李宗杰
(1.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院,北京 100871;2.中國(guó)石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆烏魯木齊 830011)
常規(guī)疊后聲波阻抗反演技術(shù)建立在地震波垂直入射假設(shè)的基礎(chǔ)上,無(wú)法反映野外采集所記錄資料的振幅隨炮檢距變化特征,在此基礎(chǔ)上得到的疊后聲波阻抗與入射角度無(wú)關(guān),僅與縱波速度及密度有關(guān)。因此,利用常規(guī)疊后波阻抗反演獲得的地下信息十分有限[1-2]。
為了克服疊后反演存在的不足,Connolly[3](1999)提出了彈性阻抗的概念,通過(guò)縱波反射系數(shù),把振幅信息與地層縱波速度、橫波速度、密度及入射角聯(lián)系起來(lái),充分利用了不同炮檢距的地震及測(cè)井信息,因此,利用彈性阻抗反演可反映振幅隨偏移距變化信息。近年來(lái),國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)彈性阻抗反演做了大量的工作,倪逸[4](2003)提出了一種新的彈性波阻抗算法,甘利燈等[5](2005)、王寶麗等[6](2005)、曹孟起等[2](2006)、彭真明等[7](2008)、李愛山等[8](2009)和牛聰?shù)龋?](2011)先后對(duì)彈性阻抗反演理論及實(shí)際應(yīng)用做了大量的工作,對(duì)中深層砂巖及碳酸鹽巖儲(chǔ)層流體進(jìn)行了綜合判識(shí),取得了一定效果。
塔中玉北地區(qū)位于塔里木盆地西南,構(gòu)造上處于麥蓋堤斜坡東部,該區(qū)奧陶系碳酸鹽巖分布范圍較廣,具有較好的油氣勘探開發(fā)前景,但目標(biāo)儲(chǔ)層埋藏深度大,非均質(zhì)性強(qiáng),儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度大[10]。為此,我們從實(shí)際地震資料出發(fā),在研究目標(biāo)儲(chǔ)層反射特征的基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)際的鉆井、測(cè)井及地質(zhì)等資料,首先建立符合地下實(shí)際的縫洞型儲(chǔ)層地震地質(zhì)模型,采用非均勻介質(zhì)波動(dòng)方程正演模擬技術(shù),從正演的角度分析目標(biāo)儲(chǔ)層的地震波場(chǎng)特征,正演模擬的結(jié)果與實(shí)際地震剖面較好吻合,表明模型建立的準(zhǔn)確性;然后對(duì)縫洞型儲(chǔ)層正演模擬的結(jié)果進(jìn)行彈性阻抗反演,在已知目標(biāo)儲(chǔ)層含流體特性的情況下,分析不同角度彈性阻抗體與儲(chǔ)層含流體特性之間的關(guān)系,進(jìn)而對(duì)實(shí)際地震資料進(jìn)行疊前彈性阻抗反演。模擬資料的彈性阻抗與實(shí)際資料的彈性阻抗相互印證,有效地降低了反演結(jié)果解釋的多解性,提高了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度。
疊前彈性阻抗反演是AVO 反演方法的一種,基于Aki-Richards方程有
其中
式中:vP,ΔvP,vS,ΔvS,ρ,Δρ分別為相鄰地層的縱、橫波速度和密度的平均值及差值。
Connolly[3](1999)將彈性波阻抗(IE)定義為:
對(duì)比(1)式和(3)式,再經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算可以得到
從而可以得到IE最終表達(dá)式:
式中:K是的平均值;θ為入射角。從公式(5)可見,IE是疊后聲波阻抗(IA)的擴(kuò)展形式,聲波阻抗為彈性阻抗在入射角為0時(shí)的情況,即
圖1a為利用彈性阻抗公式(5)計(jì)算得到的研究區(qū)域目標(biāo)儲(chǔ)層段不同角度對(duì)應(yīng)的彈性阻抗曲線,可以看出,不同角度的彈性阻抗曲線表現(xiàn)出對(duì)彈性參數(shù)的可分辨能力不同,近角度時(shí)彈性阻抗曲線疊合在一起,遠(yuǎn)角度時(shí)彈性阻抗曲線相互分開,具有較高的可分辨能力。圖1b為目標(biāo)儲(chǔ)層5 593~5 620m段對(duì)應(yīng)的彈性阻抗隨入射角變化的剖面,在5 600~5 610m 段,由于目標(biāo)儲(chǔ)層含流體特性不同,使相同角度所對(duì)應(yīng)的彈性阻抗存在明顯差異。由此可見,不同角度及不同流體特性的彈性阻抗表現(xiàn)出不同的敏感特性,因此,可以借助于不同角度的彈性波阻抗體來(lái)判別地下儲(chǔ)層的巖性及含流體性質(zhì)。
圖1 研究區(qū)域目標(biāo)儲(chǔ)層段不同角度彈性阻抗
研究區(qū)域目標(biāo)儲(chǔ)層為埋藏較深的奧陶系鷹山組儲(chǔ)層,W1井鉆井及取心資料表明,奧陶系鷹山組主要發(fā)育2 段有利儲(chǔ)層段:頂部?jī)?chǔ)層位于5 600~5 615m,儲(chǔ)層空間主要以高角度裂縫為主,局部裂縫伴隨溶蝕孔洞的發(fā)育,為Ⅰ類儲(chǔ)層(該儲(chǔ)層段中途測(cè)試,獲高產(chǎn)油氣流);中部?jī)?chǔ)層位于5 688~5 750m,該儲(chǔ)層段裂縫相對(duì)較發(fā)育,為不規(guī)則裂縫,溶蝕特征發(fā)育不理想,以Ⅱ,Ⅲ類儲(chǔ)層為主。
針對(duì)研究區(qū)域奧陶系鷹山組縫洞型儲(chǔ)層的特征,以W1井資料為約束,建立符合實(shí)際地層條件的過(guò)W1井縫洞型儲(chǔ)層地震地質(zhì)模型[11](圖2),模型各地層及目標(biāo)儲(chǔ)層的巖石物理參數(shù)見表1。模型中設(shè)計(jì)3 段儲(chǔ)層:第①段儲(chǔ)層深度為5 600~5 620m,以高角度裂縫為主,少量的溶蝕孔洞,孔隙度約為10%,為Ⅰ類儲(chǔ)層;第②段儲(chǔ)層深度為5 660~5 672m,為裂縫型儲(chǔ)層,孔隙度約為6%,為Ⅲ類儲(chǔ)層;第③段儲(chǔ)層深度為5 710~5 740m,為裂縫-孔洞型儲(chǔ)層,孔隙度約為8%,為Ⅱ類儲(chǔ)層。
表1 過(guò)W1井各地層及目標(biāo)儲(chǔ)層巖石物理參數(shù)
圖2 過(guò)W1井縫洞型儲(chǔ)層模型
我們采用非均勻介質(zhì)條件下的波動(dòng)方程進(jìn)行正演模擬[12],正演模擬時(shí)采用與實(shí)際地震資料采集接近的觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù),得到縫洞型儲(chǔ)層模型的炮集記錄,進(jìn)行疊前彈性阻抗反演及疊后地震波場(chǎng)特征分析。具體采集參數(shù):道間距為50m,炮間距為100m,最小偏移距為0,最大偏移距為5 950m,接收道數(shù)為120,滿覆蓋次數(shù)為30,激發(fā)子波采用主頻為23 Hz的雷克子波,時(shí)間采樣間隔為2ms。
圖3a為過(guò)W1井的實(shí)際地震剖面。對(duì)正演模擬得到的理論記錄進(jìn)行常規(guī)偏移成像處理,得到疊加偏移剖面(圖3b)。從圖3b 可以看出,界面上儲(chǔ)層段相對(duì)于非儲(chǔ)層段振幅變?nèi)?,這是由于儲(chǔ)層的存在使上覆地層(巴楚組下泥巖段)與奧陶系鷹山組的波阻抗差異變小造成的,儲(chǔ)層越發(fā)育,T47界面對(duì)應(yīng)的反射能量越弱。由于第②段儲(chǔ)層發(fā)育的厚度不大(10m 左右)且與第①段儲(chǔ)層段相距較近,其產(chǎn)生的反射特征與第①段儲(chǔ)層疊加在一起,在地震剖面上無(wú)法識(shí)別。位于奧陶系內(nèi)幕的儲(chǔ)層(第③段),在地震剖面上表現(xiàn)為“一谷一峰”的中強(qiáng)振幅反射特征,強(qiáng)振幅代表儲(chǔ)層相對(duì)較發(fā)育,弱振幅代表儲(chǔ)層欠發(fā)育。正演模擬結(jié)果與實(shí)際地震剖面(圖3a)的反射特征吻合較好,表明基于實(shí)際地震資料建立的縫洞型儲(chǔ)層模型具有一定的可靠性,在此基礎(chǔ)上,對(duì)縫洞型儲(chǔ)層模型正演模擬結(jié)果進(jìn)行疊前彈性阻抗反演,反演結(jié)果對(duì)實(shí)際地震資料解釋有一定的指導(dǎo)意義。
圖3 過(guò)W1井實(shí)際地震剖面(a)與縫洞型儲(chǔ)層模型疊加偏移剖面(b)
在已知目標(biāo)儲(chǔ)層巖石物理參數(shù)及含流體特性的前提下,對(duì)正演模擬結(jié)果進(jìn)行疊前彈性阻抗反演,一方面來(lái)驗(yàn)證疊前彈性阻抗反演在碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層的適用性,另一方面建立目標(biāo)儲(chǔ)層巖石物理參數(shù)及含流體特性與不同角度彈性阻抗之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,進(jìn)而指導(dǎo)實(shí)際的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。
圖4為縫洞型儲(chǔ)層模型疊前道集AVO 特征分析結(jié)果。從圖4可以看出,3段儲(chǔ)層的振幅隨偏移距的變化表現(xiàn)為不同的AVO 特征,第①段儲(chǔ)層AVO 特征表現(xiàn)為振幅隨偏移距的增大而增大,而第②段、第③段儲(chǔ)層AVO 特征表現(xiàn)為振幅隨偏移距的增大而減小。
圖4 疊前道集AVO 特征分析結(jié)果
基于彈性阻抗反演的一般流程[5,13],通過(guò)對(duì)正演模擬結(jié)果的道集分析,結(jié)合目標(biāo)儲(chǔ)層的深度范圍,確定角道集部分疊加的范圍為6°~36°,并將其分為近角度(6°~16°)、中角度(16°~26°)和遠(yuǎn)角度(26°~36°)3個(gè)有限角度疊加數(shù)據(jù)體,分別對(duì)其進(jìn)行彈性阻抗反演,結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出,基于縫洞型儲(chǔ)層正演模擬結(jié)果的近、中、遠(yuǎn)3個(gè)角度彈性阻抗剖面中在界面附近及鷹山組內(nèi)幕表現(xiàn)為明顯的低阻抗異常,分別對(duì)應(yīng)于縫洞型儲(chǔ)層模型中的第①,②段儲(chǔ)層和第③段儲(chǔ)層,低阻抗區(qū)域與模型中縫洞型儲(chǔ)層發(fā)育處吻合較好,且中、遠(yuǎn)角度彈性阻抗剖面儲(chǔ)層的形態(tài)刻畫更精細(xì)。
圖5 縫洞型模型有限角度疊加數(shù)據(jù)體彈性阻抗反演結(jié)果
通過(guò)對(duì)研究區(qū)實(shí)際地震數(shù)據(jù)分析,目標(biāo)儲(chǔ)層段最大角度范圍約為40°左右,同樣抽取近角度(6°~16°)、中角度(16°~26°)和遠(yuǎn)角度(26°~36°)3個(gè)入射角范圍進(jìn)行部分角度道集疊加,結(jié)果如圖6 所示。從圖6 可以看出,W1 井鷹山組頂部(界面)振幅隨入射角的增大而先增大后減小,具有明顯的AVO 特征。
圖6 實(shí)際資料有限角度范圍疊加道集
圖7為過(guò)W1井實(shí)際地震數(shù)據(jù)的近、中、遠(yuǎn)3個(gè)角度的彈性阻抗反演結(jié)果。從圖7 可以看出,在奧陶系鷹山組頂部(界面附近)及鷹山組內(nèi)幕均存在低阻異常(黑色箭頭所指),由縫洞型儲(chǔ)層正演模擬結(jié)果的不同角度彈性阻抗剖面可知,這種低阻抗異常對(duì)應(yīng)為縫洞型儲(chǔ)層的發(fā)育,同時(shí)低阻抗異常分布區(qū)域與W1井測(cè)井資料解釋的儲(chǔ)層發(fā)育段吻合。
基于正演模擬結(jié)果得到的近、中、遠(yuǎn)3個(gè)角度的彈性阻抗體與實(shí)際資料得到的3個(gè)角度彈性阻抗體吻合較好,表明縫洞型儲(chǔ)層在不同角度彈性阻抗體上對(duì)應(yīng)為低阻抗異常特征。正演模擬結(jié)果與彈性阻抗反演結(jié)果相互印證,從而可以有效地降低反演結(jié)果解釋的多解性。
圖8為過(guò)W1井近、遠(yuǎn)角度的彈性阻抗反演結(jié)果聯(lián)井剖面,可以看出,在鷹山組內(nèi)幕(黑色橢圓處)存在橫向連續(xù)的低阻異常,表明該區(qū)域存在較好的縫洞儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。
圖7 過(guò)W1井不同角度彈性阻抗反演結(jié)果
圖8 過(guò)W1井近角度(a)和遠(yuǎn)角度(b)彈性阻抗反演結(jié)果聯(lián)井剖面
以實(shí)際測(cè)井資料為約束建立符合地下實(shí)際的縫洞型儲(chǔ)層地震地質(zhì)模型;在已知目標(biāo)儲(chǔ)層巖石物理參數(shù)及含流體特性情況下,對(duì)正演模擬結(jié)果進(jìn)行疊前彈性阻抗反演,得到不同角度的彈性阻抗體,分析目標(biāo)儲(chǔ)層與彈性阻抗之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系;同時(shí)基于實(shí)際疊前地震資料進(jìn)行彈性阻抗反演,將正演模擬結(jié)果與實(shí)際地震資料的彈性阻抗反演結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,達(dá)到對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層的巖性及含流體特性的綜合判識(shí),從而有效提高了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度。
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