岩石物理在浊积岩储层岩性与气水识别中的运用.pdf

文章编号 收稿日期 改回日期 第一作者简介 郭伟 男 年获得北京大学地球与空 间科学学院博士学位 现为中国石油大学石油天然气工程学院博士 后 主要从事石油地质和储层地球物理研究工作 岩石物理在浊积岩储层岩性与气水识别中的运用 郭 伟 何顺利 邓继新 中国石油大学石油天然气工程学院 北京 成都理工大学信息工程学院 四川成都 摘要 浊积碎屑岩体系在地震弹性性质及储层物性特征方面表现出一定的变化规律 认识这些变化规律对选择 合适的方法及地震弹性属性进行储层岩性识别和孔隙流体检测有重要意义 对于砂岩 泥岩渐变沉积旋回 孔 隙度表现为双峰模式 纵波阻抗 速度 孔隙度关系呈现倒 型 纵 横波速度比随粘土含量的增加呈单调增 加趋势 反映沉积过程中岩石骨架支撑颗粒性质的变化 因此横波相关弹性属性 如速度比等 对岩性变化有指 示作用 对于深度差异不大且成分稳定的厚层砂 泥岩 水动力条件的变化同样会造成岩石分选性的差异 此时 速度 阻抗 与孔隙度的关系可用临界孔隙度校正的 模型下限定量表征 依此建立的针对特定 储层的岩石物理解释图版可用于确定储层孔隙流体类型及岩性 利用浊积碎屑岩储层所表现出的岩石物理特 性 用 统计分类技术对浊积碎屑岩储层进行岩性与气水识别取得较好效果 关键词 浊积岩储层 岩石物理模型 岩性识别 流体检测 统计分类技术 中图分类号 文献标识码 浊积岩储层是海上主要的油气储集层之一 通 常以地层岩性圈闭为主 砂体分布复杂 因此采用 基于常规地震地层分析方法进行储层描述具有较 大的不确定性 这种深水浊积环境下沉积的 碎屑岩体系在岩石物理特性上表现出一定的规律 性 结合 分析可以对浊积岩储层进行岩性和 孔隙流体预测 浊积碎屑岩储层岩石物理特性 浊积碎屑沉积在垂向上表现出明显的粒序及 岩性沉积旋回结构 反映水动力学条件的周期性改 变 如颗粒粒度向上变细 粘土含量逐渐增多的正 粒序沉积 在岩性上表现为从砂岩过度到泥页岩 相应的地震弹性性质及储层物性特征上也会表现 出一定的规律性变化 图 为位于墨西哥湾 区块 区域的 井浊积 碎屑岩储层的测井响应特征 根据自然伽马特征 可以划分出多个由砂向泥过渡的沉积旋回 纵波阻 抗 速度 与孔隙度变化关系表现为明显的倒 型 图 在纯砂岩 泥质砂岩段 图 中 段 随自然伽马值 粘土含量 的增大 孔隙度会逐 渐减小 而纵波阻抗 速度 会逐渐增大 在砂质泥 岩 纯页岩段 图 中 段 孔隙度随自然伽马 值 粘土含量 的增加而增大 同时纵波阻抗 速度 逐渐减小 因此 粘土含量少的砂岩 粘土含量高 的泥页岩都会有较大的孔隙度和较小的纵波阻抗 速度 值 孔隙度和速度测井曲线表现出双峰模 式 在纵波阻抗上 砂岩和砂质泥岩表现出较高的 重叠性 即仅利用纵波振幅的叠加信息无法区分岩 性 在纵 横波速度比 与自然伽马交会图 中 图 会随自然伽马值 粘土含量 的增 大而增大 因此 可用 对这类浊积碎屑岩储 层进行岩性划分 同样一些含有纵 横波速度的弹 性参数 如弹性阻抗 梯度等 也可以用于识 别岩性 上述特征反映孔隙充填型粘土对砂岩弹性性 质的影响 在纯砂岩 泥质砂岩段 石英颗粒起骨 架支撑作用 粘土充填在孔隙中 随着粘土含量的 增加 砂岩孔隙度减小 同时增加砂岩强度造成纵 波阻抗 速度 的增大 在这个过程中 横波速度变 化不大 因此 表现为随粘土含量的增加而 逐渐增大 当粘土含量超过砂岩最大孔隙度时 会 破坏原有岩石的颗粒支撑方式而逐渐转变为粘土 颗粒起骨架支撑作用 泥质砂岩过渡为砂质泥岩 由于粘土颗粒的微孔隙 在砂质泥岩 纯页岩段孔 隙度会随粘土含量的增加而增大 同时纵波阻抗 速度 减小 当粘土作为骨架支撑颗粒时 其特有 的片状颗粒使岩石的抗剪切强度降低更快 造成 随粘土含量的增加而增大 第 卷第 期 年 月 勘探地球物理进展 图 浊积碎屑岩储层岩石物理特性 测井结果 纵波阻抗孔隙度关系 纵横波速度比随自然伽马的变化 对于单一厚层砂岩或泥岩 水动力条件的改变 会引起组成岩石颗粒的堆积方式即分选性发生变 化 此时砂 泥岩段自然伽马值差异不大 粘土含量 相对均匀 造成岩石孔隙度变化的主要原因是岩石 分选性的差异 在这种情况下 速度 模量 与孔隙 度关系可以用临界孔隙度校正的 模型下限定量表征 图 图 墨西哥湾某井水饱和储层砂岩速度与孔隙度的关系 统计分类技术 浊积碎屑岩储层所特有的岩石特性为用基于 岩石物理的 统计分类技术进行岩性与流体 判别提供了客观依据 后验概率公式表 示为 式中 为地震属性或其组合 如阻抗 截距和梯度等 为所划分的组别 为特定组别下地震弹性属性组合的条件概率 密度函数 为特定组别出现的先验概率 为特定地震属性组合下所对应的组 别的后验概率密度函数 最大后验概率对应的组 别代表给定地震属性组合下的最佳分类结果 式 勘探地球物理进展第 卷 实例分析 研究区位于墨西哥湾深水区的 区块 包括 与 两个相邻三 维勘探区域 含气储层是一套连续的第三系厚层高 孔隙度浊积砂岩体 储层埋深约为 位于 区域的 井钻遇高产工业气流 测井 解释含气饱和度大于 位于 区域 的 为干井 测井解释含气饱和度小于 含 气储层在连井叠加剖面上均表现为低频强振幅的 亮点反射特征 仅通过叠加振幅信息无法区分低含 气砂体与高含气砂体 图 纵波阻抗与速度比的岩石物理解释图版 根据上述描述 利用砂 泥岩沉积方式的岩石 物理模型可以建立针对特定层位反演弹性参数的 解释图版 图 图中分别给出一定粘土含量下 用 模型所计算的分选性变化对砂岩纵波阻 抗 以及 的影响 不同含气饱和度的结果 用 方程计算 图中红实线 而储层条件 下气 水混合流体弹性特征用 公式计 算 同时给出了在一定石英含量下泥岩孔隙度 变化对 以及 的影响结果 将两个研究区 沿层反演结果用于该图版中 对 地区的 解释是 含水饱和度大于 为典型的无开采价 值的低含气储层 而对 地区的解释是 砂岩数据的含水饱和度小于 为有经济价值 的高含气储层 同时 地区储层砂岩有 较高的孔隙度也与测井结果一致 在该图版中 无 法区分含水饱和度与粘土含量对 的影响 也 不能提供高含气储层的确切位置 根据研究目标和储层岩性特征及赋存孔隙流体 差异将目标层划分为 个组别 式 中的 分别 为 泥岩 砂质泥岩 饱水砂岩 低含气饱和 度砂岩 高含气饱和度砂岩 其中前 个组别的地震弹性属性 速度与密 度 学习样本可直接从 井获得 同时对测井数据 运用 平均 以考虑尺度效应的影响 高含气饱和度砂岩 组别 并未在该井中出现 其 对应弹性属性是利用 方程从饱水砂岩 数据中计算获得 进一步还可得到对应 个组别 弹性属性的概率密度分布 个组别的其他弹性 属性如纵 横波阻抗 弹性阻抗 模量以及 截 距和梯度可以直接利用速度与密度计算获得 应 用 技术 算法 得到覆盖弹性属性结果的可能变化值 个组 别的 截距和梯度的计算结果见图 并可根 据式 计算相对应的非参数概率密度分布 图 从而建立了不同组别相应弹性属性间的概 图 个组别 截距 和梯度 计算结果 图 个组别截距和梯度的概率密度分布 第 期郭伟等 岩石物理在浊积岩储层岩性与气水识别中的运用 率联系 这种概率联系相当于 公式中的条 件概率密度函数 在该双参数概 率密度分布图中 可以明显区分低含气砂岩 高含气砂岩 和饱水砂岩 但饱 水砂岩与泥岩的重叠区域较高 仅在 梯度上 表现出一定的差异 反映了它们之间纵 横波速度 比的差别 得到 个组别的条件概率密度函数后 可针对 学习样本计算 判别矩阵 用以判断不同地 震弹性属性或其组合对识别不同组别 岩性及流 体 的敏感性 其对角元素代表 预测组别值 对实际组别的比率 图 纵波阻抗 对孔隙 流体变化较敏感 区分低含气砂岩与高含气砂岩有 较高的成功率 这与气 水混合流体及储层岩石骨 架弹性性质有关 但对岩性变化不敏感 横波阻抗 对区分岩性变化较为敏感 与前面分析结果一 致 同样它对孔隙流体变化不敏感 其他 个弹性 属性组合同时包含纵波和横波信息对识别岩性和预 测孔隙流体有较好的效果 仅从纵波地震数据中反 演 及 是存在较大误差的 而对 截距 和梯度的提取在方法上更成熟 准确 本次工作即采 用该对属性组合进行储层岩性与气水识别 图 弹性属性 判别矩阵的对角元素 图 为 地区基于 截距和梯度 的 统计分类结果的沿层切片 低含水饱和度 储层即优质气层 色标 沿背斜核部走向分布 为 构造高点 与油气储集规律一致 并与钻井及产能测 试结果吻合 同时给出目标储层为完全饱水砂岩 及低含气砂岩的可能分布位置 色标 图 地区储层沿层分类结果 泥岩 饱水砂岩 低含气饱和度砂岩 高含气饱和度砂岩 下转第 页 勘探地球物理进展第 卷 图中红色圆圈所显示的同相轴 而且信号的整体 信噪比也得到了明显提高 结束语 三分量微地震信号 能量弱 频率高 震源不确 定 信噪比低 常规的极化滤波方法通常选择固定 分量作为期望滤波方向 当波场比较复杂时 处理 后的结果容易引起振幅畸变 无法达到期望的效 果 改进后的自适应极化滤波 把跟踪分量的方向 作为期望滤波的方向 最大限度地逼近波的真实偏 振方向 处理后的结果最大程度地减小了信号的畸 变 可以满足微地震信号处理的要求 参 考 文 献 梁兵 朱广编著 油气田勘探开发中的微震监测方法 北京 石油工业出版社 加尔彼林 地震勘探偏振法 何樵登 杨宝俊 译 北京 石油工业出版社 王雪松 汪连栋 肖顺平 等 自适应极化滤波器的理论 性能分 电子学报 张霖斌 何樵登 方云峰 频率波数域预测和减去法压 制多次波 吉林大学学报 地球科学版 赵鸿儒 孙进忠 唐文榜 等 全波震相分析 北京 地震出版社 宋维琪 孙英杰 朱卫星 微地震资料频率域相干 时间 域偏振滤波方法 石油地球物理勘探 黄中玉 高林 谢大进 等 三分量数据的偏振分析及其 应用 石油物探 张山 刘清林 赵群 等 微地震监测技术在油田开发中 的应用 石油物探 唐建侯 杨慧珠 贺振华 等 快慢横波旋转分离 公式研究 天然气工业 吴律 层析基础及其在井间地震中的应用 北京 石油工业出版社 朱光明 垂直地震剖面法 北京 石油工业出版社 刘建华 刘编田 胥颐 等 三分量地震资料的偏振分析 地球物理学进展 徐振海 王雪松 肖顺平 等 极化自适应递推滤波算法 电子学报 编辑 顾石庆 上接第 页 结论 浊积碎屑岩体系在地震弹性性质及储层物 性特征方面表现出一定的变化规律 对于砂岩 泥 岩渐变沉积旋回 孔隙度表现出双峰模式 纵波阻 抗 速度 孔隙度关系呈现倒 型 反映沉积过 程中岩石骨架支撑颗粒性质的变化 仅用纵波信 息不能区分岩性 而横波信息 如纵 横波速度比 等 对岩性的变化有指示作用 对于深度差异不大且成分稳定的厚层砂 泥岩 水动力条件的变化同样会造成岩石分选性的 差异 此时速度 阻抗 与孔隙度关系可用临界