根據AVO相對變化識別流體的新方法*

2021-10-28 01:55:02陳殿遠夏竹君謝艷華

中國海上油氣 2021年5期

付琛廖鍵陳殿遠夏竹君謝艷華

(1.中海石油(中國)有限公司海南分公司海南?？?570312； 2.中海油能源發展股份有限公司工程技術深圳分公司廣東深圳 518000)

在鶯瓊盆地淺水區，東方1-1、東方13-2等多個氣田都具有典型的“亮點”特征[1-5]，氣層也表現出與水層明顯不同的AVO特征，所以在勘探過程中，常規的AVO技術發揮了巨大的作用[6-9]。但隨著勘探從淺水向深水發展，常規的AVO技術遇到了較大挑戰，在瓊東南盆地深水區，由于水深大、地層埋深淺、儲層物性好，以致儲層含氣、含水在地震上都可能表現為“亮點”特征，在AVO上也表現出類似的特征(即相同的AVO類型,同樣的P、G交會特征，并且P×G屬性差異也不大)，此時，常規的AVO技術很難發揮作用[10](因為常規AVO技術只有當烴類儲層的AVO特征明顯不同于其他層時才能發揮作用)，因此，迫切需要探索出新的AVO屬性分析技術來進行有效的流體檢測。

對于AVO技術，早在1984年，Ostrander[11]就提出了根據含氣砂巖振幅隨偏移距變化來識別氣層的觀點；隨后1985年，Shuey[12]由近似的Zoeppritz方程出發，用數學方法對該觀點進行了證明，并提出了梯度(G)與截距(P)的概念；1989年，Rutherford和Williams根據梯度、截距特征將含氣砂巖AVO分為三類[13]，將AVO直接變成烴類檢測的重要工具；1997年，Castagna將Rutherford的工作進一步推廣，增加了第四類AVO異常[14]；為了使AVO信息易于解釋，又基于AVO基本信息陸續衍生出了縱多的用于烴類檢測的AVO屬性，有適用于Ⅱ類AVO“暗點”氣層的遠偏移距對近偏移距疊加屬性;有適用于Ⅲ類AVO“亮點”氣藏的截距與梯度乘積屬性(P×G),因為Ⅲ類AVO砂巖具有較強的負截距和負梯度，其乘積為較強的正值，但必須非烴類為負或較弱的乘積才行；還有泊松比反射率、流體因子屬性等，雖然屬性眾多，但都必須滿足烴類儲層的AVO屬性特征明顯不同于非烴類儲層才能發揮作用。

本文以瓊東南盆地深水區為例，從大量已鉆井的AVO特征出發，詳細分析了流體和物性變化對AVO截距和梯度的影響，提出了根據AVO的相對變化進行流體檢測的方法和思路，并通過模型正演的方式驗證該規律的普遍性和該方法的適用性，并進一步從理論上加以解釋和剖析，最終實際應用也證實了該方法的有效性，有效解決了氣、水特征類似時常規AVO技術無法進行流體檢測的難題。

1 已鉆井AVO特征分析

截距、梯度交會圖是進行AVO分析的最好方法，其不僅能較好進行AVO類型的識別，還能有效分析孔隙流體和儲層物性對AVO屬性的影響，因此為了了解瓊東南盆地深水區儲層的AVO特征，尋找到有效的烴類檢測方法，展開了該區大量已鉆井的AVO分析。

1.1 圍巖對儲層AVO特征的影響

統計分析發現，該區儲層頂部所呈現的AVO特征與儲層相對于圍巖的彈性參數特征有一定的對應關系(主要是橫波速度特征)(表1)，當儲層的橫波速度明顯低于圍巖時，無論氣層還是水層，其梯度均為正值[15]，在截距與梯度交會圖上均位于第Ⅱ象限(圖1中砂巖2、砂巖3及砂巖4)；而當儲層的橫波速度明顯高于圍巖時，其梯度則表現為負值，在截距與梯度交會圖上則位于第Ⅲ象限(圖1中砂巖1)，由此可見該區儲層頂部所表現的AVO特征是與儲層相對圍巖的彈性參數特征有一定對應關系的。

圖1 L17-A1井儲層相對于圍巖速度曲線特征與AVO特征對應關系

表1 瓊東南盆地深水區儲層頂部AVO特征與彈性參數曲線特征統計(33口井66層)

1.2 儲層物性、流體對AVO特征的影響

1)常規AVO特征。

除了發現該區儲層頂部的AVO特征與其相對于圍巖的橫波速度特征有一定對應關系外，還發現了AVO特征與儲層內部的物性及流體特征的關系。圖2是該區大量已鉆井根據測井曲線正演的AVO截距、梯度交會圖，從圖中可以看到，物性與流體變化明顯遵循不同的變化趨勢。隨孔隙增加，氣、水都有從第Ⅲ象限向第Ⅱ象限移動的趨勢，兩者近似平行，其中氣層的AVO類型從Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ轉變，水層的AVO類型從Ⅱ→Ⅳ轉變；而當孔隙相當，流體發生變化時，其在交會圖上的變化趨勢則與物性變化的趨勢幾乎垂直。可見包含同種流體時，物性的變化僅會使數據點沿著相同的趨勢上下移動，僅流體的變化才會改變這種變化趨勢。

圖2 深水區已鉆井儲層截距與梯度交會圖

另外，從圖2中還可以看到，當物性較差(孔隙度<24%)時，氣、水的數據點都分布在第Ⅲ象限(由于物性差，橫波速度一般高于圍巖)，氣層表現為Ⅲ類AVO，水層表現為Ⅱ類AVO，氣、水差異明顯，此時常規的AVO技術就能較好地識別氣層。但當物性較好(孔隙度≥24%)時,氣、水的數據點都分布在第Ⅱ象限(此時由于物性好，橫波速度一般低于圍巖),且特征類似，都表現為Ⅳ類AVO，此時，常規AVO分析技術很難較好地進行氣層識別,需要尋求新的AVO分析技術。

除了分析深水區已鉆井不同物性氣層、水層的P、G交會特征外，也分析了氣層、水層振幅隨偏移角變化的特征。由于在第Ⅲ象限類，氣、水的AVO類型明顯不同，所以該部分主要對位于第Ⅱ象限內氣、水特征類似(同為IV類AVO)的現象進行分析。A氣田是位于深水區的主力氣田，該氣田鉆遇多口井，主要目的層為黃流組，由于水深大，地層埋深淺，儲層物性好，鉆遇的氣層、水層除了在地震上都表現為“亮點”特征外(圖3)，在AVO上也都表現出IV類AVO特征(圖4)，雖然整體上不同孔隙的氣層、水層的振幅都有隨角度增加減小的趨勢，但流體、物性之間的變化還是略有差異的。隨角度增加，同種流體由于物性變化導致的振幅差異逐漸減小(在大角度時有逐漸聚攏的趨勢)，而流體變化導致的差異卻逐漸增大?？梢姡徽撌窃诮鼐嗯c梯度交會圖，還是振幅隨角度變化圖上，流體和物性變化引起的變化趨勢都是明顯不同的，這為根據AVO的相對變化進行流體識別奠定了基礎。

圖3 A氣田地震剖面

圖4 A氣田已鉆井儲層AVO曲線

2)相對AVO特征。

為了更直觀地體現出流體、物性變化引起的AVO趨勢的相對變化，做了AVO曲線的相對變化圖(圖5)，主要選取A氣田3井氣層的AVO曲線為標準，其余儲層的AVO曲線與標準AVO曲線的比值作為該儲層的相對AVO曲線，此時，在圖中，物性變化與流體變化則表現出了完全相反的趨勢，與標準層流體一致(均為氣層)，只是物性發生變化時，相對AVO曲線隨角度增加逐漸減小，而當流體發生變化(變為水層)時，相對AVO曲線隨角度增加則是逐漸增大的，可見根據相對AVO曲線能較好地進行流體和物性的識別。

圖5 A-3井儲層相對AVO曲線

為了能定量描述不同流體在相對AVO上的這種差異，進行了相對AVO的截距、梯度交會特征分析。圖6為A氣田已鉆井儲層實際AVO與相對AVO的截距與梯度交會對比圖，從圖中可見，在儲層實際AVO的截距、梯度交會圖上，氣層與水層均位于第Ⅱ象限，都表現為負截距、正梯度的Ⅳ類AVO特征(圖6a)，兩者差異不大，但在相對AVO的截距與梯度交會圖上(圖6b)，氣、水表現出了明顯的不同，兩者位于不同的象限，呈現不同的梯度范圍，氣層的梯度明顯都小于零，表現為負值，而水層的梯度明顯大于零，表現為正值，這為根據相對AVO定量識別流體奠定了良好的基礎。

圖6 A氣田已鉆井儲層實際AVO與相對AVO的截距與梯度交會圖

2 模型正演AVO特征分析

為了證明儲層頂部AVO特征與圍巖、流體、物性的這種相關特征是否具有普遍性，開展了流體替換和孔隙替換等模型正演工作，通過模擬孔隙及流體的變化有效分析圍巖、孔隙流體和儲層物性變化對AVO特征的影響。

2.1 圍巖對儲層AVO特征的影響

本部分主要選擇A氣田3井的氣層(孔隙度為26%，橫波速度略低于圍巖，Ⅳ類AVO)進行孔隙和流體替換，結果如圖7、8所示。替換結果表明，隨著孔隙增加，儲層含氣、含水的橫波速度均有減小的趨勢，明顯低于上覆圍巖，表現出了比實際氣層更明顯的IV類AVO特征(圖7)；而當孔隙減小時，橫波速度則有增加的趨勢，當孔隙減小到橫波速度高于上覆圍巖時，在截距與梯度交會圖上，氣、水則由第Ⅱ象限移到第Ⅲ象限(圖8)，表現出了與實際鉆井中儲層相對圍巖所表現出的AVO特征同樣的規律。

圖7 A-3井儲層橫波速度特征與AVO特征對應關系正演分析(孔隙增加)

圖8 A-3井儲層橫波速度特征與AVO特征對應關系正演分析(孔隙減小)

2.2 儲層物性、流體對AVO特征的影響

1)常規AVO特征。

除了通過模型正演分析了儲層相對圍巖的AVO特征外，還通過模型正演的方式分析了儲層物性變化和流體變化對AVO特征的影響。圖9為建立的目標層段隨孔隙及流體變化的AVO模板，該模板全面反映了孔隙變化和流體性質變化對AVO截距和梯度的影響，顯示出了與該氣田實際地震AVO同樣的規律，即同種流體隨物性變化幾乎遵循相同的變化趨勢，只有流體變化才會改變其趨勢；且當儲層屬于Ⅳ類AVO時，隨孔隙增加，不僅氣層、水層的截距有逐漸增大的趨勢，梯度也有逐漸增大的趨勢(圖10、11)。

圖9 A-3井儲層AVO模板

圖10 A-3井儲層梯度隨孔隙變化

另外，振幅隨角度的變化圖上也體現出了比實際已鉆井資料更好更明顯的規律(圖12)，即不同物性的同種流體振幅隨角度增加逐漸聚攏，而不同流體在大角度處振幅差異逐漸增加，可見，AVO隨物性、流體變化的這種相對變化趨勢并不是偶然存在的，根據AVO的這種相對變化規律進行流體和物性的識別應該是切實可行的。

圖11 A-3井儲層截距隨孔隙變化

圖12 A-3井儲層隨流體、孔隙變化AVO曲線

2)相對AVO特征。

同樣也對模板上均表現為IV類AVO的氣層、水層進行了相對AVO分析(圖13)，圖中主要以原始儲層的AVO為標準計算出其他孔隙及流體的相對AVO曲線，圖上物性變化與流體變化也表現出完全相反的趨勢，可見根據相對AVO的變化的確能將AVO類型一致的氣層、水層分開。

圖13 A-3井儲層隨流體、孔隙變化的相對AVO曲線

對AVO和相對AVO的截距與梯度特征進行了對比分析(圖14)，從圖中可見，即使氣層在AVO上表現為與水層類似的截距與梯度特征(圖14a)，其在相對AVO的截距與梯度交會圖上仍然表現出了明顯不同于水層的特征(圖14b，因為孔隙度為26%的氣層是標準層，所以b圖沒有顯示該層)，水層在相對AVO的梯度大于零，為正值，氣層在相對AVO的梯度小于零，為負值，表現出了與實際已鉆井儲層同樣的規律。

圖14 A-3井儲層AVO與相對AVO截距與梯度交會對比

基于上述測井曲線參數，以30 Hz雷克子波為地震子波進行正演，其道集特征如圖15a所示，當氣層孔隙度為26%、24%與水層孔隙為28%、26%時均表現為Ⅳ類AVO，當氣層孔隙度為22%時為Ⅲ類AVO，且都表現為“亮點”特征，所以僅選用常規的適用于“亮點”特征的屬性分析技術P×G屬性與相對AVO屬性做了對比分析。圖15b為常規的P×G屬性分析圖，從圖中可見，P×G屬性的確能很好地將表現為“Ⅳ”類的水層與“Ⅲ”類的氣層識別開，但當氣層同樣表現為“Ⅳ”類時，則表現出類似的特征，很難識別；但在相對AVO屬性圖中(圖15c，其中主要以孔隙度為26%的氣層作為標準層，求取其他道集的相對AVO屬性，所以標準層無顯示)，相對AVO屬性不僅能將表現為Ⅲ類AVO的氣層與水層識別開，還能將與水層AVO類似的Ⅳ類氣層識別開，有效解決了氣、水特征類似時常規AVO技術無法進行流體檢測的難題。

圖15 A-3井相對AVO屬性與P×G屬性對比

3)特征成因分析。

下面對流體和物性變化會在AVO上呈現出不同特征的原因進行具體分析。AVO截距主要由界面兩側的縱波阻抗差異決定，物性越好，阻抗差異越大，截距越大；而梯度的符號和大小則與界面兩側的橫波速度差異密切相關[16]。研究認為，當儲層的橫波速度大于圍巖時，梯度一般表現為負值，且界面兩側的橫波速度差異越小(儲層物性越好)，梯度的絕對值越??；而當儲層的橫波速度小于圍巖時，梯度一般為正值，且界面兩側的橫波速度差異越大(儲層物性越好)，梯度值也越來越大[17]。

了解了彈性參數對截距、梯度的影響后，下面仍然以A氣田3井氣層為例來分析流體、物性變化對AVO的影響。從圖7中可以看到，原始氣層孔隙較大(為26%)，其橫波速度明顯低于圍巖，氣層頂界表現為明顯的IV類AVO(梯度為正值，見圖16)，當氣層的孔隙相對于原始氣層(參考砂巖)減小時(為24%)，其與圍巖的縱波阻抗差異減小，所以截距也變??；而由于孔隙降低，其橫波速度則變得更高，其與圍巖的橫波速度差異則變小，所以梯度也變小，所以隨著物性變差，在截距、梯度交會圖上，數據點有向右斜下方移動的趨勢，且在AVO曲線上，由于截距變小、曲線斜率的變低，也表現出隨角度增加逐漸向參考砂巖靠攏的趨勢(圖17)。

圖16 儲層流體、孔隙變化引起的截距、梯度變化

圖17 儲層流體、孔隙變化引起的AVO曲線變化

假設儲層物性沒有發生變化，僅流體由氣層變為水層，顯然與圍巖聲阻抗差異也是減小的，當然截距也是減小的；但由氣層變成水層時，橫波速度會降低，其與圍巖的橫波速度差異則增大，導致梯度是增大的，所以在截距、梯度交會圖上數據點向右斜上方移動，在AVO曲線圖上也由于截距變小、曲線斜率的增加表現出隨角度增加逐漸遠離參考砂巖的趨勢?？梢姳M管物性變化與流體變化均會導致砂巖具有相似截距，但由于兩種情況造成砂巖橫波速度相對參考砂巖的不同變化趨勢，導致其在AVO特征上不同的變化趨勢，因此AVO的相對變化的確能反映出流體和物性變化。

3 應用效果

主要利用AVO的相對變化來進行流體識別。圖18為某氣田的地震剖面，可見，在同一層段(鶯歌海組、非主要目的層)，3井、5井都鉆遇氣層，1井卻鉆遇水層，而設計井2井位于3井與5井之間，所以該井同層段儲層含氣、含水皆有可能。為了對該井該層段的流體性質進行預測，對該層段頂界進行了AVO分析，盡管該井與其他3口井AVO特征類似，均為隨角度增加，振幅逐漸減小的Ⅳ類AVO(圖19a),但在相對AVO曲線上(以3井為參考層)，2井表現出與1井水層一致、與5井氣層完全相反的趨勢(圖19b)，而且，盡管在截距與梯度交會圖上，2井儲層與其他井的水層、氣層表現出同樣的正梯度特征(圖20a)，但在相對AVO的截距與梯度交會圖上(圖20b)，2井儲層與1井水層一樣表現為大于零的正梯度值，明顯不同于5井氣層的負梯度值，由此推測2井可能為水層，實鉆結果確實為水層，證實了該方法預測流體的準確性。