基于雙相介質油氣檢測方法在塔東GC地區的應用

許 玲

（大慶油田有限責任公司勘探開發研究院,黑龍江大慶163712）

塔東GC地區的GC6井、GC8井、GC9井相繼獲得工業氣流。其鉆井結果表明，主力產層為奧陶系YS組的Y3段。但其儲集空間主要為次生空隙，儲層物性差，縱/橫向非均質性強。GC地區白云巖中含氣儲層（氣層+差氣層）層數只占總層數的15.1%，厚度只占總厚度的9.3%。表明不是所有白云巖儲層都含氣，因此需要利用地震資料預測氣藏分布。基于雙相介質地震波理論的方法,能更精確地描述地震波在含流體介質中的傳播機理,因此合理應用基于雙相介質地震波理論的方法有利于提高油氣藏預測的精度。

雙相介質理論于1956年由Biot首先提出。當前研究得比較多的雙相介質地震波理論有Gassmann理論、Biot理論、BISQ理論和其它相關理論[1-7]。其中Biot理論和BISQ理論因具有更合理的巖石物理假設以及與之對應的地震波動方程而成為了業界的熱點。

相對于Dvorkin和Nur建立的BISQ理論，即從微觀世界的局部運動角度來研究外力作用下地下質點的震動情況，Biot理論側重于從宏觀上描述含油氣介質中地震波的傳播規律。由于BISQ理論只是從微觀角度分析問題，而以尋找油氣資源為主要目標的地震勘探技術的分辨率目前還達不到BISQ理論所假設的微觀尺度，因此研究Biot理論下地震波的傳播規律及其影響因素對于提高油氣勘探精度更具應用價值[8]。

Biot理論應用于地震勘探的探索最早由張應波等人于1994年提出[9]，但進展不大。后來經梁秀文等人的多年潛心研究，有了一定突破，并成功開發了基于雙相介質理論的油氣檢測技術的綜合反演軟件系統。

1 理論基礎

1.1 基本原理及雙相介質的彈性波方程

雙相介質指的是由具有孔隙的固體骨架（即固相）和孔隙中所充填的流體（即流相）所組成的介質。當受到外力作用時，孔隙內流體質點與骨架固體質點不是同步的，而是存在相對位移，且流體與固體之間是相互影響的，這種假設揭示了第二縱波（慢縱波）的存在。第一縱波與第二縱波疊加使得地震波的運動學特征相對于單相介質而言發生了改變。不同的流體介質改變的程度會有所不同。Biot在此假設前提下建立了雙相介質中的地震波波動方程[10]。為了簡單起見，本文只討論雙相各向同性介質。其向量表達式如下：

式中考慮了流體的影響。b為耗散系數，與流體粘滯系數、孔隙度和滲透率參數有關。當不考慮流體與固體之間的相對位移時，b為零。以此為基礎，可以針對各種實際情況設計雙相介質模型，進行正反演計算，以研究其地震響應特征，為利用地震資料直接進行油氣檢測提供理論依據。

1.2 雙相介質與油氣藏

油氣儲集層是典型的雙相介質。在雙相介質中，不同的流體性質，第二縱波的特征會有差異。在實際的地震資料處理解釋中發現，當地層含水時，“低頻共振、高頻衰減”現象并不明顯，而當富含油氣時會出現明顯的“低頻共振、高頻衰減”動力學特征，并且油的“共振”現象明顯，而氣的“衰減”現象明顯。如圖1是某油田目的層相同時窗地震數據的頻譜特征。

圖1 某工區油井水井地震數據頻譜特征（a）和油井地震數據頻譜特征（b）

實際數據證實固體與流體之間相對位移的一種重要作用是引起雙相介質中地震波能量的再分配，主要表現為地震波能量向低頻方向移動。使雙相介質信息的地震記錄具有所謂“低頻共振、高頻衰減”的動力學特征,并且油的共振現象明顯，氣的衰減現象明顯。而含水雙相介質只有輕微衰減，主要是因為水的粘滯系數、與周圍巖性的親和力等等與油氣差別較大。并且在相對穩定的地層中水的分布是比較廣泛的，而油氣在大多數情況下是較聚集的、相對局限分布的。即使水能影響地震波能量的再分配，也應該是背景值的一部分，所以油氣是能夠從水的背景中被識別出來的。

理論研究表明，低頻累計能量的大小可以定性地描述可動油氣占總孔隙度的比例，而高頻衰減是對油氣滲透能力的描述，二者之比是油氣富集程度的定性表示。

2 實際應用

根據雙相介質典型的“低頻共振、高頻衰減”的特性，對給定時窗內的地震數據進行頻譜分析，并在給定的高低頻敏感段內對振幅譜進行能量累加，再對計算結果進行相減、相除，進而得到能夠定性表征儲層性質和油氣富集程度的結果。這些結果能夠靈活地以剖面或平面的形式進行顯示，以便地質人員對油氣藏獲得直觀有效的認識。

圖2 是GC地區Y3段頂界面局部等T0圖。區內8口探井中有3口為工業氣井GC6、GC8、GC9：其中GC6井日產氣26×104m3，GC8井日產氣47×104m3，GC9井日產氣107×104m3；GC7、GC10、GC15為油氣顯示井；GC12和GC14試氣為少量氣。

圖2 Y3段頂面等T0圖

圖3 是給定時窗內各井旁道的頻譜特征分析，所用的分析時窗為60ms（Y3段頂以下60ms），主要產氣層包括在時窗范圍之內。比較8口井的井旁道頻譜特征可見，3口工業氣井相對于其它5口井來說，表現為明顯“低頻共振、高頻衰減”特征現象。其中GC9井產量最高，其“低頻共振”特征最明顯。

從圖3可以看出，3口工業氣井的低頻段最大振幅值的主峰頻率均在10Hz以內，明顯低于其它5口非工業氣流井。而高頻段頻率衰減較快的頻率范圍為26～36Hz。分析認為，主峰頻率小于10Hz時，可能主要反映的是氣層的信息，而大于10Hz的頻率時，主要反映的是儲層其他方面的信息，比如儲層厚度、巖性的粒度大小等等。根據井旁道和其它構造部位的頻譜范圍確定數據體的最高有效頻率為40Hz，由此確定地震數據體的低頻和高頻敏感段范圍分別是1～10Hz和26～36Hz。據此計算的該時窗范圍內油氣富集程度（div：低頻能量/高頻能量）如圖4所示。深色調為高值有利區，色標范圍0.66～1.71。圈定的油氣富集區范圍為一個南北走向的條帶狀。

圖3 各井井旁道頻譜特征

圖4 Y3段含氣檢測平面圖

圖5 是5口井的連井剖面。從剖面上可以看出，在目的層段內工業氣流井GC6、GC8、GC9在div的相對高值區，而非工業氣流井GC10、GC15在div的相對低值區。

表1 為各井試氣日產量與檢測結果值的對比。由表可見，在8口井中，GC9產量最高，值也最大。三口工業氣流井的檢測值均大于1.4，而5口非工業氣流井中有4口井檢測結果小于1.3，而GC7井是見顯示，但其檢測值為1.49，與單井產能不符。總的來說，8口井中有7口井符合，檢測結果與鉆井結果吻合度較高，為87%。

3 結論

（1）高低頻敏感段的選擇是基于雙相介質理論檢測油氣方法最關鍵的參數。檢測時窗必須經過精細的頻譜分析。時窗內應包含油氣層的特征信息。該技術無需已知井的約束，可應用于油氣勘探、開發的全過程。如果有已知井，必須結合井旁道的頻譜特征進行分析，以提高預測精度。

圖5 GC10～GC9～GC6～GC15～GC8連井剖面

表1 各井試氣情況與檢測結果值

（2）從單向介質發展到雙相介質是油氣藏預測的巨大進步。油氣藏是典型的雙相介質，充分利用油氣藏的“低頻共振、高頻衰減”頻譜特征可有效預測有效油氣富集區。提高儲層預測精度，指導下一步工作。