AVO分析技術(shù)在塔中碳酸鹽巖油氣檢測(cè)中的應(yīng)用

鮮 強(qiáng)， 蔡志東， 王祖君, 王熊飛, 梁國(guó)平, 呂海清, 張 磊, 靳懿鑫

1.中國(guó)石油東方地球物理公司研究院 庫爾勒分院，庫爾勒 841000; 2.中國(guó)石油東方地球物理公司 新興物探開發(fā)處，涿州 072750)

AVO分析技術(shù)在塔中碳酸鹽巖油氣檢測(cè)中的應(yīng)用

鮮 強(qiáng)1， 蔡志東2， 王祖君1, 王熊飛1, 梁國(guó)平1, 呂海清1, 張 磊1, 靳懿鑫2

1.中國(guó)石油東方地球物理公司研究院 庫爾勒分院，庫爾勒 841000; 2.中國(guó)石油東方地球物理公司 新興物探開發(fā)處，涿州 072750)

塔中西部奧陶系為不整合面相關(guān)的巖溶風(fēng)化殼型油氣藏，儲(chǔ)層被不同的流體及泥質(zhì)充填后，儲(chǔ)層的地震響應(yīng)都為“串珠狀”反射，儲(chǔ)層的AVO響應(yīng)是不同的。在對(duì)地震、測(cè)井及地質(zhì)資料分析的基礎(chǔ)上，利用AVO分析技術(shù)對(duì)其流體屬性進(jìn)行預(yù)測(cè)。AVO分析技術(shù)主要包括正演及反演兩個(gè)方面，通過正演可以認(rèn)識(shí)到儲(chǔ)層充填不同流體的AVO響應(yīng)，從而確定AVO異常的類型，然后AVO屬性反演(P,G等屬性)預(yù)測(cè)不同的流體，最終達(dá)到降低勘探風(fēng)險(xiǎn)的目的。

AVO； 碳酸鹽巖； 油氣檢測(cè)； AVO調(diào)諧效應(yīng)

0 前言

AVO譯為振幅隨偏移距的變化，是繼“亮點(diǎn)”技術(shù)后又一項(xiàng)烴類檢測(cè)技術(shù)。它作為一種含氣砂巖的異常地球物理現(xiàn)象,最早在20世紀(jì)80年代初被Ostrander[1]發(fā)現(xiàn)。這一現(xiàn)象表現(xiàn)為，當(dāng)儲(chǔ)層砂巖含氣后,地震反射振幅隨炮檢距會(huì)發(fā)生明顯的加大[2]。早期這項(xiàng)技術(shù)在區(qū)分真假“亮點(diǎn)”發(fā)揮了巨大的作用，現(xiàn)在主要用于AVO反演進(jìn)行疊前油氣檢測(cè)，方位AVO裂縫預(yù)測(cè)等。

1 AVO理論基礎(chǔ)

AVO現(xiàn)象(振幅隨偏移距變化)是由地震反射上、下界面巖性及流體差異引起的，其理論依據(jù)為Zoeppritz方程，前人(Aki、Richards[3]及Shuey[4])對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)化：

R(a)=P+Gsin2a

式中:R為反射系數(shù);α為入射角;P為AVO截距零炮檢距處的反射系數(shù);G為AVO斜率振幅隨入射角變化的比例系數(shù)。該方程適用在入射角>300。通過AVO反演得到的P、G以及二者的組合可以定性進(jìn)行巖性、油氣的預(yù)測(cè)。

Rutherford等[5]根據(jù)氣層的波阻抗特征和泊松比特征,將在氣層中反射波的 AVO作用分為 3類；Castagna[6]根據(jù) AVO 的屬性截距和梯度的位置將 Rutherford的模型擴(kuò)展為 4類。第 1類高阻抗砂巖,AVO特征為振幅隨偏移距增大而減小，在遠(yuǎn)偏移距出現(xiàn)極性翻轉(zhuǎn)(圖1)，在疊加剖面上易形成“暗點(diǎn)”反射。第2類近零波阻抗差砂巖，儲(chǔ)層與圍巖阻抗差異較小，振幅隨偏移變化較小，AVO現(xiàn)象不易觀察，第3類和第4類為低阻抗含氣砂巖，極性為負(fù)，3類AVO特征為振幅隨偏移距增大而增大，在疊加剖面上表現(xiàn)為“亮點(diǎn)”反射。4類AVO特征為振幅隨偏移距增大而減小。

圖1 Rutherford氣層分類模型[6]Fig.1 The four kinds of gas sand for AVO

前期AVO研究主要針對(duì)碎屑巖建立相應(yīng)的正演模型，前人[7～9]針對(duì)孔隙型碳酸鹽巖建立了AVO模型，本次研究在確定AVO異常的類型后,通過AVO反演可以得到P、G等屬性，將P、G進(jìn)行交匯，然后將AVO異常進(jìn)行投影，最終對(duì)油氣進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2 塔中地區(qū)地質(zhì)特征

塔中西部奧陶系為大型巖溶風(fēng)化殼型油氣藏，目地層鷹山組的沉積環(huán)境為開闊臺(tái)地相，巖性主要以灰?guī)r為主，后期遭受巖溶改造發(fā)生了白云巖交代，形成了云質(zhì)灰?guī)r及灰質(zhì)云巖。在鷹山組沉積后，發(fā)生了整體的構(gòu)造抬升，一間房組整體缺失，局部鷹一段缺失，鷹二段直接與上覆地層良里塔格組接觸。由于這次抬升作用使得鷹山組暴露剝蝕在鷹山組頂面，形成了一套巖溶風(fēng)化殼型的儲(chǔ)層。因埋藏較深(6 000 m)，使得儲(chǔ)層的基質(zhì)孔隙消失殆盡(<2%)，在后期的斷裂及巖溶改造下，次生孔隙如溶蝕孔洞、裂縫為其主要的儲(chǔ)集空間(圖3)。因此儲(chǔ)層的非均質(zhì)性強(qiáng)，后期又被油氣水及泥質(zhì)充填，儲(chǔ)層響應(yīng)都為串珠狀反射。碎屑巖孔隙主要為粒間的原生孔隙，碳酸鹽巖主要為次生溶孔，白云巖孔隙結(jié)構(gòu)與碎屑巖的相當(dāng)，而灰?guī)r的孔隙機(jī)構(gòu)比碎屑巖及白云巖的更復(fù)雜，埋藏較深，流體充注復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行油氣預(yù)測(cè)困難較大。

3 AVO正演模擬及可行性分析

通過前面的分析，本研究區(qū)的儲(chǔ)層具有埋藏深、低孔、低滲各向異性強(qiáng)，AVO檢測(cè)窗口隨著深度及其構(gòu)造復(fù)雜而減小[10]，AVO分析技術(shù)是否在本研究區(qū)實(shí)用，本次主要通過分析儲(chǔ)集空間充注不同流體：油氣、水及泥質(zhì)進(jìn)行AVO模型正演，分析不同流體AVO響應(yīng)異常。

在工區(qū)內(nèi)分別選取了1口水井、1口井儲(chǔ)層泥質(zhì)充填，及1口油井進(jìn)行AVO正演模擬。1井試油日產(chǎn)水115 m2，其AVO響應(yīng)為振幅隨偏移距增大不變(圖2)1井與經(jīng)典的4類AVO異常相似。2井測(cè)井解釋為洞穴泥質(zhì)充填，其振幅隨偏移距增大而減小(圖5)，2井屬于2類AVO異常(圖3)。3井高產(chǎn)油氣井目前累產(chǎn)油4×104 m3，其振幅隨偏移距增大而增大(圖4)。3井屬于經(jīng)典的3類AVO異常，通過不同類型井的正演可知，本研究區(qū)儲(chǔ)層含油后的AVO響應(yīng)為振幅隨偏移距增大而增大。

圖2 1井AVO正演及井旁道集對(duì)比圖Fig.2 Well 1 AVO forward model versus gathers

圖3 2井AVO正演及井旁道集對(duì)比圖Fig.3 Well 2 AVO forward model versus gathers

4 基于流體替代的AVO正演

流體替代基于Gassmann方程，通過對(duì)孔隙中的不同流體的替換，可以計(jì)算出在相同孔隙下，充填不同流體的巖石彈性模量，進(jìn)而計(jì)算替代后的巖石的密度與速度(表1)。

表1 不同類型儲(chǔ)層流體參數(shù)表

影響AVO分析因素很多，除了采集、處理參數(shù)的影響，還有復(fù)雜的地質(zhì)條件等。埋藏深使得儲(chǔ)層不僅為低孔、滲各向異性強(qiáng)，而且壓實(shí)作用的有效儲(chǔ)層厚度薄，洞穴型儲(chǔ)層一般小于2 m，在鉆到洞穴頂部容易發(fā)生井漏,從而難以鉆進(jìn)，同時(shí)難以測(cè)得有效的井曲線。裂縫-孔洞型儲(chǔ)層發(fā)育厚度也不大，基本在10 m左右。本研究區(qū)地震儲(chǔ)層的極限分辨率為λ/8=v/f/8,速度為6 200 m/s,主頻為20 Hz，得到目的極限分辨率30 m，在小于地震分辨率時(shí)，容易產(chǎn)生薄層AVO的調(diào)諧作用，使得的AVO效果減弱。

本次研究使用的是塊狀模型，這個(gè)模型是個(gè)理論化的模型，主要用于消除各種影響因素，并且在儲(chǔ)層厚30 m，頂?shù)酌?>=30 m)相互不干擾的情況下,分析振幅隨偏移距變化，由于洞穴型的儲(chǔ)層曲線難以測(cè)量，本次研究主要正對(duì)裂縫-孔洞型的儲(chǔ)層進(jìn)行分析。含氣儲(chǔ)層振幅隨偏移距的增大而增大，含水及含泥的儲(chǔ)層振幅隨偏移距增大而減小(圖5)。含水后的AVO響應(yīng)是減小與實(shí)際的含水AVO響應(yīng)不變有偏差。對(duì)于含油氣的儲(chǔ)層的AVO在遠(yuǎn)道(大偏移距)變化較劇烈，而含水及含泥的儲(chǔ)層在中偏移距時(shí)，出現(xiàn)變化。

圖5 塊狀模型AVO正演模擬Fig.5 AVO forward model of block

通過以上分析，可以得到如下認(rèn)識(shí)：

1)不論是何種類型的儲(chǔ)層，振幅隨偏移距增大而變化，沒有出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)，都是同相疊加，因此疊加的結(jié)果都為強(qiáng)反射，只是強(qiáng)弱的幅度不同，這也說明了雖然不同類型(氣、水、泥質(zhì))疊后響應(yīng)都為串珠狀反射，但是疊前AVO響應(yīng)是不同的，可以對(duì)其進(jìn)行流體檢測(cè)。

2)碳酸鹽巖含油氣儲(chǔ)層的AVO響應(yīng)為3類AVO響應(yīng)，而含水及含泥的儲(chǔ)層AVO響應(yīng)相當(dāng)于砂巖4類AVO響應(yīng)。與實(shí)際的AVO現(xiàn)象對(duì)比，含油氣道集的AVO相應(yīng)與實(shí)際的一致，實(shí)際含水道集AVO響應(yīng)與正演模擬的不一致，前面以及分析影響因素，可能是一個(gè)也可能是多個(gè)因素共同作用。

5 AVO流體檢測(cè)

在確定AVO響應(yīng)類型后，可以通過梯度與截距交匯確定出AVO流體異常。3類(油氣)AVO響應(yīng)在第4象限。4類(泥和水)AVO響應(yīng)在第3象限。可以直接用梯度進(jìn)行AVO檢測(cè)，儲(chǔ)層發(fā)育波谷位置，振幅為負(fù)。梯度為負(fù)的，表示絕對(duì)振幅增加，為3類AVO響應(yīng)。梯度為正值，絕對(duì)增幅減小，為4類AVO響應(yīng)。由前面正演模型得到的結(jié)論是含泥振幅是減小的，含水后的響應(yīng)理論與實(shí)際不一致，但是總體上與含油氣后振幅是增大的能區(qū)分出來。因此，也可以應(yīng)用梯度進(jìn)行油氣檢測(cè)。

應(yīng)用前面的正演分析可知，雖然不同類型的物質(zhì)充填儲(chǔ)層的AVO響應(yīng)不同，但是整體都沒有出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，不同類型的儲(chǔ)層的疊后響應(yīng)都為“串珠狀”反射(圖6)，不同的是儲(chǔ)層地震反射強(qiáng)度有差異，當(dāng)儲(chǔ)層縱向規(guī)模較大時(shí)，表現(xiàn)為多峰多谷。

在疊前的梯度剖面上，將減小和不變的梯度值設(shè)置為背景色，而將增大的梯度值設(shè)置為暖色，就可直接利用梯度進(jìn)行油氣檢測(cè)。小井和干井整體在梯度剖面表現(xiàn)為冷色，而油井表現(xiàn)為暖色(圖7)。

研究區(qū)裂縫型儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)模較大(深綠色)，而裂縫孔隙型儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)模次之，發(fā)育在構(gòu)造的高部位(黃色)，裂縫-空洞型儲(chǔ)層主要發(fā)育在構(gòu)造高部位及走滑斷裂附近，呈點(diǎn)裝分布連篇性差，這主要是由于研究區(qū)儲(chǔ)層為潛山型巖溶型儲(chǔ)層，后期被斷裂改造，因此地貌高及斷裂附近是有利儲(chǔ)層發(fā)育部位。但碳酸鹽巖非均質(zhì)性較強(qiáng)，差異溶蝕作用使得儲(chǔ)層并未大面積連篇發(fā)育，形成了相對(duì)獨(dú)立的溶蝕孔洞。

圖6 不同類型儲(chǔ)層地震響應(yīng)剖面Fig.6 The seismic profile of different reservoirs(a)井1； (b)井2； (c)井3

圖7 不同類型儲(chǔ)層梯度響應(yīng)剖面Fig.7 The G profile of different reservoirs(a)井1； (b)井2； (c)井3

圖8 塔中某區(qū)奧陶系鷹山組儲(chǔ)層預(yù)測(cè)圖Fig.8 The reservoir prediction plan of Ordovician Yingshan formation in some area of Tazhong

對(duì)于研究區(qū)的油氣分布與儲(chǔ)層分布存在較大差異，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的工區(qū)中的河道在油氣預(yù)測(cè)圖上沒有消失，由于河道位于中低位置，儲(chǔ)層易被水或泥質(zhì)充填。油氣一般分布在構(gòu)造高部位，在儲(chǔ)蓋組合較好的斷裂附近也有較好地顯示。在河道附近的高部位也是油氣聚集成藏的有利部位。通過對(duì)本區(qū)內(nèi)43口“串珠”型井用梯度進(jìn)行油氣檢測(cè)，有36口吻合，吻合率為83%。因此，對(duì)于“串珠”型儲(chǔ)層的井可以用AVO及梯度進(jìn)行油氣檢測(cè)。

圖9 塔中某區(qū)奧陶系鷹山組油氣預(yù)測(cè)圖Fig.9 The oil and gas detection plan of Ordovician Yingshan formation in some area of Tazhong

另外研究區(qū)還發(fā)育片狀中-強(qiáng)反射及弱反射等類型的儲(chǔ)層，通過與實(shí)鉆資料對(duì)比認(rèn)為片狀地震反射是—裂縫-孔隙儲(chǔ)層的響應(yīng)，對(duì)于弱反射則是裂縫型儲(chǔ)層為主的地震響應(yīng)。由于研究區(qū)孔隙欠發(fā)育，對(duì)于片狀強(qiáng)反射而言，整體儲(chǔ)集規(guī)模有限，導(dǎo)致開發(fā)效果欠佳。對(duì)于裂縫是其主要的儲(chǔ)層，研究區(qū)為致密型的碳酸鹽巖為圍巖，酸壓難以改造溝通儲(chǔ)層，裂縫作用為疏導(dǎo)體系，儲(chǔ)集能力有限，總體難以量產(chǎn)。在地震尺度，中強(qiáng)片狀發(fā)射在道集上能成像，而弱反射在道集上難以成像，因此對(duì)于串珠狀反射的儲(chǔ)層及片狀強(qiáng)反射儲(chǔ)層，可以用AVO及屬性進(jìn)行油氣檢測(cè)，而弱反射受資料品質(zhì)限制，不能進(jìn)行油氣檢測(cè)。

6 認(rèn)識(shí)

通過正演與實(shí)際的AVO道集分析對(duì)比，AVO分析技術(shù)可以在塔中地區(qū)正對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層進(jìn)行油氣檢測(cè)，并且得到如下認(rèn)識(shí)：

1)對(duì)于裂縫-孔洞型儲(chǔ)層，充填不同流體后其疊后的地震響應(yīng)都為“串珠狀”反射。但是AVO的地震響應(yīng)對(duì)于不同流體是不同的，因此是可以用AVO及其屬性進(jìn)行油氣檢測(cè)。

2)對(duì)不同類型的儲(chǔ)層進(jìn)行分析，對(duì)于裂縫孔洞型及孔隙型儲(chǔ)層是可以用AVO及屬性分析進(jìn)行油氣檢測(cè)，而對(duì)于裂縫型儲(chǔ)層由于受資料品質(zhì)的影響，難以進(jìn)行油氣檢測(cè)。

3)對(duì)于裂縫孔洞型儲(chǔ)層，含油氣后AVO響應(yīng)特征為振幅隨偏移距增大而增大，含水或泥質(zhì)充填儲(chǔ)層AVO響應(yīng)為振幅隨偏移距增大而減小，對(duì)于裂縫孔洞型儲(chǔ)層油氣檢測(cè)的吻合率在83%。

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Application of AVO in hydrocarbon detection at Tazhong area

XIAN Qiang1, CAI Zhidong2, WANG Zujun2, WANG Xiongfei1, LIANG Guoping1, LV Haiqing, ZHANG Lei1, JIN Yixing2

(1.Korla Branch of Bureau of Geophysical Prospecting CO.,Ltd, CNPC, korla 841000,China;2.Development and Production Seismic Division,BGP Inc.,CNPC Zhuozhuo 072750,China)

The Ordovician strata of west Tazhong area is the weathering karst reservoir connected with unconformity. When reservoirs are filled by brine, oil and shale, the seismic responses of the reservoirs are the "bead-like" reflections, but the AVO responses are different. We analyze seismic, logging and geological data. AVO analysis technique is used to predict the fluids property in this paper. AVO analyzing technology mainly includes two aspects, the forward modeling and inversion modeling. The forward modeling can be used to recognize the AVO response of different fillings property and determine the type of AVO abnormal. Then we can predict different fillings by means of AVO attributes inversion (such as P, G attributes). Ultimately, we can achieve the goal of lower the exploration risk.

Tazhong area; AVO; carbonate rock; hydrocarbon detection; tuning effect of AVO

2016-03-01 改回日期：2016-03-25

中國(guó)石油集團(tuán)重大專項(xiàng)(2014E-2109JT)

鮮強(qiáng)(1981-)，男，碩士，工程師，主要從事碳酸鹽巖地震、地質(zhì)綜合研究， E-mail：xq2977@163.com。

1001-1749(2017)02-0260-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2017.02.17