双相介质BISQ地震油气预测技术.pdf

第 2 9 卷第 1 2 期 天然气工业 双相 介质 B I S Q地震 油气预测技术 李煜伟 李 砚 吕宗刚。 岳 宏。 彭海 润。 包 吉 山 1 ． 成都理工大学 2 ． 川庆钻探工程公司地球物理勘探公 司 3 ． 中国石油西南油气 田公司蜀南气矿 李煜伟等． 双 相介 质 B I S Q地震油气预测技术． 天然气工业， 2 0 0 9 ， 2 9 1 2 2 9 3 1 ． 摘 要 单 相 介 质 理 论 针 对 固体 而 忽 视 流 体 ， 预 测 油 气则 先 天 不 足 。 双 相 介 质 理 论 指 出流 体 尤 其 是 油 气 的存 在和运动是弹性波频散和衰减的主要原 因， 因而可 以通过计算频散谱和衰减谱来预 测油气。谱 的计 算要求有瞬 时 特性 ， 才 能避免 时窗效应 。为此采用分频 的办法对地震道进行分频 ， 形成分 频道 集后再作“ 三 瞬” 处理 ， 这样在指定 时刻一个采样点可集合成瞬时振幅谱、 瞬 时频率谱 、 瞬 时相位谱 ； 用瞬 时振 幅谱和 瞬 时频率谱计 算出瞬 时衰减 谱， 而瞬 时频散谱则可用瞬时相位谱去近似代表。通过 已知井建立预测模型， 再对 6个待钻 井位 目标用该 方法进行预 测 ， 完井试 油预测成功率达 8 3 ． 3 3 。 关键词 介质 数学模 型 瞬时频率 频谱 振 幅 天然气 地震勘探 预测 DOI 1 0 ． 3 7 8 7 ／ i ． i s s n ． 1 0 0 0 0 9 7 6 ． 2 0 0 9 ． 1 2 ． 0 0 9 l 问题 的提 出 2 0世 纪 7 0年代 国外 出现 了“ 亮 点” 技 术之后 ， 地 震反演 、 地震 属性 、 A V0、 多 波技 术 等应 用 到储 层 和 油气预 测 ， 基 本上 以单 相介 质为 主 ， 速 度 和衰 减 与 流 体 油气 参 数无 直 接 对 应 关 系 。实 际上 ， 地 层 是 既 有 固体 成 分 又含 有 流 体成 分 的双 相 介 质 ， 显 然 用 双 相介质 理论 预 测 油 气 更 接 近 实 际 。D v o r k i n和 Nu r 于 1 9 9 3年将 B I OT 流 动 机 制 和 喷射 流动 机 制 组 合 起 来建 立 了 比奥 喷 射模 型 B I S Q ， 揭 示 了 弹性 波 的频散 和衰 减与储 层参 数 、 流体 、 弹 性 参数 和 频 率参 数之 间 的 关 系 ， 流体 的存 在 和运 动 是 弹 性 波频 散 和 衰减 的主要原 因 ， 也是来 至 油气 体 的直 接 的 、 独 特 的 信息 。 2 双相 介质 B I S Q理论 2 ． 1 BI S Q模型 B I S Q 模型 综 合 了储 层 流 体 两 种 流动 的力 学 机 制 ， B l OT流 动是 弹性波 传播 时流体 与 固体之 间 的黏 滞摩擦 作用 和 惯 性 耦 合作 用使 流体 受 迫 参 与 运 动 ， 是沿纵向宏观 的运动； 喷射流动是 弹性波传播 时小 孔隙受 挤 压 使 小 孔 隙 流 体 向 空 隙 挤 出形 成 喷 射 流 动 ， 是沿 横 向 的微 观 流 动 ， 两 种 流 动 机 制 同 时 存 在 ， 共 同对波 的频散 和衰 减产 生影 响 。在地 震 波 频率 范 围 内 B I S Q 模型 表达式 如 下 一 1 L √ M s F。 。 a ／ J 一 m [ √ 鬻] F 1 一 ] ㈦ 一 ／ K F 4 一 生 5 式 中 S为饱 和度 ； J 。为零 阶贝 塞 尔 函数 ； J 为 一 阶 贝塞尔 函数 ； P 为固体 密度 ； 为孔 隙度 ； 为流体 密 度 ； M 为 干 噪骨 架 的单 轴 应 变 模 量 ； F 。 为 固流 耦 合 系统 的综 合压 缩 性 ； 为 有效 应 力 孔 隙 弹性 系数 ； R 为特 征 喷射 流 动 长度 ； c u 为 圆频 率 ； 叩为流 体 黏 滞 度 ； 是为渗 透率 ； F为 固一 流耦 合 系统 的 压缩 性 ； 为 干噪骨 架体 积模量 。 双 相介 质 的 B I S Q 理论 研究 和物 理实验 表 明 流 体 和岩 石 骨 架 的 相 对 运 动 是 频 散 和 衰 减 的 主要 原 因 。频 散和 衰 减 随流 体 黏 度 的变 化 而 剧 烈 变化 ， 频 散 随 流 动 性 减 小 、 渗 透 率 减 小 、 黏 滞 系 数 增 大 而 增 作者简介 李 煜伟 ， 1 9 8 1 年生 ， 硕士 ； 从 事固体岩石地球物理 学的应用 研究工作 。地 址 6 1 0 0 5 9 四川 I 省 成都市成华 区二 仙桥东三路 1号。电话 0 2 8 8 5 6 0 8 5 3 3 。E ma i l l y w a s h a l 1 0 1 6 3 ． c o m 2 9 天然气工业 2 0 0 9 年1 2 月 大 。渗透 率控制 流 体 的扩 散 和 流动 的速 率 ， 流 体 的 黏度增大 ， 衰减的 峰值 向低 频方 向移 动 ， 流 体 的黏度 减小， 衰减峰值 向高频方向移动。波的频散和衰减 受 频 率 影 响大 ， 不 同频 段 频 散 和衰 减 规 律 不 一 样 。 因此需要进行频谱分析， 用地震信息计算 出频散谱 和 衰减谱 ， 实现对 油气 的预测l_ 3 ] 。 2 ． 2瞬时频 散谱 和瞬 时衰减谱 地震 波频散 和衰减 随频率 的变 化可揭 示 流体 的 存在 和运动 ， 是油 气预测 的理论 基础 ， 频 散谱 和衰 减 谱 的计算 是实现 油气 的预测 的关键 。 在频率家族 中付氏频率和瞬时频率的区别是 付 氏频率 反映 的是 一个时 窗 内各 个频 率成 分平 均效 应的变化 ， 不 能提供 瞬时状 态的变 化 ， 时窗 小则 误差 就大 ， 时 窗大平均效应 也大 ； 瞬时 频率 是定 义在 采样 点 上指 定 时刻 全部 频 率成 分叠 加 的结 果 ， 一 个采 样 点对 应一个 瞬时值 ， 信 息量小 ， 不 能提供 各个 频率 成 分 的变 化 。理 想 的情 况 是 在 指定 时 刻 一个 采 样 点 对应一个瞬时谱 ， 能提供各个频率成分的变化， 既扩 大信 息量 ， 又 避免 大 时 窗 的平均 效应 和 小 时窗 的误 差反映 ， 用 分频 的办 法 可实 现 理情 况 。分 频 道 的频 宽设 计为 2 Hz ， 地震 波 的有效 频 带为 0 ～ 5 0 Hz ， 一 个 地震 道 分 成 2 5个 分 频 道 ， 用 复数 道 分 析 技 术 的 Hi l b e r t 变换 对各 分频 道 作 “ 三 瞬” 处 理 并 集合 成 道 集 。在 指定时 刻一个采 样 点 由“ 三 瞬 ” 道 集集 合 成 3 个谱 瞬时振 幅谱 A 、 瞬 时频 率谱 厂 、 瞬时 相 位谱 -厂 。用瞬时 振 幅谱 为 因变量 ， 瞬 时频率 谱 为 自变量用 点斜式可计 算 出瞬时衰减谱 ． 厂 。当速 度 是频率 的函数 C 厂 ， 它与 相位 函数 的关 系是 C 一w ／ O f ， 因此 用 瞬时相 位谱 去 近似 代表 瞬 时 频散谱， 相位函数的低值对应频散 的高值 ] 。计算 “ 三 瞬” 公式如 下 A ／ z 。 y 6 ， 、 f 一 a r c t g 7 L t ￡ 一 d O _ _ - t ． 8 d A斗 1 ￡ 一 A f 一 a [ ∞ 件 1 ￡ 一 ￡ ] 9 用地震信息计算出瞬时频散谱和瞬时衰减谱预 测油气 ， 地 震数 据 应满 足高 信 噪 比 、 高分 辨 率 、 高 保 真度 、 高清晰 度 、 高精 确 度 和 高可 信 度 。要 达 到“ 六 高” 数据采集是基础， 资料处理是关键， 因此采用以 下处理 流程 偏 移数 据 一 去反 褶 积影 响一 标 准 化一 3O ’ 分频一 去噪一 沿层计算 瞬时谱一 谱归一 化 。 当 同相轴 呈 麻花 状 去 反 褶积 影 响 非 常 必要 ， 标 准化处 理是对 子波 、 振 幅 、 频 率 、 相 位 的一致 性处 理 ， 沿层计算瞬时谱是处理策略， 我们知道地震数据的 核心信息是界面的反射信息， 反射波的极值对地震 波的动力学特征、 分辨率 、 保真度、 信噪比的贡献和 影响最大。按以上流程处理的瞬时谱 和传统的“ 三 瞬” 既有联 系又有 区别 ， 定义 在 采样点 上具 有 瞬时 特 性 ， “ 三 瞬” 1 个 采样点 对应 1个 值 ， 瞬 时谱 1个 采 样 点对 应 1 个谱 ， 以 5 0 Hz 带 宽计 算 地 震道 1个 采样 点集合成 4 个谱 ， 其信息扩大超过 1 0 0倍 ， “ 三瞬” 虽 数学意义明确但物理意义不 明确， 瞬时谱物理意义 明确 ， 它揭示 了与储 层 参 数 、 流 体参 数 、 弹 性 参数 和 频率参 数之 间的关系 。 3 对 已知井的检验 双相 介质 B I S Q 理论地震 油气预 测的新思路 、 新 方法 能 否实 现最 佳 应用 需 要 实践 的检 验 ， 因此对 川 中、 J I I 西南 、 川南三个 地 区的 7个 构造 和 1个 区块 的 5个层 段 须 四段 、 须 二 段 、 嘉 四 亚 段一 嘉 三段 、 嘉 二 亚段一嘉 一段 、 下二 叠 统 的 3 6口 气井 1 5口 ， 气水 同产 井 2口， 水 井 4口， 干 井 1 3口， 气 枯 竭井 2 口 已知井进行检验。经分析 、 研究发现瞬时吸收谱 和瞬时相 速度谱 的油气性有 如下 特征 图 1 ①正常 性 的地层或 地质 因素在 瞬时 吸收谱 和 瞬时频 散谱 上 为 大 范 围连续 成 片 的背 景反 映 ； ② 低频 段 为相 对 孤 立 的强吸收 异常和 高频散异 常 ， 异常 呈 透镜状 、 眼球 状 、 并 相伴 出现 ， 该异 常与油 气 圈闭有 直接 的对 应关 系； ③某个频段为相对孤立的强吸收和高频散异常， 也与含 油气 圈闭有直接 关系 ； ④干 井 、 水井 无上 述异 常现象 ， 在气水共 存 区 ， 也无上述 的异 常特征 。 通过 对 3 6口已知 井 的瞬 时 吸收 谱 和瞬 时频 散 谱异 常 的分析 、 研究 ， 认为 油气异 常 突 出 ， 特 征清楚 、 分辨率高， 可靠性好 ， 实现了最佳的应用 。 4 对 未知 目标 的预 测 根据 对 已知 井储 层 油气 特 征 的认 识 ， 2 0 0 8年 对 西南油气 田公 司蜀南气矿 6个 待钻 井位 目标 进行 了 B I S Q地 震油气 预测 ， 认 为 5个 目标 能获气 、 1 个 目标 为干层 。而钻探 结 果 表 明 ， 这 6个 目标完 井 试 油 获 得气 井 5口 ， 干 井 1个 口， 失误 井 1口， 预 测成 功率 8 3 ． 3 3 见表 1 、 图 2 。 第 2 9 卷第 l 2 期 天然气工业 C 9升 气 a CY B3 0 1 测线嘉四 ‘ 亚段 B I S Q地震油气预测 N1 0 6 气 N3 0 1 水 b C Z D 0 8 9测线须 段 BI S Q地震油气预测 Hl 干 H1 2 气 H1 1 气 H1 0 气 能量 等级 1 0 0 9 ．0 0 能量 等级 c H J ． DO 9 测线嘉 q 亚段 B I S Q地震油气预测 图 1 瞬时吸收谱 和瞬 时相速度谱对 已知 井油气检测 图 表 1 2 0 0 8年井位 目标 B I S Q地震油气预测效果统计表 5结论与建议 双相介 质 B I S Q 地震 油 气 预 测技 术 实 现 了 动态 信息 瞬 时 吸收 瞬 ， 瞬 时频 散 谱 的最 佳 应 用 。地 震 频带 的瞬时频散谱、 瞬时吸收谱联合起来用于地震 油气 预测在 国 内尚属首 次 经互 联 网 搜索 。特点 是 信息分辨率高、 信息量大 ， 有利于减小多解性 。双相 介质 B I S Q 地震油 气 预测 技 术 能 客观 地 反 映 油气 异 常特征 ， 适用 碎屑 岩和碳 酸盐 岩地 层 。 B 0 0 3 2 气 b 8 7 D Z T L D1 0测线茅口组 BI S Q地震油气预测 Y1 0 干 ．O 2 0 4 -0 6 0 8 ．1 0 c D4 2 测线须二段 BI S Q地震油气预测 图 2 瞬时吸收谱和 瞬时相速度谱对未知井油气预测图 建 议不 要 做 过 多 的 反褶 积 处理 ， 保 留客 观 的 动 力学 和频率 特征 。 参考 文 献 [ 1 ]张静 ， 张虎权 ， 李延 丽， 等． 蜀南地 区须家河组致密砂岩含 气性综合预测口] ． 天然气工业 ， 2 0 0 9 ， 2 9 1 4 5 4 7 ． E 2 5陆基 孟． 地 震 勘 探 原 理 [ M] ． 北 京 石 油 工 业 出 版 社 ， 1 98 2． E 3 3杨顶辉 ， 陈小宏． 含流体多孔介 质 的 B I S Q模型 E J 3 ． 石油 地 球 物 理 勘 探 ， 2 0 0 1 ， 3 6 2 1 4 6 一 l 5 9 ． [ 4 ]席道英 ， 张程远 ， 刘小燕 ． 储层 砂岩 的各 向异 性E J ] ． 石油 地球物理勘探 ， 2 0 0 1 ， 3 6 2 1 8 7 1 9 2 ． E 5 3巴特 M． 地球物理学 中频 谱分析 [ M] ． 郑 冶真 ， 译． 北 京 地震出版社 ， 1 9 7 8 ． [ 6 ]董 良国 ， 李培 明． 地震波传播数值模拟 中的频散 问题 [ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 4 ， 2 4 6 5 3 - 5 6 ． 收稿 日期2 0 0 9 0 7 1 6 编辑韩晓渝 3 1 灏 溜 鬈 能 等 羹 ■ ■ 孽t ■ ■ ■ ■ ∞ 脚 - I ■■■■■ 量级 ∞ 川 ∞ 湿 鳜 躲 溜 能 等 ■ 赛■ ■ _ ■ ■