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物探与化探, 2018, 42(4): 662-667 doi: 10.11720/wtyht.2018.1382

地质调查·资源勘查

基于流体替代的敏感弹性参数优选及流体识别在渤海B油田的应用

李英, 秦德海

中海石油(中国)有限公司 天津分公司,天津 300459

The optimization of sensitive elastic parameters based on fluid substitution and the application of fluid identification to Bohai B Oilfield

LI Ying, QIN De-Hai

Bohai Oilfield Research Institute,Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tianjin 300459,China

责任编辑: 叶佩

收稿日期: 2017-12-19   修回日期: 2018-05-21   网络出版日期: 2018-08-05

基金资助: “十二五”国家科技重大专项“渤海海域中深层油气田地震勘探技术”项目.  2011ZX05023-005-001

Received: 2017-12-19   Revised: 2018-05-21   Online: 2018-08-05

Fund supported: .  2011ZX05023-005-001

作者简介 About authors

李英(1977-),女,物探工程师,2003年毕业于西南石油大学地球探测与信息技术专业,获硕士学位,现从事地震反演、物探方法工作。Email:liying2@cnooc.com.cn 。

摘要

叠前同时反演是目前储层流体识别的主要技术之一,但由于地下地质情况复杂及地球物理响应特征的多解性,仍然存在一定的不确定性。笔者从流体替代入手,分析地震振幅响应特征变化,利用流体评价因子定量筛选适合本区的流体敏感参数,最后通过叠前同时反演得到流体指示剖面。研究表明,在本区高孔隙度水层是影响油层识别的关键干扰因素,而λ/μ是适合本区的流体敏感参数,且实际应用表明该方法有效压制了强振幅水层,提高了流体识别精度。

关键词： 叠前同时反演 ; 流体识别 ; 流体替代 ; 流体评价因子

Abstract

Pre-stack simultaneous inversion is one of the main techniques for reservoir fluid identification,but there are still some uncertainties due to the complexity of underground geology and the multiple ambiguities of geophysical response characteristics.In this paper,on the basis of the fluid substitution,firstly the seismic amplitude response characteristics are analyzed,secondly the sensitive parameter suitable for this area is quantitatively screened through fluid evaluation factors,and finally the fluid indicator profile is obtained by pre-stack simultaneous inversion.The study shows that the high porosity water layer is the key interference factor for fluid identification in this area,and λ/μ parameter is the most suitable fluid identification factor.The practical application shows that the strong amplitude is suppressed effectively at the water layer by the method and the accuracy of fluid identification is improved obviously.

Keywords： pre-stack simultaneous inversion ; fluid identification ; fluid substitution ; fluid evaluation factor

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本文引用格式

李英, 秦德海. 基于流体替代的敏感弹性参数优选及流体识别在渤海B油田的应用. 物探与化探[J], 2018, 42(4): 662-667 doi:10.11720/wtyht.2018.1382

LI Ying, QIN De-Hai. The optimization of sensitive elastic parameters based on fluid substitution and the application of fluid identification to Bohai B Oilfield. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2018, 42(4): 662-667 doi:10.11720/wtyht.2018.1382

0 引言

利用地震资料直接进行流体识别是地球物理与油气勘探领域的研究热点之一。可靠的油气检测结果可以降低投入成本,提高勘探成功率。这对钻井成本高、技术要求高和勘探风险高的海洋石油勘探尤为重要。

地震反演技术始于20世纪80年代,Cooke[1]提出广义线性地震反演方法。1999年,Connolly[2]提出弹性波阻抗,2003年Hampson和Russell[3]在前人研究基础上提出了利用叠前同时反演技术预测储层。经过十几年,通过叠前反演获取流体敏感弹性参数的做法极大推动了流体识别技术的发展[4,5,6,7]。

然而目前利用叠前反演技术预测储层流体性质的方法仍然存在一定的不确定性,究其原因是地下地质情况复杂及地球物理响应特征的多解性。特别是对于油水的区分存在局限性导致很多失败的案例。原因主要归结为两个方面:①调谐厚度的波形干涉也会导致地震剖面出现强振幅,形成与周围同相轴能量相差较大的假“亮点”[8];②储层物性变化往往也会产生振幅异常[9]。因此,对特定储层进行流体识别,如何选择适合靶区的流体敏感参数进行流体识别非常关键[10,11,12,13,14,15,16]。

笔者在前人研究的基础上,基于地震反射振幅的影响因素分析,提出一种基于流体替代后敏感弹性参数定量化筛选的方法,优选了能够区分靶区含油储层和高孔隙度水层的最佳敏感弹性参数,起到“突出流体”、“压制孔隙影响”的目的。

1 方法原理

地震响应特征包含地震振幅、相位、频率以及吸收衰减等诸多属性信息,而这些属性信息与岩性、物性、孔隙内流体成分等地质信息有着密切的关系。

为了更直观地揭示地震振幅变化的内在机理,笔者基于描述孔隙岩石弹性性质的Gassmann方程,在围岩性质不变的前提下,分别模拟储层在孔隙度、含油饱和度和厚度变化情况下的多种状态,计算得到纵横波速度比、纵横波阻抗、密度、泊松比、拉梅系数等弹性参数,通过流体评价因子,筛选出适合本区的流体敏感参数。最后利用地震叠前资料通过稀疏脉冲反演求解Zoeppritz方程式进行叠前弹性反演[17],得到纵波阻抗数据体ΑΙ、横波阻抗数据体SΙ和密度数据体ρ,再计算得到敏感弹性参数数据体。

1.1 流体替代

Gassmann方程描述了岩石弹性模量随孔隙和流体的不同产生的变化结果,是研究复杂储层含油气后的地震响应特征变化的一门技术[18]。

本次研究是对单套储层进行单相、两相流体的多次分类(流体变化、饱和度变化、孔隙度变化)定量试验,目的在于对储层的含油气性进行定量化预测[19]。

根据渤海B油田的地质特征建立楔状模型。上下围岩具有相同的参数且保持不变(泥岩纵波速度2 700 m/s,横波速度1 156 m/s,密度2.29 g/cm3),砂岩储层是厚度为0~80 m的楔状模型,表1为Gassmann方程流体替代后得到的不同状态时的纵横波速度和密度。

表1   楔状模型岩石物理参数

岩性储层参数纵波
vp/(km/s)		横波
vs/(km/s)		密度
ρ/(g/cm3)
泥岩—2.7001.1562.297
砂岩φ=0.30
sw=0.6		2.5671.2072.160
φ=0.30
sw=0.2		2.5101.2132.138
φ=0.30
sw=1.0		2.6371.2012.179
φ=0.30
sg=1.0		2.4021.2811.916
φ=0.36
sw=1.0		2.5731.1422.080
φ=0.34
sw=1.0		2.6061.1602.115
φ=0.32
sw=1.0		2.6421.1792.148

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其中,砂岩和泥岩的密度和速度差异较大,油水层差异较小。利用45 Hz的雷克子波合成该模型的地震记录,提取储层顶界面的振幅属性,图1为不同流体性质、不同孔隙度条件下的振幅随厚度变化曲线。首先保持储层厚度不变,固定孔隙度为30%,分析流体性质变化导致的振幅变化量(图1a);再保持储层厚度不变,对孔隙度为30%的水层进行孔隙度替换(30%~36%),分析孔隙度变化导致的振幅变化量(图1b)。

图1

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图1   储层振幅随厚度变化曲线

a—相同孔隙度、不同流体的储层振幅;b—不同流体、不同孔隙度的储层振幅


图1a表明,在同一孔隙度状态下,流体性质改变会引起振幅变化,含气后,振幅改变明显。同时,受调谐作用影响,不同流体的振幅均在调谐厚度处达到峰值,但含水层的峰值振幅要远小于含油气层的峰值振幅。

图1b表明,当储层孔隙度发生变化时,同样会引起振幅变化,孔隙度变化到36%时,水层的振幅和孔隙度为30%的油层振幅相当。即一定厚度的高孔隙度含水砂岩也会形成强振幅“亮点”特征,和油层表现特征相似。

1.2 流体敏感弹性参数优选

由于地下介质因素不同,弹性参数在不同地区表现出不同的流体敏感性。根据研究区实际资料对弹性参数进行评价,是获得好的流体识别效果的基本保证[20]。在实际应用中,通常是通过大量测井曲线的岩石物理交会分析获得适合的流体识别因子。这种方法虽然直观,但明显受限于样本点,样本的不完备会带来流体识别的多解性和不确定性,而且工作量大。国内外也有学者提出通过计算流体因子敏感系数[21,22]来分析油、水状态下的属性差异,从而帮助选择最优的敏感弹性参数,但很少考虑孔隙度变化对流体识别效果的影响。然而基于前述的地震反射影响因素分析可以看出,储层孔隙度是本靶区不可忽略的因素,特别高孔隙度的含水砂岩是影响流体识别精度的关键因素。

因此,用于本靶区的流体敏感因子必须要满足两个条件:①必须要对流体饱和度变化敏感,以此可以区分相同孔隙度下的油、水层;②在条件①的基础上,还必须要对储层孔隙变化不敏感,能够“容忍”含水砂岩的孔隙度在较大范围内波动。满足这两个条件的弹性参数才是适合本靶区的最佳流体敏感参数。针对实际情况,提出一种新的流体评价因子S。定量计算弹性参数对流体(或孔隙)的敏感度,依据条件①和条件②共同优选流体敏感弹性参数。

评价因子S的计算式为:

S=|PW-PO||PW+PO|,

式中:S为弹性参数的敏感度评价因子,PW表示原始状态下弹性参数值、PO表示流体替代(孔隙度不变)或孔隙度替代(流体状态不变)后的弹性参数值。S值越大,说明差异越大,也就是说弹性参数区分流体(孔隙度)的能力越强,对流体或孔隙度变化越敏感。

保持孔隙度不变进行流体替代,计算了纵波速度vp、横波速度vs、密度ρ、纵波阻抗ΑΙ、横波阻抗SΙ、切变系数μ、体积模量Κ、泊松比σ、拉梅系数λ、杨氏模量Ε、纵横波速度比vp/vs 等15个常用弹性参数的相对变化量,得到图2a;保持流体不变,进行孔隙度替代,得到图2b。

图2

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图2   地震弹性参数的敏感性定量评价

a—地震弹性参数对流体的敏感度;b—地震弹性参数对孔隙的敏感度


可以看出,当储层的流体状态发生变化时,不同弹性参数的敏感度有明显差异,其中λρ和λ/μ对流体变化(水—油)最为敏感。

同时λρ对孔隙度很敏感,而λ/μ值受储层孔隙变化的影响非常小。将不同孔隙度的流体替代结果进行交会分析,如图3所示,横坐标是λρ属性,纵坐标是λ/μ属性。高孔隙含水砂岩与低孔隙含油砂岩的λρ比较相近,而λ/μ不受储层孔隙变化的影响,始终对流体有较好的区分性,所以,在本靶区λ/μ是去除物性影响后的最佳流体因子。

图3

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图3   λ/μ-λρ弹性参数交会


2 应用实例

渤海B油田位于渤海南部海域,主要含油层段明下段发育河流—极浅水三角洲相沉积,砂体表现为纵向叠置、横向连片,分布范围广泛,含油气性和物性差异大的特点,全区16口探井钻遇8套强振幅水层,这8套水层的孔隙度都超过35%,远高于平均孔隙度为30%的油层,使得油、水均有“亮点”特征,成为流体识别的难点。因此开展流体预测研究,确定油气层分布位置,指导开发井钻探具有重要意义。

图4为过B-1、B-2井的地震纯波剖面。两口井在目的层段都钻遇sand1和sand2两套砂体,在地震纯波资料剖面上,井上钻遇的4套砂体都表现为强振幅特征。

图4

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图4   过B-2、B-1井的地震纯波剖面


而实钻显示在B-1井钻遇10.2 m厚的水层,在B-2井钻遇的却为12.5 m厚的油层(图4)。进一步分析两套砂体的储层特征,发现B-1井sand1砂体孔隙度达到36.3%,远高于B-2井sand1砂体的 31.7%。结合上述分析认为,正是由于B-1井sand1砂体物性较好,主导了地震响应,才导致含水层出现类似油层的响应特征。

在反演的λρ剖面上(图5),油层和高孔隙水层同样表现为高值特征,说明λρ属性无法压制高孔隙水层对流体识别的干扰。

图5

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图5   过B-2、B-1井的λρ属性反演剖面


而在图6反演的λ/μ剖面上,sand1砂体低部位(B-1井点周围)能量明显降低,含烃响应减弱。同时在高部位有较好的含油气异常响应,与实钻结果吻合较好。这说明,λ/μ在高孔隙发育区具有较好的流体识别能力。

图6

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图6   过B-2、B-1井的λ/μ属性反演剖面


沿sand1砂体顶面提取的λ/μ最小属性如图7所示,与实钻井对比表明λ/μ属性在平面上刻画的砂体含油气分布区域与油藏分布更加吻合,在sand1砂体北西方向含油气概率高,这对油田开发调整井的部署具有重要的意义。

图7

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图7   sand1砂体的λ/μ最小属性


3 认识与结论

1) 流体替代、孔隙度替代等正演模拟显示在孔隙度波动范围较大的区域,流体变化导致的地震异常响应往往会被孔隙度影响所掩盖,此时“亮点”的响应往往表征的只是优质储层而非含油气层。

2) 本次研究提出流体评价因子S,通过定量计算地震弹性参数对油气以及孔隙度的敏感系数,优选出适合本靶区的流体敏感参数λ/μ,并实施叠前弹性参数反演。

3) 基于λ/μ流体因子的叠前反演,有效压制了高孔隙水层在地震剖面的强振幅亮点特征,对明下段sand1和sand2砂体有明显的油气指示作用,对油田的下一步开发具有重要意义。

4) 流体识别不能只关注弹性参数对流体变化的敏感度,而忽略孔隙度等其他因素对流体因子的干扰,通过岩石物理分析—正演模拟—弹性参数反演这样的一种研究思路可以更好地排除这种干扰,对其他类似区块开展烃类检测工作具有借鉴和指导意义。

致谢:

感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持!

The authors have declared that no competing interests exist.
作者已声明无竞争性利益关系。

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叠前反演的目的是基于弹性波理论从地震数据中获得地层参数的可靠估计,进而用于描述地层的流体和岩性特征.然而叠前反演问题都是高维的和非适定的,并且容易受各种噪声和采集过程中不确定因素的影响,因此,为了获得稳定可靠的解必需对反演过程加以合理的约束.本文提出了一种基于非线性二次规划的叠前三参数反演方法.首先基于贝叶斯参数估计理论,假设似然函数服从高斯分布,并使待反演的参数服从于改进的Cauchy分布,从而提高了反演结果的分辨率;其次用协方差矩阵来描述参数间的相关程度,进一步提高了反演结果的稳定性;最后将问题转化为一个非线性二次规划的求解问题,并在多种约束下得到问题的解.仿真实验和实际应用皆已表明,本文提出的反演方法运算速度快捷,既使在信噪比很低的情况下也可获得较好的反演结果,为储层的进一步识别提供更多的物性参数.

刘振峰 .

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致密砂岩油气藏在当前油气勘探开中占有重要地位.地震地质综合研究是此类油气藏勘探开发工作的重要组成部分.多数致密砂岩油气藏地表条件复杂,导致地震资料品质较差.油气藏岩性致密、低孔、低渗的地质特征导致地球物理异常微弱.这两个不利条件给地震地质综合研究造成了较大的困难.结合致密砂岩油气藏地震地质研究工作实践,本文对地震资料特殊处理、储层和特殊地质体地震预测与描述的关键技术进展及应用效果进行了阐述.面对黄土塬、山地等复杂地表采集条件和致密砂岩储层等特殊地质体地震地质研究的需要,介绍了高精度静校正、叠前多域去噪、地表一致性振幅补偿、小波变换提高分辨率处理技术及在鄂尔多斯盆地一些探区的应用情况.围绕致密储层等特殊地质体的地震预测与描述需求,着重介绍了致密砂泥岩地层岩石物理分析、煤系等特殊地层的地震属性分析与优化、致密碎屑岩储层反演、叠前地震资料流体检测、致密储层裂缝发育带地震预测和储层综合建模等关键技术在部尔多斯及川西探区实际应用中面临的具体问题、改进对策和实施效果.

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DOI:10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2016.01.020      URL     [本文引用: 1]

基于叠前反演的流体因子提取是当今油藏地球物理的研究热点,目前的流体因子提取存在两个问题:①流体因子的种类繁多,增加了问题的复杂性和盲目性;②流体因子往往是通过叠前反演的结果间接计算获得,具有较大的累计误差.针对这两个问题,建立了一种敏感流体因子定量分析与直接提取方法,提出了流体因子敏感系数的概念,用于定量分析流体因子区分不同流体的能力,并得到研究工区最敏感的流体因子;在得到敏感流体因子之后,将该流体因子近似方程和叠前反演相结合,建立流体因子直接提取的目标函数,通过求解该目标函数,直接得到了敏感流体因子.实际应用结果表明,该方法的流体因子敏感性定量分析过程合理,流体因子直接提取结果客观准确,益于进一步推广应用.

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