頻變AVO屬性在塔東碳酸鹽巖儲層含氣檢測中的應用

鐘 擁, 李 晶, 張爾華, 馮德永, 田仁飛

(1.大慶油田有限責任公司 勘探開發研究院，大慶 163712；2.成都理工大學 地球探測與信息技術教育部重點實驗室，成都 610059；3.勝利油田分公司 物探研究院，東營 257000)

0 引言

塔東古城地區現已發現古城6、古城8、古城9等優質白云巖儲層，展現了巨大勘探潛力，但該地區目的層埋藏深，地震資料分辨率低、信噪比低，而且碳酸鹽巖儲層儲集空間復雜，地震響應特征不明確，巖石物理特征不清等給白云巖儲層的地震預測造成不明確性。目前對于碳酸鹽巖儲層的地震預測方法還只局限于常規物探技術，對于塔東低頻率地震資料的針對性技術尚未成型。

現有研究成果認為塔東地區碳酸鹽巖儲層巖石孔隙結構復雜，影響縱橫波的變化[1-2]，同時理論分析已證實飽和含氣儲層存在明顯的地震波頻散特征[3-4]。為了刻畫塔東地區碳酸鹽巖儲層的巖石物理特征，開展巖石物理測試及分析和黏滯—彌散波動方程數值模擬分析[5-6]，認為該地區碳酸鹽巖儲層縱橫波速度頻散特征明顯，且頻散與頻率存在很好的相關性。目前，大量的理論和實際應用表明，頻變AVO[7-10]能夠反應地震波頻散與頻率之間的關系，特別是射頻域頻變AVO由于能夠提取較高精度的射線曲線，更有利于地震波頻散參數分析，獲得可靠流體識別結果[1-13]。筆者在巖石物理分析和數值模擬的基礎上，采用頻變AVO技術對塔東古城地區碳酸鹽巖氣藏的含氣性進行檢測，取得了較好的應用效果。

1 巖石物理分析

首先做研究區巖石樣品CT掃描和薄片分析，針對樣品孔隙結構類型進行分類，之后做不同實驗條件(有效圍壓、孔隙流體粘度、滲透率)和不同孔隙類型(微裂隙縱橫比、孔隙均勻性)樣品的跨頻段實驗。筆者針對三種類型巖石樣品進行分析。第一種樣品為裂隙型，巖性以灰巖為主，其孔隙結構以裂隙、微裂隙為主，跨頻段巖石物理測試的縱、橫波測試結果如圖1所示，具有較小的縱橫波比值；第二種樣品為溶蝕孔隙型，巖性以白云巖為主，其孔隙結構以溶蝕孔隙為主，跨頻段巖石物理測試的縱、橫波測試結果如圖2所示；第三種樣品為裂隙-孔隙型，巖性以白云巖為主，其孔隙結構類型屬于裂隙-孔隙型，跨頻段巖石物理測試的縱波、橫波測試結果如圖3所示，具有較大的縱橫波比，是古城地區優質儲集層類型。

圖1 第一種樣品測試結果

圖2 第二種樣品測試結果

圖3 第三種樣品測試結果

當有效壓力從0 MPa增大至10 MPa時，第一種樣品和第二種樣品的縱波速度和橫波速度都明顯增大(圖1、圖2)；當有效壓力從10 MPa增大至15 MPa時，縱波速度和橫波速度變化較小，并且橫波速度的頻散變化也非常微小。當有效壓力從0 MPa增大至20 MPa時，第三種樣品縱、橫波速度變化非常明顯(圖3)，經過定量計算縱波速度增大了37.5%，縱波速度的視頻散為28.2%；橫波速度增大19.6%，橫波速度視頻散為18.3%。從圖3也可以看出，縱波和橫波速度的頻散特征非常明顯。該試驗表明，隨著測量頻率的降低，縱橫波速度降低，且裂縫孔隙型儲層較孔洞型儲層速度降低更快。

2 數值正演分析

由圖4可以看出，上、下兩部分為非儲層區域，儲層區包含了干層、和不同含氣程度的含氣層。這些含氣層的參數根據含氣程度而變化，隨著含氣程度增加，粘滯系數和彌散系數增加，品質因子降低。干層的粘滯系數為“0”、彌散系數為“0”、品質因子為10 000；差氣層的粘滯系數為200、彌散系數為4、品質因子為100。中氣層的粘滯系數為400、彌散系數為7、品質因子為70；好氣層的粘滯系數為800、彌散系數為12、品質因子為30。

圖4 含氣儲層地質模型

數值模擬的地震記錄如圖5所示，從該地震記錄上可以發現，含氣儲層的地震響應明顯低于干層，隨著含氣程度的提高，地震記錄的振幅進一步降低。圖6提取了記錄中不同區域的地震波形及其頻譜進行對比。對比波形可以發現，隨著含氣程度增加，地震波振幅衰減增加，相位的改變也越來越大。對比頻譜可以發現，隨著含氣量增加，主頻由高向低變化，即儲層含氣的變化和頻率屬性相關。

圖5 模擬的地震記錄

圖6 干層和不同含氣程度的含氣層的對比

通過巖石物理測試和數值模擬，證實了塔東古城地區優質碳酸鹽巖儲層的地震波具有頻散特征，為頻變AVO屬性的應用提供了借鑒。

3 頻變AVO方法原理

頻變AVO能夠反應反射系數(振幅)與頻率之間的關系，這是與常規AVO分析或分頻AVO本質的不同。在含油氣儲集層中，地震波的傳播在低頻部分與高頻部分具有不同的響應特征。采用頻變縱波AVO近似公式[10]為式(1)。

(1)

截距表示為式(2)：

1.2.2.2 以創新培訓方式保證皮膚護理方案專項培訓的可行性 ①短語線索化教育。以可行性皮膚護理方案中的10個短語為護理記憶線索，分別是評估、包裹、紅斑區保護、溫和清洗、滋潤皮膚、隔離保護、失禁管理、破潰滲液管理、聯合管理與預警啟動，利用上述短語的形象生動簡練特性提高記憶學習理解效果。②工作坊演示教育。以工作坊方式開展各類科學評估工具、皮膚護理產品設備等實踐性應用教育。③真實案例設障解決教育。精心選擇既往典型失禁性皮炎案例，以住院過程為時間順序，在該患者所涉及各失禁性皮炎預控關鍵維度設置問題障礙，啟發護理人員積極思考主動解決。

(2)

梯度表示為式(3)：

(3)

碳氫檢測因子表示為式(4)：

HC=P(fi)×G(fi)

(4)

流體檢測因子表示為式(5)：

ΔF=0.71P(fi)×0.29G(fi)

(5)

擬泊松比表示為式(6)：

σ=P(fi)+G(fi)

(6)

(fi-f0)A1(θi)Ia+

(fi-f0)A2(θi)Ib

(7)

因而，對頻率求偏導數，可以獲得相對于主頻率的縱波阻抗IP為式(8)，以及橫波阻抗IS為式(9)。

(8)

(9)

設Af代表主頻為f時對應的AVO屬性，當主頻f1、f2相差不大且，f1

(10)

式中：c為常數；Af1是在參考頻率下入射角為θ時振幅譜的最大值；Af2在分解頻率f下入射角為θ時的振幅譜的最大值。利用式(10)即可計算新的頻變AVO屬性。

詳細的理論推導可參考文獻[10,13]，參考文獻[10]討論了流體檢測因子、擬泊松比在含氣儲層中的應用，認為流體檢測因子對儲層的含氣性比較敏感。

4 頻變AVO屬性應用效果

根據巖石物理測試和數值模擬，證實了塔東古城地區縱、橫地震波發生不同程度的頻散和衰減，利用射線域 Zoeppritz方程，將頻率因素引入AVO分析中，用頻變AVO方法分析速度頻散異常特征，從而預測優質含氣白云巖儲層(圖7)。疊前道集對頻變AVO反演結果的影響較大，本次研究已經對疊前道集進行優化使其滿足頻變AVO反演的要求。由于頻變AVO反演方程中引入了裂縫等表征參數形成多尺度信息，因而采用連續小波變換對疊前道集數據進行頻譜分析。

圖7 頻變彈性參數反演與流體識別技術流程

從圖8中可以看出，在鷹3段中部有明顯的異常響應。在圖9中,該井處鷹3段中部同樣出現了異常響應，證明頻變AVO屬性能夠較好地預測含氣儲層。圖10為過古城9井的AVO截距剖面，圖11為過古城6井的AVO截距剖面，從中可以看出，優質含氣白云巖儲層的AVO截距表現為單一的亮點異常響應。而圖8、圖9中的頻變AVO屬性在橫向上分布更廣，與現有鉆井和地震認識更為吻合。

圖8 頻變AVO屬性過古城9井剖面

圖9 頻變AVO屬性過古城6井剖面

圖10 過古城9井AVO截距剖面

圖11 過古城6井AVO截距剖面

從圖12中可以看出，研究區三口氣井古城6井、古城8井以及古城9井的位置處均有頻率衰減異常響應，鉆遇干層的古城7井在頻變AVO屬性中都沒有異常響應，進一步說明該方法能夠區別含氣儲層、含水儲層和差儲層。利用頻變 AVO屬性對研究工區現有11口鉆井進行統計，其中9口井頻變AVO異常與鉆井吻合，符合率達81.82%，只有硅質含量較高古城12井區、古城14井區由于受硅質影響，其結果與鉆井不能完全對應。因此，利用該方法所得異常響應即代表研究區內含氣儲層，最終實現儲層含氣性檢測。

5 結論

筆者通過巖石物理測試和數值模擬，證實了研究區優質儲層和頻率息息相關。將頻率因素引入AVO分析中，從而建立了頻變AVO彈性參數反演與流體識別技術流程，通過過井分析，含氣的井出現了頻率衰減異常，從研究區平面上也能看出三口含氣的井有異常顯示，而另外兩口水井無異常顯示。優選的頻散屬性對流體儲層具有比較強的敏感性，可識別高含氣的儲層，從而預測優質含氣白云巖儲層。