致密砂岩含气性敏感参数——以松辽盆地英台气田营城组为例

许翠霞，马朋善，赖令彬，孙圆辉，李忠诚

（1.中化石油勘探开发有限公司；2.中国石油大学（北京）；3.中国石油勘探开发研究院；4.中国石油吉林油田公司勘探开发研究院）

致密砂岩含气性敏感参数
——以松辽盆地英台气田营城组为例

许翠霞1,2，马朋善3，赖令彬3，孙圆辉3，李忠诚4

（1.中化石油勘探开发有限公司；2.中国石油大学（北京）；3.中国石油勘探开发研究院；4.中国石油吉林油田公司勘探开发研究院）

针对致密砂岩气层与围岩的波阻抗差异较小、气层与围岩区分难度大等问题，研究致密砂岩含气性敏感参数，以准确识别薄层致密砂岩气。根据地层流体对弹性参数的敏感性，提出致密气敏感参数λ/vs（第1拉梅系数与横波速度比值），并根据不同地质条件，提出拓展属性f/vs（Russell流体相与横波速度之比），f/vs在一定条件下可退化为λ/vs。采用Gassmann方程与Brie经验公式进行流体替换，发现λ/vs比常用属性λρ（第1拉梅系数与密度乘积）、vp/vs（纵横波速度比）对含气饱和度更敏感，验证了新敏感参数的有效性。对英台气田营城组营二段进行叠前反演，发现λ/vs比λρ识别气层的精度高，与测井解释结果吻合较好，提高了气层识别能力及预测精度。图5表3参12

致密砂岩气；含气性；弹性参数；敏感参数；叠前反演

0 引言

随着油气勘探开发的不断深入，致密砂岩气已成为天然气勘探开发的主要领域之一。相对常规气藏，致密砂岩气具有气层薄、岩性复杂、储集层非均质性强、成藏过程复杂等特点，导致气层识别和预测困难。

国内外学者对储集层预测及流体检测进行了深入研究：Gregory和Domenico认为地层流体影响纵横波速度比（vp/vs）[1-2]；Smith和Fatti等[3-4]基于Castagna泥岩基线方程[5]提出流体因子属性ΔF=Rp−1.16（vs/vp）Rs；Goodway提出参数λρ和λ/µ能很好地识别常规砂岩流体[6]；Russell提出的ρf参数更具有普遍适用性[7]；印兴耀等针对深层流体识别，采用两项弹性阻抗反演与Russell流体因子直接估算流体弹性参数，充分利用了弹性阻抗反演的高抗噪性与实用性[8]；Sharma和Chopra提出采用参数Ερ检测页岩脆性，研究表明其对岩性更加敏感[9]。

致密砂岩气层与围岩的波阻抗差异较小，难以将其与围岩区分开，因此需要进一步研究可用于致密气流体检测的敏感参数。本文基于前人研究成果，根据地层流体对弹性参数的敏感性，研究适合致密气层预测的敏感参数，并利用该参数对松辽盆地英台气田营城组营二段进行含气性预测，以验证参数的有效性。

1 常规与致密砂岩弹性参数对比

以珠江口盆地L气田和松辽盆地英台气田为例说明利用储集层纵波阻抗识别不同类型气层的可行性。珠江口盆地L气田珠江组含气砂岩储集层埋深3 000～3 300 m，纵波速度为3 000～3 700 m/s，孔隙度为20%～25%，为常规储集层。对L气田NH1井纵波速度、纵波阻抗等数据进行统计，发现气层与围岩的纵波阻抗相对变化率为18.79%（见表1），气层识别相对容易。松辽盆地英台气田营城组含气砂岩储集层埋深3 700～4 500 m，纵波速度为4 300～5 400 m/s，孔隙度普遍低于10%，为致密储集层。英台气田营城组岩性复杂，储集层物性变化快，且多为2～3 m薄层，地震资料主频为28 Hz，分辨率较低。对英台气田ls3井测井数据进行统计，发现气层纵波阻抗相对围岩的变化率为8.08%（见表1），气层与围岩纵波阻抗的重叠范围较大，利用纵波阻抗区分气层与围岩难度大。储集层的复杂性和资料的局限性导致英台气田致密气层分布规律至今认识不清，需要寻找更敏感的弹性参数以明确气层分布。

表1 不同地区弹性参数变化特征对比

研究不同类型气层弹性参数特征（见图1、表1）发现，L气田常规砂岩含气层与围岩弹性参数λ、K、σ的相对变化率分别为55.49%、39.40%、35.29%，而英台气田致密砂岩含气层与围岩弹性参数λ、K、σ的相对变化率分别为35.03%、20.79%、20.00%。可见λ对气层最敏感，其次是K和σ。但英台气田叠前地震道集最大入射角为26°，入射角偏小，三参数反演得到的密度可信度差，进一步反演无法得到有效的弹性参数λ、K等，因此需建立新的敏感参数组合预测英台气田致密砂岩含气性。

2 致密气敏感参数分析

2.1 致密气敏感参数

英台气田营城组数据分析表明，致密砂岩气层与围岩vp/vs、λ/vs相对变化率分别为−6.2%、−36.9%。可以看出属性λ/vs在识别气层时比vp/vs具有优势，能够更好地将流体和围岩区分开来（见表2）。

2.2 敏感参数拓展研究

Russell基于Gassmann方程提出用流体因子ρf来识别含气储集层[7]：

其中参数c=(vp/vs)dry2用于抵消s项固体骨架信息[6]，不同环境下地层c值不同。确定c值的方法通常有3种：①通过实验确定Kdry/μ、λdry/μ后，计算得到c值；②估计干岩石的泊松比（σdry）后计算得到c值；③通过测井和地震资料试验，确定识别流体的最佳c值（见表3）。前两种方法不易获得准确详细的弹性参数，实际应用时一般采用第3种方法确定c值。

利用Russell流体因子对英台气田营城组数据进行统计，当c=2.8时对流体识别效果最好（见图2），另外巴西海上油田实际应用中也发现c=2.8时识别流体效果最好[10]。随着岩石致密程度的增加，岩石的可压缩性下降，岩石骨架成分增加，σdry值也增大，导致c值增大。Russell认为弹性参数λ、K等在某些地层不能完全反映流体成分[7]，而提出的参数ρf去除了干岩石骨架的影响，所以更能突出流体信息。

将Russell流体因子ρf与ρvs组合得拓展属性f/vs：

f/vs是普遍适用的一般形式，当c=2时，f/vs退化为λ/vs。

不同c值的数据统计结果表明，与Russell流体因子ρf数据的分布（见图2）相比，利用拓展属性识别气层（见图3），数据点更收敛集中，提高了含气砂岩与围岩的区分度。对于英台气田，当c=2时，利用λ/vs参数已经能很好地区分含气砂岩与围岩，因此可以直接利用敏感参数λ/vs识别气层，而Russell流体因子中需要试验c取值的合理性。

图1 常规砂岩与致密砂岩弹性参数对比

表2 英台气田营城组含气层敏感参数对比

表3 不同弹性参数比值对应的c值（据文献[7]修改）

图2 Russell流体因子识别气层

图3 拓展属性f/vs识别气层

地震弹性参数都有其适用范围，本次研究的敏感参数λ/vs、f/vs都包含弹性参数和地震波速度，其主要适用于各向同性弹性介质。

2.3 敏感参数有效性分析

通过Russell流体因子分析认为Gassmann方程适用于英台气田致密砂岩含气层[11]（见图2），因此流体替换过程采用Gassmann方程[11]与Brie经验公式[12]，其中指数e=3。经过流体替换计算得到含气层体积模量，结合英台气田地层已知弹性参数，计算得到λ/vs、λρ和vp/vs的相对变化率（见图4）。结果表明λ/vs比λρ、vp/vs对含气饱和度更敏感。

图4 含气饱和度敏感参数相对变化率比较

3 实际资料应用

对英台气田实际地震资料进行叠前同时反演，得到阻抗体Ip、Is，进一步得到λρ、λ/vs反演体。图5为过井ls3和ls4的反演剖面，剖面中红色—黄色区域为含气砂岩，绿色—蓝色为围岩。钻井表明英台气田营二段非储集层段严重垮塌，含气储集层段未垮塌，储集层段的井径曲线未发生变化，含气使测井密度值减小。

通过反演结果可知，λ/vs对气层的分辨能力比λρ效果好，且与测井解释的气层位置吻合度较高，较好地解决了薄层致密砂岩气的预测问题，有利于准确判断含气层。根据反演剖面，结合地层的测井响应和地质特征进行综合分析，可以较准确地刻画含气储集层范围。

图5 英台气田ls3井—ls4井弹性参数反演剖面

4 结论

通过流体敏感性分析提出适合致密气层预测的敏感参数λ/vs，其识别气层能力优于λρ和vp/vs。针对不同的地质条件，对敏感参数进一步拓展，得到拓展属性f/vs。与ρf相比，f/vs具有更好的含气敏感性。对英台气田营二段致密气进行含气性预测，发现敏感参数λ/vs在反演剖面上提高了气层分辨能力及预测精度。

符号注释：

ΔF——流体因子，无量纲；Rp——纵波反射系数，无量纲；Rs——横波反射系数，无量纲；K——体积模量，GPa；λ——第1拉梅系数，GPa；μ——剪切模量，GPa；E——杨氏模量，GPa；σ——泊松比，无量纲；ρ——岩石密度，g/cm3；vp——纵波速度，m/s；vs——横波速度，m/s；f——Russell定义的流体相，GPa；s——Russell定义的骨架相，GPa；c——Russell定义去除骨架相的系数，无量纲；（vp/vs）dry——干岩石纵横波速度比，无量纲；Kdry——干岩石体积模量，GPa；λdry——干岩石拉梅系数，GPa；σdry——干岩石泊松比，无量纲；Ip——纵波阻抗，106g/（m2·s）；Is——横波阻抗，106g/（m2·s）；e——Brie经验公式指数，无量纲。

[1]Gregory A R.Fluid saturation effects on dynamic elastic properties of sedimentary rocks[J].Geophysics,1976,41(5):895-921.

[2]Domenico S N.Elastic properties of unconsolidated porous sand reservoirs[J].Geophysics,1977,42(7):1339-1368.

[3]Smith G C,Gidlow P M.Weighted stacking for rock property estimation and detection of gas[J].Geophysical Prospecting,1987,35(9):993-1014.

[4]Fatti J L,Vail P J,Smith G C,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):1362-1376.

[5]Castagna J P,Batzle M L,Eastwood R L.Relationships between compressional-wave and shear-wave velocities in clastic silicate rocks[J].Geophysics,1985,50(4):571-581.

[6]Goodway B,Chen T,Downton J.Improved AVO fluid detection and lithology discrimination using Lamé petrophysical parameters;“λρ”,“μρ”,&“λ/μ fluid stack”,from P and S inversions[C]//Society of Exploration Geophysicists.SEG technical program expanded abstracts.Dallas:Society of Exploration Geophysicists,1997:183-186.

[7]Russell B H,Hedlin K,Hilterman F,et al.Fluid-property discrimination with AVO:A Biot-Gassmann perspective[J].Geophysics,2003,68(1):29-39.

[8]印兴耀,张世鑫,张峰.针对深层流体识别的两项弹性阻抗反演与Russell流体因子直接估算方法研究[J].地球物理学报,2013,56(7):2378-2390.Yin Xingyao,Zhang Shixin,Zhang Feng.Two-term elastic impedance inversion and Russell fluid factor direct estimation method for deep reservoir fluid identification[J].Chinese Journal of Geophysics,2013,56(7):2378-2390.

[9]Sharma R K,Chopra S.New attribute for determination of lithology and brittleness[C]//Society of Exploration Geophysicists.SEG technical program expanded abstracts.Las Vegas:Society of Exploration Geophysicists,2012:1-5.

[10]Dillon L,Schwedersky G,Vásquez G,et al.A multiscale DHI elastic attributes evaluation[J].The Leading Edge,2003,22(10):1024-1029.

[11]Gassmann F.Elastic waves through a packing of spheres[J].Geophysics,1951,16(4):673-685.

[12]Brie A,Pampuri F,Marsala A F,et al.Shear sonic interpretation in gas-bearing sands[R].SPE 30595,1995.

（编辑 林敏捷 绘图 刘方方）

Sensitivity parameters of tight sand gas:A case study of Lower Cretaceous Yingcheng Formation of Yingtai gas field in Songliao Basin,NE China

Xu Cuixia1,2,Ma Pengshan3,Lai Lingbin3,Sun Yuanhui3,Li Zhongcheng4
(1.Sinochem Petroleum Exploration &Production Co.,Ltd,Beijing 100031,China;2.China University of Petroleum (Beijing),Beijing 102249,China;3.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration &Development,Beijing 100083,China;4.Research Institute of Exploration and Development,PetroChina Jilin Oilfield Company,Songyuan 138000,China)

Aiming at the difficulty in distinguishing gas-bearing layers and surrounding rocks due to the small differences between their impedance,the gas-bearing sensitivity parameters are studied in tight sandstone to identify thin layer tight gas accurately.According to elastic parameters sensitivity analysis of fluid in tight sandstone,a new combined elastic parameter is proposed,i.e.the ratio of the first Lame coefficient to S-wave velocity.Furthermore,considering different geological conditions,extending attribute (the ratio of Russell fluid phase to S-wave velocity) is deduced,and it can be simplified as the ratio of the first Lame coefficient to S-wave velocity in certain condition.Fluid replacement process is conducted by Gassmann equation and Brie empirical equation,and the new combined elastic parameter is more sensitive to gas saturation than common parameters such as the product of the first Lame coefficient and density,the ratio of P-wave to S-wave velocity,verifying the validity of the new combined elastic parameter.The pre-stack inversion is applied in the second member of Lower Cretaceous Yingcheng Formation in Yingtai gas field.Compared with section of the product of the first Lame coefficient and density,it shows that the new combined elastic parameter improves the accuracy of identifying gas-bearing layers,well conforms to the logging interpretation,and greatly enhances the identification ability and prediction accuracy towards gas-bearing layers.

tight sand gas;gas-bearing;elastic parameters;sensitivity parameters;pre-stack inversion

国家高技术研究发展规划（863计划）（2013AA064902）

TE122

：A

1000-0747(2014)06-0712-05

10.11698/PED.2014.06.09

许翠霞（1983-），女，山西大同人，博士，主要从事地震解释、储集层预测方面的研究工作。地址:北京市复兴门内大街28号凯晨世贸中心中座F8，邮政编码：100031。E-mail：285140603@qq.com

2013-11-27

2014-08-29