郭 雯,王彥春,2，強(qiáng) 敏

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球物理與信息技術(shù)學(xué)院，北京 100083; 2.教育部地球探測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083; 3.中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理公司研究院 長(zhǎng)慶分院，陜西 西安 710021)

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多分量地震資料在致密含氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

郭 雯1,王彥春1,2，強(qiáng) 敏3

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球物理與信息技術(shù)學(xué)院，北京 100083; 2.教育部地球探測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083; 3.中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理公司研究院 長(zhǎng)慶分院，陜西 西安 710021)

根據(jù)蘇里格地區(qū)致密砂巖儲(chǔ)層的橫波測(cè)井資料開展巖石物理分析與AVO正演；進(jìn)行縱波、轉(zhuǎn)換波資料聯(lián)合標(biāo)定,改進(jìn)了在模型正演控制下的縱波、轉(zhuǎn)換波匹配方法；利用多分量資料屬性分析技術(shù)定性預(yù)測(cè)了主要目標(biāo)層段儲(chǔ)層物性與含氣性的變化；開展了基于各向異性理論的多分量疊前聯(lián)合反演，半定量地預(yù)測(cè)有效砂體分布。對(duì)蘇里格地區(qū)實(shí)際資料的研究，降低了縱波地震技術(shù)的多解性。

致密含氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)；多分量地震資料；全波屬性；多波聯(lián)合反演

郭 雯,王彥春,強(qiáng) 敏.多分量地震資料在致密含氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，31(4):1-7.

GUO Wen,WANG Yanchun,QIANG Min.Application of multi-component seismic exploration data in prediction of tight gas reservoirs[J].Journal of Xi'an Shiyou University(Natural Science Edition),2016，31(4):1-7.

引　言

中國(guó)鄂爾多斯盆地蘇里格氣田是典型的低滲致密砂巖氣田。近年來(lái)，在應(yīng)用縱波地震資料取得豐碩成果的同時(shí)，局部地區(qū)出現(xiàn)了許多技術(shù)難題，主要是儲(chǔ)層的非均質(zhì)性強(qiáng)、橫向變化大，因此，在大面積分布的低豐度、低孔、低滲儲(chǔ)層中，如何尋找相對(duì)高孔、高滲、高豐度的油氣藏是今后提高勘探開發(fā)效益的關(guān)鍵。

蘇里格氣田含氣砂巖厚度小、波阻抗差異小，所以，面臨的主要問(wèn)題是如何利用地震資料預(yù)測(cè)薄氣層的分布并進(jìn)行流體檢測(cè)，提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)符合率[1-6]。

近幾年，多分量資料在四川盆地、塔里木盆地、青海三湖盆地、鄂爾多斯盆地等多個(gè)盆地的巖性預(yù)測(cè)、含氣富集區(qū)預(yù)測(cè)、裂縫預(yù)測(cè)方面取得了明顯的效果[7-8]。但與國(guó)外多分量地震技術(shù)相比，國(guó)內(nèi)在巖石物理研究、三維多分量資料聯(lián)合解釋與反演、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)等方面還存在差距。

本文主要以蘇里格氣田三維多分量地震資料為基礎(chǔ)，針對(duì)致密砂巖含氣儲(chǔ)層進(jìn)行面向三維多分量資料儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的技術(shù)研究，形成了適用于研究區(qū)的技術(shù)系列。通過(guò)蘇里格地區(qū)實(shí)際資料的研究，三維多分量地震資料在致密砂巖氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中發(fā)揮了重要作用，形成的技術(shù)解決了蘇里格地區(qū)含氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的問(wèn)題，以降低縱波地震技術(shù)的多解性。

1　儲(chǔ)層地球物理特征

蘇里格地區(qū)二疊系下石盒子組盒8段是目前開發(fā)的主力層系，以辮狀河沉積為主，單砂層規(guī)模小，多套砂層相互疊置，橫向變化快。單層含氣砂巖厚度一般為3～6 m，平均孔隙度為6%～8%，平均滲透率為(0.25～0.50)×10-3μm2。

詳細(xì)分析研究區(qū)30余口井目的層段鉆井、測(cè)井資料，分析結(jié)果表明，致密砂巖自然伽瑪在55～100 API之間，砂質(zhì)泥巖與泥巖自然伽瑪則大于100 API，而含氣砂巖一般小于65 API，具有明顯的分異性。含氣砂巖的縱波阻抗為9 377～11 853 g/cm3·m/s，與泥巖重疊范圍較大，但低于致密砂巖，所以，難以直接利用縱波阻抗區(qū)分巖性，更難區(qū)分流體。綜上分析，含氣砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的主要難點(diǎn)是含氣砂層厚度小，橫向變化大，波阻抗預(yù)測(cè)存在嚴(yán)重的多解性。

2　三維多分量資料儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

針對(duì)蘇里格氣田地質(zhì)特點(diǎn)，圍繞有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)這一核心，利用測(cè)井資料開展精細(xì)巖石物理分析，優(yōu)選研究區(qū)有效儲(chǔ)層段敏感因子；開展三維P-P波、P-SV波資料聯(lián)合標(biāo)定，進(jìn)行P-P波、P-SV波匹配；提取多分量資料多種地震屬性，定性預(yù)測(cè)目的層段儲(chǔ)層物性與含氣性的變化；開展多分量疊前聯(lián)合反演技術(shù)研究，獲得目標(biāo)層段敏感彈性參數(shù)，從而半定量預(yù)測(cè)含氣砂巖分布。

2.1巖石物理分析與AVO正演

為了優(yōu)選目標(biāo)層段巖性和流體敏感因子，從橫波測(cè)井資料出發(fā)，利用多個(gè)測(cè)井彈性參數(shù)作交會(huì)圖進(jìn)行分析，得到對(duì)含氣性較敏感、能較好預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的彈性參數(shù)。

圖1為蘇里格氣田一口井的測(cè)井曲線及AVO正演合成記錄，目的層處表現(xiàn)為典型的3類AVO特征。

圖1　蘇里格地區(qū)某井含氣儲(chǔ)層段特征曲線及AVO正演Fig.1　Characteristic curve and AVO forward of gas-bearing reservoir of a well in Sulige area

2.2三維三分量(3D3C)資料聯(lián)合標(biāo)定與匹配

多分量地震資料解釋的首要任務(wù)是識(shí)別地下同一界面的縱波和轉(zhuǎn)換波反射，根據(jù)2類波各自所具有的特征及其相互關(guān)系來(lái)進(jìn)行構(gòu)造、巖性、流體和裂縫等解釋。

P-SV波的層位標(biāo)定是應(yīng)用轉(zhuǎn)換波疊前合成地震記錄的近道疊加與轉(zhuǎn)換波疊加剖面進(jìn)行層位標(biāo)定[9]。P-SV轉(zhuǎn)換波人工合成地震記錄的制作方法與P-P波合成記錄制作方法類似，在合成記錄制作前，首先對(duì)全波列測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)作精細(xì)的環(huán)境校正，以消除泥漿侵蝕和井徑垮塌等因素的影響,子波可以選擇像雷克子波、巴特沃斯子波等標(biāo)準(zhǔn)的理論子波,P-SV波子波的頻率和相位在對(duì)P-SV波地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行頻譜分析后再確定，再根據(jù)全波列測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)求出轉(zhuǎn)換波反射系數(shù)序列，最后與選取的子波褶積即可得到P-SV轉(zhuǎn)換波人工合成地震記錄，在此基礎(chǔ)上結(jié)合P-P波標(biāo)定情況對(duì)P-SV轉(zhuǎn)換波剖面進(jìn)行主要目標(biāo)層位的標(biāo)定。圖2為蘇里格氣田一口有全波列測(cè)井資料井的合成記錄標(biāo)定圖，圖中藍(lán)色地震道為P-P、P-SV合成記錄，紅色為地震剖面合成道，黑色為井旁地震道，可以看到縱波和轉(zhuǎn)換波合成記錄均與井旁道基本對(duì)應(yīng)，證明P-SV轉(zhuǎn)換波的處理剖面波組特征是正確的，這是多分量資料研究的基礎(chǔ)。

圖2　蘇里格地區(qū) P-P、P-SV波聯(lián)合標(biāo)定Fig.2　Joint calibration of P-P wave and P-SV wave in Sulige area

P-P波、P-SV波聯(lián)合解釋與疊前聯(lián)合反演最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵的一項(xiàng)內(nèi)容為P-P波、P-SV波數(shù)據(jù)的匹配，即將轉(zhuǎn)換波時(shí)間域的P-SV波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成縱波時(shí)間域的P-SV波數(shù)據(jù)。P-P波、P-SV波數(shù)據(jù)的匹配方法主要有基于層位的方法、計(jì)算Gamma曲線法等，但每種方法均達(dá)不到理想的匹配效果，直接影響多分量地震資料的解釋和反演。本文P-P波、P-SV波匹配方法為：首先利用全波列測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行模型正演，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行P-P波、P-SV波子波的匹配處理，然后通過(guò)單獨(dú)P-P波疊前反演得到一個(gè)相對(duì)較精確的速度場(chǎng)，以此速度場(chǎng)為模型，將P-SV波地震數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)換到P-P縱波時(shí)間域，再拾取研究區(qū)波組特征比較清楚且全區(qū)能夠連續(xù)追綜對(duì)比的強(qiáng)反射煤層頂界面Tc2，以及全區(qū)可連續(xù)追蹤的大套砂巖底界附近的中—強(qiáng)反射界面Tpq。這2個(gè)反射層作為P-P波、P-SV波對(duì)比的首選標(biāo)識(shí)層，以Tc2、Tpq標(biāo)志層為標(biāo)準(zhǔn)，在P-P縱波時(shí)間域作進(jìn)一步精細(xì)對(duì)比。P-P波、P-SV波資料數(shù)據(jù)體匹配的精度直接決定了多分量資料聯(lián)合解釋與聯(lián)合反演的效果。圖3是蘇里格地區(qū)S077053測(cè)線P-P、P-SV波匹配后的結(jié)果，匹配后的PS波數(shù)據(jù)體已經(jīng)被壓縮到PP時(shí)間域，可以看出，幾套大的反射層的反射特征基本相似，縱橫波匹配較好。

圖3　蘇里格地區(qū)P-P、P-SV匹配后剖面Fig.3　Matched P-P and P-SV profiles in Sulige area

2.33D3C資料多分量屬性分析

地震屬性與地下巖石物性之間有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，不同地區(qū)、不同巖性及不同油藏配置都會(huì)影響到地震屬性之間的關(guān)系[10-12]。

沿時(shí)間解釋層位提取屬性切片，重點(diǎn)對(duì)研究區(qū)盒8段進(jìn)行屬性分析，獲得縱波最大波峰振幅、有效帶寬、弧長(zhǎng)、均方根振幅等平面圖。已知井的對(duì)比分析表明，縱波各種屬性規(guī)律性不強(qiáng)，不能很好地反映砂厚或含氣等特征。

多分量地震資料不僅包含了單一縱波地震屬性、轉(zhuǎn)換波地震屬性，還可以通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算獲得如屬性差異率、屬性差、屬性比等地震屬性，這些屬性的綜合應(yīng)用能夠降低單一縱波地震屬性應(yīng)用的多解性。

轉(zhuǎn)換波基本反映巖石骨架信息，受所含流體影響很小，因此，對(duì)儲(chǔ)層巖性的預(yù)測(cè)可以利用對(duì)轉(zhuǎn)換波屬性的分析來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)大量的正演研究，轉(zhuǎn)換波振幅的變化主要與目的層段砂層厚度有關(guān)，砂巖越厚，其與下伏泥巖地層之間的反射越強(qiáng)。通過(guò)已知井對(duì)比分析，轉(zhuǎn)換波振幅屬性可以定性預(yù)測(cè)沉積體系和河流的展布方向。通過(guò)大量已知井標(biāo)定分析，縱波振幅與轉(zhuǎn)換波振幅之比可以定性預(yù)測(cè)儲(chǔ)層含氣性，低縱波振幅與轉(zhuǎn)換波振幅比對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層含氣性較好，高縱波振幅與轉(zhuǎn)換波振幅比對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層含氣性較差。

2.4P-P、P-SV波疊前聯(lián)合反演

在各向同性介質(zhì)中，當(dāng)縱波非垂直入射到各向同性彈性分界面上，其能量與反射系數(shù)及地層參數(shù)之間的關(guān)系可以采用Zoeppritz方程精確描述[13]。

P-P、P-SV波疊前聯(lián)合反演是運(yùn)用約束稀疏脈沖算法求解完全Knott-Zoeppritz方程，實(shí)質(zhì)就是對(duì)每個(gè)地震道進(jìn)行最優(yōu)化求解。其目標(biāo)函數(shù)為：

F=Freflectivity+Fcontrast+Fseismic+Ftrend+Fspatial+Fgardner+FMudrock。

其中：Freflectivity是反射系數(shù)目標(biāo)函數(shù)，F(xiàn)contrast是彈性阻抗目標(biāo)函數(shù)；Fseismic是地震數(shù)據(jù)目標(biāo)函數(shù)；Ftrend是低頻變化趨勢(shì)目標(biāo)函數(shù)；Fspatial是空間變化趨勢(shì)目標(biāo)函數(shù)；Fgardner是Gardner目標(biāo)函數(shù)；FMudrock是縱橫波速度關(guān)系式目標(biāo)函數(shù)。

其實(shí)現(xiàn)方法是:分別利用P-P波、P-SV波數(shù)據(jù)的不同角度范圍部分疊加數(shù)據(jù)和AVA子波在地震層位數(shù)據(jù)、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)及地質(zhì)框架模型的約束下完成聯(lián)合反演，得到縱波阻抗數(shù)據(jù)體、橫波阻抗數(shù)據(jù)體、縱橫波速度比數(shù)據(jù)體以及密度數(shù)據(jù)體，進(jìn)而根據(jù)縱、橫波速度、密度與巖石彈性參數(shù)之間的理論關(guān)系得到泊松比、剪切模量、拉梅系數(shù)以及體積模量等多種彈性參數(shù)數(shù)據(jù)體[14-16]。

根據(jù)上述P-P、P-SV波疊前聯(lián)合反演的方法對(duì)研究區(qū)3D3C資料進(jìn)行反演，得到縱波阻抗、橫波阻抗、縱橫波速度比等彈性數(shù)據(jù)體。圖4為P-P、P-SV波疊前反演與P-P波疊前反演效果對(duì)比，從上到下依次為縱波阻抗(IP)、橫波阻抗(IS)、縱橫波速度比(Vp/Vs)。圖4(a)為單一P-P波數(shù)據(jù)疊前反演結(jié)果，圖4(b)為同時(shí)利用了P-P波、P-SV波疊前反演結(jié)果，從圖4(a)與圖4(b)的對(duì)比看，縱波阻抗的剖面結(jié)果非常接近，而從橫波阻抗剖面的對(duì)比看，P-P波、P-SV波聯(lián)合疊前反演的精度明顯高于單一P-P波數(shù)據(jù)反演得到橫波阻抗的精度(圖中紅色框部分)，對(duì)多套砂體骨架的刻畫更清楚，從速度比的對(duì)比看，聯(lián)合反演比單一縱波反演的精度更高(圖中紅色框部分)。多分量疊前聯(lián)合反演同時(shí)利用了P-P波、P-SV波信息，得到的縱橫波阻抗、縱橫波速度比精度更高，反演結(jié)果也更穩(wěn)定。

圖4　疊前反演結(jié)果Fig.4　Pre-stack inversion results

3　應(yīng)用效果

按照上述多分量資料解釋方法，從橫波測(cè)井資料出發(fā)，利用研究區(qū)多口井的橫波測(cè)井資料的縱、橫波速度、密度計(jì)算縱波阻抗、縱橫波速度比、泊松比、拉梅常數(shù)與密度的乘積、剪切模量與密度的乘積得到5個(gè)彈性參數(shù)曲線的交會(huì)結(jié)果(圖5)。

圖5　橫波測(cè)井彈性參數(shù)交會(huì)圖Fig.5　Cross plots of elastis parameters in shear wave logging

交會(huì)分析結(jié)果表明：本區(qū)含氣砂巖的縱波阻抗與泥巖的縱波阻抗重疊范圍較大，但低于干砂巖。即直接利用縱波阻抗區(qū)分巖性是很困難的，而縱橫波速度比和泊松比對(duì)含氣性比較敏感，能夠較好地預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的含氣性。

在P-P波、P-SV波聯(lián)合標(biāo)定與數(shù)據(jù)匹配的基礎(chǔ)上進(jìn)行多分量屬性分析。圖6為研究區(qū)目的層段的P-P波、P-SV波屬性平面圖，其中圖6(a)為提取的盒8段P-P波數(shù)據(jù)有效帶寬屬性,圖6(b)為盒8段P-P波數(shù)據(jù)振幅屬性，圖6(c)為盒8段P-SV波數(shù)據(jù)振幅屬性，圖6(d)為盒8段P-P波數(shù)據(jù)、P-SV波數(shù)據(jù)振幅屬性之比。通過(guò)已知井標(biāo)定，在縱波與轉(zhuǎn)換波振幅之比屬性圖中，縱波與轉(zhuǎn)換波振幅比值小，對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層含氣性較好，縱波振幅與轉(zhuǎn)換波振幅比值大對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層含氣性較差，而單一縱波屬性與已知完鉆井對(duì)比并無(wú)明顯的規(guī)律性。研究區(qū)內(nèi)共有已知井85口,通過(guò)對(duì)比分析驗(yàn)證，其中64口井的縱波與轉(zhuǎn)換波振幅比屬性吻合較好，符合率達(dá)75.2%。

最后對(duì)研究區(qū)塊3D3C資料進(jìn)行疊前多分量聯(lián)合反演。圖7為反演結(jié)果，圖中蘇A-AA、蘇B-BB這2口井井點(diǎn)處所指目的層段橫波阻抗(IS)值較高，且橫向連續(xù)性較好，表明目的層段砂體發(fā)育。蘇B-BB井縱橫波速度比(Vp/Vs)表現(xiàn)為低值區(qū)，表明儲(chǔ)層含氣性好，實(shí)鉆蘇B-BB井為Ⅰ類工業(yè)氣流井，蘇A-AA井縱橫波速度比(Vp/Vs)表現(xiàn)為較高值，表明儲(chǔ)層含氣性較差，實(shí)鉆蘇A-AA為Ⅱ類低產(chǎn)井，反演結(jié)果與實(shí)際鉆井情況吻合較好。研究區(qū)共有井位85口，通過(guò)聯(lián)合反演結(jié)果分析，69口井符合，符合率達(dá)81.1%，較以往70%的縱波儲(chǔ)層預(yù)測(cè)符合率提高了10%。

圖6　多波屬性分析Fig.6　Attribute analysis of different waves

圖7　蘇里格地區(qū)縱波、轉(zhuǎn)換波疊前聯(lián)合反演剖面Fig.7　Prestack joint inversion profiles of longitudinal wave and converted wave in Sulige area

4　結(jié)　論

本文研究的縱橫波匹配方法，較好地解決了研究區(qū)縱波、轉(zhuǎn)換波資料聯(lián)合應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題；多分量地震資料屬性的綜合應(yīng)用可提高地震屬性應(yīng)用的成功率，降低單一縱波屬性預(yù)測(cè)的多解性；P-P、P-SV波資料疊前聯(lián)合反演較單一的P-P波疊前反演精度更高、更穩(wěn)定。通過(guò)實(shí)際多分量地震資料的研究，三維多分量?jī)?chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)是解決蘇里格地區(qū)有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)問(wèn)題的有效途徑，能夠明顯提高井位預(yù)測(cè)符合率。

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責(zé)任編輯：王輝

Application of Multi-component Seismic Exploration Data in Prediction of Tight Gas-bearing Reservoirs

GUO Wen1,WANG Yanchun1,2,QIANG Min3

(1.School of Geophysics and Information Technology,China University of Geosciences(Beijing),Beijing 100083,China;2.Key Laboratory of Earth Detection,Ministry of Education,Beijing 100083,China;3.Changqing Branch,Research Institute of BGP,Xi'an 710021,Shaanxi,China)

Rock physical analysis and AVO forward modeling of the transverse wave logging data of the tight sandstone reservoir in Sulige area were carried out;the combined calibration method of longitudinal wave and converted wave data was studied,and a matching method of longitudinal wave with converted wave under the control of model forward is presented;the variation of the physical properties and the gas-bearing properties of the main target strata in the study area was qualitatively predicted using the attribute analysis technique of multi-component data;the multi-component pre-stack inversion based on anisotropic theory is developed,and the effective sand-body distribution is semi-quantitatively predicted.The study of the actual data of Sulige area reduces the multi-solution performance of P-wave seismic technology.

tight gas reservoir prediction;multi-component seismic data;full wave attribute;multi-wave joint inversion

A

2016-01-16

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“鄂爾多斯盆地大型低滲透巖性地層油氣藏開發(fā)示范工程”(編號(hào)：2011ZX05044001)；國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(編號(hào)：2013AA064201)

郭雯(1992-)，女，碩士研究生，主要從事地震解釋反演研究。E-mail:guowenlx@163.com

10.3969/j.issn.1673-064X.2016.04.001

TE122.2

1673-064X(2016)04-0001-07