于激振力的頻率。振幅的大小與運(yùn)動(dòng)起始條件無關(guān)，而與介質(zhì)的固有頻率ωn、單位質(zhì)量激振力h、激振力的頻率ω有關(guān)。激振力產(chǎn)生的振幅b表達(dá)式如下：

圖1 質(zhì)點(diǎn)受力振幅示意圖

激振力產(chǎn)生的振幅b與激振力頻率ω之間的關(guān)系可用圖1所示。由圖1可知，當(dāng)激振力頻率ω接近介質(zhì)的固有頻率ωn時(shí)，激振力產(chǎn)生的振幅b將逐漸變大；當(dāng)兩者相等時(shí)，激振力產(chǎn)生的振幅b趨于無窮大，激振力和介質(zhì)發(fā)生共振。

在地震采集時(shí)，地震波是外加激振力，地下地層為振動(dòng)介質(zhì)。諧振法油氣檢測認(rèn)為，油氣或者油氣儲(chǔ)層具有一個(gè)固定的固有頻率，地震波經(jīng)過地下儲(chǔ)層時(shí)，如果儲(chǔ)層含有油氣，地震波在含油氣儲(chǔ)層固有頻率區(qū)段就會(huì)發(fā)生共振或諧振現(xiàn)象，該區(qū)段地震波振幅和能量顯著增大；如果儲(chǔ)層不含油氣，地震波在該區(qū)段的振幅和能量沒有變化。地震波發(fā)生共振或諧振的位置，就是油氣聚集的位置。利用該原理，對地震數(shù)據(jù)采用比較復(fù)雜的解析處理手段，即可得到反映油氣位置及分布的屬性數(shù)據(jù)體，從而得到反映油氣位置及分布的各種成果圖件。

諧振法油氣檢測技術(shù)是一種呼應(yīng)式直接尋找油氣的方法，頻帶很寬的地震波經(jīng)過地下儲(chǔ)層時(shí)，油氣儲(chǔ)層固有頻率附近的地震波成分對油氣進(jìn)行呼叫，當(dāng)儲(chǔ)層含有油氣時(shí)，就會(huì)對呼叫產(chǎn)生響應(yīng)；而當(dāng)儲(chǔ)層不含油氣時(shí)，就不會(huì)對呼叫產(chǎn)生響應(yīng)。油氣諧振頻段在0～15Hz之間，因此，含油氣儲(chǔ)層的低頻能量得到加強(qiáng)。該技術(shù)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①地震資料決定油氣是否存在，不存在人為的因素，檢測結(jié)果完全取決于地震資料；②對油與氣的檢測都有效，檢測結(jié)果受煤層、疏松地層、裂縫等其他因素影響小；③能夠準(zhǔn)確地確定油氣位置及分布，確定巖性油氣藏和隱蔽油氣藏，指導(dǎo)井位設(shè)計(jì)、油氣藏探邊和老井復(fù)查等。

2 諧振法油氣檢測應(yīng)用分析

首先對研究區(qū)主要井的井旁道進(jìn)行單道振幅譜分析，對不同類型的井進(jìn)行分析。圖2中3口井橢圓形圈的部位為工區(qū)主要目的層，A井為高產(chǎn)氣井，B井為干井，C井橢圓形圈所在位置為差氣層，圖2中直線所在位置代表頻率為12Hz。從圖2中可以看出，A井目的層 （氣層，圖2中橢圓框）位置在12Hz時(shí)有較強(qiáng)能量，B井目的層 （干層）位置處在12Hz能量很弱，C井目的層 （差氣層）位置在12Hz能量間于A井與B井之間，能量較弱。說明油氣儲(chǔ)層在低頻 （12Hz）時(shí)能夠發(fā)生諧振，引起了低頻能量增加。

為了提高諧振法油氣檢測的精度，該次研究對疊前數(shù)據(jù)進(jìn)行了油氣檢測。考慮到疊前道集單道數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性，采用疊前部分疊加數(shù)據(jù)進(jìn)行油氣檢測。地震資料處理過程中，經(jīng)過疊加將不同偏移距的道集數(shù)據(jù)合成疊后數(shù)據(jù)，對于地震資料頻率是一個(gè)平均或者是粗化的過程。疊前地震數(shù)據(jù)不同偏移距數(shù)據(jù)主頻不同，隨著偏移距的增大，主頻逐漸降低，因此遠(yuǎn)偏移距數(shù)據(jù)低頻能量較近偏移距數(shù)據(jù)強(qiáng)。圖3為工區(qū)地震疊前部分疊加近中遠(yuǎn)分偏移距疊加數(shù)據(jù)的頻譜分析結(jié)果，可以看出，遠(yuǎn)偏移距數(shù)據(jù)低頻能量高于近偏移距數(shù)據(jù)。

對近偏移距疊加數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)偏移距疊加數(shù)據(jù)分別進(jìn)行計(jì)算，得到2個(gè)油氣檢測結(jié)果 （圖4）。油氣檢測結(jié)果為亮色時(shí)代表含氣；油氣檢測結(jié)果為暗色時(shí)代表不含氣。鉆井結(jié)果顯示，D井為產(chǎn)氣井，E井為水井，F(xiàn)井為差氣層。由圖4可以看出，遠(yuǎn)偏移距油氣檢測結(jié)果與鉆井結(jié)果更符合。

對油氣檢測結(jié)果進(jìn)行沿層提取振幅值，分析油氣平面展布情況。圖5為對近偏移距數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)偏移距數(shù)據(jù)油氣檢測結(jié)果 （圖4）分別沿T4層到T4往下60ms提取的均方根振幅值。圖5中3個(gè)圈所在位置為通過鉆井證實(shí)的含氣儲(chǔ)層，對比近偏移距疊加數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)偏移距疊加數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果可以看出，圖5（b）中圈內(nèi)低頻能量更明顯，說明遠(yuǎn)偏移距數(shù)據(jù)與鉆井解釋結(jié)論一致性更好。這充分說明了諧振法油氣檢測技術(shù)中低頻能量對于該方法的應(yīng)用效果非常重要。

圖2 單道地震數(shù)據(jù)振幅譜分析

圖3 不同偏移距疊前數(shù)據(jù)頻帶分析

圖4 近偏移距數(shù)據(jù) （a）與遠(yuǎn)偏移距數(shù)據(jù) （b）油氣檢測剖面

圖5 近偏移距數(shù)據(jù) （a）與遠(yuǎn)偏移距數(shù)據(jù) （b）沿層均方根振幅平面圖

3 結(jié) 語

諧振法油氣檢測技術(shù)，從一個(gè)全新的角度進(jìn)行油氣勘探研究，提出了油氣勘探的新理念。雖然該方法完全依賴于地震資料，不存在人為因素，但是也存在地震資料處理過程中低頻能量的破壞會(huì)給檢測結(jié)果帶來致命影響的情況。從實(shí)際應(yīng)用中來看，檢測結(jié)果并不是完全與測井結(jié)果相符合，主要受地震資料低頻能量損失、儲(chǔ)層厚度以及含氣飽和度等多種因素影響。

由于諧振法完全依賴于地震資料，對于火山巖這類儲(chǔ)層橫向變化較大、井間變化較快、無法得到精確模型的儲(chǔ)層，利用諧振法油氣檢測技術(shù)可以克服反演中受模型影響帶來的誤差，得到較為精確的預(yù)測結(jié)果。利用諧振法油氣檢測技術(shù)對工區(qū)內(nèi)10口井進(jìn)行了預(yù)測，預(yù)測結(jié)果和鉆井結(jié)果符合的井有8口，符合率為80%。

［1］Cerney B.Uncertainties in low-frequency acoustic impedance models ［J］.The Leading Edge，2007，26 （1）：74～87.

［2］Whitcombe D，Hodgson L.Stabilizing the low frequencies［J］.The Leading Edge，2007，26 （1）：66～72.

［3］Mitchell J T，Derzhi N，Lickman E.Low frequency shadows：the rule，or the exception？［A］.67th annual international meeting society of exploration geophysicists，expanded abstracts［C］.Dallas，1997-11-2～7.

［4］劉喜武，寧俊瑞.地震時(shí)頻屬性及其在油氣地震地質(zhì)技術(shù)中應(yīng)用的綜述 ［J］.勘探地球物理進(jìn)展，2009，32（1）：18～24.

［5］徐勝峰，劉春園，季玉新，等.分頻技術(shù)在塔河油田石炭系薄儲(chǔ)層預(yù)測中的應(yīng)用 ［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2011，33（2）：65～69.

The Application of Resonance Method of Hydrocarbon Detection in Volcanical Reservoir Prediction

HUANG Hong－guan，XU Sheng-feng（First Author’s Address：Henan Coal Geological Prospecting Institute，Zhenzhou450052，Henan，China）

The volcanic reservoir was changed greatly in horizontal direction，its heterogeneity was serious，thus it was difficult for volcanic reservoir prediction by using ordinary inversion method.Because the resonance method wholly depended on seismic data，exact model could not be obtained for volcanic reservoirs with big lateral changes and interwell changes.The resonance method for hydrocarbon detection could be used to avoid errors induced by the model.The technique of hydrocarbon detection is applied for volcanic reservoir prediction for pre-stack resonance detection.The detection result is consistent with that of well drilling，its coincidence rate is up to 80%.

seismic prespecting；pre-stack resonance method；low frequency；volcanic reservoir；hydrocarbon detection

P631.44

A

1000-9752（2012）10-0047-04

2012-02-23

國家科技重大專項(xiàng) （2011ZX05005）；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究 “973”項(xiàng)目 （2005CB422104）。

黃洪冠 （1976-），男，2000年大學(xué)畢業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事地球物理勘探工作。

［編輯］ 龍 舟