石油勘探-3.ppt

石油地震物理模型及应用研究,石油大学北京CNPC物探重点实验室1999年9月,介绍内容,一、地震物理模型理论二、定位系统和采集系统三、弗仑奇（Fｒｅｎｃｈ）模型四、五、油气储层模型六、三维地震模型七、复杂地震物理模型,前言,随着石油天然气勘探开发工作的不断发展，我们所面临的勘探对象和开发环境也越来越复杂、越来越困难。地震方法面临着复杂构造油气藏、岩性油气藏和裂缝油气藏的勘探及寻找“剩余油”的艰巨而复杂的任务。为了解决这些油气勘探、开发问题，就必须不断地开展适应于上述复杂介质情况下的地震波理论研究和地震物理模型实验研究，并将地震波理论研究与实验研究两者紧密结合起来，开展油气储层中地震波场的正演数字模拟和物理模拟，并在地震正演模拟的基础上，开展油气储层参数（孔隙度、渗透率、含油气饱和度）的反演方法和技术研究，以提高复杂油气地震勘探的精度，提高地震方法对复杂油气勘探、开发能力。,地震物理模型实验是在实验室内用超声波探测的方法，把野外的地质构造和地震勘探方法，通过一定的模拟相似比进行模拟。与数学模型相比，其最大的优点就是地震物理模型模拟结果的真实性，不受计算方法、假设条件的限制，因而地震物理模型受到国外各石油公司和大学的普遍重视。,地震物理模型实验,1977年美国休斯敦大学地震声学实验室创建水槽地震物理模型。该实验室受到美国30家石油公司和地球物理公司的支持和资助，至今仍是美国最大的地球物理工业联合体之一。1985年美国埃克森石油公司建立了固体地震物理模型观测系统。1990至1993年，欧洲共同体勘探研究及发展计划中，特别加强地震物理模型的研究，强调了“以地震物理模型弥补数值计算的不足。”国内新星石油公司石油物探研究所（原地矿部）以及同济大学前后在１９８５年设计建立了大型水槽自动地震物理模型观测系统。石油大学于1986年研究成功了固体地震物理模型方法，并且一开始就从固体地震物理模型方法出发研制了一套大规模、高精度固体地震物理模型设备。,国内外地震物理模型实验室情况,一、固体地震物理模型理论,固体地震物理模型与以往的水槽地震物理模型相比，具有无可比拟的优越性。固体地震物理模型最大的优点就是可以同时获得各类纵波、各类横波和各类转换波的多波多分量地震记录，为复杂构造油气藏特别是岩性油气藏和裂缝油气藏的地震物理模拟开辟了道路。固体地震物理模型的基础是动力学相似原理,动力学相似原理,地震物理模型在模拟地震波运动学特征时，必须满足几何相似比，即，当波在模型介质中的传播速度VM与地震波在实际介质中的传播速度V相同时Vm＝V则式中，r为实际介质尺度，rm为模型介质尺度。当模型介质速度VM与实际介质速度V不相同时则,固体地震物理模型在模拟实际地层介质或储层时，除须满足地震波运动学的几何相拟比，还需满足地震波动力学的相拟性，即要求模型的各弹性常数与实际地层相应的弹性常数相同或相似。在单相或双相完全弹性介质情况下，要求各弹性系数和密度相同或相似。例如∶单相介质∶双相介质∶,在单相或双相、非完全弹性介质情况下，除要求各弹性系数和密度相同或相似外，还要求介质的吸收系数相同或相似。设在实际介质中，地震波振幅如则式中，A0为地震波的初始振幅，为实际介质的吸收系数，f为地震波的频率，r为地震波的传播距离。,在模型介质中，波的振幅其中,则式中，Am0为模型中波的初始振幅，αm0为模型介质的吸收系数，fm为模型中波的频率，rm为模型中波传播距离。,为了使波在模型中传播与地震波在实际介质中传播具有相同的振幅衰减，则得到当波在模型介质中的传播速度Vm与地震波在实际介质中的传播速度V相同时，VmV则得出此时，模型介质的吸收系数应等于实际介质的吸收系数。,而当波在模型介质中的传播速度Vm与地震波在实际介质中的传播速度V相似时，即得或此时，模型介质的吸收系数应等于实际介质的吸收系数乘以速度比系数。,二、定位系统和采集系统,大型精密三维定位系统,自动控制采集系统,1.大型精密定位系统和自动控制采集系统,我们研制的这套大型精密定位系统和自动控制采集系统。具有如下特点探头与固体地震物理模型可直接藕合进行观测，能自动记录到多波（纵波、横波、转换波等）、多分量（如用三分量或九分量）的模拟地震记录，有利于对岩性油气藏和复杂构造的模拟研究。配有电测头，可直接测量模型的几何形态，具有三维坐标仪相类似的功能，可扩大其应用领域。规模大，三维测量范围∶2.3m2.3m1.0m，可制做和采集大比例尺的地质模型，便于对油气藏作精细的模拟。,精度高。三维定位精度误差小于0.1mm，在几何相似比为１∶１000时，相当于野外或井中10cm的误差分辨率高。研制的高分辨率震源，可提高分辨率1倍左右，有利于进行薄互层油气藏的模拟研究。控制采集软件功能齐全。采用以PⅢ450为中心，基于客户/服务器体系结构的，在Windows操作系统下用面向对象的编程技术编写的控制采集软件可模拟野外或井地震勘探所用的包括三分量采集在内的各种观测方式，能直接获得模型实验的数字记录。,2．固体地震物理模型数据采集技术,固体地震物理模型数据采集方式是发射与接收探头直接与固体模型表面藕合。探头与表面藕合的情况关系着固体地震物理模型数据采集的成败。我们根据压电换能器输出与压力之间的关系，采用自动控制压力法（APCM），成功地实现了固体地震物理模型数据采集。采用APCM法所采集的固体地震物理模型记录，波形和振幅都极为稳定，重复性很好。振幅的最大相对误差为10左右。,内容介绍,一、构造物理模型复杂构造研究东部深层潜山、断块、断裂带、裂缝、膏盐西部山地、逆掩断层、黄土塬、裂缝、火成岩层待解决的问题复杂构造的高质量成像；野外采集系统的优化设计是高质量地震成像的重要环节。,地质构造形态和模型,,模具,实物,简化后的地质构造形态,1．深部复杂构造模型,虚谱法数学模拟结果,三维虚谱法模拟记录,物理模型记录,物理模型处理结果,,单边放炮,双边放炮,单、双边放炮叠加记录剖面,加噪后纵向（24次）横向叠加剖面,横向一次,横向四次,8线2炮,8线8炮,中间放炮的质量好于单边放炮,横向变宽，复盖次数增加，成像效果提高,模型、测试结果,,图4.6车排子地质构造、剖面和物理模型,地质剖面,2.逆掩断层-新疆车排子地区,,,两种面元都能清楚地分辨出大区域构造,局部构造2525面元的分辨率更好,3.复杂断块江苏碳酸盐岩,,,4.反转构造,偏移剖面,F-X偏移剖面,克希霍夫积分偏移剖面,,物理模型叠加剖面（小道大排列观测方式）,地质剖面,物理模型,5.逆掩断层新疆依希克里克,实际地质构造和剖面,6、火成岩--江汉江陵地区,地质剖面,,模型实物,,利用高次项动校正方法作NMO校正并迭加的记录,三层火成岩反射很清晰。但下覆层反射由于动校畸变等原因,能量较弱、反射连续性较差。为避免NMO拉伸畸变，我们实验了利用线性动校正做整体时移的方法。,,,左图是对偏移距在300-4000米之间的地震道作迭前时间偏移的结果。火成岩的分布很好地显示出来。但下覆反射仍然很弱，很零乱。,,,右图是对4000-8000米的偏移距作迭前时间偏移的结果。此时，下覆地层的特征要好于左图的反射特征。,基于地质地球物理模型的三维观测系统优化设计的研究,1、三维观测宽窄的定量判别准则有3个因素决定三维观测的宽窄。（1）单元模板横纵比是决定三维观测宽窄的关键因素模板横纵比为rLLc/Li（2）覆盖次数横纵比是决定三维观测宽窄的重要因素覆盖次数横纵比rnnc/ni（3）单端放炮是影响炮检线方位角分布的补充因素,三维观测宽窄的判别准则r－宽窄度，一般情况下可取C1＝C20.5。同时约定r0.5时为窄方位观测系统；r≥0.5时为宽方位观测系统；r≥0.85时为全方位观测系统。,三维观测系统优化设计的研究,2、不同宽窄的三维观测适用的地质构造对象,,,地质构造有明显的倾向与走向时，反射波能量主要分布在图中所示类似椭圆形的区域内，采集可以用窄方位观测系统，资料处理可以采用CMP叠加和叠后偏移。,三维观测系统优化设计的研究,倾向构造反射波能量分布,穹窿（或潜山）构造没有方向性，地震波场是四处发散的，反射波能量以S为圆心，向外逐渐衰减，最好采用宽方位观测采集方法和叠前深度偏移、CRP叠加处理技术。,三维观测系统优化设计的研究,穹窿构造能量分布示意图,3、穹窿物理模型,模型剖面和测线布置,三维观测系统优化设计的研究,三维观测的两种模板,γt＝1600/4800γn＝4/10γ＝0.35,γt＝3600/4400γn＝6/6γ＝0.91,4、穹窿物理模型的宽窄三维观测系统对比试验,图4.15穹窿模型二种观测系统偏移后三维数据体切片，（上）窄方位观测系统，（下）全方位观测系统,,,,工作流程图,,基于地质地球物理模型的三维观测系统优化设计方法,本方法根据目标区已知的地质地球物理模型，通过物理和数值模拟相结合对三维观测系统进行正演模拟，并经合适的三维数据处理，判断最佳的成像效果，最后确定三维观测系统设计。,在油气勘探中，常利用地震反射波的特征判断油气储层波的动力学特征（振幅、频率、吸收系数等）与含气、含油饱和度之间有相互关系。通过物理模型来观测砂岩储层在含气（甲烷气、二氧化碳气）、含油和含水状态下的地震反射波特征，以期对砂岩油气储集层的实际地震勘探工作提供有用的信息。,含油气储层地震物理模型,物理模型制作,含油气水物理模型,油气储层物理模型示意图,技术难点控制各种流体的饱和度,实验结果,P波反射波振幅与饱和度的关系,P波吸收系数与饱和度的关系,含油气储层的地震波特征,利用P-波吸收系数可以判断油水,吸收系数,利用P波反射振幅可以区分液相和固相,物理模型制作,,大庆油田主要地质特征砂泥岩薄互层，层厚小于5米（2-3米）模型薄互层①泥层厚3.6米，速度2490m/s；②砂层厚4.2米，孔隙度约17，速度3245m/s。,图1.4薄互层物理模型示意图,砂泥岩薄互层地震物理模型研究,表1.3实际地质和模型的一些参数的比例关系,薄互层中三种状态为空气、水、机油用二维观测系统采集0-60-1008米；50炮，炮距30米；每炮80道，道距12米,砂泥岩薄互层地震物理模型研究,,,图1.5叠加剖面,结果与分析,图1.6梯度剖面,图1.7薄互层模型三种状态下AVO分析交汇图,AVO属性分析,含油、水、气储层的AVO属性有明显分布规律,,,