地球物理学进展  2014, Vol. 29 Issue (1): 331-338   PDF    
塔北轮古东碳酸盐岩储层岩石物理响应特征
龚洪林, 刘伟方, 张喜梅    
中国石油勘探开发研究院西北分院, 兰州 730020
摘要:塔北轮古东地区奥陶系碳酸盐岩储层类型多,地震响应特征多样, 纵横向变化大, 埋藏深,储集空间复杂和控制因素多,不易有效进行酸盐岩储层预测.针对塔北轮古东碳酸盐岩储层预测难点, 利用岩石物理分析、AVO模型正演、AVO属性反演和叠前联合反演等技术,开展了奥陶系碳酸盐岩储层岩石物理响应特征研究,以便指导奥陶系碳酸盐岩储层预测.研究结果表明塔北轮古东奥陶系碳酸盐岩储层岩石物理响应特征为:低纵、横波阻抗,低纵、横波速度比,低泊松比,低拉梅常数和剪切模量,低拉梅常数乘密度和剪切模量乘密度.AVO属性碳氢指示、泊松比差及流体因子绝对值大.AVO模型正演显示随偏移距增大,含气合成道集振幅变小明显,频率降低,含油、含水合成道集振幅也变小,但不明显;而对于AVO属性P*G和流体因子,含油气后绝对值变大.
关键词轮古东地区     碳酸盐岩储层     岩石物理响应特征     叠前弹性参数反演     叠前AVO分析     流体因子     P*G剖面    
Rock physics response characteristics of carbonate reservoir in Lungu East Tabbies district
GONG Hong-lin , LIU Wei-fang, ZHANG Xi-mei    
Northwest Subsidiary of Research Institute of Exploration and Development, CNPC, Lanzhou 730020, China
Abstract: Ordovician carbonate reservoir in Lungu East Tabei District has various types, various seismic response characteristics, vertical and horizontal changes and buried deep. Reservoir spaces are complex and controlled by many factors that make it difficult to effectively predicting carbonate reservoir. In order to solve the problem of carbonate reservoir prediction in Lungu East TaBei District, rock physics analysis, AVO forward modeling, AVO attribute inversion and prestack joint inversion technologies were used to study rock physics response of Ordovician carbonate reservoir. This study has great value to guide the Ordovician carbonate reservoir prediction. The results show that rock physics response of carbonate reservoir in Lungu East TaBei district has low longitudinal and transverse wave impedance, low vertical shear velocity ratio, low Poisson's ratio, low Lame constants and shear modulus, low Lame constant multiplied by the density and shear modulus multiplied by the density and high absolute value of The AVO attributes hydrocarbon indication, Poisson's ratio and fluid factor. AVO forward modeling increased with offset. The amplitude and frequency of gas synthetic gathers decrease significantly. The amplitude of oily, aqueous synthesis gathers also decrease, but not obvious, whereas the absolute value of AVO attributes P*G and fluid factor increase once it contains oil and gas.
Key words: eastern Lungu area     carbonate reservoir     rock physics response characteristics     prestack elastic parameters Inversion     prestack AVO analysis     fluid factor     P*G section    

0 引 言

随着油气勘探开发技术研究的逐步深入,科研人员发现利用传统“假亮点”技术进行油气识别存在“真亮点”和“假亮点”问题.为了解决上述问题,1984年Ostrander提出利用反射系数随入射角变化识别“亮点”型含油气砂岩的AVO技术(Ostrander,1984).Goodway 设计出了经典的 Goodway 模型,并将 AVO 技术运用于反演工作,用于确定储层的泊松比等弹性参数.随着实际生产运用的需要,不少学者开始从理论上研究 AVO 技术,逐渐出现了 Zoeppritz 方程的各种简化公式.他们给出了各种公式的运用条件,精度误差分析,主要用途等.出现的主要近似公式有 Aki公式(1980)Shuey公式(1985)Hilterman公式(1999) 等.此外,我国学者也对 AVO 进行了大量的研究,主要的代表人物有殷八斤等,他们也各自给出了 Zoeppritz 方程的一些简化公式(Castagna et al.,1998).

经过近30年的不断发展和完善,AVO技术是目前最有说服力的利用地震资料进行烃类检测的方法,为更加精确地预测岩性和流体属性提供了一种有效的工具.由于不同的岩性参数组合对应着不同的AVO响应特征,因此利用振幅随偏移距的变化规律可以预测地下岩性及其孔隙流体的性质(李维新等,2007).叠前AVO地震反演方法保留了叠前丰富的信息,可以反演得到纵、横波速度、密度、泊松比等弹性参数以及各向异性等参数信息.在这些参数中,有些对岩性比较敏感,有些对含油气性比较敏感,因此,以AVO理论为基础的叠前反演能够分析储层岩石物理响应特征,提高岩性油气藏地震描述能力.

研究区塔北轮古东位于轮南古潜山东部斜坡带,东邻草湖生油凹陷,处于油气运移主要方向的前沿部位,构造位置十分有利(苗忠英等,2011).研究区面积有1100 km2,区内有测井资料的钻井15口,只有8口井有横波资料.两口井在奥陶系相继钻探失利.研究的目的层为奥陶系良里塔格组、吐木休克组、一间房组、鹰山组碳酸盐岩储层.区内储层预测和油气检测难点有:

1)储层类型多.奥陶系碳酸盐岩储层的主要储集空间首推溶洞,其次是构造缝和网状微裂缝系统,第三是缝合线、缝合线伴生溶孔、晶间孔和晶间溶孔、粒间溶孔.

2)有效储层层系多,横向变化大,导致有效储层不易识别.

3)构造多期活动,形成复杂的断裂体系,增强了储层空间的复杂性.

4)储层控制因素多,油气分布规律十分复杂(周新源等,2009a,2009b).

针对塔北轮古东碳酸盐岩储层预测难点,利用岩石物理分析、 AVO模型正演、 AVO属性反演和叠前联合反演等技术,开展了奥陶系碳酸盐岩储层岩石物理响应特征研究,以便指导奥陶系碳酸盐岩储层预测.

1 轮古东碳酸盐岩储层岩石物理响应特征研究

针对研究区碳酸盐岩储层预测的难点,利用测井资料,研究不同类型储层的弹性参数特征;建立不同的弹性参数与储集空间类型、含油气性等的关系;寻找对储层类型、含油气性敏感的弹性参数等.利用这些敏感参数,指导反演工作,预测有利储层.

1.1 弹性参数的计算

不同的岩石物理参数所反映的岩石物理特性是不同的,它们反映储层或含流体特征的灵敏度也是不同的(撒利明等,2011; 季敏等,2009; 黄伟传等,2007; 高建荣等,2006).只有全面的系统的分析不同岩石物理参数的特征,才能充分理解和把握储层段的岩石物理特征,建立岩石物理参数和储层特征的关系,指导储层预测和油气检测.为此利用有横波速度的8口井的纵波速度、横波速度和密度等测井资料,分别计算了拉梅系数、切变模量、泊松比、体积模量、杨氏模量等10多个常用的岩石物理参数(图1).从图中可以看出,不同弹性参数曲线的基本形态是相同的,但泊松比、纵横波速度比、剪切模量乘密度、拉梅常数乘密度等参数在有利储层段有明显的异常特征.

图 1 轮古A井弹性参数曲线 Fig.1 C Well Lungu A elastic parameter curve
1.2 弹性参数的交会分析

分别对8口井的岩石物理参数进行了交会分析,并划定了交会图上的异常值,并把这些异常值反投到岩石物理参数曲线上,从而可以非常明了的研究交会图上的异常值所对应于测井曲线中的深度段,研究哪些异常值是由储层段或含流体性所引起的,进而指导我们建立岩石物理参数和储层特征的关系,以便开展储层预测和油气检测.

以轮古A井奥陶系不同弹性参数的交会分析为例,来分析说明储层段弹性参数对储层响应的差异.轮古A的有利储层段为良里塔格组、吐木休克组和一间房组,储集空间类型以溶蚀储层为主,裂缝性储层为辅.

图2是轮古A井纵波阻抗与横波阻抗的交会图.从图中可以看出,较小的纵横波阻抗异常值,将这些异常值投影到测井曲线上,这些异常值多对应着有利储层发育段.图3是轮古A井泊松比和纵波阻抗交会图,有利储层段对应的泊松比和纵波阻抗都较小.图4是轮古A井拉梅常数乘密度和剪切模量乘密度交会图,有利储层段的拉梅常数乘密度和剪切模量乘密度值都较小.

以上分析可看出奥陶系有效储层的弹性参数响应特征分别对应于低纵、横波阻抗,低泊松比,低拉梅常数和剪切模量,低拉梅常数乘密度和剪切模量乘密度等特征.

图 2 纵波阻抗和横波阻抗交会图 Fig.2 P-wave and S-wave impedance cross plot

图 3泊松比和纵波阻抗交会图 Fig.3 Poisson’s ratio and P-wave impedance cross plot

图 4 拉梅常数乘密度和剪切模量乘密度交会图 Fig.4 Lame constant multiplied by density and shear modulus multiplied by density cross plot
1.3 叠前反演

常规叠后波阻抗反演技术建立在地震波垂直入射假设的基础上,而实际地震资料并非自激自收的地震记录,反射振幅是共中心点道集叠加平均结果,它不能反映地震反射振幅随偏移距不同或入射角不同而变化的特点,因此,利用常规叠后波阻抗反演不能得到其它岩性及流体信息(Alemie et al.,2011; 赵万金等,2009; 刘淑华等,2008; 张中平等,2007; 苑书金,2007).为了克服叠后反演的不足,要采用能反映反射振幅随偏移距变化的叠前地震资料进行叠前反演.针对塔北轮古东地区的实际资料,开展了叠前地震反演的研究工作,取得了一定的应用效果.

1.3.1 地震反演井震标定和子波选取

合成地震记录标定是叠前和叠后反演的关键,利用轮古东地区的共12口井的声波测井资料和(2°~8°、8°~14°、14°~20°、20°~26°、26°~32°)不同入射角地震数据对奥陶系顶、灰岩顶和鹰山组顶等关键地震反射层进行综合标定.标定结果表明不同入射角叠加标定的相关系数不同,中入射角标定的相关系数最高,大入射角标定的相关系数最小.

1.3.2 AVO模型正演

通过对轮古东地区12口井的测井曲线分析可知,碳酸盐岩质地坚硬而且致密,整体表现为高速度、高密度及高波阻抗.但是当碳酸盐岩中存在溶孔/洞和裂缝时,会引起速度、密度及波阻抗值的降低.因此,与致密围岩相比,碳酸盐岩储层具有低速度、低密度、低波阻抗值特征.

正演模型研究是利用AVO方法进行储层预测和烃类检测的基础(郭晓龙等,2008; 马丽娟,2007; 杨辉等,2002).选择合适的井,在合成地震记录层位标定的基础上,研究储层在含油气与不含油气时的地震反射振幅随炮检距的变化关系和各种AVO属性参数的特征.

用射线追踪的方法来计算入射角和旅行时,用Zoeppritz方程计算不同入射角的反射系数,将井旁地震道提取的子波与每一个角度的反射系数进行褶积,就可以得到正演的CMP(共中心点)道集记录.针对测井数据的目的层段,根据Gassmann公式进行流体替换,通过正演模拟产生含油气储层与含水储层的正演CMP道集,从正演的CMP道集上,利用Shuey近似公式,获得梯度和截距等AVO属性(杨培杰等,2009; 孔丽云等,2012; 陈建江等,2006; 周水生等,2012).

根据该区的资料情况,我们做了8口井的AVO模型正演,选择了塔北轮古A井进行AVO模型正演分析(图5).左图为含油、气、水时合成的CMP道集;中间的图为塔北轮古A井井纵、横波速度及密度测井曲线;右图为合成道集上的AVO属性.从合成CMP道集看,随偏移距增大,含气合成道集振幅变小明显,频率降低,含油、含水合成道集振幅也变小,但不明显;而对于AVO属性P*G和流体因子,含油气异常明显高于含水.通过模型正演研究发现,AVO属性(截距、P*G、流体因子剖面等)可以很好识别储层,有可能进一步预测流体性质.

图 5 轮古A井AVO模型正演分析 Fig.5 Well Lungu A AVO forward modeling analysis
1.3.3 AVO响应特征分析

针对奥陶系碳酸盐岩储层的特征,在塔北轮古东井区开展AVO属性反演.从AVO属性反演结果分别选择了碳烃指示、泊松比差值和流体因子属性进行响应特征分析.

图6是过轮古A井的碳氢指示剖面;图7是过轮古A井的泊松比差(伪泊松比)剖面;图8是过轮古A井的流体因子剖面.在碳氢指示剖面上,碳酸盐岩储层为负值,且绝对值较大(红色、黄色).在轮古A井附近,碳氢指示值的绝对值大,表现串珠特征,反映了轮古A井附近可能含有油气,这与轮古A井是一个高产的工业油气流井的钻探结果相吻合.在泊松比差及流体因子AVO属性剖面上,在轮古A井附近也是绝对值大,均出现了明显的异常区,这些异常的出现都预示着轮古A井附近在地下储层特征方面与其它位置存在着差异.

图 6 过轮古A井碳氢指示剖面 Fig.6 AVO forward modeling analysis of hydrocarbon indication profile through well Lungu A

图 7 过轮古A井泊松比差(伪泊松比) Fig.7 Poisson’s ration difference profile through well Lungu A (Pseudo-Poisson’s ratio)

图 8 过轮古A井流体因子剖面 Fig.8 Fluid factor profile through well Lungu A

1.3.4 联合反演

联合反演是利用不同角度地震叠加数据和测井纵横波速度及密度,应用弹性波反演技术获得各种弹性参数(郭栋等,2007; 曲寿利等,2012; 武国宁等,2012; 程冰洁等,2012).根据本区野外观测系统的特点,将CRP道集按角度的大小分五个范围(2°~8°、8°~14°、14°~20°、20°~26°、26°~32°),对不同的入射角范围分别进行叠加,得到了五个角度叠加数据体,实现不同角度叠加的联合反演,获得了纵横波速度比、泊松比、λρ等多个弹性参数.图9图11分别过轮古A井的纵横波速度比剖面、泊松比剖面、λρ剖面.

图 9 过轮古A井纵横波速度比剖面 Fig.9 S-wave and P-wave velocity ratio profile through well Lungu A

图 10 过轮古A井泊松比剖面 Fig.10 The Poisson’s ratio profile through well Lungu A

图 11 过轮古A井λρ剖面 Fig.11 The λρ profile through well Lungu A

图9图11弹性参数剖面图上可以看出,红色、黄色分布异常区,在横向上时断时续,能够反映碳酸盐岩非均质性储层分布的特征.碳酸盐岩储层表现为纵横波速度比、 泊松比、 拉梅常数乘密度值都较低.

2 结 论

上述研究结果表明塔北轮古东奥陶系碳酸盐岩储层岩石物理响应特征为:低纵、横波阻抗,低纵、横波速度比,低泊松比,低拉梅常数和剪切模量,低拉梅常数乘密度和剪切模量乘密度.AVO属性碳氢指示、 泊松比差及流体因子绝对值大.AVO模型正演显示随偏移距增大,含气合成道集振幅变小明显,频率降低,含油、含水合成道集振幅也变小,但不明显;而对于AVO属性P*G和流体因子,含油气后绝对值变大.

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