定量化岩石物理分析技术在莫索湾地区处理解释中地应用

时间：2024-05-22

唐建华,范旭,王贤,程志国

(新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所,新疆乌鲁木齐 830013)

唐建华,范旭,王贤,程志国

(新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所,新疆乌鲁木齐 830013)

在油气勘探新区开展地震岩石物理研究,制约的因素之一是缺乏各类岩石物理基础资料。利用莫索湾地区侏罗系三工河组储层沉积环境变化不大的有利条件,首先在莫索湾油气田开发区,开展测井环境校正和归一化,横波预测,敏感弹性参数优选以及岩石物理量板制作等定量化岩石物理分析,随后将开发区定量化岩石物理分析成果在莫10井区探区进行研究和应用,为莫10井区三维叠前地震保幅处理质量控制,储层叠前地震反演和油气检测研究提供了依据。

定量化岩石物理量板;叠前保幅质控;AVO属性;叠前反演

0 前言

黄凯[1]、徐群洲[2]、王焕章等人[3]先后在莫索湾地区侏罗系三工河组开展了基于岩芯测试的纵波、横波速度等弹性参数的岩石物理分析研究。岩样测定结果表明,莫索湾地区侏罗系三工河组“不同流体饱和情况下,砂岩纵波、横波速度之间具有良好的线性相关关系”,而且泊松比研究还给出了“侏罗系三工河组砂岩含不同流体时的泊松比值分布:含气砂岩泊松比值在0.11～0.17之间;含油气砂岩的泊松比值在0.17～0.195之间;含油砂岩的泊松比值在0.195～0.23之间;而含水砂岩的泊松比值在0.23～0.29之间”。前人的研究为该区应用叠前地震储层预测技术识别地层岩性圈闭,提供了岩石物理依据。2009年新疆油田公司在莫索湾地区莫10井区,部署实施了满覆盖188.37 km2的25m×25m面元的三维地震采集,强化的地震采集和处理,为开展叠前储层预测研究提供了可靠的地震资料基础。

莫10井区侏罗系构造背景为北西～南东倾的单斜,在北西～南东向断裂带上盘、下盘发育低幅度断背斜。三维工区内已钻探的探井、评价井共四口,四口井均在三工河组二段储层试油。其中莫10井、莫201井在侏罗系三工河组二段不同的砂层获得了高产工业油气流,而其它二井试油结果为水层见油花。工区内四口井都没有偶极声波曲线,而且油气产层的气油比等参数难以确定。针对研究区块缺少岩石物理分析基础数据的难题,以及莫索湾地区侏罗系三工河组储层沉积环境变化不大的有利条件,作者研究选择了从莫索湾油气田开发定量化岩石物理分析,并将研究成果推广应用到莫10井区探区的研究方案中,最终取得了良好的应用效果。

1 定量化岩石物理分析方法

1.1 基于岩石物理的环境校正与测井评价

通常的测井评价,总是针对目的储层,而忽略了非储层的井段。评价结果纵向不连续,不能满足岩石物理分析的需要。在岩石地球物理测井评价过程中,需要结合化验分析,同时考虑储层和非储层井段,满足了评价成果数据纵向连续的要求。基于岩石物理的环境校正,首先对密度曲线、纵波速度曲线及横波速度曲线,进行基于岩石物理规律的分析。经过分析莫索湾地区盆5开发井和莫10井区测井资料后认为,区块测井资料存在的主要问题有:

(1)密度曲线受到井眼垮塌的影响较为严重。

(2)纵波速度和密度需要标准化。

(3)实测横波的质量需要控制。

针对存在的问题,研究根据实际资料拟合Castagna环境校正关系式,对目的层井眼垮塌影响严重的密度曲线进行校正,使得校正后的测井数据更加符合岩石物理变化规律。另一方面,通过校正前、后地震合成记录与实际井旁道资料对比,校正后也与实际地震反射特征更加接近。在测井曲线标准化工作中,首先选择井眼规则的致密砂岩段作为标准层,分别对盆5井区及莫10井区中每口井的标准层,进行声波时差与密度曲线做统计直方图,采取曲线值平移的方法进行标准化。随后的测井评价,主要参照开发区探明储量研究建立的孔隙度模型、含水饱和度、泥质含量模型,进行测井资料的处理和解释。

1.2 横波预测方法与应用分析

地震岩石物理分析主要有七种横波预测模型:

(1)Greenberg-Castagna模型。

(2)Cem ented模型。

(3)M udRock模型。

(4)Unconso lidated模型。

(5)C riticalPhi模型。

(6)K rief模型。

(7)Xu andW hite模型。

前四种模型主要适用于中高孔隙地层,后三种模型主要适用于中低孔隙地层。莫索湾地区储层埋深大、岩性较致密,具有低孔隙、胶结良好的特征,根据预测模型的适用条件,考虑应用后三种横波预测模型来预测横波。通过对比实测与预测横波速度,目的层段实测与预测纵波、横波速度比的交会图,以及实测与预测曲线叠合三种方式,优选出适合本区的预测模型为Xu andW hite模型。

Xu and W hite模型[4]是基于Kuster-Toksöz理论、Gassm ann方程和有效差分介质(DEM)提出的砂泥岩混合模型。该模型将纵波速度随着黏土含量的变化,归因于泥岩和砂岩孔隙几何形状及孔隙扁率的区别,能够较好地体现纵波速度随着黏土含量增加的变化。

在Xu andW hite砂泥岩混合模型中,将总的孔隙空间看作是由砂岩颗粒间孔隙和黏土颗粒(包含束缚水)间孔隙二部份组成。首先进行砂岩和泥岩孔隙体积估计,总孔隙度 φ=φs+φc。其中,φs为刚度较好的砂岩所占的百分比,φc为泥质孔隙所占的百分比。φs和 φc的分配比例与砂泥岩各自体积所占得百分比Vs和Vc相关,即:

通过W yllie时间平均方程,首先可以计算出混合模型的岩石基质纵波、横波时差:

岩石基质的密度由下式得出

式中 ρm为岩石基质密度;ρs、ρc分别为砂岩和泥岩的密度。

通过基质的纵波、横波时差,可以计算出其弹性模量:

利用Kuster-Toksöz方程,可以计算出干岩石骨架的体积模量和剪切模量:

式中 Kd、Km和K′分别是干岩石骨架、岩石基质和孔隙所含介质的体积模量;μd、μm和μ′分别是相对应的剪切模量(若求干岩石模量,则令K′和μ′的值为零,即孔隙中不含有任何流体);中的l取s或者c,其形成的角标分别对应砂岩和泥岩,即αs和αc分别为刚性(砂岩孔隙)和柔性(泥岩孔隙)孔隙的孔隙纵横比;Tiijj(αl)和F(α)是从Eshelby张量Tijkl中推导出的孔隙纵横比函数,张量Tijkl将无限空间的均匀应变场合包含弹性椭圆体物质的应变场相关联系起来。

当计算出干岩石的弹性模量后,Xu andW hite利用Gassm ann方程[5]计算出饱含流体岩石的体积模量和剪切模量,通过这些模量参数可以计算出纵波速度和横波速度。

利用Gassm ann方程可以获得低频饱含水速度,高频饱含水速度则通过Kuster-Toksöz模型得到。

对比莫索湾地区莫3和莫4二口井实测横波与Xu andW hite模型预测出的横波曲线(见图1),二者形态一致性最好,数值范围基本吻合。

1.3 敏感弹性参数量板及定量化分析

根据Xu andW hite模型预测盆5井区及莫10井区各井横波、Castagna方法校正后的密度资料,以及测量的纵波速度资料,可以获得与此相关的弹性参数:VP/VS、A I、SI、K、G、Lam daRho、M uRho。对目的层的砂、泥岩,应用不同的弹性参数进行概率直方图统计,纵横波速度比、Lam daRho能够很好地区分砂泥岩,而纵波阻抗却不能够很好地区分砂泥岩(见图2)。从盆5井区及莫10井区三工河组二段上、下含油气砂岩,与含水砂岩的纵横波速度比值概率分布范围可以看到,纵横波速度比、Lam daRho能够较好地区分含油气砂岩与含水砂岩。

图1 莫3井和莫4井实测横波与Xu-W hite预测横波对比图Fig.1 Com parison of the shear-wave curvem easuredw ith and the shear curve p red icted by Xu andW hitemodel inwellMO3 andMO4

图2 研究区砂、泥岩纵波阻抗与纵横波速度比统计直方图Fig.2 Sand and shale p robability histogram statisticsof P-wave impedance and Vp/V s ratio in the study area

在莫索湾气田多个弹性参数交会图板中,纵横波速度比与纵波阻抗交会图板,可以较为敏感地识别出砂泥岩、油气层、水层和中孔砂岩。从莫索湾气田侏罗系三工河组二段弹性参数纵横波速度比和纵波阻抗统计结果看,纵横波速度比可以识别砂岩和泥岩,通常砂岩的纵横波速度比小于1.78;含油气砂岩纵横波速度比小于1.7,纵波阻抗小于11 800 kg/s·m2;而优质中孔含油气砂岩纵横波速度比小于1.66,纵波阻抗小于11 700 kg/s·m2。

作者基于与开发区测井岩石物理研究生成孔隙度变化模型、岩性模型、流体饱和度模型,建立储层参数与叠前弹性参数变化之间的定量解释关系的岩石物理模型,进行泥质含量、孔隙度和饱和度模拟,进一步建立了莫索湾气田区侏罗系三工河组二段叠前弹性参数定量解释图板。虽然莫10井区侏罗系三工河组二段,与莫索湾气田横向可对比,沉积环境类似,但莫10井区目的层埋深比莫索湾气田整体深约300m。因此,要应用莫索湾气田定量化的岩石物理量板于莫10井区,还应进行压实校正。经统计分析表明:莫索湾井区砂岩纵波速度为4 400m/s,密度为2.47 g/cm3。而莫10井区砂岩纵波速度为4 600m/s,密度为2.52 g/cm3,即二口井区纵波阻抗上相差约700 kg/s·m2。将纵波阻抗差异校正后,再进行泥质含量、孔隙度和饱和度模拟,可得莫10井区岩石物理定量解释图板。

从量板(见图3)看,总体上随着泥质含量增加20%,纵横波速度比增加约8%。而孔隙度每增加5%,纵波阻抗约降低1 000 kg/s·m2。对于莫10井区含气储层主要分布范围(立体框内,孔隙度为10%～15%,含气饱和度为0%～80%,泥质含量小于20%),随着含气饱和度从0%增加10%,纵横波速度比约降低0.04。而随后含气饱和度每增加10%,纵横波速度比降低不显著。只有当储层物性较好时,纵横波速度比的降低才显著。因此从岩石物理分析结果看,对于物性较差的含气层,单纯依靠纵横波速度比难以解释含气饱和度,而结合纵波阻抗更有利于识别物性好的气层。

1.4 叠前正演模拟和流体AVO类型分析

采用40Hz雷克子波和波动方程正演模拟方法,对莫10井侏罗系地层进行全波动叠前正演模拟。模拟结果表明,侏罗系煤系地层的叠前道集具有随偏移距增大,振幅减弱的特征。而侏罗系三工河组气层顶底界,具有随偏移距增大振幅增强的特征。结合莫索湾～莫10井区岩石物理量板,本区三工河组气层地震反射特征主要为二类AVO亮点,部份致密气层可能表现有极性转换的二类AVO暗点。

图3 莫10井区纵波阻抗与纵横波速度比交会定量化图板Fig.3 TheQuantitative temp latesof Vp/V s ratio versusA IatMO10 areaw ith the co lor indicating the satu ration ofwaterofW ellM o 10

2 岩石物理分析成果应用

2.1 叠前保幅质控

在盆地腹部沙漠区,侏罗系地震资料信噪比较低,给叠前道集的保幅处理和质控带来困难。结合莫10井全波动正演模拟认识,在莫10井区叠前保幅处理进行质控时,采用煤系地震标准层、气层振幅随偏移距变化曲线,以及侏罗系三工河组三段厚泥岩空白弱反射三个质控层,进行纵向、横向的立体数据质量控制,确定莫10井区叠前时间偏移道集的中偏移距资料振幅变化与地震模拟一致,能够满足叠前油气检测和反演的需要。从莫10井和莫201井攻关处理的叠前井旁道的道集AVO分析图(见图4)上看,莫10井侏罗系三工河组厚油气层顶、底界都有明显的异常响应,莫201井薄油气层顶界的异常响应比底界的异常响应明显。

2.2 叠前反演和油气检测应用

应用莫10井区中偏移距资料进行AVO属性油气检测,从过莫10～莫201井的连井反射振幅截距和斜率乘积(P×G),以及泊松比变化率油气检测结果看,莫10井侏罗系三工河组二段二砂组油气层与莫201井侏罗系三工河组二段一砂组油层,均表现为地震流体异常特征。地震油气检测结果还表明,莫10井区存在多个地震储层预测有利目标。采用莫10井区叠前时间偏移中偏移距叠前道集开展井约束叠前同时反演,得到纵波阻抗、纵横波速度比、横波阻抗、密度、纵波速度、横波速度,以及组合地震弹性参数Lam da-Rho(λ＊ρ)和M u-Rho(μ＊ρ)。对纵波阻抗和纵横波速度比反演数据体,进行三维可视化交会雕刻(见下页图5),不仅合理描述了已钻探井的油气砂体,还成功预测出新的岩性控制目标体。

3 结论

(1)来自区域岩芯测试的岩石物理分析成果,为研究目标区开展基于测井的定量化岩石物理分析提供了标定依据。

(2)通过地震岩石物理弹性参数分析,确定纵波阻抗可以有效地区分煤、含钙砂岩、砂泥岩;而纵横波速度比可以有效区分砂岩和泥岩;纵横波速度比、Lam da-Rho(λ＊ρ)能够较好地区分含油气砂岩与含水砂岩。

(3)利用研究建立了目的层岩石物理模型,正演模型(泥质含量、孔隙度、饱和度)变化,建立了弹性参数交会的定量化模板。针对勘探区资料缺乏的难点和区域沉积背景相对稳定的特点,作者尝试利用邻近开发区丰富的岩石物理基础资料,进行定量化分析,并在勘探区延拓和应用。

图4 莫10井过井叠前地震道集与油气层顶底界AVO响应图Fig.4 The AVO in tercep t and grad ien t analysisof p re-stack tim em igrated gathersofW ellMO 10

图5 莫10井区油气层纵横波速度比与纵波阻抗立体交会图Fig.5 The 3-D visualization of reservoir through the p-impedance versusVp/V s ratiow ith the constrain tsof the rock physics tem p late ofW ellMO 10

(4)做好岩石物理分析,是开展叠前地震反演和储层预测的必要条件,而井震结合是地震岩石物理分析中重要的质量控制环节之一。

致谢

在此特别感谢李立诚总工程师、郑鸿明副总工程师、赖仲康高级工程师、陈俊湘高级工程师为项目研究提供的帮助。

[1]黄凯,徐群洲,杨晓海,等.纵、横波在岩石中的传播速度比及弹性模量与岩石所含流体的关系[J].新疆石油地质1998,(5):369.

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