趙輝，司馬立強，戴詩華，王洪亮，董彥喜

（1.中國石油川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610051；2.西南石油大學資源與環(huán)境學院，四川 成都 610500；3.中國石油西部鉆探工程公司測井公司，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引 言

在火成巖氣藏氣、水層判別中常規(guī)電法和非電法方法綜合使用是解決火成巖儲層流體類型判別困難的有效途徑，其中利用縱橫波速度比判別儲層的流體類型是有效方法之一，要合理使用這一方法，務(wù)必搞清楚縱橫波速度、縱橫波速度比與含水飽和度的關(guān)系；火成巖巖性種類多，縱橫波速度比與巖性的關(guān)系如何；孔隙度大小是否對縱、橫波速度比產(chǎn)生影響。這3個問題是使用縱橫波速度比法識別氣、水層的基礎(chǔ)。

1 縱、橫波速度及其比值與含水飽和度的關(guān)系

1.1 理論關(guān)系

結(jié)合式（1）至式（7）（其中μsat、kdry通過實驗確定）可理論模擬縱橫波速度及其比值在不同含氣飽和度條件下的理論關(guān)系（見圖1）。kf可由 Wood方程求取[1－2]

式（1）至式（7）中，kf為孔隙中充填流體的體積模量；si為孔隙中第i種組分流體的體積含量；kf為孔隙中第i種組分流體的體積模量；k0為巖石固體顆粒（基質(zhì)）的體積模量；kdry為干燥孔隙巖石的體積模量；φ為孔隙度；φc為臨界孔隙度；ρma為巖石基質(zhì)密度；ρf為氣體密度；ρw為液體密度；ρsat為孔隙中充填流體的巖石密度；φf為氣體孔隙度；φw為液體孔隙度；ksat為飽和流體體積模量為kf的巖石的體積模量；μsat為飽和流體體積模量為kf的巖石的剪切模量；vpsat為縱波速度；vssat為橫波速度。

圖1 vp、vs及vp／vs與含水飽和度的理論關(guān)系

理論模擬表明（見圖1），含水飽和度在0～1.0間變化時，縱波速度會出現(xiàn)最低值[2，5]（這個最低值由孔隙中流體分布的不均勻性決定[6]，巖石孔隙中的流體常呈斑狀分布，并不是均勻分布的，而孔隙中流體分布的不均勻性是由孔隙結(jié)構(gòu)決定的），縱波速度在含水飽和度小于最低值時，隨含水飽和度的增加略有降低，當含水飽和度大于最低值時縱波速度隨含水飽和度的增加而逐漸緩慢增大。當含氣飽和度大約在0～10%之間時，vp、vp／vs會顯著增大，這是由于少量氣體混入液體使整體壓縮率顯著升高而造成的[7－9]。而當含氣飽和度高于大約10%時，vp及vp／vs對含氣飽和度反映不敏感，隨含氣飽和度的增加變化較小。這表明，純水層中含有少量氣體時便可使vp及vp／vs顯著減小。

橫波速度始終隨含水飽和度的增加緩慢降低，成反比關(guān)系[5，7]（見圖1），這是因為根據(jù) Gassmann理論，剪切模量和巖石孔隙的飽和狀況無關(guān)，由于飽和水時的密度大于干燥時的密度，所以造成橫波速度很小的降低。

可見，水層中含有少量氣體時縱波速度、縱橫波速度比會顯著減小[10]（見圖1）。

1.2 實驗特征研究

小巖樣在常溫常壓下的縱、橫波速度測量實驗表明，縱波對氣體含量敏感，飽和水的縱波速度顯著大于干燥狀態(tài)（飽和氣）的縱波速度。含氣可使縱波速度顯著減小（見圖2）。全直徑巖心與小柱樣實驗均表明橫波對氣體含量不敏感，飽和氣和飽和水2種狀態(tài)下的橫波速度差別較?。ㄒ妶D2和圖3），這與理論認識一致。5MPa下全直徑巖心飽和狀態(tài)下的橫波速度略小于干樣的橫波速度（見圖3），與理論分析的一致。但小巖樣中也有一些巖樣飽和水狀態(tài)下的橫波速度高于干燥時的速度，這主要是由于壓力較低的緣故。Gregory實驗表明，在壓力較低時，飽和巖石中的橫波速度可能高于干燥巖石的橫波速度[13]。

巖樣飽和水時的縱橫波速度比明顯的大于飽和氣時的縱橫波速度比（見圖2）。

理論模擬及實驗分析表明，縱波對氣體含量敏感，含有少量氣體時可使縱波速度、縱橫波速度比顯著減小，橫波對氣體含量不敏感，油層或水層的vs與氣層的差異小，油層或水層的vp／vs大于氣層，因此，可以利用該規(guī)律識別氣、水層。

2 縱橫波速度比與孔隙度的關(guān)系

理論模擬及實驗表明，vp／vs對流體類型敏感，飽和油或水的巖石vp／vs要明顯高于干巖樣值。但這種討論是粗略的，忽略了孔隙度的變化對vp／vs比值的影響。

楚澤涵[11]（1993年）指出，vp／vs隨孔隙度的變化不大；另有資料表明，在孔隙度φ＝0～20%時，vp／vs比值可能不變或僅有很小的變化，而在孔隙度數(shù)值較大時，孔隙度對縱橫波速度比的影響不能忽略。Wilkens[12]（1984年）、Suan[13]（1992年）、譚廷棟[14]（1990年，1994年）研究也表明孔隙對縱橫波速度比的影響相對較小。實驗結(jié)果表明，飽和水巖樣孔隙度對縱橫波速度比的影響相對較?。ㄒ妶D4）。vp／vs雖然與孔隙度關(guān)系不大，但并不意味著孔隙對縱橫波速度比沒有影響，只是影響相對較小。以上討論未考慮孔隙中含有氣體時的情況，因此并不意味著含有氣體的時候孔隙對縱橫波速度比的影響也較小。實際測井資料表明，孔隙度較高的氣層段，孔隙對縱橫波速度比的影響較小，與縱橫波速度比關(guān)系不大，但在低孔隙度氣層段測井縱橫波速度比與孔隙度有一定的聯(lián)系（見圖5），vp／vs隨孔隙度的增大而減小，因此，在低孔隙度段氣層和水層的差異可能變小，導致氣、水層判別困難，因此利用縱橫波速度比判別儲層流體類型時應考慮孔隙對縱橫波速度比的影響，尤其在低孔隙度段。

圖4 飽和水巖心（vp／vs）—φ關(guān)系圖

3 縱橫波速度比與巖性的關(guān)系

實驗結(jié)果顯示，中基性飽和水巖樣的縱橫波速度比主要在1.91左右，酸性巖的縱橫波速度比主要在1.85左右，火山碎屑巖的縱橫波速度比主要在1.75左右。飽和水狀態(tài)下，中基性巖的縱橫波速度比一般大于酸性巖，酸性巖的一般大于火山碎屑巖（見圖4）。

圖5 酸性巖類氣層段（vp／vs）—φ關(guān)系圖

實際測井資料表明，試油層段內(nèi)基性巖氣層（氣水同層）與水層的vp／vs分界線在1.83左右，酸性巖的在1.75左右，火山碎屑巖的在1.70左右（見圖6）。中基性巖的縱橫波速度比大于酸性巖，酸性巖的大于火山碎屑巖，實際測井資料與實驗分析的規(guī)律一致。

實驗結(jié)果及實際測井資料均表明，不同巖性的火成巖的縱橫波速度比存在一定的差別，但差別不是特別明顯，遠不如砂巖的1.6、白云巖的1.8和石灰?guī)r的1.9之間的差別顯著，砂巖、白云巖與石灰?guī)r之間之所以差別顯著是因為這3種巖性的礦物組分存在顯著的差別，而不同巖性火成巖的礦物組分比較相近，只是含量差別明顯。因此，在利用縱橫波速度比判別流體類型時也要重視巖性對vp／vs的影響。

4 實際應用

vp／vs受巖性影響大，因此在火成巖儲層氣、水層判別中需分巖性建立判別圖版。由于Δts主要受巖性和孔隙度影響，基本不受流體類型的影響，因此vp／vs與Δts交會可消除vp／vs所受巖性和孔隙度的影響，突出其對流體類型的貢獻。

圖7（a）是基性巖類vp／vs與Δts交會圖，從數(shù)據(jù)點的分布規(guī)律看，水層與氣層、氣水層能夠非常明顯地分開。圖7（a）中JD7-2井和JD7-1井3個段數(shù)據(jù)的vp／vs與Δts呈近似的線性關(guān)系，從實際資料看，采用斜線能將水層與氣層、氣水層非常明顯地區(qū)分開。因此，圖7（a）中可使用斜線將水層與氣層、氣水層區(qū)分開，這一斜線區(qū)分線是一經(jīng)驗關(guān)系。圖7（a）中試油產(chǎn)氣及產(chǎn)氣水層段的縱橫波速度比普遍在圖中斜線的下方，水層的vp／vs值普遍在斜線的上方，具有明顯的氣層及氣水層的縱橫波速度比大于水層的特征，該圖版區(qū)分氣、水層的效果好，但氣層和氣水層不能有效區(qū)分，由前面的理論分析知，這主要是因為當含氣飽和度大于一定值時，飽和度對vp／vs的影響很?。ㄒ妶D1）。

圖7中（vp／vs）—Δts交會圖和（vp／vs）—Δtp交會圖的對比可以看出，采用（vp／vs）—Δts交會能明顯將2個段低孔隙度水層與氣層及氣水層區(qū)別開，但（vp／vs）—Δtp交會圖不能有效區(qū)分開，之所以無法區(qū)別開是因為低孔隙度段vp／vs與孔隙度關(guān)系較大，孔隙的影響會使低孔隙度段氣層與水層的差異變小，使得低孔隙度段氣層與水層不能被有效區(qū)分開。vp／vs與Δtp都同時會受到巖性、孔隙度和流體類型的影響；利用（vp／vs）—Δtp交會不能消除巖性、孔隙等因素的影響而突出流體類型的差別；利用（vp／vs）—Δts交會可以消除vp／vs所受巖性和孔隙度的影響，突出流體類型的影響。因此，利用（vp／vs）—Δts交會識別氣、水層的效果要明顯的好于（vp／vs）—Δtp交會以及單獨使用vp／vs。

5 結(jié) 論

（1）縱波速度對氣體含量敏感，含有少量氣體時縱波速度、縱橫波速度比顯著減小。橫波對氣體含量不敏感，橫波速度隨含水飽和度的增加略有減小，但差別小。飽和水（油）時的vp／vs大于飽和氣時的vp／vs。

（2）巖性對縱橫波速度比的影響大，因此要分巖性建立火成巖儲層的流體類型判別圖版。

（3）利用vp／vs判別儲層流體類型時應考慮孔隙對vp／vs的影響，利用（vp／vs）—Δts交會可消除孔隙度和巖性的影響從而突出流體類型的差別。

（4）利用vp／vs能區(qū)分氣層（氣水層）與水層，但不能有效區(qū)分氣層與氣水層，也不能區(qū)別油層和水層。

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