巖石物理驅(qū)動下地震流體識別研究

　　摘要地震流體識別指利用地震資料對儲層含流體特征進行識別與描述.含流體儲層地震巖石物理是地震流體識別的基礎(chǔ),是搭建儲層彈性參數(shù)與物性參數(shù)的橋梁,是實現(xiàn)含油氣儲層流體定量表征的重要發(fā)展方向.巖石物理驅(qū)動下地震流體識別研究有助于認識地下油氣儲層含流體特征及分布規(guī)律.文章概述地震流體識別及相關(guān)基礎(chǔ)研究中的關(guān)鍵科學問題,著重評述國內(nèi)外巖石物理驅(qū)動下地震流體識別研究的主要進展,探究地震流體識別研究面臨的機遇,挑戰(zhàn)及未來的研究方向.理論研究和實際應(yīng)用表明,地震流體識別要以巖石物理及數(shù)值模擬為理論基礎(chǔ),發(fā)展有效的流體敏感參數(shù)構(gòu)建及評價方法;以地震資料為數(shù)據(jù)支撐,形成有效的地震資料品質(zhì)評價方法;以地震反演為技術(shù)保障,發(fā)展可靠的地震反演策略.

　　關(guān)鍵詞流體識別地震巖石物理地震反演流體因子

　　地震流體識別,即利用地震資料對儲層含流體特征進行識別與描述,是勘探地球物理學研究的熱點和難點問題之一,究其原因是研究對象的特殊性、地下埋藏條件的復雜性以及相應(yīng)地球物理數(shù)學特征的多解性.巖石物理驅(qū)動下地震流體識別是在地震巖石物理理論指導下將與孔隙流體有關(guān)的異常特性表征為流體因子或通過地震巖石物理建立儲層流體類型與彈性參數(shù)間的量化關(guān)系,利用地震資料豐富的振幅、頻率、相位及其變化特征信息等實現(xiàn)流體因子反演或流體類型預測的過程.

　　推薦閱讀：巖石學報工程師投稿

　　1地震流體識別中的關(guān)鍵科學問題

　　1.1流體是如何影響地震波速度的?

　　儲層中流體的特性及分布特征對地震波速度的影響一般通過巖石物理實驗及理論模型的構(gòu)建來研究.含流體儲層一般等效為孔隙介質(zhì),包括多種相態(tài),如由固體骨架和孔隙內(nèi)充填的流體構(gòu)成的雙相介質(zhì)等流體的分布特征不同,所建立的地震巖石物理模型各異,對地震波速度的影響亦不同.當波在均勻多孔介質(zhì)中傳播,波長與地層厚度可比時,巖石表現(xiàn)出宏觀各向同性和均勻性.波的傳播導致介質(zhì)內(nèi)部分界面上發(fā)生流體的流動,引起波的頻散和衰減(Brajanovski等,2005),衰減的特征頻率取決于孔隙流體壓力弛豫的時空尺度(Wenzlau等,2010).分界面兩側(cè)流體性質(zhì)的差別越小,波的頻散和衰減越弱(Brajanovski等,2005).巖石的流體飽和度呈斑塊分布時,體積模量較大的流體對應(yīng)著較強的波衰減(Masson等,2006).斑塊大小和含氣飽和度對波誘導的流體流動效應(yīng)(頻散和衰減)有重要的作用,當氣體密度低且斑塊尺度相對較大時,含氣飽和度的作用較為明顯(Rubino等,2011).流體非均勻飽和對地震波傳播和衰減也有很大的影響(Vogelaar和Smeulders,2007).流體非均勻飽和時,縱波速度隨含油氣飽和度的變化相對于流體均勻飽和情況下更加連續(xù)(侯波等,2012),孔隙含油水比只含氣時縱波速度傳播更快,含氣飽和度增大,巖石的剛度降低,波速的低頻極限降低(Brajanovski等,2005).含氣飽和度較高時,巖石密度隨含氣飽和度增加而降低,導致波速增加等(Knight等,2010).目前,科學界對儲層流體的存在形式及分布特征以及由此而建立的地震巖石物理理論模型的認識尚未達成共識,如何更合理地認識儲層流體對地震波速度的影響是開展地震流體識別研究的關(guān)鍵科學問題之一.

　　1.2流體是如何影響地震波響應(yīng)的?

　　儲層中流體的特性及分布特征對地震波響應(yīng)的影響一般通過物理模擬或數(shù)值模擬來研究.流體性質(zhì)不同,對地震波響應(yīng)的影響各異.如,孔隙流體黏滯性是引起儲層巖石以及其他流體飽和多孔介質(zhì)彈性波衰減的重要原因(Sharma,2005).與氣體相比,液相的黏滯性對兩種快波(快縱波和SV波)的速度影響更大,氣體和液體黏滯性對這些波的衰減作用是類似的.隨黏滯系數(shù)增大,橫波液相分量的振幅略有增大,固相分量振幅略有減小,慢縱波的振幅逐漸減小,到黏滯邊界條件下,慢縱波衰減較快,在快照中看不到慢縱波.實際介質(zhì)大部分都具有黏滯邊界,這也是在實際觀測中很難觀測到慢縱波的主要原因(盧明輝等,2009).流體滲透率亦會對地震波響應(yīng)有直接影響,雙孔隙度模型表明了頻散和衰減與孔隙度和滲透率的關(guān)系(Pride和Berryman,2003),縱波衰減系數(shù)與頻率的相關(guān)性,以及各向異性對滲透率的變化很敏感(Shapiro和Müller,1999),介質(zhì)中不滲透的地質(zhì)體能引起橫波衰減明顯增加.橫波衰減可以作為油藏中滲透率變化的指示(Wenzlau等,2010).滲透率減小,慢縱波的振幅明顯減小,而速度變化不明顯,快縱波和橫波無明顯變化(盧明輝等,2009),除此之外,流體類型、分布均勻性、飽和度和溫壓條件等對地震波響應(yīng)都有直接或間接的影響,如何在地震巖石物理模型構(gòu)建基礎(chǔ)上建立合理的數(shù)學物理方程,發(fā)展相應(yīng)的模擬方法研究流體對地震波的影響亦是開展地震流體識別研究的關(guān)鍵科學問題.

　　2含流體儲層地震巖石物理含流體儲層巖石物理

　　等效模型主要包括三類:對礦物性質(zhì)進行體積平均的有效介質(zhì)理論(Wood,1941;Wyllie等,1956;Raymer等,1980),基于顆粒接觸關(guān)系等效的接觸介質(zhì)理論(Walton,1987;Dvorkin和Nur,1996)和巖石內(nèi)部礦物、孔隙形狀及流體等效的自適應(yīng)理論(Gassmann,1951;Biot,1956a,1956b;Berryman,1995).

　　3流體特性地震波響應(yīng)及敏感參數(shù)構(gòu)建

　　儲層流體地震波響應(yīng)模擬對于認識流體分布,黏滯性和滲透率等特性對地震波的影響具有重要意義,是構(gòu)建儲層流體敏感參數(shù)的基礎(chǔ).White(1975)研究了低頻縱波垂直于非均勻飽和介質(zhì)內(nèi)部邊界傳播時的聲學性質(zhì).Murphy等(1986)描述了局部流體流動對于聲波性質(zhì)的影響,黏滯性流體流動導致能量耗散.Cadoret等(1995)觀測到了不同頻段下,流體斑塊飽和對聲波性質(zhì)的影響,速度隨飽和度的變化與頻率有關(guān),且頻散在飽和度高時較強.Gurevich等(1995)和Gelinsky等(1998)的研究結(jié)果表明在滲透性層狀巖石多孔介質(zhì)中,波傳播引起界面上流體發(fā)生局部流動,導致的波衰減與周期層狀介質(zhì)模型中有明顯不同.Pham等(2002)將地震波速度和衰減與多孔彈性固體的孔隙壓力及飽和度聯(lián)系起來,Carcione等(2003)使用數(shù)值實驗?zāi)M了球形White模型中的弛豫現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)了類似的趨勢.Gei等(2003)校正了流體混合經(jīng)驗定律以及高頻下的球狀斑塊飽和模型,得到巖石的速度和衰減表達式,兩者是孔隙壓力、溫度、頻率和飽和度的函數(shù).Müller等(2005)分析了波傳播過程中引起的流體流動對衰減和頻率的影響,低頻平面縱波的衰減系數(shù)的低頻極限與頻率的平方成正比,高頻范圍內(nèi),衰減系數(shù)與頻率的平方根成正比.Brajanovski等(2005)模擬包含定向裂縫的多孔介質(zhì)中波的頻散和衰減,指出兩者的特征頻率取決于背景介質(zhì)的滲透率,流體的黏度以及裂縫的密度和間距.孫林潔等(2011)對非均勻孔隙介質(zhì)中的地震波進行了正演模擬,分析了孔隙度和流體類型對地震波反射特征的影響.孔隙度參數(shù)對地震反射波振幅和相位的影響較大.孔隙度增加導致雙相介質(zhì)界面反射波旅行時變化,且反射波振幅增加,而油水兩相并存時,含水飽和度增加導致反射波旅行時增加,氣水并存時,含氣飽和度增大,反射波振幅迅速增大,當含氣飽和度增加到10%左右時,振幅達到最大值,隨后隨含氣飽和度上升緩慢下降.數(shù)字巖石物理(thedigitalrockphysics,DRP)使用現(xiàn)代顯微成像以及先進的數(shù)值方法來模擬巖石的物理性質(zhì)(Saenger等,2011;Madonna等,2012).DRP在不同的尺度下對巖石的結(jié)構(gòu)進行3D數(shù)字建模,在完成實驗測量的同時使用數(shù)值方法計算巖石的有效彈性參數(shù)(Ringstad等,2013).DRP技術(shù)可以比室驗更快地提供準確的巖石信息,可用在孔隙尺度上對油藏進行敏感性分析、壓裂方案設(shè)計、壓力變化分析以及油藏描述,提高油藏預測、產(chǎn)量預測以及井位確定的精度,提高油氣采收率(Kalam等,2011).

　　參考文獻

　　巴晶,曹宏,杜啟振,等.2012.非飽和巖石中的縱波頻散與衰減:雙重孔隙介質(zhì)波傳播方程.地球物理學報,55:219–231

　　曹丹平.2008.多尺度地震資料正反演方法研究.博士學位論文.山東:中國石油大學(華東)

　　陳建江.2007.AVO三參數(shù)反演方法研究.博士學位論文.山東:中國石油大學(華東)

　　陳學華,賀振華,黃德濟,等.2009.時頻域油氣儲層低頻陰影檢測.地球物理學報,52:215–221

　　印興耀*,宗兆云,吳國忱

　　

《巖石物理驅(qū)動下地震流體識別研究》

上一篇：探地雷達：淺表地球物理科學技術(shù)中的重要工具

下一篇：農(nóng)村初中小班化背景下數(shù)學學科作業(yè)分層策略