S油田縱波速度隨不同儲層參數的變化規律研究

＊劉勵云 鮑祥生 曹向陽 王劍 陳國民 陳澤濤

（1.中國海洋石油國際有限公司 北京 100028 2.廣東石油化工學院 廣東 525000）

時移地震技術，它是利用不同時間采集的地震資料、動態資料等來進行油藏研究的一項技術，源于20世紀70年代中期，經過幾十年的發展，已被國內外認為是一種較好認識剩余油分布、識別死油區、提高油田采收率等方面的一項重要技術[1-2]。S油田屬于海上油田，包括兩個重要的油藏，一個是P油藏，為上部油藏；另一個是下部油藏，為B油藏。依據測井特征的差異，P油藏垂向上主要包括2E、2D、2BC三個儲層，B油藏垂向上主要包括Upper B和Lower B兩個儲層。為提高時移地震技術的應用效果，S油田目前采用先進的OBN采集技術進行時移地震數據采集，OBN采集技術是一種采用布設于海底的節點地震儀來獨立采集、記錄地震信號，受海況及周圍環境影響小，能獲得高質量地震資料。S油田采集時移地震數據包括2015年基礎資料和2018年監測資料，對獲得的時移地震資料進行常規處理和時移地震匹配處理后獲得較好的時移地震差異數據，但對時移地震差異數據的解釋面臨一些困難，影響S油田對時移地震差異數據的運用，從而限制時移地震數據在油藏管理中發揮更大作用。要更好地認識S油田時移地震差異，對儲層開展地震波速度隨不同儲層參數變化的規律性研究非常重要，因為地震波速度變化規律性的認識將為S油田時移地震差異解釋提供理論支撐。

1.S油田不同儲層特征

表1為S油田各儲層平均參數，從表1可看出，各儲層凈毛比差異有大有小，差異最大是Upper B與2EF，平均凈毛比差異達到0.51；各儲層平均孔隙度差異不是很大，不同儲層之間最大孔隙度差異是0.03；各層平均滲透率有相對好的，也有相對差一些的，2D和Upper B兩個儲層滲透率相對好些，分別達到了818mD和913mD，而2EF滲透率相對差一些，只有369mD；各儲層平均厚度方面，Upper B儲層厚度達到55.84ft，2EF儲層厚度最小，只有4.91ft；各儲層變異系數方面，2BC儲層達到3.20，屬于5個儲層中變異系數最大，反映該儲層內部不同砂體之間表現出較強的非均質性，Upper B和2D兩個儲層分別是1.15和1.21，屬于5個儲層中變異系數相對較小的，也反映出這兩個儲層內部不同砂體非均質性程度不及其他儲層。

表1 S油田各儲層平均儲層參數

依據凈毛比參數、滲透率、儲層厚度、變異系數四個參數所處范圍不同，S油田已建立如表2所示儲層分類標準。依據表2儲層劃分標準，S油田5個主要儲層中，其中2D和Upper B兩個儲層屬于1類儲層，2BC和Lower B兩個儲層屬于2類儲層，2EF屬于3類儲層。

表2 S油田研究區儲層分類標準

由表1可算出各儲層的平均砂體厚度，其中2EF和2BC分別只有0.16m、1.3m，而2D、Upper B和Lower B分別為7.11m、10.55m、4.77m，對其進行研究對實際應用價值更大，因此后面儲層參數分析研究主要針對2D、Upper B、Lower B儲層來開展。

2.理論基礎

從目前的文獻[3-10]來看，關于地震波速度的研究理論目前已有很多，比如基于Wyllie方程的地震波速度求取[4]，基于Han經驗關系的地震波速度求取[4]，基于Gassmann方程的地震波速度求取[5]，基于Raymer-Hunt-Gardner經驗關系的地震波速度求取[6]。Wyllie方程比較適用于室溫條件下的中等孔隙度范圍純凈砂巖速度預測；Han經驗關系適用于一定圍壓和孔隙壓力條件下砂泥巖速度預測；Raymer-Hunt-Gardner經驗關系一般只在估算低孔隙度地區有一定適用性。相對Wyllie方程和Han經驗關系、Raymer-Hunt-Gardner經驗關系等，基于Gassmann方程在地震波速度求取方面靈活性方面更好，可以依據油藏溫壓條件來計算地震波的速度，因此本文選擇以Gassmann方程為基礎的理論來計算地震波速度。

1951年，Gssmann通過研究形成了流體飽和巖石的有效體積模量計算方程[5]，該方程可用公式（1）來表示。

式中，kG是流體飽和巖石的體積模量；Kdry是干燥巖石的體積模量；Kma是基質的體積模量；φ是孔隙度；Kf是流體的體積模量。

基于Gassmann方程的縱橫波速度可用公式（2）和公式（3）來計算。

式中，Vp、Vs分別為流體飽和巖石的縱波速度和橫波速度；μdry為流體飽和巖石的剪切模量；ρ為流體飽和巖石的密度。

(1)關鍵體積模量求取

在Gassmann方程中涉及Kma、Kf、Kdry三個重要參數，對于這三個參數，本文采用以下方法求取。

①Hill法求取Kma。Hill法求取混合礦物有效模量是一種平均方法[7]，該方法求取混合礦物有效彈性模量的公式如式（4）和式（5）。

式中，kH為利用Hill法獲得混合礦物體積模量；μH為利用Hill法獲得混合礦物剪切模量；kV、kR分別為Voigt法[7]、Reuss法[7]獲得的混合礦物體積模量；μV、μR分別為Voigt法[7]、Reuss法[7]獲得的混合礦物剪切模量。

②Reuss法求取kf。1955年Wood[8]研究認為可以利用Reuss法[7]來計算孔隙中流體的體積模量kf。

孔隙中流體可能油、氣、水單獨存在，也可能多種流體共同存在，因此孔隙中流體的體積模量kf可用公式（6）表示。

式中，kw、ko、kg分別是水、油、氣的體積模量；Sw、So、Sg分別是水、油、氣所占孔隙體積的百分比。

③YMH法求取kdry。云美厚[9]在綜合大慶油田和Phillips等人巖石物理實驗以及大慶油田部分測井資料基礎上，總結出干燥巖石體積模量和剪切模量與孔隙度、泥質含量、有效壓力和溫度之間經驗關系，具體可用公式（7）表示。

式中，Md為干燥巖石的彈性模量，GPa；Pe為有效壓力，MPa；T為溫度，℃；Vsh為泥質含量；a0、a1、a2、a3、a4、b、c、d為擬合系數，各系數大小見表3。

表3 干燥巖石彈性模量擬合系數表

這里將利用云美厚求取kdry的方法稱之為YMH法。

3.不同儲層參數對縱波速度變化的影響

(1)儲層參數

圖1是依據儲層鉆井取樣巖心測得2D、Upper B、Lower B三個儲層孔隙度分布圖，從圖1中可看出2D儲層的孔隙度主要介于[0.1,0.25]，Upper B、Lower B兩個儲層的孔隙度主要介于[0.1,0.3]。

圖1 不同儲層巖心孔隙度分布圖

2D儲層的地面原油密度為0.84g/cm3，Upper B和Lower B兩個儲層的地面原油密度介于[0.84g/cm3，0.85g/cm3]。2D、Upper B、Lower B三個儲層的溫度都大致是75.5℃。2D的儲層壓力約是22MPa，Upper B、Lower B的儲層壓力約是22.3MPa。2D的圍壓約是45MPa，Upper B、Lower B的圍壓分別約是45.56MPa、46.2MPa。由已知數據，可知2D的有效壓力約是23.0MPa，Upper B、Lower B的有效壓力約是23.26MPa、23.9MPa。2D、Upper B、Lower B三個儲層的泥質含量在儲層不同位置存在差異，但不同儲層位置的泥質含量范圍變化介于[0,40%]。

2D、Upper B、Lower B三個儲層基質組成礦物主要是石英和黏土，因此假設三個儲層基質由石英和黏土礦物組成，表4提供了石英和黏土的彈性參數。

表4 石英和黏土的彈性參數[10]

由于Upper B、Lower B兩個儲層孔隙度范圍相似、有效壓力差異不到1MPa、儲層溫度一致、密度相近，因此對于Upper B和Lower B儲層就不分別來進行研究，而是取平均儲層參數來考察Upper B和Lower B地震波速度隨不同儲層參數變化，假設平均儲層參數后的儲層代號用B來表示。表5列出了2D儲層和平均后的B儲層地震波研究時涉及的儲層參數，可看出B儲層孔隙度范圍包含了2D儲層的孔隙度范圍，兩個儲層的溫度和泥質含量范圍是一致的，兩個儲層的地面原油密度相差不大，差異僅為0.05g/cm3；兩個儲層的儲層壓力、圍壓和有效壓力雖有差異，但不同壓力差異都在1MPa以內。鑒于B儲層包含了2D儲層的孔隙度范圍，且其它儲層參數相差不大，因此這里只對B儲層進行研究，其研究成果可為2D儲層所借鑒。

表5 2D、B儲層時移前的儲層參數

(2)流體替換和儲層壓力改變對縱波速度變化的影響分析

目前S油田開采時主要發生流體替換和儲層壓力改變，其它儲層參數不發生明顯變化。由于B儲層在不同深度存在不同孔隙度的砂巖，而不同孔隙度的砂巖又可能存在不同的泥質含量，參照孔隙度范圍取0.1、0.2、0.3三種孔隙度來研究，對每種孔隙度又考慮0、0.2、0.4三種泥質含量情況。下面主要對流體替換和儲層壓力分別變化的情況開展分析。

①縱波速度隨流體替換的影響分析。假設儲層開采過程中只發生流體替換，圖2展示發生流體替換時儲層縱波速度隨含水飽和度的變化關系圖。圖2中包括孔隙度為0.1、0.2、0.3三種情況，分別對應圖2a、圖2b、圖2c，每種孔隙度又包括泥質含量分別是0、0.2、0.4三種情況。由圖2可知，在一定孔隙度，相同含水飽和度變化情況下，縱波速度變化最大的是泥質含量為0.4的儲層，其次是泥質含量為0.2的儲層，再其次是泥質含量為0的儲層，表6提供了B儲層不同孔隙度砂巖中的油完全被水替換的速度差異，油被水完全替換時有時變化比較大，在孔隙度為0.3，泥質含量為0.4時，水替換油，縱波速度增大了345.57m/s，速度變化比例達到22.02%。

圖2 B儲層不同孔隙度砂巖中縱波速度隨含水飽和度變化的關系圖

表6 B儲層不同孔隙度砂巖中的油完全被水替換的速度差異

②縱波速度隨儲層壓力改變的影響分析。假設開采過程中只發生儲層壓力變化，且儲層壓力變化介于[15MPa,30MPa]研究發現在相同孔隙度情況下，隨著儲層壓力的增大，縱波速度是減小，在孔隙度一定情況下，泥質含量越小，縱波速度的變化量越大。表7是不同孔隙度砂巖中儲層壓力從15MPa變換到30MPa的速度差異，由該表可以看出，在不同孔隙度情況下，泥質含量為0時，其速度變化量是最大的；在速度變化百分比方面，孔隙度為0.3，泥質含量為0.4的速度變化百分比相對其它略大一些，其它的都比較接近。

表7 B儲層不同孔隙度砂巖中儲層壓力從15MPa變換到30MPa的速度差異

4.結論

通過以上地震波速度的研究，有以下三點結論。

（1）泥質含量對地震波速度變化產生影響，有時影響比較大，在高孔隙高泥質含量時，這一現象更明顯；（2）油藏變化范圍內對速度變化的影響，相對儲層壓力，流體替換對泥質含量更敏感一些。（3）相同孔隙度情況下，含泥質的砂巖儲層比純砂巖儲層引起的地震波速度更大，對時移地震監測更為有利。