叠前弹性反演在苏里格气田的应用

叠前弹性反演在苏里格气田的应用
潘仁芳;宋鹏
【摘要】苏里格气田当含气饱和度小于70%时,泊松比变化不明显,用AVO方法进行含气性检测效果不甚理想.基于Fatti近似的弹性波阻抗方法,充分利用了叠前资料进行反演,包含了丰富的岩性及流体信息,但其小角度时的算法不稳定及建立在"湿"岩石背景假设条件下的反演精度不高的缺点也很明显.改进后的Fatti近似公式算法更加稳定且建立了基于真实岩石物理参数的变量关系,提高了反演精度.应用实例表明应用从弹性阻抗反演数据体中获得的λ-μ-ρ参数进行交会,对苏里格气田低含气饱和度的气层检测效果明显,很好地反映了储层信息.
【期刊名称】《物探与化探》
【年(卷),期】2010(034)002
【总页数】5页(P237-241)
【关键词】Fatti近似;弹性阻抗反演;λ-μ-ρ交会;泊松比
【作者】潘仁芳;宋鹏
【作者单位】长江大学,地球科学学院,湖北,荆州,434023;长江大学,油气资源与勘探技术教育部重点实验室,湖北,荆州,434023
【正文语种】中文
【中图分类】P631.4
苏里格气田盒 8段主要发育有曲流河砂坝、三角洲平原分流河道砂体。

受沉积相
带以及物源控制,苏里格气田储层岩性多为石英砂岩和纯石英砂岩,石英含量一般 90%以上,最高可达 95%,多为含砾粗砂岩,砂岩一般累计厚度 20 m左右,最大可达40～50 m,呈多层叠合形态[1]。

通过对苏里格气田 7口井盒 8段不同岩样在中国科学院地球物理研究所地球动力
学高温高压开放实验室进行岩石地球物理学测定,选择自然风干(含气饱和度100%)、含气饱和度约 35%、含气饱和度 65%～75%、饱含水 4种状态下及规定的温度压力 (90～100℃,42～47 MPa)条件下,测试了纵、横波速度,并计算其泊松比σ的结果。

分析得知：致密砂岩和泥岩的泊松比在自然风干条件下仍大于0.18,而含气砂
岩的泊松比在自然风干时为 0.13～0.17;当砂岩含气饱和度小于 70%时,泊松比变
化不大;当砂岩含气饱和度大于 70%时,泊松比急剧下降。

因此利用泊松比对于苏里格气田低含气饱和度砂岩进行含气性预测缺乏实验依据。

近年来,人们在利用AVO技术预测含油气砂岩储层时发现,除泊松比外,其他反映岩
石物理性质的弹性参量对反射振幅也有很大影响。

通过叠前弹性反演数据体可以获得纵、横波阻抗、纵、横波速度,纵横波速度比,密度,λ-ρ和μ-ρ等多种参数体,利
用弹性模量交会图不仅可以有效地提取岩性信息,而且还可以更有效地区分孔隙流
体[2]。

1 Fatti近似的弹性阻抗公式
1.1 基于 Fatti波阻抗近似的弹性阻抗公式
Zoepp ritz方程的 Fatti波阻抗近似为[3]
其中,I p=v pρ,为 P波阻抗;I s=v sρ,为 S波阻抗;ΔIp/I p为垂直入射时的 P波阻
抗反射系数;ΔI s/I s为垂直入射的 S波阻抗反射系数;θ为入射
角;C1=(1+tan2θ)/2,C2= -4γsin2θ,C3=2γsin2θ -(tan2θ)/2,γ =v s/v p=0.5。

如果仔细分析式(1),可以发现两方面的弊端：①由于方程系数 C1、C2、C3的值随
角度变化剧烈,特别是方程在小入射角的情况下 C2、C3数量级很小,C2、C3轻微
的扰动,就会引起密度与横波反射系数解的很大变化,故此在小入射角时不稳定;②由于方程假设γ的值为 0.5,即“湿”背景下的横纵波速度之比,没有联系到真实背景
下的纵横波速度,将会影响反演的真实性。

1.2 改进后的 Fatti近似的弹性阻抗公式的推导
基于基础变量 I s、I p、ρ相互相关的事实,利用“湿”背景下的 Gardner公式及
横纵波速度之比为常数的假设,建立一般背景下 I s、I p、ρ之间的关系,从而对
Fatti公式进行改进。

由
等式中间的分式上下同乘ρ后,对等式两端指数化,可得
由 Gardner公式ρ=两边同乘ρb并指数化可得
将“湿”背景条件下的等式 (2)、(3)推广到一般背景条件下可得
式中,k、kc、m、mc是利用实际井资料所计算得出的,I s、I p、ρ通过最小二乘法拟合可以求得,而ΔL S,ΔL D则分别是异常点偏离拟合曲线的大小,是关于 ln(I p)的函数。

将式 (4)、(5)微分后再代入 (1)中可得到改进后的 Fatti公式
其中,˜C1=C1+kC2+mC3,是ΔLS关于I p的微分,ΔL’D是ΔL D关于I p的微分。

改进后的 Fatti公式具有以下几个优点：①公式具有独立的变量,这使得算法更加的稳定;②基于已知区域岩石物理性质建立了各变量之间的关系,提高了反演的精度;③可以通过对变量ΔL S、ΔL D预白化和稳定化来处理噪声道,从而提高分辨率。

2 AVO原理
1985年,Shuey对前人各种近似方程进行重新推导,进一步研究了泊松比对反射系数的影响,提出了反射系数的 AVO截距和梯度的概念,证明了相对反射系数随入射角 (或炮检距)的变化梯度主要由泊松比的变化来决定,给出了用不同角度项表示的反射系数三参数近似方程[5]。

此方程式中 A、B即相当于 Shuey两参数方程中的P、G(A=P、B=G),第一项参数 A表示 P波垂直入射(θ=0°)时的反射系数;第二项参数B称为梯度项,在入射角为中等入射时(0°＜θ≤30°),它将影响振幅随炮检距的变化规律,反映地层岩性的变化;第三项参数 C在θ＞30°时,影响振幅随炮检距的变化规律。

在入射角＜30°时,sin2θtan2θ≤0.083,Δα/α也比较小 ,则第三项可以忽略。

其中,
根据方程 (7),可以得到 AVO的属性参数,其中最重要的泊松比参数 aA+bB,反映了泊松比的变化特征。

从苏里格地震资料中得到斜率 A值范围与B值范围相当,分析含气砂岩从背景趋势线的偏移,得出在此处取 a=0.5,b=0.5,是为了同时参考A、B 的值而不让泊松比受单个参数 A或 B的影响(即均衡 A、B对泊松比的影响)。

3 应用实例与对比分析
首先,基于井资料对研究区含气层段的泊松比值及λ-ρ、μ-ρ参数进行对比分析 ,然后分别采用AVO方法和改进的 Fatti方程对该区地震资料进行反演研究。

图 1是苏 14井的测井曲线及各种转换曲线。

根据苏 14井的测井资料,该井目的层段有 2个含气层,分别为 3 449.4～3 462 m和 3 476.3～3 481.3 m,前者含气饱和度为 75%(图 1中 35号气层),后者含气饱和度为 61.1%(图 1中 38号气层)。

从图中可以看出 2个含气层均表现出低速、低密度和低λ-ρ特征,泊松比在 35号气层减小明显,在 38号气层没有明显变化。

图1 苏 14井测井曲线及各种转换曲线
3.1 AVO反演
图 2为过苏 14井的 Inline 05-1721测线泊松比剖面。

图中可见,在含气饱和度大
于 70%的 35号气层的井附近出现明显的泊松比低值,显示出很好的含气性;在 t为
1 830 ms、CDP为 1809～1836和1857～1871(红色矩形框)也表现出明显的泊
松比低值;但是在低含气饱和度的 38号气层,泊松比却没有出现低值 (红色椭圆虚圈线)。

因此,单凭 AVO方法在苏里格气田进行含气性检测,特别是当含气饱和度低于70%时,效果不甚明显。

图2 Inline 05-1721测线泊松比剖面
图3 不同含气饱和度的含气砂岩λ-μ-ρ交会图
图4 λ-ρ与μ-ρ交汇图(左)及两者对应的测井曲线(右)
3.2 叠前弹性阻抗反演及λ-μ-ρ交会
在进行叠前反演前,需要利用已知井资料计算出I s、I p、ρ,然后通过最小二乘法拟合求得参数 k、kc、m、mc,再将所得参数代入式 (4)～(6),即可得到适合本地区的改进后的 Fatti公式。

以苏 14测井资料为基础,确定本研究区参数 k为 1.34,k c为-3.66,m为0.437,m c为 -3.15。

利用改进后的 Fatti公式对实际地震资料反演,由弹性反演数据体可以获得纵、横波的阻抗、速度、速度比和密度及λ-μ-ρ多种参数。

Goodway认为λ属性表示不可压缩性,对孔隙流体比较敏感,μ属性表示刚性,对于岩石基质(矿物成分)比较敏感[6]。

研究发现用λ-ρ和μ-ρ来区分岩性和含油气性,比单独应用β/α、λ、μ、P波阻抗和 S波阻抗进行岩性和含油气性分析效果都明显。

图 3为不同含气饱和度砂岩在
λ-μ-ρ交会图上的分布,图中蓝色点为含水砂岩 (含气饱和度为 0%),粉红色点为含
气饱和度 100%～10%的含气砂岩。

从图上可以看出,λ-ρ属性对含气性十分敏感,当含气饱和度大于 10%时,表现出低
λ-ρ值,因此,采用λ-μ-ρ对目标层进行研究。

图 4a是苏 14井盒 8段λ-ρ与μ-ρ交会图,图中红色矩形框所圈区域为目的层段低λ-ρ值。

图 4b为图 4a所圈低λ-ρ值在测井曲线上的对应,从图中可以看出,两个含气层 3 449.4～3 462 m和 3 476.3～3 481.3 m均表现出低λ-ρ值。

由此可以看出λ-ρ对含气性十分敏感。

图 5为过苏 14井的 Inline05-1721测线λ-ρ反演剖面。

从图中可以看出含气饱和度大于 70%的35号气层及低含气饱和度的 38号气层均表现出了相对低的λ-ρ值 (墨绿色椭圆虚线圈)。

图 6为过苏 14井测线λ-μ-ρ属性剖面。

对盒 8段选取左右 3个 CDP道做了λ-ρ与μ-ρ交会,红色矩形框为目的层段低λ-ρ值 (有利含气区)。

图 7为图 6所标定的低λ-ρ值在地震剖面上的显示,红色即表示有利含气区域。

从图中可以看出含气饱和度大于 70%的 35号气层及低含气饱和度的38号气层均表现出了好的含气性 (蓝色椭圆虚线圈 ),在 t为 1 830 ms、CDP为 1809～1836和1857～1871(蓝色矩形框)也表现出了很好的含气性,与泊松比剖面对应较好。

图5 过苏 14井的 Inline05-1721测线λ-μ-ρ反演剖面
图6 λ-μ-ρ属性剖面上λ-ρ与μ-ρ交会
图7 图 6所标定的低λ-ρ值在地震剖面上的显示
5 结论
(1)对 Fatti公式进行了改进,使得算法更加稳定且反演精度更高。

(2)针对苏里格气田含气饱和度小于 70%泊松比变化不明显的情况,利用改进的Fatti公式进行弹性阻抗反演,并选取对含气性十分敏感的λ-μ-ρ属性进行交会分析,研究证明该方法能较好地检测出低含气饱和度气层。

参考文献：
[1] 王大兴,史松群,赵玉华.苏里格庙储层预测技术及效果[J].中国石油勘
探,2001,6(3)：32.
[2] 王保丽,印兴耀,张繁昌.基于 Gray近似的弹性波阻抗方程及反演[J].石油地球物理勘探,2007,42(4)：435.
[3] Jan L F,George C S,peter JV,et al.Detection of gas in sandstone reservoirs using AVO analysis：A 3-D seismic case history using the Geostack technique[J].Geophysics,1994,59(9)：1362.
[4] 史松群,赵玉华.苏里格气田低阻砂岩储层的含气性预测研究[J].石油地球物理勘探,2003,38(1)：77.
[5] Shuey R T.A simp lification of the Zoepp ritz
equations[J].Geophysics,1985,50(4)：609.
[6] Goodway W,Chen T,Downton J.Improved AVO fluid Detection and Lithology Discrimination Using Lame Petrophysical
Parameters[C]//Extended Abstracts,Soc Expl Geophysics,67th Annual International Meeting,Denver,1997.。