組合頻率衰減屬性預測致密含氣砂巖儲層

孫璞，桂志先，高剛 胡瑞卿，林耀庭 （長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 武漢430100）

地震波衰減作為介質的內在屬性，是指地震波在地下介質中傳播時引起的總能量損失。引起地震波衰減的因素主要有內部和外部2種：內部因素主要是介質中固體與固體、固體與流體、流體與流體界面之間的能量損耗；外部因素主要是不均勻介質引起的散射[1]。當這種不均質性介質的尺度大于或者等于地震波長時，外部因素占據(jù)主導地位。還有一些其他的影響因素，如薄層調諧、橫向波阻抗和巖性變化等。不同的巖性對地震波的吸收程度不同，地層的吸收能力越強，地震波的高頻成分衰減得越快[2]。根據(jù)地層吸收性質與巖相、孔隙度、含油氣成分等的密切關系，可以用來預測巖性，在有利條件下可直接預測油氣的存在[3]。邊樹濤等[4]利用基于模型的參量法估算地震波頻譜，優(yōu)勢在于即使小視窗也可以提取準確的地震波頻譜。徐峰等[5]就地層吸收系數(shù)的計算方法一般采用廣義S變換和小波變換，對比分析兩者認為，小波變換更加方便靈活且解決了時窗問題，優(yōu)于常規(guī)傅里葉變換的分頻處理技術。楊璐、熊曉軍等[6，7]針對碳酸鹽巖油氣藏提出利用頻率衰減梯度屬性與低頻伴影分析2種方法預測儲層，具有較高的可靠性。然而頻率衰減梯度屬性預測儲層的方法大多采用高頻帶頻率衰減梯度，當高頻成分受干擾時就不能很好地預測油氣，而基于小波變換的組合頻率衰減梯度預測儲層能夠很好地解決該問題[8～10]。

致密砂巖氣藏作為一種非常規(guī)油氣資源已經成為我國重要的油氣勘探領域。我國中西部盆地中生界發(fā)育有大量低滲透致密含氣砂巖，蘊藏著豐富的天然氣資源，開發(fā)該類氣藏對石油工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。筆者針對致密含氣砂巖，采用組合頻率衰減梯度檢測油氣，預測結果與實際情況符合，證明該方法具有可行性。

1 組合頻率衰減屬性的方法原理

1.1 頻率衰減理論的基礎

根據(jù)黏滯彈性理論可知，由于均勻的非完全彈性介質所產生的吸收作用，使地震波的振幅隨著地震波傳播距離的增大而呈現(xiàn)指數(shù)式衰減，即：

式中：A為地震波傳播一定距離后的振幅，m；A0為地震波的初始振幅，m；α為吸收因子，1；x為地震波傳播的距離，m。

在地震波頻帶寬度范圍內，吸收因子α和頻率f呈正比關系，即α＝α0f（其中，α0為吸收因子與頻率的比，1；f為頻率，Hz）。由式 （1）可得：

不同巖性的吸收因子存在很大的差別，如砂巖層的吸收因子比石灰?guī)r層的吸收因子大。因此，地震波經過一段距離的傳播后，其振幅衰減比較劇烈，尤其是當?shù)讓恿芽p中充填了油氣時，振幅衰減就更加劇烈，這是應用頻率衰減屬性來預測地層中含油氣性的理論基礎[11]。筆者以基于小波變換為基礎，通過瞬時譜分析技術，將地震資料從時間域轉化到頻率域，通過組合頻率的衰減屬性來有效檢測儲層的含流體性。時頻分析是通過對數(shù)字信號采用多種數(shù)學變換，實現(xiàn)從時頻域角度對信號的局部特征進行分解和描述，以達到對信號細微特征的解剖和更全面的認識。相比常規(guī)時頻分析所采用的傅里葉變換，小波變換有效地解決了時窗選擇的問題[12～14]，提高了時頻分析的準確性。

1.2 組合頻率衰減屬性原理

科學研究表明，當儲層中含有油氣時，地震波將會發(fā)生散射，能量將會發(fā)生衰減[15～18]。通過分析地震波的衰減特性可知，頻率衰減梯度越大，儲層物性越好。如果可以有效地檢測出這種衰減特征，就可以直接描述有利儲層的分布范圍。高頻衰減梯度、低頻衰減梯度及組合頻率衰減梯度為[19]（圖1）：

式中：G1、G2分別為高頻、低頻衰減梯度；Ef1、Ef2、Ef3、Ef4分別為地震波的瞬時能量，可通過常規(guī)屬性提取獲得；f1、f2、f3、f4分別為頻率域中瞬時主頻左右的4個采樣點；G為組合頻率衰減梯度，即G1、G2的乘積。

應用實踐表明，組合頻率衰減梯度是一種對烴類反映比較敏感的屬性。因此，利用該屬性除了識別儲層外，還可以作為判斷儲層是否含油氣的依據(jù)。

圖1 頻率衰減梯度示意圖

2 模型測試分析

針對研究區(qū)的地質情況，建立砂泥巖含氣儲層模型 （圖2），并對其低頻、高頻和組合頻率衰減梯度屬性進行計算和分析。其中在CDP（共深度點）31～38，時間2.72～2.82s處為致密砂巖含氣儲層。正演模擬后得到剖面圖如圖3所示。

圖2 正演模型

圖3 地震正演剖面

圖4和圖5分別為利用低頻段和高頻段時頻譜計算出的頻率衰減梯度。

圖4 低頻帶頻率衰減梯度

圖5 高頻帶頻率衰減梯度

由圖4和圖5可以看出，在2.74～2.765s時間段對油氣的指示效果比較好，但2.775～2.80s時間段 （圖中方框處），低頻和高頻衰減梯度對油氣的顯示效果不明顯。而采用組合頻率衰減梯度（圖6），相應位置能夠有效地顯示儲層的位置，其對油氣的指示效果更好。因此，當?shù)卣鹩涗浿械牡皖l或高頻成分受干擾較強，單一的吸收衰減屬性不能明顯地指示油氣部位時，可以充分利用組合頻率衰減梯度進行預測，這樣用以達到更好的油氣預測效果。

圖6 組合頻率衰減梯度

3 實際資料分析

采用組合頻率衰減梯度屬性對大牛地氣田進行儲層預測，該地區(qū)儲層屬于薄層致密含氣砂巖，孔隙度不高，但含氣性良好。

3.1 單井分析

針對研究區(qū)的K15井進行單井資料分析 （圖7）。

圖7 K15井實際資料單井分析

從圖7中可以看出，1456～1464ms時間段對應的深度是2775～2795m，單一的頻率衰減梯度也能從一定程度上指示油氣的位置，但組合頻率衰減梯度效果更好，該段孔隙度為6%～8%，含水飽和度為30%～40%，屬于低孔隙度含氣砂巖；1474～1480ms時間段對應深度是2810～2825m，單一的頻率衰減梯度指示油氣效果差，而采用組合頻率衰減梯度效果明顯，該段孔隙度5%～7%，含水飽和度50%～55%，也屬于低孔隙含氣砂巖。

3.2 連井分析

對研究區(qū)3口井K13井、K15井、K33井進行連井剖面并提取低頻、高頻和組合頻率衰減梯度，然后結合實測資料對預測結果進行分析。

圖8 實際資料連井剖面

圖9 低頻衰減梯度連井剖面

圖10 高頻衰減梯度連井剖面

圖8為實際資料的地震連井剖面，目的層位于1440～1490ms時間段，對應的Psh1和Psx2；圖9和圖10分別為低頻和高頻吸收衰減；圖11為組合頻率衰減梯度。從圖9～11中可以看出，在K13井和K15井對應的Psh1和Psx2低頻和高頻吸收衰減對油氣的指示效果不是很明顯，而Psh1和Psx2的組合頻率衰減梯度對油氣的指示效果明顯；在K33井的Psh1和Psx2，低頻和高頻衰減梯度對油氣的指示效果不明顯，采用組合頻率衰減梯度指示Psh1的含氣性明顯、Psx2含氣性較差。

對比實際地層的含氣統(tǒng)計表（表1），K13井和K15井對應的目的層段含氣性情況良好，與預測結果符合；從K33井無阻流量可以看出，該井的Psh1比Psx2含氣性好不少，與預測結果符合，證明組合衰減梯度屬性在預測致密含氣砂巖中效果很好。

圖11 組合頻率衰減梯度連井剖面

表1 實際地層含氣性統(tǒng)計表

4 結論

筆者利用時頻分析能力較強的小波變換求取地震波的低頻帶和高頻帶吸收衰減梯度，在理論模擬和實際資料處理中運用組合頻率衰減梯度預測致密砂巖含油氣性，預測結果與實際情況符合較好，為該類儲層預測提供了一種有效手段。

同時，由于地下實際情況的復雜多樣性，以及地震波吸收衰減特征還在進一步研究中，因而在進行油氣預測時還是要與其他屬性相結合進行綜合分析，以便更加準確地預測儲層的含油氣性。

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