基于岩石物理模型和叠前弹性参数反演的孔隙度计算_蔡涵鹏.pdf

基金项目 国家自然科学基金 编号 国家科技重大专项 编号 作者简介 蔡涵鹏 年生 博士 现在中国石油川庆钻探工程公司 中国石油西南油气田博士后工作站和成都理工大学博士 后流动站从事石油地球物理勘探方面的研究工作 电话 地址 四川省成都市华阳镇顺河街 号府河名 居 基于岩石物理模型和叠前弹性参数反演的孔隙度计算 蔡涵鹏 贺振华 何光明 邹 文 龙 浩 高 刚 中国石油川庆钻探工程公司地球物理勘探公司 油气藏地质及开发工程 国家重点实验室 成都理工大学 地球探测与信息技术 教育部重点实验室 成都理工大学 蔡涵鹏等 基于岩石物理模型和叠前弹性参数反演的孔隙度计算 天然气工业 摘 要 地层孔隙度参数的准确求取是油气勘探中储层预测 储层描述 储量估算和油气藏综合研究的一项关键性技术 而运 用常规方法对孔隙度进行计算存在精度不高 物理意义不明确等问题 为此 从岩石物理的基本理论和岩石物理测试数据出发 在 合理的假设前提下 以 方程和 方程为基础 推导和建立了利用高信噪比地震资料进行叠前弹性参数反演 来计算地层岩石孔隙度的数学模型 选取实际资料的应用结果表明 利用新模型可以提高碳酸盐岩储层孔隙度精确度约 能够有效地计算预测地层孔隙度的纵横向展布 且符合地质 钻井认识规律 利用地震资料叠前弹性参数反演获得的横波速度 和体积密度剖面纵向分辨率较纵波速度剖面高 在此基础上开展的孔隙度计算能够提高孔隙度剖面的纵向分辨率 该数学模型提 供的孔隙度数据为后期的钻井部署 储量估计 油气藏描述等研究提供了技术支撑 关键词 孔隙度 弹性参数反演 方程 方程 纵波 横波 密度 压缩系数 天 然 气 工 业 年 月 地层孔隙度参数的准确求取是油气勘探 储层计 算 储层描述 储量估算和油气藏综合研究的一项关键 性技术 自 世纪 年代以来 发展了一系列的孔 隙度计算方法 孔隙度的获取方法归纳起来主要有测 井资料解释 实验室测定 基于地震资料和钻井资料相 结合的孔隙度计算方法 实验室测定孔隙度精度高 但是受采集样本数量的限制 测井解释的孔隙度在纵 向上有高精度 连续性的特点 但横向上通常采用随机 模拟 克里金插值等数学方法计算 误差大 随着 地震资料采集和处理的不断完善 进步以及计算机处 理能力的提高 将地震资料与钻井资料相结合进行孔 隙度横向计算 综合利用了地震资料的横向连续性和 测井资料纵向分辨率高的特点 主要方法有以 时间平均方程为基础的地震速度求取孔隙度方法 利 用孔隙度与声波速度线性回归关系求取孔隙度地方 法 建立地震属性与各井孔隙度的多元线性关系和非 线性关系计算孔隙度 岩石物理与多属性相结合求取 孔隙度的方法 基于地震相分析的孔隙度计算等 这些方法的本质都是从统计学的观点出发 建立各种 属性与孔隙度的线性关系或者非线性关系 然后应用 建立的关系式将地震属性数据映射为孔隙度属性 计 算孔隙度的精确度不稳定 且其物理意义不明确 笔 者以 方程和 方程为基础 在合理的假设下推导和建立利用叠前弹性参数反演结 果计算地层岩石孔隙度的方法 并将其方法应用于实 际资料验证提议方法的有效性 方法理论 取 以 压 缩 系 数 为 参 数 的 流 体 替 换 方程 珋 式中 珋 分别为含流体双相介质的基质 骨架 压缩系数 干燥 含空气 岩石压缩系数 孔隙内包含流 体的压缩系数和饱含孔隙流体岩石的有效压缩系数 为储层岩石的孔隙度 考虑到孔隙内流体 油 气 水 的压缩系数一般大 于岩石基质 骨架 的压缩系数达到一个数量级以上 可得近似关系式 由于碳酸盐岩的基质压缩系数比碎屑岩的基质压 缩系数小 以上 因此当岩石为碳酸盐岩时 式 描述关系式的近似误差更小 将式 带入式 可得 珋 将岩石孔隙度表示为含流体双相介质的基质 骨 架 压缩系数 干燥 含空气 岩石压缩系数 孔隙内包 含流体的压缩系数和饱含孔隙流体储层的有效压缩系 数的函数 即整理式 有 珋 珋 由 和 提出的干燥岩石椭球包体近 似公式 得 式中 为干燥岩石椭球包体的结构参数之一 为另 一结构参数 表示椭球孔隙或裂隙的纵横 或者长短 轴 之比 将式 带入式 整理化简后得 珋 珋 式中 为模型结构参数 令 则式 进 一步简化为 珋 式 表明在流体性质 地质情况等变化不大的情 况下 和 为常数 即岩石孔隙度与饱含流体岩石 的有效压缩系数呈线性关系 饱含流 体 岩 石 纵 波 速 度 横 波 速 度 以及体积 密 度 与 饱 含 流 体 岩 石 的 有 效 压 缩 系 数关系为 珋 槡 槡 式 和式 中 为岩石的剪切模量 且有干燥 岩石和饱含流体岩石的剪切模量相同 将式 带入式 可得 珋 将式 带入式 能够获得孔隙度与纵波速 度 横波速度和体积密度的非线性关系 第 卷第 期 地 质 勘 探 由测井的饱含流体的纵横波速度和密度计算获得 珋 利用岩石孔隙度与饱含流体岩石的有效压缩系数之 间的线性关系 应用统计回归方法能够获得式 和式 中的参数 和 对于整个研究区的孔隙度计 算按照以下步骤执行 利用不同沉积相带测井数据获得纵横波速度 密度与孔隙度之间的关系 获得式 中计算不同沉 积相带地层孔隙度的参数 和 应用叠前弹性参数反演方法对研究区采集的叠 前共中心点或者共反射点地震数据进行叠前弹性参数 反演 获得纵波速度 横波速度和体积密度 将第二步叠前反演获得的纵波速度 横波速度 和体积密度带入式 获得整个研究区孔隙度数 据体 实例分析 为了验证提议方法的正确性 将提议方法用于 地区 该地区储层属于碳酸盐岩礁滩相储层 储 层埋藏深 总体上孔隙度较小 围岩与储层的纵波速度 差异小 钻井和地质资料表明储层分为上下两套储层 工区中 口钻井的测井曲线如图 所示 测井曲线从 左到右 依次为自然伽马 纵波速度 横波速度 体积密 度和孔隙度曲线 图 为实测孔隙度与饱和岩石纵波 速度交汇图 交汇图的线性回归分析表明 孔隙度与 饱和岩石的纵波速度的相关值平方约为 图 为孔隙度与饱和岩石的有效压缩系数交汇图 实测孔 隙度与应用岩石的有效压缩系数计算的孔隙度相关值 平方达到 表明孔隙度与岩石的有效压缩系数之 间有着良好的线性关系 与仅仅利用纵波速度计算孔 隙度结果相比较 利用饱和岩石的有效压缩系数计算 的孔隙度精确度提高约 图 测井曲线图 图 实测孔隙度与饱和岩石的纵波速度的交汇图 图 孔隙度与饱和岩石的有效压缩系数交汇图 目前 各种地震叠前数据反演的软件 和叠前反 演的方法 都比较成熟 通过较好的叠前三维地震 资料可以较准确地反演出纵波速度 横波速度和体积 密度等弹性参数 图 为过 井的原始叠后地震 剖面 储层位于图中标注的层位为下三叠统飞仙关组 一段 上二叠统长兴组之间 从剖面上可以看出 地层的横向变化大 分辨率低 信噪比较低等特征 图 和 分别为应用叠前同时反演方法获得的纵波 速度 横波速度和体积密度反演剖面 从图中可以看 出 井旁道反演的数据与测井曲线的相关性较好 从 反演数据剖面中可以发现 叠前弹性参数反演获得横 波速度数据和密度数据剖面的分辨率高于纵波速度数 据剖面上的分辨率 为纵向高分辨率的孔隙度计算提 供了条件 图 为应用本方法计算的过 井的孔 隙度剖面 从图 中还可以看出 计算孔隙度与实测 孔隙度之间的相关性非常高 计算的孔隙度数据的分 布范围也与测井数据相当吻合 并且从孔隙度剖面上 能够将该储层段分为上下两套孔隙度发育的储层 孔 隙度计算剖面上展布的横向规律与地质 钻井认识规 律保持一致 因此 从孔隙度计算的结果可以看出 笔 者提议的孔隙度计算方法在碳酸盐岩储层孔隙度计算 中效果比较明显 能够较好地提高孔隙度计算的精 确度 天 然 气 工 业 年 月 图 过 井的原始地震剖面图 图 弹性参数剖面图 图 过 井的孔隙度计算剖面图 结论和认识 笔者从岩石物理的基本理论和岩石物理测试数据 出发 在合理的假设前提下 以 方程和 方程为基础 推导和建立利用叠前弹性 参数反演结果计算地层岩石孔隙度的方法 间接地考 虑了孔隙度的结构特征 其推导过程逻辑严密 物理意 义明确 为利用叠前弹性参数结果计算地层孔隙度提 供了一种新思路 实际资料的应用表明 该方法能够 有效地计算地层孔隙度的纵横向展布 计算结果符合 地质 钻井认识规律 重要的是 叠前弹性参数反演获 得横波速度和体积密度剖面纵向分辨率较纵波速度剖 面高 因此结合横波速度 密度的孔隙度计算 能够提 高孔隙度剖面纵向分辨率 本方法计算的孔隙度数据 体能够为后期的钻井部署 储量估计 油气藏描述等研 究提供有力的依据 值得注意的是 叠前弹性参数反 演的精确度是计算孔隙度高精确度的保障 并且当地 质情况复杂时 需要针对不同的沉积相带 计算公式 中不同的参数 和 参 考 文 献 慎国强 孟宪军 王玉梅 等 随机地震反演方法及其在埕北 井 区的应用 石油地球物理勘探 李忠 贺振华 巫芙蓉 等 地震孔隙度反演技术在川西砂岩储层 中的应用与比较 天然气工业 张应波 地震孔隙率反演方法和应用 石油地球物理勘 探 第 卷第 期 地 质 勘 探 吴国平 徐忠祥 储层孔隙度灰色反滤波求取法 地球科 学 中国地质大学学报 王长城 施泽进 韩小俊 等 川南官渡构造下沙溪庙组储 层孔隙度计算 成都理工大学学报 自然科学版 刘云 贺振华 汪瑞良 等 基于地震相分析的孔隙度计算 物探化探计算技术 石磊 王昌景 常用的几种反演软件的比较 西南石油 学报 杨培杰 印兴耀 非线性二次规划贝叶斯叠前反演 地 球物理学报 杨培杰 印兴耀 支持向量机叠前地震反演方法 中国 石油大学学报 自然科学版 孙月成 马光克 随波 等 扩展的弹性阻抗及其在储层中 的应用 天然气工业 刘素