致密火山碎屑巖含氣敏感屬性研究

許翠霞，馬朋善，賈志坤，楊振武

(1.中化石油勘探開發(fā)有限公司，北京100031；2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083)

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致密火山碎屑巖含氣敏感屬性研究

許翠霞1，馬朋善2，賈志坤1，楊振武1

(1.中化石油勘探開發(fā)有限公司，北京100031；2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083)

致密火山碎屑巖儲層薄、巖性致密、縱波速度對含氣層的敏感性變差，導致縱波阻抗不能有效區(qū)分含氣層。針對此問題，開展了致密火山碎屑巖含氣敏感屬性研究。結果表明，致密火山碎屑巖縱橫波速度比(vP/vS)分布范圍為1.6～1.85，比常規(guī)砂巖縱橫波速度比范圍要小，導致含氣性探測難度大。通過致密火山碎屑巖測井數據分析表明，Kρλ/μ比Kρ對氣層更為敏感。因此針對性地提出了新的彈性參數組合Kρλ/μ，理論分析表明，其能夠提高氣層檢測敏感性。實踐結果證實，通過三維地震資料疊前同時反演并計算Kρλ/μ屬性體，分辨率較高；同時Kρλ/μ與σ、λ/μ交會圖識別氣層效果好，對解決復雜火山碎屑巖致密氣層識別問題具有推廣應用價值。

致密火山碎屑巖；Kρλ/μ；彈性參數；疊前同時反演

石油勘探開發(fā)從常規(guī)油氣延伸到非常規(guī)油氣領域，面臨的儲層越來越復雜，儲層和流體識別技術越來越先進，“甜點”區(qū)的評價和體積改造技術越來越重要，疊前AVO及彈性敏感參數反演顯得尤為重要[1-3]。國內外對儲層預測及流體檢測研究越來越深入，提出了各種流體識別方法。Gregory和Domenico提出泊松比與縱橫波比(vP/vS)在很大程度上受流體的影響[4-5]。Goodway提出了巖石物理參數拉梅系數Lambda(λ)和剪切模量Mu(μ)，并認為λ/μ是識別流體較好的參數組合[6]。楊海長認為拉梅系數λ和密度ρ的乘積(λρ)與縱波阻抗交會可有效區(qū)分油水層[7]。黃捍東和王俊駿通過多參數優(yōu)選認為，λρ對含氣砂巖敏感性高[8-9]。Russell提出了流體因子ρf屬性，ρf(ρf=IP2-cIS2)(其中，IP為縱波阻抗，IS為橫波阻抗，c為骨架占巖石的比例)更具有一般性，不同的地層c值系數不一樣[10]。孫興剛通過巖樣分析認為，Zp2-2.15Zs2對流體具有較強敏感性[11]。周水生同樣認為，Zp2-2.15Zs2及λ-0.15μ能夠清晰地刻畫含氣砂巖[12]。Katahara利用測井研究了Kρ(其中，K為體積模量)屬性，增強了流體檢測能力[13]。Dabagh等研究表明，同λρ相比，Kρ對流體檢測更為靈敏[14]。Sharma和Chopra提出了一種新的地震屬性Eρ，用于識別流體和巖性。實踐表明，Eρ參數對流體反映不如對巖性反應敏感，特別是在表征脆度時，更能突出巖石的脆度[15]。

與彈性參數直接相關的屬性有體積模量、拉梅系數和泊松比等。體積模量(K)指物質受到的流體靜壓力與其所引起的體積壓縮之比，是抵抗體積變化的一種衡量，作為不可壓縮性，可以預測地層孔隙度；拉梅系數Lambda(λ)對孔隙流體敏感，剪切模量Mu(μ)在剪切方向抵抗巖石變形，對巖石骨架敏感，可作為巖性檢測器；縱波速度(vP)、密度(ρ)數據可從常規(guī)測井資料得到，橫波速度(vS)可從偶極子陣列聲波測井得到，可計算常用敏感性參數K、λ、μ、泊松比(σ)及其相關組合，結合測井解釋成果對彈性參數進行敏感性分析。基于以上研究，本文提出Kρλ/μ參數，由于體積模量、密度、λ/μ都對流體敏感，三者乘積會使差異更大，更能突出流體的響應。

1 敏感參數分析方法

基于前人對彈性敏感參數的認識，Goodway提出λ/μ對氣層與非儲層區(qū)分度較好，其中Lambda(λ)是第一拉梅系數，被稱為純不可壓縮性；μ是第二拉梅系數或剪切模量，有利于識別巖性。λρ、μρ可以通過AVO反演求取。

彈性參數λ/μ公式為：

(1)

由式(1)得：

(2)

(3)

參數Kρλ/μ公式為：

(4)

λ/μ可消除密度的影響，Goodway認為參數λ/μ能夠更好地把含氣砂巖從泥巖和含水砂巖中區(qū)分出來，是巖石物性變化較敏感的參數，見式(1)[9]。Katahara、Dabagh等認為，Kρ對含氣層非常敏感，K是體積模量，是抵制體積變形及不可壓縮性的一種度量，可對孔隙度的變化進行度量，見式(2)[14-15]。但致密火山碎屑巖物性差(孔隙度φ小于10%)，厚度薄(4～5m)，識別氣層能力還有待進一步提高。本文通過組合彈性參數λ/μ、Kρ的研究，發(fā)現Kρλ/μ對氣層更加敏感。

(5)

(6)

通過地震AVO疊前同時反演計算了IP和IS，推導出Kρλ/μ。通過分析含不同流體的砂巖，得出以下認識。

(1)常規(guī)含水砂巖。vP/vS=2，λ/μ=2；根據式(6)簡化得Kρ(λ/μ)=2Kρ。

(2)常規(guī)含氣砂巖。vP/vS=1.5，λ/μ=0.25；則Kρ(λ/μ)=0.25Kρ。

與Kρ相比，常規(guī)含水砂巖彈性組合參數Kρλ/μ增大2倍，而常規(guī)含氣砂巖縮小4倍，更有利于區(qū)分常規(guī)含氣砂巖和常規(guī)含水砂巖。

(3)致密含水砂巖：vP/vS=1.73，λ/μ=0.99；Kρ(λ/μ)=0.99Kρ。

(4)致密含氣砂巖：vP/vS=1.62，λ/μ=0.62；Kρ(λ/μ)=0.62Kρ。

與Kρ相比，致密含水砂巖彈性組合參數Kρλ/μ略微縮小，而在常規(guī)含氣砂巖縮小0.62倍，更有利于區(qū)分致密含氣砂巖和含水砂巖。

與常規(guī)砂巖相比，致密砂巖中縱橫波比值的范圍縮小，導致含氣砂巖和含水砂巖的區(qū)分難度加大。由于Kρ對氣層敏感、λ/μ對氣層也很敏感，兩者乘積將大大增強對氣層的識別能力，更有利于區(qū)分氣層與圍巖。

2 測井數據敏感性分析

中國致密氣2012年已探明儲量接近4×1012m3，預測2020年致密氣產量達800×108m3，2030年達1000×108m3[16]。英臺氣田營城組火山碎屑巖沉積地層埋深為3700～4500m，地層速度達到4300～5400m/s之間。該區(qū)的火山質碎屑巖多種巖性混雜，以凝灰質砂礫巖、砂礫巖等非常規(guī)儲層為主，孔隙度普遍低于10%，屬于致密儲層，儲層與圍巖區(qū)分困難。對英臺氣田ls3井速度、縱波阻抗及密度的分布范圍進行統(tǒng)計，發(fā)現氣層的縱波速度和阻抗值比圍巖小，但二者偏差不大，致使氣層縱波速度和縱波阻抗與圍巖重疊區(qū)較大，導致利用縱波阻抗區(qū)分氣層與圍巖難度增大。氣層密度為2.4～2.55g/cm3，圍巖密度為2.55～2.7g/cm3，氣層與圍巖密度區(qū)分度較好；同時密度(ρ)與致密儲層孔隙度和流體相關性很好，在缺少大偏移距道集的前提下，發(fā)現彈性參數組合Kρλ/μ對識別氣層敏感性較好。

通過研究英臺氣田致密火山碎屑巖測井資料，并對彈性參數Kρ與Kρλ/μ的敏感性進行分析，發(fā)現Kρλ/μ比Kρ更能反映氣層的變化。在含氣區(qū)曲線Kρλ/μ比曲線Kρ對氣層更為敏感，甚至對差氣層響應也有所增強(圖1)。

在分析彈性參數敏感性的基礎上，統(tǒng)計氣層與圍巖中敏感參數的變化率，Kρ、Kρλ/μ在氣層中相對圍巖的變化率分別為-0.27、-0.5，即Kρλ/μ對氣層更敏感(表1)。體積模量(K)對于孔隙度敏感，而密度(ρ)對于巖石孔隙和流體敏感，λ/μ對孔隙流體敏感，所以三者的乘積對氣層敏感性增強。

表1 氣層與圍巖敏感性參數表

在對致密火山碎屑巖含氣儲層進行精細刻畫時需要確定氣層與非儲層的界限及范圍，從圖2a可以看出Kρ與vP/vS的交會并不能把氣層與非儲層完全分開，數據點相對分散；而圖2b中Kρλ/μ與vP/vS的交會能很好地把氣層與非儲層分來，進一步說明Kρλ/μ適合于致密火山碎屑巖氣層識別。

3 實際應用

英臺氣田實際地震資料主頻為28Hz，道集數據最大入射角為26°，需要對其進行疊前彈性參數反演。Aki—Richards′方程的Fatti′s變形公式表示了反射系數RPP和入射角度θ之間的函數關系RPPθ[17-18]，即：

RPP(θ)=c1RP+c2RS+c3RD

(11)

其中:

c1=1+tan2θ

c2=-8γ2sin2θ

式中c1、c2、c3——隨地震波入射角變化的系數；

γ——橫波速度與縱波速度之比；

ΔvP/vP——反射界面上下的縱波速度與上下界面平均數之比；

ΔvS/vS——反射界面上下的橫波速度與上下界面平均數之比；

Δρ/ρ——反射界面上下的密度之差與上下界面平均數之比；

RP——縱波阻抗反射系數；

RS——橫波阻抗反射系數；

RD——密度反射系數。

Fatti′s方程中的系數項和反射率項包含了縱波和橫波阻抗和密度信息，以及入射角信息[11-12]。根據彈性參數之間的轉換公式可得出Kρλ/μ的計算公式，即：

(12)

通過阻抗體計算得出Kρ、Kρλ/μ反演體(圖3a、b)，該區(qū)含氣儲層段在鉆井過程中未發(fā)生垮塌，而非儲層段嚴重垮塌，通過井徑和密度曲線可得到，含氣區(qū)井徑未發(fā)生變化，密度值變小，結合反演剖面綜合分析有利于準確判斷氣層。由圖3可以看出，Kρλ/μ反演剖面識別薄層能力比Kρ高，反演結果與ls3井解釋氣層吻合，達到預測含氣層的目的。

由圖4可見，Kρ—σ—λ/μ比較分散，而Kρλ/μ—σ—λ/μ相關性好，其中λ/μ代表顏色，紫色代表高值，紅色代表低值，通過交會可以很好地區(qū)分氣層和圍巖，黃色區(qū)域就較好地刻畫了含氣層。

4 結束語

針對英臺氣田營城組致密火山碎屑巖的特點，通過敏感性分析，提出了適合英臺氣田致密火山碎屑巖含氣儲層的預測方法，在解決復雜火山碎屑巖致密儲層識別問題等方面具有較好的推廣價值。

(1)致密火山碎屑巖縱橫波速度比主要分布在1.6～1.8之間，與常規(guī)砂巖相比范圍縮小，導致氣層識別困難。

(2)致密火山碎屑巖測井數據分析表明，Kрλ/μ比Kρ對氣層更為敏感。

(3)彈性參數Kρ、Kρλ/μ的含氣敏感性分析表明，敏感參數Kρλ/μ在反演剖面上提高了氣層分辨率，改善了致密火山碎屑巖的預測精度。

(4)Kρλ/μ與σ、λ/μ交會效果比Kρ與σ、λ/μ交會效果好，更有利于氣層解釋。

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Research on the Gas Sensitive Attribute of Tight Volcanic Clastic Rock

Xu Cuixia1，Ma Pengshan2，Jia Zhikun1，Yang Zhenwu1

(1.SinochemPetroleumExploration&ProductionCo.,Ltd,Beijing100031,China；2.PetroChinaResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,Beijing100083,China)

Due to tight volcanic clastic rock reservoir is thin and has tight lithology, the sensitivity of longitudinal wave velocity to the gas zone would become weak, and result in the gas layer could not be distinguished effectively by longitudinal impedance. Therefore, the gas sensitive properties of tight volcanic clastic rocks have been studied. The results showed that the range of velocity ratio(vP/vS)of longitudinal and transverse waves is between 1.6 and 1.85, which is less than that of conventional sandstone, leading to a difficult detection of gas layer. Analysis of logging data for tight volcanic clastic rock indicated thatKρλ/μwas more sensitive to gas layer than whatKρdid. So, a new elastic parameter combinationKρλ/μhas been put forward, and indicated that it could improve the sensitivity of gas layer detection by theoretical analysis. The practical application has also confirmed that resolution was higher based on the prestack simultaneous inversion of 3D seismic data as well as the calculation ofKρλ/μattribute body. At the same time, the recognition effect of gas reservoir would be better by using the intersection graph ofKρλ/μwith both σ andλ/μ, which has the promotion and application value for detecting the gas reservoir in complicated tight volcanic clastic rocks.

tight volcanic clastic rock；Kρλ/μ；elastic parameters, prestack simultaneous inversion

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

許翠霞(1983年生)，女，博士，現從事地震解釋、儲層預測等研究工作。郵箱：285140603@qq.com。

TE122

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