苏25区块含水饱和度变化所引起的AVO响应分析

陈 洁，桂志先

油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)

朱凡求

(新疆油田公司工程技术公司五分公司，新疆 克拉玛依 834000)

王 宁，齐 虹

油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学) 长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 荆州 434023

苏25区块含水饱和度变化所引起的AVO响应分析

陈 洁，桂志先

油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)

朱凡求

(新疆油田公司工程技术公司五分公司，新疆 克拉玛依 834000)

王 宁，齐 虹

油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学) 长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 荆州 434023

岩石的流体饱和度是影响地震波振幅随炮检距变化(AVO)的重要因素。通过改变岩石含水饱和度来分析AVO响应特征。利用Gassmann方程对含气地层进行流体替代，计算了不同含水饱和度地层中的纵、横波速度，分析其变化规律，然后利用实际资料建立正演模型，并提取相应的泊松比剖面进行分析。研究表明，当含水饱和度从0%变化到80%时，随着入射角增加，振幅强度变化较小；当含水饱和度超过80%后，随着入射角增加，振幅强度变化较大。总之，随着含水饱和度的增加，振幅增加的强度总体上呈减小趋势。

含水饱和度；AVO响应；泊松比；流体替代

苏里格气田主要产气层为上古生界二叠系底部盒8段-山1段砂层组，属沼泽背景下的辫状河沉积，天然气成藏条件复杂，构造对天然气聚集不起主要控制作用。储层经受了强烈的成岩作用改造，有效储层以次生孔隙为主，具有低孔、特低渗特点和极强的非均质性。在苏格里气田，尽管砂体可能连续，但有效砂体是孤立分散的，常规地震反射没有特定的响应特征，致使储层预测存在多解性，给该区的勘探与开发造成了很大难度[2]。为此，笔者根据苏25工区某口井的测井资料，通过流体替代计算出不同含水饱和度地层中的纵、横波速度，分析其变化规律，并将相关扩展数据应用于正演分析和属性分析, 为叠前储层预测提供指导。

1 流体替代原理

流体替代的目的是在给定的储层条件(如温度、压力、孔隙度、岩石基质类型和盐水矿化度)和孔隙流体饱和度条件下模拟储层的纵横波速度和密度。由于各向同性介质中的地震速度是岩石的弹性模量和密度的函数，因而流体替代计算的是岩石的弹性模量(体积模量和剪切模量)和密度。流体替代的核心是Gassmann方程，Gassmann方程是联系岩石孔隙、框架和流体性质与岩石体积模量的桥梁，利用该方程可以预测岩石弹性模量是如何随孔隙流体的改变而变化的，其表达式如下[3]：

(1)

μsat=μdry

(2)

式中，φ为孔隙度；kdry为干岩石体积模量，N/m2；kma为矿物体积模量，N/m2；kf为孔隙流体模量，N/m2；ksat为饱和岩石的刚度，N/m2；μsat和μdry分别饱和岩石和干岩石的剪切模量，N/m2。

将已知饱和流体岩石1替换成饱和流体岩石2，具体步骤如下：

1)从饱和流体岩石1测得的纵横波速度(vp、vs)和密度ρ提取体积模量和剪切模量：

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(3)

式中，k1为饱和流体岩石的体积模量，N/m2；μ1为饱和流体岩石的剪切模量，N/m2。

2)利用Gassmann方程转换该体积模量：

(4)

式中，k2为饱和流体岩石2的体积模量，N/m2；kfl.1、kfl.2分别为饱和流体1，2的体积模量，N/m2。

3)将剪切模量保持一致：

u2=u1

(5)

式中，u1、u2分别为饱和流体岩石1，2的剪切模量，N/m2。

4)进行密度转换：

ρ2=(1-φ)ρma+φρfl.2=ρ1+φ(ρfl.2-ρfl.1)

(6)

式中，ρ1、ρ2分别为饱和流体岩石1、2的密度,kg/m3；ρfl.1、ρfl.2分别为饱和流体1、2的密度,kg/m3。

5)重新求取速度:

(7)

2 含水饱和度对速度的影响

储层岩石是多孔介质，其中可充填水或油气。流体的存在将会影响岩石介质的地震参数特征，使波速等随含水饱和度的变化而发生变化。图1所示为在同一孔隙度条件下波速随含水饱和度变化曲线。由图1可知，当含水饱和度增大横波速度减小，而纵波速度下降迅速些，当含水饱和度大于90%时，纵波速度达到最小，之后随着含水饱和度的增大纵波速度逐渐增大，但增加的速度变得缓慢。纵波速度的这种变化是由于含水饱和度较高时，油气的体积模量决定了混合流体的体积模量，而气体的可压缩性大，因此导致空隙的可压缩性急剧增加，地层体积模量急剧降低[4]；当含水饱和度继续降低时，空隙的压缩不再增加，从而随着密度的降低，纵波速度逐渐增加。

图1 波速随含水饱和度的变化(气层) 图2 波速随含水饱和度的相对变化(气层)

图2所示为波速随着含水饱和度的相对变化情况。由图2可知，横波变化率近似一个常数，纵波的速度对流体的变化比较敏感，在含水0%～80%时纵波速度相对变化达到了80，并且在含水饱和度增加时，纵波的速度先缓慢减小然后迅速增加，显然，纵波速度降低是含气地层的一个重要标准。根据该纵波速度的变化规律就能够识别流体，从而为储层预测工作提供依据。

3 实例分析

对苏25工区某探井进行流体替代计算，得到替代后不同含水饱和度的纵横波速度、密度及泊松比，利用Zoepprite方程[5]计算各种条件下的不同入射角时储层顶面纵波反射系数，进而进行AVO正演模拟分析，并提取相应的泊松比剖面进行说明。

3.1流体替代和AVO模型分析

图3所示为储层饱含气(含水饱和度0%)时储层顶面AVO响应情况。由图3可知，当储层饱含气时，由于与上覆泥岩阻抗差异增大，顶面反射有所增强，所以振幅增加的强度增大。图4所示为储层饱含水(含水饱和度100%)时储层顶面AVO响应情况。由图4可知，当储层饱含水时，地层阻抗接近上覆泥岩，顶面反射变弱，导致振幅增加的强度减弱。

图3 饱含气(含水饱和度为0%)时AVO响应图 图4 饱含水(含水饱和度为100%)时AVO响应图

图5显示为含水饱和度变化时AVO响应图。从图5可以看出，当含水饱和度从0%变化到80%时，随着入射角增加，振幅强度的变化较小；当含水饱和度超过80%后，随着入射角增加，振幅强度的变化较大。因此，含水饱和度是影响地震波振幅随炮检距变化的重要因素之一，可以通过研究AVO响应变化来指导储层类型的划分。

图5 含水饱和度变化时AVO响应图

3.2泊松比剖面分析

图6 泊松比剖面图

AVO应用的基础是泊松比的变化，而泊松比的变化是不同岩性和不同孔隙流体介质之间存在差异的反映[6]。因此，可以通过提取泊松比属性来进行储层孔隙流体识别。

含水饱和度变化时的泊松比剖面如图6所示(左边3道是含水饱和度为100%的合成CDP道集，中间3道为含水饱和度80%的合成CDP道集，右边3道是含水饱和度为20%的合成CDP道集)。从图6可以看出，当孔隙中完全含水时泊松比较大，当含水饱和度减小时泊松比也随之减小，且含水饱和度为80%时泊松比急剧减小。这是因为当储层中含有一定量气体时，纵波速度降低得较快，而横波速度变化不大，导致泊松比急剧减小。这表明随着含水饱和度的减小，波阻抗差异随之减小，从而导致振幅强度减小。因此，泊松比属性剖面从侧面验证了随着含水饱和度的增加，振幅强度总体减小的变化规律。

4 结 语

当岩石空隙含有不同流体时，引起岩石速度的变化，进而引起反射波振幅随入射角的变化。对苏25工区的某探井进行研究，结果表明，当含水饱和度从0%变化到80%时，随着入射角增加，振幅强度的变化较；当含水饱和度超过80%后，随着入射角增加，振幅强度的变化剧烈。在替代数据的基础上进行了泊松比属性提取，从侧面验证了随着含水饱和度的增加，振幅强度总体减小的变化规律。因此，上述方法可以用来进行气层识别和检测。

[1]印兴耀，韩文功，李振春，等.地震技术新进展[M].北京：中国石油大学出版社，2005.

[2]邹新宁，孙卫.盒8地层岩石物理参数及地震响应模型研究[J].中国石油大学学报(自然科学版)，2006，30(2)：21-25.

[3]郝晓红，王闯，谢春雨.流体替代技术及引用分析[J].海洋石油，2008，28(3)：1-5.

[4]夏红敏，王尚旭，李生杰.含气地层的AVO响应分析[J].石油物探，2006,45(4)：357-361.

[5]殷八斤，曾灏.AVO技术的理论与实践[M].北京:石油工业出版社,1995.

[6]马中高，管路平，贺振华，等.利用模型正演优选地震属性进行储层预测[J].石油学报，2003，24(6)：35-39.

[编辑] 李启栋

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.12.018

P631.4

A

1673-1409(2011)12-0049-04