基于流度属性的礁滩储层预测

郭旭升, 凡 睿, 文晓涛

(1.中国石油化工股份有限公司 勘探分公司，成都 610041；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059)



基于流度属性的礁滩储层预测

郭旭升1, 凡 睿1, 文晓涛2

(1.中国石油化工股份有限公司 勘探分公司，成都 610041；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059)

流体的流度与储层的渗透率及流体的黏滞系数有关，基于流度属性可对储层进行预测。流度属性与反射波的振幅随频率的变化率成正比关系，因此可以基于地震资料提取流度属性，并进一步分析储层的渗透率和流体的黏滞性。根据对流度属性的理论研究，提出了利用地震资料提取流度属性的流程，讨论了影响流度属性的关键因素——地层厚度及优势频率，并给出了准确反演地层厚度及获得优势频率的方法。正演模拟和在元坝地区的实例应用证实了该方法对储层预测是有效的。

礁滩储层；流度属性；黏滞系数；渗透率；低频

礁滩相储层是重要的油气储集空间，这一类储层具有储量大、产量高的特点。近年来，中国石化先后在四川盆地的普光、元坝等地上二叠统长兴组和下三叠统飞仙关组有大发现[1-5]。其中按天然气探明储量，普光气田是中国最大的气田之一。虽然近年来中国在礁滩储层有大发现，但遇到的问题仍然很多。其中主要难题之一是在川东北地区该类油气藏埋藏深度大、地震波主频低，因此利用地震资料进行储层预测难度大。以元坝为例，长兴组礁滩气藏埋深>6.53 km[6]，礁滩储层的地震波主频为30 Hz左右。因此在这些地区发展基于低频信息的流体识别方法尤为重要。

近年来，地震低频信息一直是地球物理学家关注的重点，并出现了涉及储层特征(岩石渗透性、流体黏滞性)描述的定量化地震属性技术，如流度属性[7-13]。Silin等[9]以滤波理论为基础推导了饱和流体弹性介质的波动方程，证明了该方程与试井分析常用的Frenkel-Gassmann-Biot多孔弹性模型、压力扩散模型相关，最终得到了饱和流体储层低频域反射系数渐近表达式，即低频反射系数正比于流体流度(fluid mobility，又称迁移率)、岩石体积密度、地震信号频率三者乘积的平方根。Goloshubin等[10]利用双孔介质模型，研究低频地震波在裂缝储层可渗透层边界的地震反射特征，得到裂缝储层地震反射响应是一个小的无量纲幂级数形式，它是流体流度、流体密度、地震信号三者乘积的平方根，其表达式中的系数是储层中岩石和流体机理属性的复函数。陈学华等[13]应用基于实际地震资料的流度属性进行流体识别，在砂岩储层预测中取得了较好的效果。

本文讨论影响流度属性的关键参数，并给出了获取这些参数的方法，在此基础上，给出了利用流度属性进行储层预测的流程。将此流程用于元坝地区长兴组的储层预测，取得了较好的效果，为碳酸盐岩礁滩的储层预测提供了一种新的方法。

1 方法

1.1 流度属性的物理含义及提取方法

根据Silin等推导的饱和流体介质在低频域地震响应的线性渐近表达式[7-9]，当流体和岩石的性质在一个合理范围时，无量纲参数ε=(kρb/η)ω在低频段很小。在干岩与饱含流体弹性介质的界面上，某个角频率ω的平面纵波的反射系数R有以下形式

(1)

其中：i为虚数单位；R0和R1是实系数，它们是岩石和流体特性的函数，包括孔隙度、密度和弹性系数；k是储层渗透率;η是流体黏滞系数;ρb是含流体储层的密度。

定义成像属性

(2)

它与反射系数在某个低频(固定的)的反射振幅a(ωlow)对频率的一阶导数成正比，即利用(1)式对频率求导

(3)

A(x,y)≈C(k/η)1/2=C m1/2

(4)

式中流体流度m(定义为储层渗透率与流体黏滞系数之比)与谱振幅a(ω)的函数成正比，即

(5)

其中:系数C是孔隙流体和岩石骨架力学性质以及频率的复函数;k/η即为流体流度;ω是地震信号角频率。

渗透率从钻井资料获取，黏滞系数根据其与温度、压力的关系获得[15]。获得井中目的层的渗透率和黏滞系数后，可参照文献[14]的方法获得系数C。根据地震资料进行时频分析获得振幅对频率的一阶导数，最终可获得流体流度m。

1.2 优势频率的获得

Silin和Goloshubin推导了纵波反射系数ψ(|ε|)与频率f之间的关系[9]，即

(6)

(7)

式中:M=K+(4/3)μ;μ为剪切模量。

对应的峰值频率是

(8)

从(8)式可以看出，影响峰值频率的因素很多，其中最重要的一个影响因素是层厚。图1给出了M=104Pa，γβ+γK2≈5，k=5×10-3μm2，η=10-3Pa·s时，峰值频率与层厚的关系。从图中可以看出，当地层厚度增加时，峰值频率呈二次项衰减。因此在使用流度属性时要针对目的层的厚度选用合适的峰值频率。同时我们也可以看出，对于较厚的地层所需峰值频率很低，如厚度为10 m的地层只需要不到30 Hz的峰值频率，这是目前地震资料可以满足的条件。据文献[16]，匹配追踪(MP)算法具有较高分辨率，可较准确获得储层厚度。对于层厚，通过井震储层标定对匹配追踪反演获得的反射系数剖面进行储层反射界面追踪，对追踪结果结合储层速度进行厚度估算。在求取峰值频率时，还需要用到孔隙度、骨架体积模量、弹性模量Esg和Efg，剪切模量μ。其中孔隙度和剪切模量可通过叠后物性反演和叠前弹性参数反演获得，其余参数通过岩石物理测试获取。

图1 峰值频率与地层厚度的关系Fig.1 Relationship between peak frequency and stratum thickness

1.3 匹配追踪反演

利用双极子分解理论建立过完备奇、偶原子库，然后通过匹配追踪算法对地震信号进行稀疏分解，进而实现地震数据的薄层反射位置及反射强度反演[14]。

图2为针对理论模型的算法检验。比较图2-A与图2-C可以看出，该反演有较高的纵向分辨率。一些反射系数较小的层，如图中的第3、第4层在反演剖面上也能较清楚地反映出来。该算法目前稍显不足的是在尖灭点附近反演结果仍然不太稳定。换句话说，该算法仍然受地震纵向分辨率的限制。该问题在文献[15]进行了详细讨论，此处不再赘述。

1.4 流度属性计算流程

在流度属性计算过程中，有许多参数需要计算，其中渗透率、黏滞系数、孔隙度骨架体积模量及其他弹性模量可根据岩石物理测试、测井解释、叠合物性反演、叠前弹性参数反演等方法求取。层厚通过匹配追踪反演获得，优势频率通过(8)式求得，最后利用(5)式在相带约束下求取优势频率附近的流度属性。具体流程见图3。

2 模型试算

本节采用的数值模拟模型见图4，其相应参数(黏滞系数、弥散系数选取参考了Korneev的文献[17]，其他参数结合研究区的实际资料给出。研究区实钻井储层以含气为主，因此模型中储层设计了含气层)见表1[16]。对模型采用二维黏滞-弥散波动方程进行数值模拟[17]后，再采用广义S变换对其分频并求得振幅随频率变化率(因已知模型的层厚，故在此处不需要层厚的求取)。图5-A为合成地震记录，图5-B为针对该记录求取的流度属性。从图中可以看出，储层顶部出现明显的流度属性异常。

图2 双极子MP算法检验Fig.2 Verification of double polar MP algorithm(A)模型反射系数剖面; (B)合成地震记录; (C)反演反射系数剖面

图3 流度属性提取流程Fig.3 Flow chart showing the extraction of mobility attributes

图4 原始模型Fig.4 Original model

表1 对应图4模型的参数

Table 1 Parameters corresponding to the model in Fig.4

层号vP/m·s-1ρ/g·cm-3ζ/Hzη/m2·s-1①63002．7200②58002．682030③60002．7000

表中vP、ρ、ζ、η分别为纵波速度、密度、弥散系数、黏滞系数。为方便计算，此处黏滞系数按静态黏滞系数给出，等于动力。

3 实例分析

川东北元坝地区长兴组发育多期生物礁滩，纵向上早期成滩、晚期成礁，平面上具有前礁、后滩的分布特征[18-21]。根据岩性、电性特征，元坝地区长兴组被划分为长一段和长二段，长一段主要发育台地边缘浅滩相储层(图6)。以下主要针对台地边缘浅滩相储层进行分析。

如前所述，在求取流度属性过程中，部分参数(如孔隙度、剪切模量等)需通过叠前弹性参数反演获得。图7、图8为利用叠前反演获得的过YB12井Inline方向孔隙度、剪切模量剖面,图中T1f1和P2chb分别为飞仙关组和长兴组底。与井曲线对比验证了反演结果与井中相关参数吻合较好，为下一步进行流度属性计算奠定了基础。

图9为YB12井Inline方向的流度属性剖面(流度属性值为归一化后结果)。据钻井资料，YB12井在长兴组下部储层发育。从图可知，YB12井靠近长兴组底部流度属性值较大，原因在于YB12井长兴组下部孔隙度较大，具有较好的渗透性，图9显示流度属性检测结果与该井实钻吻合度很好。

图5 图4模型的正演模拟Fig.5 The forward simulation result of the model showed in Fig.4(A)正演记录(偏移后); (B)流度剖面

图6 元坝地区长兴组第一段沉积相平面分布图Fig.6 Distribution of sedimentary facies for the Member 1 of Changxing Formation in Yuanba area

图7 过YB12井Inline方向剪切模量剖面Fig.7 Inline shear modulus section across Well YB12

图8 过YB12井Inline方向孔隙度剖面Fig.8 Inline porosity section across Well YB12

图10为长一段流度属性切片，从图中可以看出：(1)流度属性高的区域主要集中在Yb11-YB12-YB16井区(图中黑色虚线所示位置)，实钻证实，该区域在长一段属于台地边缘浅滩(图6)，有良好的孔隙度和渗透率，流体有较好的流通性，故流度属性较大。而开阔台地相(YB22井区、YB10井区)储层物性差，流度属性低。(2)图中的YB10井、YB122井表现为低的流度属性值。测井解释结果显示，YB10井储层为Ⅲ类气层,物性较差，多数渗透率<0.01×10-3μm2，因此流度属性较低。YB122井GR较高，泥质较重，物性也很差，因此流度属性同样很低。综上所述，流度属性检测结果与沉积相带分布和测井解释结果有很好的相关性，对钻井有重要的参考价值。

图9 过YB12井Inline方向流度属性剖面Fig.9 Inline mobility section across Well YB12

图10 元坝地区南部长兴组第一段流度属性切片Fig.10 Slice of mobility attribute for the Member 1 of the Changxing Formation in southern Yuanba

4 结 论

a.流度属性的计算主要受优势频率和地层厚度的影响，目前针对这2个问题我们都找到了合适的解决方法，为流度属性的推广应用奠定了基础。本文提出的通过岩石物理和叠前、叠后反演获得流度属性的流程也是切实可行的。

b.流度属性可充分利用优势频率段进行储层检测。针对礁滩储层尤其超深层礁滩储层主频较低的现状，该方法是一种较实用的方法。

c.从流度属性的表达式中看，流度属性是渗透率和黏滞系数的综合响应。目前利用地震资料单独获得渗透率或黏滞系数是很难的，因此我们目前尚无法利用流度属性定量分析储层的连通性以及流体性质，这也是我们今后努力的方向。

d.在求取流度属性过程中，个别参数通过岩石物理测试获取，无法体现这些参数的横向变化。如何利用地震资料提取这些参数需进一步研究。

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Prediction of reef and bank reservoir based on mobility attribute

GUO Xu-sheng1, FAN Rui1, WEN Xiao-tao2

1.SINOPECExplorationCompany,Chengdu610041,China； 2.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China

Fluid mobility is proved to be related to permeability of reservoir and viscosity of fluid, and the mobility attribute can be used to predict oil and gas reservoir. Mobility attribute is proportional to the ratio of amplitude with the variation of frequency. It can be obtained on the basis of seismic data and used to further analyze permeability of reservoir and viscosity of fluid. The flow path of how to extract mobility attribute is proposed according to theoretic research on mobility attribute and the key factors of stratum thickness and preferred frequency which affect the mobility attribute is discussed. Meanwhile, methods of how to invert thickness of stratum and how to obtain dominant frequency are presented in the paper. Prediction of reservoir by numerical simulation and practical field application in the Yuanba area prove the validity of this method.

reef and bank reservoir; mobility attribute; viscosity; permeability; low frequency

10.3969/j.issn.1671-9727.2016.06.01

1671-9727(2016)06-0641-07

2015-07-03。 [基金项目] 国家科技重大专项(2011ZX05005-003)。 [第一作者] 郭旭升(1965-)，男，博士，教授级高级工程师，从事石油地质综合研究与勘探管理, E-mail:guoxs.ktnf@sinopec.com。

TE122.24; P631.443

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