蘇25區塊含水飽和度變化所引起的AVO響應分析

陳 潔，桂志先

油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學)

朱凡求

(新疆油田公司工程技術公司五分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

王 寧，齊 虹

油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學) 長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 荊州 434023

蘇25區塊含水飽和度變化所引起的AVO響應分析

陳 潔，桂志先

油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學)

朱凡求

(新疆油田公司工程技術公司五分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

王 寧，齊 虹

油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學) 長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 荊州 434023

巖石的流體飽和度是影響地震波振幅隨炮檢距變化(AVO)的重要因素。通過改變巖石含水飽和度來分析AVO響應特征。利用Gassmann方程對含氣地層進行流體替代，計算了不同含水飽和度地層中的縱、橫波速度，分析其變化規律，然后利用實際資料建立正演模型，并提取相應的泊松比剖面進行分析。研究表明，當含水飽和度從0%變化到80%時，隨著入射角增加，振幅強度變化較小；當含水飽和度超過80%后，隨著入射角增加，振幅強度變化較大。總之，隨著含水飽和度的增加，振幅增加的強度總體上呈減小趨勢。

含水飽和度；AVO響應；泊松比；流體替代

蘇里格氣田主要產氣層為上古生界二疊系底部盒8段-山1段砂層組，屬沼澤背景下的辮狀河沉積，天然氣成藏條件復雜，構造對天然氣聚集不起主要控制作用。儲層經受了強烈的成巖作用改造，有效儲層以次生孔隙為主，具有低孔、特低滲特點和極強的非均質性。在蘇格里氣田，盡管砂體可能連續，但有效砂體是孤立分散的，常規地震反射沒有特定的響應特征，致使儲層預測存在多解性，給該區的勘探與開發造成了很大難度[2]。為此，筆者根據蘇25工區某口井的測井資料，通過流體替代計算出不同含水飽和度地層中的縱、橫波速度，分析其變化規律，并將相關擴展數據應用于正演分析和屬性分析, 為疊前儲層預測提供指導。

1 流體替代原理

流體替代的目的是在給定的儲層條件(如溫度、壓力、孔隙度、巖石基質類型和鹽水礦化度)和孔隙流體飽和度條件下模擬儲層的縱橫波速度和密度。由于各向同性介質中的地震速度是巖石的彈性模量和密度的函數，因而流體替代計算的是巖石的彈性模量(體積模量和剪切模量)和密度。流體替代的核心是Gassmann方程，Gassmann方程是聯系巖石孔隙、框架和流體性質與巖石體積模量的橋梁，利用該方程可以預測巖石彈性模量是如何隨孔隙流體的改變而變化的，其表達式如下[3]：

(1)

μsat=μdry

(2)

式中，φ為孔隙度；kdry為干巖石體積模量，N/m2；kma為礦物體積模量，N/m2；kf為孔隙流體模量，N/m2；ksat為飽和巖石的剛度，N/m2；μsat和μdry分別飽和巖石和干巖石的剪切模量，N/m2。

將已知飽和流體巖石1替換成飽和流體巖石2，具體步驟如下：

1)從飽和流體巖石1測得的縱橫波速度(vp、vs)和密度ρ提取體積模量和剪切模量：

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(3)

式中，k1為飽和流體巖石的體積模量，N/m2；μ1為飽和流體巖石的剪切模量，N/m2。

2)利用Gassmann方程轉換該體積模量：

(4)

式中，k2為飽和流體巖石2的體積模量，N/m2；kfl.1、kfl.2分別為飽和流體1，2的體積模量，N/m2。

3)將剪切模量保持一致：

u2=u1

(5)

式中，u1、u2分別為飽和流體巖石1，2的剪切模量，N/m2。

4)進行密度轉換：

ρ2=(1-φ)ρma+φρfl.2=ρ1+φ(ρfl.2-ρfl.1)

(6)

式中，ρ1、ρ2分別為飽和流體巖石1、2的密度,kg/m3；ρfl.1、ρfl.2分別為飽和流體1、2的密度,kg/m3。

5)重新求取速度:

(7)

2 含水飽和度對速度的影響

儲層巖石是多孔介質，其中可充填水或油氣。流體的存在將會影響巖石介質的地震參數特征，使波速等隨含水飽和度的變化而發生變化。圖1所示為在同一孔隙度條件下波速隨含水飽和度變化曲線。由圖1可知，當含水飽和度增大橫波速度減小，而縱波速度下降迅速些，當含水飽和度大于90%時，縱波速度達到最小，之后隨著含水飽和度的增大縱波速度逐漸增大，但增加的速度變得緩慢。縱波速度的這種變化是由于含水飽和度較高時，油氣的體積模量決定了混合流體的體積模量，而氣體的可壓縮性大，因此導致空隙的可壓縮性急劇增加，地層體積模量急劇降低[4]；當含水飽和度繼續降低時，空隙的壓縮不再增加，從而隨著密度的降低，縱波速度逐漸增加。

圖1 波速隨含水飽和度的變化(氣層) 圖2 波速隨含水飽和度的相對變化(氣層)

圖2所示為波速隨著含水飽和度的相對變化情況。由圖2可知，橫波變化率近似一個常數，縱波的速度對流體的變化比較敏感，在含水0%～80%時縱波速度相對變化達到了80，并且在含水飽和度增加時，縱波的速度先緩慢減小然后迅速增加，顯然，縱波速度降低是含氣地層的一個重要標準。根據該縱波速度的變化規律就能夠識別流體，從而為儲層預測工作提供依據。

3 實例分析

對蘇25工區某探井進行流體替代計算，得到替代后不同含水飽和度的縱橫波速度、密度及泊松比，利用Zoepprite方程[5]計算各種條件下的不同入射角時儲層頂面縱波反射系數，進而進行AVO正演模擬分析，并提取相應的泊松比剖面進行說明。

3.1流體替代和AVO模型分析

圖3所示為儲層飽含氣(含水飽和度0%)時儲層頂面AVO響應情況。由圖3可知，當儲層飽含氣時，由于與上覆泥巖阻抗差異增大，頂面反射有所增強，所以振幅增加的強度增大。圖4所示為儲層飽含水(含水飽和度100%)時儲層頂面AVO響應情況。由圖4可知，當儲層飽含水時，地層阻抗接近上覆泥巖，頂面反射變弱，導致振幅增加的強度減弱。

圖3 飽含氣(含水飽和度為0%)時AVO響應圖 圖4 飽含水(含水飽和度為100%)時AVO響應圖

圖5顯示為含水飽和度變化時AVO響應圖。從圖5可以看出，當含水飽和度從0%變化到80%時，隨著入射角增加，振幅強度的變化較小；當含水飽和度超過80%后，隨著入射角增加，振幅強度的變化較大。因此，含水飽和度是影響地震波振幅隨炮檢距變化的重要因素之一，可以通過研究AVO響應變化來指導儲層類型的劃分。

圖5 含水飽和度變化時AVO響應圖

3.2泊松比剖面分析

圖6 泊松比剖面圖

AVO應用的基礎是泊松比的變化，而泊松比的變化是不同巖性和不同孔隙流體介質之間存在差異的反映[6]。因此，可以通過提取泊松比屬性來進行儲層孔隙流體識別。

含水飽和度變化時的泊松比剖面如圖6所示(左邊3道是含水飽和度為100%的合成CDP道集，中間3道為含水飽和度80%的合成CDP道集，右邊3道是含水飽和度為20%的合成CDP道集)。從圖6可以看出，當孔隙中完全含水時泊松比較大，當含水飽和度減小時泊松比也隨之減小，且含水飽和度為80%時泊松比急劇減小。這是因為當儲層中含有一定量氣體時，縱波速度降低得較快，而橫波速度變化不大，導致泊松比急劇減小。這表明隨著含水飽和度的減小，波阻抗差異隨之減小，從而導致振幅強度減小。因此，泊松比屬性剖面從側面驗證了隨著含水飽和度的增加，振幅強度總體減小的變化規律。

4 結 語

當巖石空隙含有不同流體時，引起巖石速度的變化，進而引起反射波振幅隨入射角的變化。對蘇25工區的某探井進行研究，結果表明，當含水飽和度從0%變化到80%時，隨著入射角增加，振幅強度的變化較；當含水飽和度超過80%后，隨著入射角增加，振幅強度的變化劇烈。在替代數據的基礎上進行了泊松比屬性提取，從側面驗證了隨著含水飽和度的增加，振幅強度總體減小的變化規律。因此，上述方法可以用來進行氣層識別和檢測。

[1]印興耀，韓文功，李振春，等.地震技術新進展[M].北京：中國石油大學出版社，2005.

[2]鄒新寧，孫衛.盒8地層巖石物理參數及地震響應模型研究[J].中國石油大學學報(自然科學版)，2006，30(2)：21-25.

[3]郝曉紅，王闖，謝春雨.流體替代技術及引用分析[J].海洋石油，2008，28(3)：1-5.

[4]夏紅敏，王尚旭，李生杰.含氣地層的AVO響應分析[J].石油物探，2006,45(4)：357-361.

[5]殷八斤，曾灝.AVO技術的理論與實踐[M].北京:石油工業出版社,1995.

[6]馬中高，管路平，賀振華，等.利用模型正演優選地震屬性進行儲層預測[J].石油學報，2003，24(6)：35-39.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.12.018

P631.4

A

1673-1409(2011)12-0049-04