劉明全　肖　為　馮全雄　朱美娟

1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）　2.中國海洋石油國際有限公司3.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司物探技術(shù)研究所

?

鶯歌海盆地中深層高溫高壓河道砂巖儲層含氣性檢測新方法

劉明全1,2肖為3馮全雄2朱美娟3

1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）2.中國海洋石油國際有限公司3.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司物探技術(shù)研究所

劉明全等.鶯歌海盆地中深層高溫高壓河道砂巖儲層含氣性檢測新方法.天然氣工業(yè)，2016,36(6):30-35.

摘 要鶯歌海盆地中深層河道砂巖含氣儲層受高溫高壓和強非均質(zhì)性等地質(zhì)條件的影響，導(dǎo)致其AVO地震響應(yīng)特征類型多變，利用常規(guī)的P（AVO擬合截距）、G（AVO擬合斜率）、P×G、P + G等屬性已不能有效識別該區(qū)儲層的含氣范圍，亟待尋找適合該地區(qū)的、有效的儲層含氣性檢測方法。為此，通過基于Shuey近似公式的單井AVO正演模擬技術(shù)和基于蒙特卡洛隨機正演的AVO模擬技術(shù)，探討了該區(qū)含氣儲層的AVO類型和含氣性檢測方法。研究結(jié)果顯示，該區(qū)含氣砂巖表現(xiàn)為第Ⅰ、第Ⅲ、第Ⅳ等3 類AVO地震響應(yīng)特征；然后提出采用標量泊松比反射率屬性作為該區(qū)含氣性檢測的敏感屬性因子，并模擬計算出了標定系數(shù)，進而得到了新的儲層含氣性檢測方法?，F(xiàn)場應(yīng)用效果表明：①新方法預(yù)測結(jié)果與實際鉆井結(jié)果相吻合；②新方法的運用效果明顯優(yōu)于常用的P、G、P×G、P + G等流體敏感屬性因子；③有效應(yīng)用新方法的關(guān)鍵在于儲層AVO地震響應(yīng)特征研究、敏感參數(shù)篩選和標定系數(shù)計算。結(jié)論認為，新方法在該區(qū)具有較好的推廣應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞鶯歌海盆地河道砂巖高溫高壓儲集層含氣性檢測方法標量泊松比反射率隨機正演AVO反演

AVO技術(shù)使用疊前地震反射振幅的變化來預(yù)測儲層內(nèi)流體的響應(yīng)，在從油氣定性預(yù)測到定量預(yù)測過程中起到了關(guān)鍵的作用。但是AVO技術(shù)只在世界的某些領(lǐng)域是成功的，而在許多情況下并不成功。究其原因：這些失敗并不是AVO技術(shù)本身的失敗，而是錯誤使用該項技術(shù)所導(dǎo)致的失敗[1]。

鶯歌海盆地中央坳陷發(fā)育了大量呈串珠狀排列的、由泥和熱流體幕式上侵活動而形成的“泥—流體底辟構(gòu)造”，造成該區(qū)中深層為異常高溫高壓區(qū)。無論從烴源條件還是圈閉條件的角度去比較，底辟帶中深層異常高溫高壓區(qū)都是盆該地大氣田的有利勘探目標。該盆地中央坳陷帶某區(qū)(本文的研究區(qū))三面臨陸，盆緣河流眾多，具有東（海南隆起）、西（昆嵩隆起）、西北（紅河）等多個方向的物源供應(yīng)。多期河道砂巖發(fā)育且相互切割、疊置，呈現(xiàn)出復(fù)雜的分布格局，儲層縱、橫向變化劇烈。該區(qū)圍巖與儲層之間的泊松比關(guān)系影響著儲層頂面的AVO類型，隨著河道砂巖儲層泥質(zhì)含量、物性、厚度以及含水飽和度等諸多因素的變化，含氣儲層的AVO類型存在著較大的不確定性。高溫高壓導(dǎo)致地層速度發(fā)生反轉(zhuǎn)，速度隨壓力的變化而變化，進一步導(dǎo)致了該區(qū)含氣AVO類型的復(fù)雜性，增加了AVO技術(shù)的應(yīng)用難度，常規(guī)的AVO屬性已不能有效識別該區(qū)儲層的含氣性[2-3]。為此，必須尋求新的含氣性檢測方法。

1　AVO技術(shù)和隨機正演AVO模擬技術(shù)的基本原理

1.1AVO技術(shù)

AVO技術(shù)的理論基礎(chǔ)是，當入射角為零時，只有反射縱波；當入射角不為零時，則會產(chǎn)生反射縱波、反射橫波、透射縱波和透射橫波，其振幅與入射角的關(guān)系可用Zoeppritz 方程來描述。AVO分析技術(shù)的理論基礎(chǔ)為Zoeppritz方程以及有關(guān)的近似公式（以下簡稱近似式），其中Aki近似式、Richards近似式、Shuey近似式在油氣識別中最為常用，Shuey近似式可以表示為[4-5]：

式中R(θ)表示地震反射系數(shù)，θ表示入射角；P表示AVO擬合截距，即零炮檢距處的反射系數(shù)；G表示AVO擬合斜率，即振幅隨入射角θ變化的比例系數(shù)。依據(jù)Shuey近似式可以得到P（或A）和G（或B）的屬性，即截距和梯度。

當砂巖中含有不同流體時，所獲得的AVO 截距和梯度也不同，根據(jù)儲層阻抗與圍巖阻抗的相對高低關(guān)系及振幅隨偏移距的變化情況，可以將AVO分為4類（I～Ⅳ）[6-7]（圖1）。

圖1　AVO類型示意圖

研究區(qū)內(nèi)最常見的為第Ⅲ類AVO異常，這類含氣砂巖的波阻抗低于上覆介質(zhì)的波阻抗，一般屬于壓實不足和未固結(jié)（或未完全固結(jié)）的砂巖。當砂巖中含氣時，縱波速度會明顯降低，含氣層的泊松比較小，與圍巖的泊松比之差大多在0.2～0.3之間，砂巖頂面的地震反演特征表現(xiàn)為全部反射系數(shù)為負值，包括法線入射在內(nèi)，所有入射角都有較高的反射系數(shù)，其絕對值穩(wěn)定地增加，在疊加剖面上很容易看到這類砂巖形成的亮點異常（圖2）。對于常見的第Ⅲ類AVO異常，通過AVO分析得到截距和梯度屬性后，可以根據(jù)衍生的AVO屬性，如P×G、P + G等刻畫這類含氣異常[8]，對于復(fù)雜的AVO類型，則需要采用其他的AVO屬性。筆者通過正演模擬分析，采用了更有針對性的標量泊松比反射率屬性。

圖2　第Ⅲ類AVO的理論CDP角度道集

1.2隨機正演AVO模擬技術(shù)

利用測井曲線建立蒙特卡洛隨機正演模型（圖3）,表征泥巖的指標有：縱波速度、橫波速度和密度；表征砂巖的指標有:鹽水模數(shù)、鹽水密度、氣模數(shù)、氣密度、油模數(shù)、油密度、基質(zhì)模數(shù)、基質(zhì)密度、干燥巖石的模數(shù)、滲透率、孔隙度、頁巖模數(shù)、水飽和度及厚度。

圖3　蒙特卡洛隨機正演模型

指定目標層深度(該深度經(jīng)測試已知其含油氣性)，即利用某井的測井曲線和油氣顯示情況來建立一個蒙特卡洛模型，泥巖的縱波速度和密度由測井曲線求得，泥巖的橫波速度可由Castagna等式計算得出，其中泥巖的密度可由測井曲線得出一個平均值和變化范圍（圖4）,每個參數(shù)都遵循如圖4所示的分布規(guī)律。砂巖的鹽水模數(shù)、鹽水密度、氣模數(shù)、氣密度、油模數(shù)、油密度、基質(zhì)模數(shù)、干燥巖石的模數(shù)和孔隙度參數(shù)等都可由測井曲線計算求得,也遵循圖4的分布規(guī)律[9-10]；頁巖模數(shù)、滲透率和厚度均由巖石物理學(xué)定義為均勻分布。

圖4　泥巖密度分布圖

模型建立完畢后，便采用AVO正演模擬技術(shù)模擬得到相應(yīng)的合成記錄。AVO 正演模擬的理論基礎(chǔ)是：當入射角為零時，只有反射縱波；當入射角不為零時，則會產(chǎn)生反射縱波、反射橫波、透射縱波、透射橫波，其振幅與入射角的關(guān)系可用Zoeppritz 方程近似式（式2）來描述[11-12]。

式中R(θ)表示地震反射系數(shù)；vP表示縱波速度，m/s；vS表示橫波速度，m/s；ρ表示密度，g/cm3；θ表示入射角，（o）。

當砂巖中含有不同流體時，所獲得的AVO截距和梯度也不同，可根據(jù)AVO模型的流體替換理論確定其截距和梯度。首先根據(jù)儲集層巖石的礦物成分和所含流體飽和度不同，利用Biot-Gassman 流體替換理論，計算縱、橫波速度和密度變化情況；然后用不同流體飽和度替換結(jié)果合成AVO道集模型，并對道集模型進行AVO分析處理，分別求得模型對含油砂巖、含氣砂巖和含水砂巖的對應(yīng)響應(yīng)，對以上過程進行多次重復(fù)，即獲得了多個點的截距—梯度交匯圖[13-16]。

2　AVO模擬求取標量泊松比反射率的標定系數(shù)

2.1基于Shuey近似式的單井AVO正演

地震振幅與炮檢距關(guān)系正演理論模型研究在AVO技術(shù)中占有很重要的位置，可以研究本地區(qū)主要目的層AVO的類型，分析利用AVO技術(shù)尋找油氣的可能性。根據(jù)已有測井資料，利用基于Shuey近似公式進行單井AVO正演模擬，模擬結(jié)果表明，在高溫高壓區(qū)河道砂巖儲層中，含氣儲層的頂面表現(xiàn)為多種類型的AVO異常，如圖5所示，其中A井和B井的含氣砂巖頂面均為波谷，分別表現(xiàn)為第Ⅲ和第Ⅳ類AVO異常，而C井含氣砂巖頂面均為波峰，表現(xiàn)為第Ⅰ類AVO異常。單井正演模擬結(jié)果說明，在研究區(qū)高溫高壓的地質(zhì)條件，以及研究區(qū)河道砂非均值性強的特點，導(dǎo)致了含氣AVO類型的復(fù)雜性，常規(guī)的用于識別第Ⅲ類AVO含氣異常的P、G、P×G、P + G等屬性并不適用。

2.2隨機正演AVO模擬及分析

為了系統(tǒng)全面的了解研究區(qū)含氣儲層的AVO類型，以及儲層含氣與含水在AVO屬性上的差異性，開展了隨機正演AVO模擬分析工作。利用已有的測井數(shù)據(jù)建立了如圖3所示的蒙特卡洛隨機正演模型，應(yīng)用從實際地震數(shù)據(jù)提取的子波正演模擬儲層頂界面的反射地震道集；然后提取儲層頂面的P和G屬性，對P和G進行歸一化之后產(chǎn)生P和G交匯的散點圖；根據(jù)散點圖分析本區(qū)儲層頂面所有可能的AVO類型及P和G交匯點隨儲層物性及流體的變化規(guī)律。

隨機正演AVO模擬得到氣、油、水三態(tài)在PG量版上的分布如圖6所示，從量版中可以看出，氣和水是可以很好的分開的，這為利用AVO反演進行流體預(yù)測提供了可能。進一步分析表明，研究區(qū)含氣儲層頂面的AVO類型主要為第Ⅲ和第Ⅳ類，同時也可能出現(xiàn)少量的第Ⅰ類和第Ⅱ類。其中，隨著孔隙度的增加，AVO類型從第Ⅰ類逐漸變化到第Ⅳ類，含氣儲層頂面的AVO類型主要為第Ⅲ類和第Ⅳ類。同時可以發(fā)現(xiàn)，在P和G交匯圖上，儲層含水和含氣分布為不同的條帶，儲層含氣之后會明顯偏離含水條帶，這種偏離特性可以用公式（3）表述。

圖5　單井AVO模型正演

圖6　AVO隨機正演模擬P和G交匯圖

式中SPR（Scalar Poisson’s Ratio）表示標量泊松比，其屬性即為標量泊松比反射率，其獲取關(guān)鍵是標定系數(shù)α和β的確立。筆者通過隨機正演AVO模擬獲得研究區(qū)的α為0.894 4、β為0.447 2。隨機正演AVO模擬結(jié)果表明，儲層含氣之后會出現(xiàn)P和G的交匯點偏離含水條帶，在SPR屬性上即表現(xiàn)為低的異常值。

3　標量泊松比反射率的應(yīng)用

通過隨機正演AVO模擬得到含氣識別的敏感屬性為標量泊松比反射率，同時得到了該敏感屬性的標定系數(shù)。筆者對比分析了標量泊松比反射率屬性與常規(guī)AVO屬性識別含氣性的效果，圖7為AVO分析得到的P×G屬性和標量泊松比反射率屬性識別含氣效果的對比圖。圖7中F井已鉆遇氣層，圖中紅色條帶表征氣層的分布范圍。對比發(fā)現(xiàn)，常用的P×G屬性主要反應(yīng)了第Ⅲ類AVO含氣異常的分布范圍，而難以反應(yīng)第Ⅳ類AVO含氣異常，標量泊松比反射率屬性可以同時將第Ⅲ類和第Ⅳ類AVO含氣異常都刻畫出來，與實際鉆進情況吻合更好。也由此說明，利用該屬性在該研究區(qū)識別儲層含氣性具有一定的優(yōu)勢。

針對鶯歌海盆地高溫高壓區(qū)中深層河道砂的地質(zhì)特點，采用標量泊松比反射率屬性識別含氣異常的分布范圍。圖8為AVO反演得到的P和G的屬性，以及根據(jù)隨機正演AVO模擬結(jié)果計算得到的標量泊松比反射率屬性。圖8中紅色條帶為低標量泊松比反射率屬性異常區(qū)，指示含氣范圍。AVO反演過程不需要測井屬性的參與，反演結(jié)果完全來自于地震數(shù)據(jù)。因此井數(shù)據(jù)對反演結(jié)果是最好的驗證條件。在研究區(qū)L井處，鉆遇的氣層對應(yīng)明顯的低標量泊松比反射率值，而水層則沒有低值異常表現(xiàn)，說明該屬性能有效的識別含氣異常。

圖7　不同敏感屬性含氣識別效果對比圖

圖8　過L井標量泊松比反射率屬性剖面圖

4　結(jié)　論

在鶯歌海盆地中深層，受高溫高壓以及河道砂巖儲層縱、橫向劇烈變化等地質(zhì)因素的影響，儲層含氣后AVO類型復(fù)雜多變，正演表明含氣儲層頂面的AVO類型主要為第III和第Ⅳ類，同時也可能出現(xiàn)第Ⅰ類和第Ⅱ類AVO特征。這就增加了應(yīng)用AVO方法識別含氣的難度，導(dǎo)致常規(guī)的P×G等AVO屬性識別含氣效果不理想。針對該難點，筆者基于已有的測井資料，通過隨機正演AVO模擬方法，分析儲層含氣與含水在P和G屬性交匯圖上的分布規(guī)律及其差異性，并通過正演模擬獲得了標量泊松比屬性的標定系數(shù)，進而應(yīng)用標量泊松比屬性識別含氣異常。對比分析后認為，在該研究區(qū)標量泊松比屬性識別儲層含氣性的效果要明顯優(yōu)于常用的P×G等流體敏感因子，前者的預(yù)測結(jié)果與實際鉆進情況相吻合。結(jié)論認為，該方法具有較好的推廣價值。

參考文獻

[1]Avseth P,Mukerji T,Mavko G.定量地震解釋[M].李來林譯.北京：石油工業(yè)出版社，2009：124-125.Avseth P,Mukerji T,Mavko G.Quantitative seismic interpretation[M].Li Lailin trans.Beijing: Petroleum Industry Press,2009:124-125.

[2] 裴健翔,于俊峰,王立鋒,郝德峰,劉峰.鶯歌海盆地中深層天然氣勘探的關(guān)鍵問題及對策[J].石油學(xué)報,2011,32(4): 573-578.Pei Jianxiang,Yu Junfeng,Wang Lifeng,Hao Defeng,Liu Feng.Key challenges and strategies for the success of natural gas exploration in mid-deep strata of the Yinggehai Basin[J].Acta Petrolei Sinica,2011,32(4): 573-578.

[3] 王振峰,裴健翔.鶯歌海盆地中深層黃流組高壓氣藏形成新模式——DF14井鉆獲強超壓優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)天然氣層的意義[J].中國海上油氣,2011,23(4): 213-217.Wang Zhenfeng,Pei Jianxiang.A new accumulation model of high pressure gas in Huangliu Formation of the middle-deep interval in Yinggehai Basin: The significance of discovering a good-quality gas pay with overpressure and high production in Well DFl4[J].China Offshore Oil and Gas,2011,23(4): 213-217.

[4] 馮全雄,黃兆林,萬歡,趙皓,楊平華,姚惠娟.利用多元地震屬性反演與分析技術(shù)綜合預(yù)測南海M油田有利儲層[J].中國海上油氣,2008,20(3): 166-169.Feng Quanxiong,Huang Zhaolin,Wan Huan,Zhao Hao,Yang Pinghua,Yao Huijuan.Using techniques of multiple seismic attribute inversion and analysis to comprehensively predict favorable reservoirs in M oilfield， South China sea[J].China Offshore Oil and Gas,2008,20(3): 166-169.

[5] Shuey RT.Amplification of the Zoeppritz's equations[J].Geophysics,1985,50(4): 609-614.

[6] Russell BH,Hedlin K,Hilterman FJ,Lines LR.Fluid-property discrimination with AVO: A Biot-Gassmann perspective[J].Geophysics,2003,68(1): 29-39.

[7] 馬光華,劉懷山,蔣成剛.大慶葡南地區(qū)AVO烴類檢測應(yīng)用研究[J].海洋地質(zhì)動態(tài),2007,23(1): 27-30.Ma Guanghua,Liu Huaishan,Jiang Chenggang.Application study of AVO hydrocarbon detection in Daqing Punan area[J].Marine Geology Letters,2007,23(1): 27-30.

[8] 趙皓,馮全雄,黃兆林,楊平華.基于吸收濾波與AVO技術(shù)的地震烴類檢測技術(shù)[J].天然氣工業(yè),2007,27(10): 46-48.Zhao Hao,Feng Quanxiong,Huang Zhaolin,Yang Pinghua.The hydrocarbon detection technique based on absorption filtering and AVO method[J].Natural Gas Industry,2007,27(10): 46-48.

[9] 梁立鋒,馮全雄,萬歡,肖為,劉秀娟.AVO流體反演技術(shù)在惠州某區(qū)的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報,2010,7(5): 548-553.Liang Lifeng,Feng Quanxiong,Wan Huan,Xiao Wei,Liu Xiujuan.Application of AVO fluid inversion technology in an area of Huizhou[J].Chinese Journal of Engineering Geophysics,2010,7(5): 548-553.

[10] 李艷玲.AVO疊前反演技術(shù)研究[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2006,25(5): 103-105.Li Yanling.Study on AVO pre-stack inversion technology[J].Petroleum Geology & Oil Field Development in Daqing,2006,25(5): 103-105.

[11] 謝春臨,扈玖戰(zhàn),王金偉,那曉敏,程明君.松遼盆地敖南地區(qū)淺層氣的AVO響應(yīng)和識別[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2011,30(2): 158-162.Xie Chunlin,Hu Jiuzhan,Wang Jinwei,Na Xiaomin,Cheng Mingjun.AVO response and identification of shallow gas reservoir in Aonan area,Songliao Basin[J].Petroleum Geology & Oil Field Development in Daqing,2011,30(2): 158-162.

[12] 馮全雄,黃兆林,薛會,徐波,萬歡.深盆氣地震特征及預(yù)測方法[J].石油天然氣學(xué)報,2007,29(6): 69-73.Feng Quanxiong,Huang Zhaolin,Xue Hui,Xu Bo,Wan Huan.Basin centered gas seismic characters and predicting methods[J].Journal of Oil and Gas Technology,2007,29(6): 69-73.

[13] 尹川,顧漢明.AVO流體指示因子的敏感性分析[J].工程地球物理學(xué)報,2005,5(1): 85-88.Yin Chuan， Gu Hanming.The sensitivity analysis of AVO fluid factors[J].Chinese Journal of Engineering Geophysics,2005,5(1): 85-88.

[14] 李少達,魯紅英,李顯貴.AVO技術(shù)在新場氣田須家河組儲層研究中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),2008,28(3): 54-55.Li Shaoda,Lu Hongying,Li Xiangui.Application of AVO technique to study on Xujiahe Formation in Xinchang gas field[J].Natural Gas Industry,2008,28(3): 54-55.

[15] 巫芙蓉,李亞林,王聃,陳浩凡,姚明偉.AVO屬性在致密砂巖儲層流體檢測中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),2011,31(5): 55-57.Wu Furong,Li Yalin,Wang Dan,Chen Haofan,Yao Mingwei.Application of AVO attribute to the detection of tight sandstone reservoirs[J].Natural Gas Industry,2011,31(5): 55-57.

[16] 孫鵬遠,孫建國,盧秀麗.PP波AVO多屬性交繪圖分析[J].天然氣工業(yè),2004,24(2): 44-46.Sun Pengyuan,Sun Jianguo,Lu Xiuli.Multiple attribute crossplot analysis of PP wave AVO[J].Natural Gas Industry,2004,24(2): 44-46.

（修改回稿日期2016-03-21編輯居維清 ）

A new gas-bearing detection method for medium and deep channel sand reservoirs under high temperatures and high pressures in the Yinggehai Basin

Liu Mingquan1,2,Xiao Wei3,Feng Quanxiong2,Zhu Meijuan3
(1.China University of Geosciences， Wuhan， Hubei 430074， China； 2.CNOOC International Co.， Ltd.， Beijing 100011， China； 3.Geophysical Prospecting Technology Research Institute of CNOOC Energy Development Engineering & Technology Branch Company， Tianjin 300456， China)

NATUR.GAS IND.VOLUME 36,ISSUE 6,pp.30-35,6/25/2016.(ISSN 1000-0976; In Chinese)

Abstract:The AVO seismic response characteristics of the medium and deep channel sand reservoirs in the Yinggehai Basin are very complicated because of the specific geological setting with high temperature,high pressure,and strong heterogeneity,etc.Thus it becomes difficult to predict the gas-bearing property of these reservoirs in this study area by means of those common seismic AVO attributes like P intercept,G gradient,P+G and P×G products.In view of this,the forward AVO modeling by use of both Shuey’s equation and the Monte Carlo random approach was applied to discuss the AVO types and the gas-bearing prediction methods.The simulated results demonstrated three AVO response effects in this area,i.e.No.I,III and IV,then the scalar Poisson's ratio reflectance was proposed as an identification factor for the gas-bearing property and the calibration coefficient was figured out.Thus,a new gas-bearing prediction method was obtained.Field application shows that this method is of value to be further promoted by the following satisfactory findings.First,the prediction results agree well with the actual drilling ones.Second,the new prediction method shows obvious advantages over the common analysis of seismic AVO attributes.Third,the key to the effective application of this method lies in the research of AVO seismic response characteristics of the reservoir,sensitive parameter screening,and calibration coefficient calculation.

Keywords:Yinggehai Basin; Channel sand; High temperature and high pressure; Reservoir; Gas-bearing inspection method; Scalar Poisson's ratio reflectance; Random forward modeling; AVO inversion

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2016.06.004

基金項目：國家科技重大專項子課題“海洋深水區(qū)油氣勘探關(guān)鍵技術(shù)”(編號：2008ZX05025)。

作者簡介：劉明全， 1973年生，高級工程師，博士研究生；主要從事油氣勘探技術(shù)研究及管理工作。地址：（100027）北京市東城區(qū)東直門外小街6號海油大廈。ORCID：0000-0001-9427-1773。E-mail:liumingq@cnooc.com.cn