致密砂巖含氣性敏感參數(shù)
——以松遼盆地英臺氣田營城組為例

許翠霞，馬朋善，賴令彬，孫圓輝，李忠誠

（1.中化石油勘探開發(fā)有限公司；2.中國石油大學（北京）；3.中國石油勘探開發(fā)研究院；4.中國石油吉林油田公司勘探開發(fā)研究院）

致密砂巖含氣性敏感參數(shù)
——以松遼盆地英臺氣田營城組為例

許翠霞1,2，馬朋善3，賴令彬3，孫圓輝3，李忠誠4

（1.中化石油勘探開發(fā)有限公司；2.中國石油大學（北京）；3.中國石油勘探開發(fā)研究院；4.中國石油吉林油田公司勘探開發(fā)研究院）

針對致密砂巖氣層與圍巖的波阻抗差異較小、氣層與圍巖區(qū)分難度大等問題，研究致密砂巖含氣性敏感參數(shù)，以準確識別薄層致密砂巖氣。根據(jù)地層流體對彈性參數(shù)的敏感性，提出致密氣敏感參數(shù)λ/vs（第1拉梅系數(shù)與橫波速度比值），并根據(jù)不同地質(zhì)條件，提出拓展屬性f/vs（Russell流體相與橫波速度之比），f/vs在一定條件下可退化為λ/vs。采用Gassmann方程與Brie經(jīng)驗公式進行流體替換，發(fā)現(xiàn)λ/vs比常用屬性λρ（第1拉梅系數(shù)與密度乘積）、vp/vs（縱橫波速度比）對含氣飽和度更敏感，驗證了新敏感參數(shù)的有效性。對英臺氣田營城組營二段進行疊前反演，發(fā)現(xiàn)λ/vs比λρ識別氣層的精度高，與測井解釋結果吻合較好，提高了氣層識別能力及預測精度。圖5表3參12

致密砂巖氣；含氣性；彈性參數(shù)；敏感參數(shù)；疊前反演

0 引言

隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入，致密砂巖氣已成為天然氣勘探開發(fā)的主要領域之一。相對常規(guī)氣藏，致密砂巖氣具有氣層薄、巖性復雜、儲集層非均質(zhì)性強、成藏過程復雜等特點，導致氣層識別和預測困難。

國內(nèi)外學者對儲集層預測及流體檢測進行了深入研究：Gregory和Domenico認為地層流體影響縱橫波速度比（vp/vs）[1-2]；Smith和Fatti等[3-4]基于Castagna泥巖基線方程[5]提出流體因子屬性ΔF=Rp?1.16（vs/vp）Rs；Goodway提出參數(shù)λρ和λ/μ能很好地識別常規(guī)砂巖流體[6]；Russell提出的ρf參數(shù)更具有普遍適用性[7]；印興耀等針對深層流體識別，采用兩項彈性阻抗反演與Russell流體因子直接估算流體彈性參數(shù)，充分利用了彈性阻抗反演的高抗噪性與實用性[8]；Sharma和Chopra提出采用參數(shù)Ερ檢測頁巖脆性，研究表明其對巖性更加敏感[9]。

致密砂巖氣層與圍巖的波阻抗差異較小，難以將其與圍巖區(qū)分開，因此需要進一步研究可用于致密氣流體檢測的敏感參數(shù)。本文基于前人研究成果，根據(jù)地層流體對彈性參數(shù)的敏感性，研究適合致密氣層預測的敏感參數(shù)，并利用該參數(shù)對松遼盆地英臺氣田營城組營二段進行含氣性預測，以驗證參數(shù)的有效性。

1 常規(guī)與致密砂巖彈性參數(shù)對比

以珠江口盆地L氣田和松遼盆地英臺氣田為例說明利用儲集層縱波阻抗識別不同類型氣層的可行性。珠江口盆地L氣田珠江組含氣砂巖儲集層埋深3 000～3 300 m，縱波速度為3 000～3 700 m/s，孔隙度為20%～25%，為常規(guī)儲集層。對L氣田NH1井縱波速度、縱波阻抗等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)氣層與圍巖的縱波阻抗相對變化率為18.79%（見表1），氣層識別相對容易。松遼盆地英臺氣田營城組含氣砂巖儲集層埋深3 700～4 500 m，縱波速度為4 300～5 400 m/s，孔隙度普遍低于10%，為致密儲集層。英臺氣田營城組巖性復雜，儲集層物性變化快，且多為2～3 m薄層，地震資料主頻為28 Hz，分辨率較低。對英臺氣田ls3井測井數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)氣層縱波阻抗相對圍巖的變化率為8.08%（見表1），氣層與圍巖縱波阻抗的重疊范圍較大，利用縱波阻抗區(qū)分氣層與圍巖難度大。儲集層的復雜性和資料的局限性導致英臺氣田致密氣層分布規(guī)律至今認識不清，需要尋找更敏感的彈性參數(shù)以明確氣層分布。

表1 不同地區(qū)彈性參數(shù)變化特征對比

研究不同類型氣層彈性參數(shù)特征（見圖1、表1）發(fā)現(xiàn)，L氣田常規(guī)砂巖含氣層與圍巖彈性參數(shù)λ、K、σ的相對變化率分別為55.49%、39.40%、35.29%，而英臺氣田致密砂巖含氣層與圍巖彈性參數(shù)λ、K、σ的相對變化率分別為35.03%、20.79%、20.00%。可見λ對氣層最敏感，其次是K和σ。但英臺氣田疊前地震道集最大入射角為26°，入射角偏小，三參數(shù)反演得到的密度可信度差，進一步反演無法得到有效的彈性參數(shù)λ、K等，因此需建立新的敏感參數(shù)組合預測英臺氣田致密砂巖含氣性。

2 致密氣敏感參數(shù)分析

2.1 致密氣敏感參數(shù)

英臺氣田營城組數(shù)據(jù)分析表明，致密砂巖氣層與圍巖vp/vs、λ/vs相對變化率分別為?6.2%、?36.9%。可以看出屬性λ/vs在識別氣層時比vp/vs具有優(yōu)勢，能夠更好地將流體和圍巖區(qū)分開來（見表2）。

2.2 敏感參數(shù)拓展研究

Russell基于Gassmann方程提出用流體因子ρf來識別含氣儲集層[7]：

其中參數(shù)c=(vp/vs)dry2用于抵消s項固體骨架信息[6]，不同環(huán)境下地層c值不同。確定c值的方法通常有3種：①通過實驗確定Kdry/μ、λdry/μ后，計算得到c值；②估計干巖石的泊松比（σdry）后計算得到c值；③通過測井和地震資料試驗，確定識別流體的最佳c值（見表3）。前兩種方法不易獲得準確詳細的彈性參數(shù)，實際應用時一般采用第3種方法確定c值。

利用Russell流體因子對英臺氣田營城組數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，當c=2.8時對流體識別效果最好（見圖2），另外巴西海上油田實際應用中也發(fā)現(xiàn)c=2.8時識別流體效果最好[10]。隨著巖石致密程度的增加，巖石的可壓縮性下降，巖石骨架成分增加，σdry值也增大，導致c值增大。Russell認為彈性參數(shù)λ、K等在某些地層不能完全反映流體成分[7]，而提出的參數(shù)ρf去除了干巖石骨架的影響，所以更能突出流體信息。

將Russell流體因子ρf與ρvs組合得拓展屬性f/vs：

f/vs是普遍適用的一般形式，當c=2時，f/vs退化為λ/vs。

不同c值的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果表明，與Russell流體因子ρf數(shù)據(jù)的分布（見圖2）相比，利用拓展屬性識別氣層（見圖3），數(shù)據(jù)點更收斂集中，提高了含氣砂巖與圍巖的區(qū)分度。對于英臺氣田，當c=2時，利用λ/vs參數(shù)已經(jīng)能很好地區(qū)分含氣砂巖與圍巖，因此可以直接利用敏感參數(shù)λ/vs識別氣層，而Russell流體因子中需要試驗c取值的合理性。

圖1 常規(guī)砂巖與致密砂巖彈性參數(shù)對比

表2 英臺氣田營城組含氣層敏感參數(shù)對比

表3 不同彈性參數(shù)比值對應的c值（據(jù)文獻[7]修改）

圖2 Russell流體因子識別氣層

圖3 拓展屬性f/vs識別氣層

地震彈性參數(shù)都有其適用范圍，本次研究的敏感參數(shù)λ/vs、f/vs都包含彈性參數(shù)和地震波速度，其主要適用于各向同性彈性介質(zhì)。

2.3 敏感參數(shù)有效性分析

通過Russell流體因子分析認為Gassmann方程適用于英臺氣田致密砂巖含氣層[11]（見圖2），因此流體替換過程采用Gassmann方程[11]與Brie經(jīng)驗公式[12]，其中指數(shù)e=3。經(jīng)過流體替換計算得到含氣層體積模量，結合英臺氣田地層已知彈性參數(shù)，計算得到λ/vs、λρ和vp/vs的相對變化率（見圖4）。結果表明λ/vs比λρ、vp/vs對含氣飽和度更敏感。

圖4 含氣飽和度敏感參數(shù)相對變化率比較

3 實際資料應用

對英臺氣田實際地震資料進行疊前同時反演，得到阻抗體Ip、Is，進一步得到λρ、λ/vs反演體。圖5為過井ls3和ls4的反演剖面，剖面中紅色—黃色區(qū)域為含氣砂巖，綠色—藍色為圍巖。鉆井表明英臺氣田營二段非儲集層段嚴重垮塌，含氣儲集層段未垮塌，儲集層段的井徑曲線未發(fā)生變化，含氣使測井密度值減小。

通過反演結果可知，λ/vs對氣層的分辨能力比λρ效果好，且與測井解釋的氣層位置吻合度較高，較好地解決了薄層致密砂巖氣的預測問題，有利于準確判斷含氣層。根據(jù)反演剖面，結合地層的測井響應和地質(zhì)特征進行綜合分析，可以較準確地刻畫含氣儲集層范圍。

圖5 英臺氣田ls3井—ls4井彈性參數(shù)反演剖面

4 結論

通過流體敏感性分析提出適合致密氣層預測的敏感參數(shù)λ/vs，其識別氣層能力優(yōu)于λρ和vp/vs。針對不同的地質(zhì)條件，對敏感參數(shù)進一步拓展，得到拓展屬性f/vs。與ρf相比，f/vs具有更好的含氣敏感性。對英臺氣田營二段致密氣進行含氣性預測，發(fā)現(xiàn)敏感參數(shù)λ/vs在反演剖面上提高了氣層分辨能力及預測精度。

符號注釋：

ΔF——流體因子，無量綱；Rp——縱波反射系數(shù)，無量綱；Rs——橫波反射系數(shù)，無量綱；K——體積模量，GPa；λ——第1拉梅系數(shù)，GPa；μ——剪切模量，GPa；E——楊氏模量，GPa；σ——泊松比，無量綱；ρ——巖石密度，g/cm3；vp——縱波速度，m/s；vs——橫波速度，m/s；f——Russell定義的流體相，GPa；s——Russell定義的骨架相，GPa；c——Russell定義去除骨架相的系數(shù)，無量綱；（vp/vs）dry——干巖石縱橫波速度比，無量綱；Kdry——干巖石體積模量，GPa；λdry——干巖石拉梅系數(shù)，GPa；σdry——干巖石泊松比，無量綱；Ip——縱波阻抗，106g/（m2·s）；Is——橫波阻抗，106g/（m2·s）；e——Brie經(jīng)驗公式指數(shù)，無量綱。

[1]Gregory A R.Fluid saturation effects on dynamic elastic properties of sedimentary rocks[J].Geophysics,1976,41(5):895-921.

[2]Domenico S N.Elastic properties of unconsolidated porous sand reservoirs[J].Geophysics,1977,42(7):1339-1368.

[3]Smith G C,Gidlow P M.Weighted stacking for rock property estimation and detection of gas[J].Geophysical Prospecting,1987,35(9):993-1014.

[4]Fatti J L,Vail P J,Smith G C,et al.Detection of gas in sandstone reservoirs using AVO analysis:A 3-D seismic case history using the geostack technique[J].Geophysics,1994,59(9):1362-1376.

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[6]Goodway B,Chen T,Downton J.Improved AVO fluid detection and lithology discrimination using Lamé petrophysical parameters;“λρ”,“μρ”,&“λ/μ fluid stack”,from P and S inversions[C]//Society of Exploration Geophysicists.SEG technical program expanded abstracts.Dallas:Society of Exploration Geophysicists,1997:183-186.

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[8]印興耀,張世鑫,張峰.針對深層流體識別的兩項彈性阻抗反演與Russell流體因子直接估算方法研究[J].地球物理學報,2013,56(7):2378-2390.Yin Xingyao,Zhang Shixin,Zhang Feng.Two-term elastic impedance inversion and Russell fluid factor direct estimation method for deep reservoir fluid identification[J].Chinese Journal of Geophysics,2013,56(7):2378-2390.

[9]Sharma R K,Chopra S.New attribute for determination of lithology and brittleness[C]//Society of Exploration Geophysicists.SEG technical program expanded abstracts.Las Vegas:Society of Exploration Geophysicists,2012:1-5.

[10]Dillon L,Schwedersky G,Vásquez G,et al.A multiscale DHI elastic attributes evaluation[J].The Leading Edge,2003,22(10):1024-1029.

[11]Gassmann F.Elastic waves through a packing of spheres[J].Geophysics,1951,16(4):673-685.

[12]Brie A,Pampuri F,Marsala A F,et al.Shear sonic interpretation in gas-bearing sands[R].SPE 30595,1995.

（編輯 林敏捷 繪圖 劉方方）

Sensitivity parameters of tight sand gas:A case study of Lower Cretaceous Yingcheng Formation of Yingtai gas field in Songliao Basin,NE China

Xu Cuixia1,2,Ma Pengshan3,Lai Lingbin3,Sun Yuanhui3,Li Zhongcheng4
(1.Sinochem Petroleum Exploration &Production Co.,Ltd,Beijing 100031,China;2.China University of Petroleum (Beijing),Beijing 102249,China;3.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration &Development,Beijing 100083,China;4.Research Institute of Exploration and Development,PetroChina Jilin Oilfield Company,Songyuan 138000,China)

Aiming at the difficulty in distinguishing gas-bearing layers and surrounding rocks due to the small differences between their impedance,the gas-bearing sensitivity parameters are studied in tight sandstone to identify thin layer tight gas accurately.According to elastic parameters sensitivity analysis of fluid in tight sandstone,a new combined elastic parameter is proposed,i.e.the ratio of the first Lame coefficient to S-wave velocity.Furthermore,considering different geological conditions,extending attribute (the ratio of Russell fluid phase to S-wave velocity) is deduced,and it can be simplified as the ratio of the first Lame coefficient to S-wave velocity in certain condition.Fluid replacement process is conducted by Gassmann equation and Brie empirical equation,and the new combined elastic parameter is more sensitive to gas saturation than common parameters such as the product of the first Lame coefficient and density,the ratio of P-wave to S-wave velocity,verifying the validity of the new combined elastic parameter.The pre-stack inversion is applied in the second member of Lower Cretaceous Yingcheng Formation in Yingtai gas field.Compared with section of the product of the first Lame coefficient and density,it shows that the new combined elastic parameter improves the accuracy of identifying gas-bearing layers,well conforms to the logging interpretation,and greatly enhances the identification ability and prediction accuracy towards gas-bearing layers.

tight sand gas;gas-bearing;elastic parameters;sensitivity parameters;pre-stack inversion

國家高技術研究發(fā)展規(guī)劃（863計劃）（2013AA064902）

TE122

：A

1000-0747(2014)06-0712-05

10.11698/PED.2014.06.09

許翠霞（1983-），女，山西大同人，博士，主要從事地震解釋、儲集層預測方面的研究工作。地址:北京市復興門內(nèi)大街28號凱晨世貿(mào)中心中座F8，郵政編碼：100031。E-mail：285140603@qq.com

2013-11-27

2014-08-29