楊東升李緒宣曹思遠(yuǎn)

（1．中海油研究總院； 2．中國石油大學(xué)（北京）CNPC物探重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

天然氣飽和度預(yù)測方法研究及應(yīng)用

楊東升1李緒宣1曹思遠(yuǎn)2

（1．中海油研究總院； 2．中國石油大學(xué)（北京）CNPC物探重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

基于對AVO技術(shù)研究現(xiàn)狀的深入調(diào)研，重點(diǎn)研究了基于疊前地震資料預(yù)測天然氣飽和度的線性巖石屬性變換的NI反演方法，探討了如何對反演結(jié)果進(jìn)行敏感性分析來正確預(yù)測有商業(yè)開采價值的天然氣儲層。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，本文提出的天然氣飽和度預(yù)測方法可行有效。

天然氣飽和度；AVO技術(shù)；巖石屬性變換；NI反演

1 問題的提出

近幾年利用地震振幅來預(yù)測油氣儲層信息而進(jìn)行的各種AVO分析技術(shù)研究，都有助于提高油氣地震勘探技術(shù)的應(yīng)用［1-4］。然而，低飽含氣儲層（Fizz）和飽含氣儲層（Gas）具有非常相似的地震響應(yīng)特征［5］，儲層的不確定性和圍巖屬性的變化增加了商業(yè)氣藏的勘探難度，簡單依靠先前的AVO技術(shù)打出了許多干井。當(dāng)孔隙空間的天然氣百分含量≤25%時，稱該儲層為低飽含氣儲層［6］；當(dāng)孔隙空間的天然氣百分含量＞25%時，稱該儲層為飽含氣儲層。通常狀況下，儲層含少量的天然氣能夠使縱波速度急劇降低，并且隨著天然氣飽和度的增加，原始速度并不會發(fā)生顯著改變，這就使得對孔隙流體的預(yù)測變得更加困難。圖1為模擬獲得的飽含氣儲層和低飽含氣儲層的AVO響應(yīng)特征，可以看出2類儲層具有非常相似的AVO響應(yīng)，表明傳統(tǒng)的AVO分析并不能有效識別飽含氣儲層和低飽含氣儲層。因此，很難利用AVO技術(shù)預(yù)測有商業(yè)開采價值的天然氣儲層［6］。

圖1 低飽含氣儲層和飽含氣儲層的AVO響應(yīng)特征

研究表明，利用多種AVO反演（分別以Aki＆Richard近似公式、Shuey近似公式和Fatti近似公式為基礎(chǔ)的參數(shù)反演）技術(shù)組合也不能區(qū)分低飽含氣儲層和飽含氣儲層［7］。近幾年，隨著國內(nèi)外油氣勘探新技術(shù)的發(fā)展，很多學(xué)者在這方面進(jìn)行了很多有意義的研究工作。例如，金龍等［8］提出了基于巖石物理模型與混合優(yōu)化算法定量反演孔隙度和飽和度的方法；李勇根等［9］根據(jù)地震地質(zhì)模型的褶積結(jié)果，討論了地層厚度、孔隙度、流體飽和度變化引起地震響應(yīng)的一般性規(guī)律以減少預(yù)測結(jié)果的多解性；陳克勇等［10］針對致密砂巖含氣性的識別，提出了定性與定量相結(jié)合、測井與試井相印證的方法；李景葉［11］定量分析了儲層孔隙度變化對流體識別因子的影響；李云省等［12］利用川西某氣田實(shí)際測井資料，研究了利用幾種常用氣層識別方法對致密砂巖氣層的識別效果；汪勇等［13］利用四川盆地某工區(qū)珍珠沖段致密砂巖儲層建立的地震地質(zhì)模型，研究了孔隙度、含氣飽和度與含氣特征的關(guān)系，為氣層的半定量、定量識別和儲層預(yù)測提供了依據(jù)。Hilterman等［14］建立了巖石屬性趨勢和AVO的關(guān)聯(lián)方程，并在GOM區(qū)塊的深水儲層預(yù)測中取得了較好的應(yīng)用效果。筆者基于對AVO技術(shù)研究現(xiàn)狀的深入調(diào)研，利用MG地區(qū)A井X段儲層建立了一系列正演模型，并通過穩(wěn)定性分析探尋含氣飽和度敏感參數(shù)，最終利用2個巖石屬性變換來提高儲層含氣飽和度的預(yù)測精度，并探討了如何對反演的屬性結(jié)果進(jìn)行敏感性分析來正確預(yù)測飽含氣儲層。

2 巖石屬性變換分析

利用MG地區(qū)A井X段下傾部位含水（Wet）、上部含氣的儲層參數(shù)建立了正演模型，其中飽含氣儲層的含水飽和度（犛w）為0.3，孔隙度（φ）為27%，低飽含氣儲層的含水飽和度（犛w）為0.9，孔隙度（φ）為30%。如圖2所示，通過模型對比飽含氣儲層和低飽含氣儲層的AVO合成記錄，CMP道集的合成記錄非常相似，其差異在實(shí)際地震數(shù)據(jù)中很難識別；然而，下傾部位2個含水模型的合成記錄卻完全不同，這就為我們提供了一種辨別思路，即利用下傾部位不同含水飽和度地層的AVO響應(yīng)的差異性來協(xié)助識別低飽含氣儲層和飽含氣儲層。

圖2 不同含水飽和度、孔隙度條件下飽含氣儲層與低飽含氣儲層及下傾部位不同含水飽和度地層的AVO合成記錄

分別使用從區(qū)域趨勢中得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差值來獲取模型A在不同偏差下含水、飽含氣和低飽含氣砂巖各類AVO的響應(yīng)（圖3～5）。這8類偏差模型分別是：①將泥巖的密度和速度增加1個標(biāo)準(zhǔn)偏差值；②將泥巖的密度和速度減少1個標(biāo)準(zhǔn)偏差值；③將砂巖的密度和速度增加1個標(biāo)準(zhǔn)偏差值；④將砂巖的密度和速度減少1個標(biāo)準(zhǔn)偏差值；⑤同時將砂巖和泥巖的密度和速度增加1個標(biāo)準(zhǔn)偏差值；⑥同時將砂巖和泥巖的密度和速度減少1個標(biāo)準(zhǔn)偏差值；⑦將砂巖屬性增加0.5個偏差值并將泥巖屬性減小0.5個偏差值；⑧將泥巖屬性增加0.5個偏差值并將砂巖屬性減小0.5個偏差值。

圖3 原始模型（模型A）的AVO響應(yīng)及合成記錄

圖4 泥巖的密度和速度增加1個標(biāo)準(zhǔn)偏差值（模型一）的AVO響應(yīng)及合成記錄

圖5 泥巖密度和速度減少1個標(biāo)準(zhǔn)偏差值（模型二）的AVO響應(yīng)及合成記錄

對比這8類偏差模型的AVO響應(yīng)特征可知：較小的巖石屬性變化能夠引起AVO響應(yīng)較明顯的變化。然而，AVO響應(yīng)的變化又顯示在含氣層和含水層中。圖6為原始模型和8類偏差模型NI屬性的穩(wěn)定性分析，其中NIhy－NIwet對巖石屬性的變化不是很敏感。當(dāng)時，該儲層為飽含氣儲層。因此，如果能夠從地震中反演出流體的NI屬性參數(shù)，就能夠通過有效的模型分析來預(yù)測出飽含氣儲層。

圖6 原始模型及8類偏差模型的穩(wěn)定性分析

依據(jù)8類偏差模型所得的不同流體法向入射時反射系數(shù)的NI值繪制了含油氣和含水的NI線性關(guān)系圖（圖7），并且通過擬合關(guān)系式來獲取模擬“區(qū)域約束方程”。孔隙流體變換是利用含水層的NI來約束含油氣的NI值，而巖性變換是利用各流體的法向入射反射系數(shù)來求取出30°角入射時的反射系數(shù)RC（30°）值，因此通過這2個變換可以找出一種有效的方法從地震中反演出流體的NI參數(shù)，從而得到NIhy－NIwet屬性值來有效識別飽含氣儲層。

同理，可繪制不同流體30°角入射時的反射系數(shù)和法向入射時的反射系數(shù)的線性關(guān)系圖（圖8），其線性相關(guān)式的系數(shù)見表1。

圖7 不同流體的NIhy與NIwet的線性孔隙流體變換

圖8 不同流體的RC（30°）與NI的線性巖性變換

表1 RC（30°）＝L1×NI＋L2的系數(shù)

如果以上2個巖石屬性變換結(jié)果可用的話，從地震中預(yù)測薄互層含氣飽和度的可行性將大大提高。第一個變換是含水砂層的法向入射的反射系數(shù)NIwet和含烴類法向入射的反射系數(shù)NIhy的線性相關(guān)的變換。另一個變換是各流體類型下法向入射反射系數(shù)NI和30°角入射時的反射系數(shù)RC（30°）的線性相關(guān)變換［15］。這些變換是從MG地區(qū)的巖石屬性趨勢得到的，所以根據(jù)該區(qū)的這2個變換、AVO道集和低傾部位含水儲層的道集，可以用統(tǒng)計性測試來區(qū)分飽含氣儲層和低飽含氣儲層［16］。

3 含水飽和度地震反演方法

Lin等［17］將薄層振幅近似定義為

式（1）中：k是常數(shù)；b是巖床厚度，m；θ是入射角，（°）；A（θ）是薄層地震振幅；RC（θ）是上層邊界的反射系數(shù)；v是薄層的層速度m·s－1；T是子波周期，s。對某一地區(qū)同一地震測網(wǎng)來說，k和T被視為常數(shù)值。

由圖8所示的巖性變換，遠(yuǎn)偏移反射系數(shù)可以被表述為

即

式（2）、（3）中：L1、L2分別為不同流體巖性變換線性相關(guān)式系數(shù)。

首先用式（1）給定的地震振幅（θ設(shè)置為30°入射）減去0°地震振幅的L1倍，并將式（3）代入，然后合并可得

A（0°）和A（30°）是從實(shí)際CDP道集中表征地震振幅的項(xiàng)，不同的流體飽和度有不同的L1、L2值。因此，用從低傾含水的CDP道集及表1中“Wet”的系數(shù)獲得的遠(yuǎn)近道振幅能夠估算出NIwet。含烴飽和儲層的NI值可以從遠(yuǎn)景區(qū)的CDP道集和表1中的“Gas”或“Fizz”的系數(shù)來求得NIgas或NIfizz，也可以通過孔隙流體變換的約束方程通過NIwet來求取NIgas或NIfizz。

筆者將線性巖石屬性變換的含水飽和度NI反演稱為線性變換NI反演。

4 敏感度分析

利用式（4）的線性變換NI反演來求取各流體模型的NIwet、NIgas和NIfizz值；然后分別計算無約束情況下和孔隙流體變換約束下的ΔNIfizz＝NIwet－NIfizz和ΔNIgas＝NIwet－NIgas。如果ΔNI≥0.05，則為飽含氣儲層；如果ΔNI＜0.05，則為低飽含氣儲層。從圖9中分析得知，孔隙流體變換約束下的反演結(jié)果更接近理論值，依據(jù)ΔNI能有效識別出低飽含氣儲層和飽含氣儲層：低飽含氣儲層的ΔNI值總是在0.03～0.05之間，飽含氣儲層的ΔNI值總是在0.05～0.08之間。因此，可以利用孔隙流體變換約束下的含水飽和度地震反演來識別低飽含氣儲層和飽含氣儲層。

圖9 線性變換NI反演的精度分析

5 實(shí)際資料的含水飽和度反演

對于遠(yuǎn)景區(qū)流體飽和度的評估，應(yīng)用式（4）的線性變換反演來計算NIwet。圖10中，根據(jù)Dr．Caosy提供的數(shù)據(jù)集反演出了不同流體的NI值，但很難通過反演出的NI值來區(qū)分流體。圖11繪制了某一目標(biāo)區(qū)整個深度范圍的NIhy－NIwet，盡管有一定的重疊，但在深度趨勢上仍然能夠清楚地區(qū)分開兩組，這表明采用NIhy－NIwet屬性預(yù)測天然氣飽和度是比較有效的。

圖10 根據(jù)Dr．Caosy提供的數(shù)據(jù)集反演出的某一目標(biāo)區(qū)不同流體NI值隨深度的變化趨勢

圖11 與圖10同目標(biāo)區(qū)反演出的整個深度范圍內(nèi)的NIhy－NIwet

6 結(jié)論

1）低飽含氣儲層和飽含氣儲層具有相似的AVO特征，可以利用下傾部位不同含水飽和度地層的AVO響應(yīng)的差異性來協(xié)助識別低飽含氣儲層和飽含氣儲層。

2）巖石屬性變換NI反演提供了一個從近、遠(yuǎn)角疊加振幅提取NI的方法，同時提供了一種從地震數(shù)據(jù)中估算流體飽和度的方法。通過對是否利用孔隙流體變換約束所做的對比分析，證明孔隙流體變換約束下的線性巖石屬性變換NI反演能夠估算出更可靠的ΔNI值，提高了該方法的識別效果。實(shí)際資料的應(yīng)用結(jié)果表明，ΔNI屬性對低飽含氣儲層和飽含氣儲層的識別是可行有效的。

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A method to predict gas saturation and its application

Yang Dongsheng1Li Xuxuan1Cao Siyuan2
（1.CNOOC Research Institute，Beijing，100027；2.China University of Petroleum，Beijing，102249）

Based on probing into the research status of A VO technique，a NI inversion method of linear rock-attribute transformation was emphatically researched，which can be used to predict gas saturation on a basis of prestack seismic data．Furthermore，it was discussed how to make the sensitivity analysis of the inversion results in order to correctly predict commercial gas reservoirs．The practical applications have shown that this method to predict gas saturation is feasible and effective．

gas saturation；AVO technique；rockattribute transformation；NI inversion

2013-03-15改回日期：2013-10-23

（編輯：周雯雯）

楊東升，男，工程師，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京），獲碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事石油勘探綜合研究工作。地址：北京市東城區(qū)東直門外小街6號海油大廈（郵編：100027）。E-mail：yangdsh＠cnooc．com．cn。