宗兆云 孫乾浩 陳維濤 羅 明 賈培蒙 何 葉 衛(wèi) 哲

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 山東青島 266580； 2.中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司 廣東深圳 518054）

珠江口盆地惠西南H1地區(qū)油氣資源豐富，具有多源供烴、多層系含油的特點(diǎn)［1］。其中，惠西南地區(qū)位于珠江口盆地珠一坳陷惠西半地塹西南側(cè)，是東沙隆起向珠一坳陷的延伸地帶，以構(gòu)造-巖性復(fù)式圈閉勘探為主，產(chǎn)量主要來(lái)自珠江組三角洲沉積體系，油氣層為K08—K22。由于該工區(qū)疊前數(shù)據(jù)主頻較低（約25 Hz）、大角度疊前數(shù)據(jù)信噪比低且目標(biāo)砂體縱向變化大、巖性圈閉邊界難落實(shí)，復(fù)式油氣藏延展范圍難落實(shí)，常規(guī)的流體識(shí)別方法難以排除因孔隙度造成的假“亮點(diǎn)”。

地震巖石物理理論搭建了地震資料與彈性參數(shù)之間的橋梁，為利用疊前地震資料進(jìn)行儲(chǔ)層流體識(shí)別奠定了理論基礎(chǔ)。地震巖石物理驅(qū)動(dòng)的疊前地震流體識(shí)別方法是當(dāng)今勘探地球物理領(lǐng)域中儲(chǔ)層含油氣性判別的主流方法［2-6］。該方法將與孔隙流體有關(guān)的特性表征為流體指示因子，或者基于地震巖石物理構(gòu)建流體類型與彈性參數(shù)的量化關(guān)系，并利用地震資料所包含的豐富信息實(shí)現(xiàn)流體指示因子的反演或預(yù)測(cè)［7］，從而達(dá)到儲(chǔ)層油氣識(shí)別的目的。

針對(duì)常規(guī)地震反演方法對(duì)孔隙流體類型判別精度低的問(wèn)題，首先基于目標(biāo)儲(chǔ)層砂體巖石骨架結(jié)構(gòu)、孔隙性質(zhì)以及流體分布特征，建立了相應(yīng)的砂泥巖油氣儲(chǔ)層地震巖石物理模型。其次，基于巖石物理分析結(jié)果，優(yōu)選固體解耦等效流體體積模量作為流體指示因子。最終，推導(dǎo)相應(yīng)的地震反射特征方程，實(shí)現(xiàn)了巖石物理驅(qū)動(dòng)固液解耦油氣直接識(shí)別。該方法能夠有效避免因巖石骨架孔隙度等物性因素導(dǎo)致的流體識(shí)別假象，提高疊前地震孔隙流體判識(shí)的精度，降低油氣勘探開(kāi)發(fā)的高風(fēng)險(xiǎn)。

1 地震巖石物理研究

1.1 地震巖石物理建模

惠西南H1地區(qū)的K08—K22儲(chǔ)層為砂泥巖儲(chǔ)層，在地震巖石物理建模過(guò)程中存在以下3個(gè)問(wèn)題：①輸入礦物模量未知；②泥巖段缺少孔隙度解釋；③Xu-White模型干燥巖石孔隙縱橫比不變。本文采用3種策略解決相應(yīng)的問(wèn)題：①建立巖石彈性模量與巖石物性參數(shù)關(guān)系式，使飽和巖石模量誤差最小，得到最優(yōu)礦物組分模量，對(duì)相同層位進(jìn)行多井統(tǒng)計(jì)估算；②利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)約束反演孔隙度；③利用DEM模型［8-10］和K-T模型［11］建立變孔隙縱橫比的干燥巖石。改進(jìn)的砂泥巖模型除考慮了砂巖和泥巖影響，考慮到實(shí)際巖石中的孔隙縱橫比不是固定的，形成了一套變孔隙縱橫比的碎屑巖地震巖石物理模型來(lái)計(jì)算巖石的宏觀彈性模量（圖1）。

圖1 基于巖石物理模型的巖石彈性模量估算Fig.1 Estimation of elastic modulus based on rock physical model

在惠西南H1地區(qū)復(fù)雜含油氣儲(chǔ)層巖石物理模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，利用已有的測(cè)井解釋曲線，如礦物含量、孔隙度、泥質(zhì)含量以及含水飽和度等，采用測(cè)井約束反演修正方法對(duì)靶區(qū)的橫波速度數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，并與實(shí)測(cè)橫波數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比來(lái)驗(yàn)證巖石物理模型的合理性和有效性。針對(duì)不同巖性的目標(biāo)儲(chǔ)層，選擇性地采用相應(yīng)的模型來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵井的橫波速度估算。圖2為W1井縱橫波速度估算結(jié)果，可以看出，本方法預(yù)測(cè)的橫波速度與實(shí)測(cè)的橫波速度吻合很好，說(shuō)明該巖石物理模型的合理性。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在目標(biāo)層處仍能夠預(yù)測(cè)較為準(zhǔn)確的縱波速度和橫波速度，預(yù)測(cè)誤差大概在10%以內(nèi)，在可接受范圍內(nèi)。

1.2 巖石物理分析

基于1.1節(jié)構(gòu)建的地震巖石物理模型，對(duì)H1地區(qū)進(jìn)行多參數(shù)巖石物理交會(huì)分析，選出幾個(gè)較好的彈性參數(shù)作為備選參數(shù)，對(duì)工區(qū)內(nèi)W1井的巖性進(jìn)行交會(huì)分析。圖3為不同彈性參數(shù)交會(huì)分析結(jié)果，可以看出，砂巖顯示為低彈性阻抗（小角度部分疊加）和低密度，泥質(zhì)砂巖顯示為較低的彈性阻抗，2個(gè)參數(shù)都可以區(qū)分砂巖和泥質(zhì)砂巖，并能識(shí)別砂巖，為開(kāi)展彈性阻抗反演提供了巖石物理理論支撐。圖4為W1井的流體參數(shù)交會(huì)分析結(jié)果，可以看出，固液解耦等效流體體積模量Kf能夠區(qū)分水層和油層。

圖2 H1地區(qū)W1井縱橫波速度估算結(jié)果Fig.2 Results of the estimated P-wave and S-wave velocity of Well W1 in H1 area

圖3 H1地區(qū)W1井不同彈性參數(shù)交會(huì)結(jié)果Fig.3 Intersection results of different elastic parameters of Well W1 in H1 area

圖4 H1地區(qū)W1井不同流體參數(shù)交會(huì)結(jié)果Fig.4 Intersection results of different fluid parameters of Well W1 in H1 area

1.3 儲(chǔ)層敏感性參數(shù)分析

針對(duì)惠西南H1地區(qū)的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)領(lǐng)域，成熟油區(qū)目前以構(gòu)造-巖性復(fù)式圈閉勘探為主，常規(guī)的地震勘探手段往往不夠可靠穩(wěn)定。首先需要選擇對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層流體反映敏感的彈性參數(shù)，這對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和流體識(shí)別意義重大，選定合適的參數(shù)可以減小地震優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的不確定性和多解性。圖5對(duì)W2井彈性參數(shù)和儲(chǔ)層物性參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析，彈性參數(shù)：①K22層油氣砂體VP降低明顯；②K22層彈性參數(shù)穩(wěn)定；③密度明顯降低；④固液解耦等效流體體積模量Kf遞低（漸變模式）。儲(chǔ)層物性：①K22層有效孔隙度約8%～20%；②K22層水飽和度10%～95%；③K22層氣層物性較好。

一般情況下，流體類型的檢測(cè)具有多解性，因此，需要選擇對(duì)流體敏感性高的彈性參數(shù)作為流體指示因子。此處，利用測(cè)井中橫波信息，對(duì)目標(biāo)工區(qū)的彈性參數(shù)進(jìn)行流體敏感性分析，流體的敏感性可根據(jù)下式計(jì)算：

式（1）中：Λf表示彈性參數(shù)對(duì)流體的敏感系數(shù)；m氣為含氣層的彈性參數(shù)值；m水為含水層的彈性參數(shù)值；s氣為含氣層的彈性參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差。

目標(biāo)工區(qū)的流體敏感性分析結(jié)果如圖6所示，IS為橫波阻抗，VS為橫波速度，λρ為拉梅參數(shù)和密度的乘積，μρ為剪切模量與密度的乘積，f為Gassmann孔隙流體項(xiàng)，σ為泊松比，VP為縱波速度，IP為縱波阻抗，Kf為固液解耦等效流體體積模量。通過(guò)流體敏感性對(duì)比分析可知，固液解耦等效流體體積模量Kf在區(qū)分水層和氣層方面具有最大的潛力。

圖5 H1地區(qū)W2井彈性參數(shù)和儲(chǔ)層物性參數(shù)分析Fig.5 Analysis of elastic and physical parameters of Well W2 in H1 area

圖6 H1地區(qū)地震巖石物理流體參數(shù)敏感性對(duì)比分析Fig.6 Comparative analysis of sensitive of the rock physical fluid parameters in H1 area

2 固液解耦等效流體體積模量直接提取

基于構(gòu)建的地震巖石物理模型，對(duì)含流體儲(chǔ)層進(jìn)行正演模擬分析，獲取流體的地震響應(yīng)特征，并將這種響應(yīng)特征表征為流體指示因子，用于地下儲(chǔ)層流體類型的識(shí)別。因此，構(gòu)建物理意義明確且對(duì)流體敏感性高的流體指示因子具有重要意義。

雙相介質(zhì)理論因其能夠更好地表征孔隙流體的彈性特征而被廣泛應(yīng)用于流體識(shí)別中。Russell等在消除了密度項(xiàng)的影響后［12］，直接給出Gassmann流體項(xiàng)f的表達(dá)式，即

式（2）中：Kd為巖石骨架的體積模量，Ks為巖石基質(zhì)的體積模量，Kf是固液解耦等效流體體積模量，對(duì)于有多相流體則可以利用Wood公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為，Ko、Kg和Kw分別表示油、氣和水的體積模量；So、Sg和Sw分別表示含油、氣和水飽和度，且Sw+So+Sg=1。

通過(guò)分析式（2）可以發(fā)現(xiàn)，Gassmann流體項(xiàng)f不僅與流體的彈性特征有關(guān)，還受巖石固體參數(shù)（剛性參數(shù)）的影響，例如，礦物基質(zhì)模量、干巖骨架模量以及孔隙度等，即固體相和液體相的彈性特征是耦合的。Dehua Han和Batzle等［13］利用統(tǒng)計(jì)巖石物理對(duì)碎屑巖進(jìn)行了分析，研究了Biot-Gassmann理論中孔隙流體與巖石骨架間的耦合關(guān)系，將固液解耦等效流體體積模量Kf從耦合關(guān)系中解耦出來(lái)得［4］

基于臨界孔隙模型的巖石物理經(jīng)驗(yàn)公式［13-15］，得AVO線性近似公式為［4］

式（5）中：fm=φμ為固體剛性參數(shù)；γ2dry與γ2sat分別為干巖石與飽和巖石的縱橫波速度比的平方；Kf為介質(zhì)的固液解耦等效流體體積模量；μ為介質(zhì)的剪切模量；ρ為介質(zhì)的密度；φ為介質(zhì)的孔隙度。借鑒Connolly推導(dǎo)彈性阻抗的思想［16］，用彈性阻抗表示為

式（6）中：A0是標(biāo)準(zhǔn)化因子，具體表達(dá)式為

由式（7）可知，當(dāng)入射角θ=0時(shí)，彈性阻抗與波阻抗的值相等，當(dāng)入射角非零時(shí)，彈性阻抗數(shù)值發(fā)生變化，但其量綱仍然與波阻抗保持一致，為后續(xù)參數(shù)提取提供了保證。

彈性阻抗數(shù)據(jù)體的獲取是彈性參數(shù)提取第一步，通常彈性阻抗數(shù)據(jù)體可通過(guò)常規(guī)的疊后地震反演來(lái)獲取，獲得彈性阻抗數(shù)據(jù)體后，需要利用式（6）對(duì)彈性參數(shù)進(jìn)行提取。經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的彈性阻抗方程如式（6）所示，為了簡(jiǎn)化求解方法，對(duì)公式進(jìn)行對(duì)數(shù)變換，將其轉(zhuǎn)化為線性形式［7］

其中：EI0=A0。

根據(jù)式（8），在獲得彈性阻抗數(shù)據(jù)體以及孔隙度數(shù)據(jù)體時(shí)，利用

求解以上矩陣，即可獲得適用于研究工區(qū)的系數(shù)a（b）、b（θ）、c（θ）和d（θ）的數(shù)值，n為每一道對(duì)應(yīng)的參數(shù)個(gè)數(shù)。針對(duì)不同的入射角度分別計(jì)算，便可得到4個(gè)角度（分別為θ1、θ2、θ3和θ4）對(duì)應(yīng)的16個(gè)系數(shù)，即a（θ1）、b（θ1）、c（θ1）、d（θ1）；a（θ2）、b（θ2）、c（θ2）、d（θ2）；a（θ3）、b（θ3）、c（θ3）、d（θ3）；a（θ4）、b（θ4）、c（θ4）、d（θ4）。

將16個(gè)系數(shù)代入方程組（10），可得到任意采樣點(diǎn)處的固液解耦等效流體體積模量、固體剛性系數(shù)以及密度參數(shù)。

3 實(shí)例應(yīng)用

為了避免通過(guò)縱、橫波速度間接計(jì)算導(dǎo)致的誤差累積，基于式（6）開(kāi)展了固液解耦等效流體體積模量直接提取的彈性阻抗反演方法。圖7為過(guò)6口井的部分角度疊加地震剖面。A井K08層為干層，K22up層為氣水界面，K22為油層；B井K08層為含氣水層，K22up層為差氣層，K22為氣層；C井K08層為油水，K22層為含油水層；D、E、F井發(fā)育氣層。

圖8為彈性阻抗的反演結(jié)果，可以看出彈性阻抗在6口井儲(chǔ)層發(fā)育位置顯示出明顯的低值異常，砂巖顯示低值異常，彈性阻抗會(huì)隨著泥質(zhì)含量的增高而增高，泥質(zhì)砂巖彈性阻抗值較砂巖和含泥砂高。 圖9為反演的彈性阻抗直接提取的固液解耦等效流體體積模量剖面，可以看到含氣區(qū)顯示明顯的低值，含油區(qū)低值程度次之，含水區(qū)低值程度較弱，這一結(jié)果與測(cè)井解釋結(jié)果吻合，證明基于固液解耦等效流體體積模量的疊前地震直接提取方法不僅可以有效識(shí)別儲(chǔ)層，還可以識(shí)別流體類型。

圖7 H1地區(qū)部分角度疊加地震剖面Fig.7 Seismic profile of partial angle stack of H1 area

圖8 H1地區(qū)彈性阻抗剖面Fig.8 Elastic impedance of H1 area

圖9 H1地區(qū)固液解耦等效流體體積模量剖面Fig.9 Profile of solid-liquid decoupling fluid factor of H1 area

圖10為沿K22層提取的小角度彈性阻抗均方根切片，為H1地區(qū)儲(chǔ)層砂體展布范圍。圖11為沿K22層提取的固液解耦等效流體體積模量均方根切片，為預(yù)測(cè)的流體展布范圍。可以看出，惠州D井區(qū)域有較強(qiáng)的能量響應(yīng)，發(fā)育大范圍儲(chǔ)層并具有含流體性，與實(shí)際鉆井結(jié)果吻合?；菸髂系貐^(qū)發(fā)育部分儲(chǔ)層，具有一定的含流體性。預(yù)測(cè)結(jié)果與地質(zhì)認(rèn)識(shí)吻合，證明了該方法對(duì)于儲(chǔ)層刻畫和流體識(shí)別的有效性。

圖10 H1地區(qū)沿K22層提取的小角度彈性阻抗均方根切片F(xiàn)ig.10 RMSslice of small angel elastic impedance along K22 layer of H1 area

圖11 H1地區(qū)沿K22層提取的固液解耦流體因子均方根切片F(xiàn)ig.11 RMSslice of solid-liquid decoupling fluid factor along K22 layer of H1 area

4 結(jié)論

1）在分析該工區(qū)巖石物理特征的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了符合工區(qū)特點(diǎn)的變孔隙度砂泥巖巖石物理模型，并采用了基于測(cè)井約束反演修正的橫波預(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)行橫波預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)橫波與實(shí)測(cè)橫波吻合，證明巖石物理模型的有效性。

2）通過(guò)地震巖石物理交會(huì)分析，對(duì)不同參數(shù)的巖性以及流體敏感性進(jìn)行分析，認(rèn)為小角度彈性阻抗和固液解耦流體因子可作為敏感性儲(chǔ)層和流體參數(shù)，為儲(chǔ)層描述和流體識(shí)別工作提供了有力支撐。

3）本文基于彈性阻抗利用直接反演的思想，實(shí)現(xiàn)了固液解耦流體體積模量的直接提取。該方法綜合利用了地質(zhì)信息、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)以及疊前地震AVO信息，既保證了常規(guī)彈性阻抗反演的抗噪性，又避免了間接反演的誤差累積和孔隙度等物性的影響，可以更有效地識(shí)別儲(chǔ)層及流體類型。