基于双相介质理论的油气检测方法及应用.pdf

2 01 1年 6月 第 3 O卷第 3期 大庆石 油地 质与开 发 Pe t r o l e u m Ge o l o g y a n d Oi l f i e l d De v e l o p me n t i n Da q i n g J u R e ．2 O1 1 V o 1 ． 3 0 No ． 3 DoI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． I S S N． 1 0 0 0 3 7 5 4 ． 2 0 1 0 ． 0 3 ． 0 3 6 基 于双相介质理论的油气检测方法及应用 曹全斌 孟祥超 李 昌 徐 洋 王 鑫 章伟艳 1 ．中国石油杭州地质研究 院，浙江 杭州3 1 0 0 2 3 ； 2 ． 国家海洋局第二 海洋研究所国家海洋局海底科学重点实验室 ，浙江 杭州3 1 0 0 1 2 摘要油气储集层是典型的双相 同态相和流体相介质。地震波在双相介质中传播时，会在地震记录上呈现 明显的 “ 低频共振、高频衰减”特征。基于这一理论并借助 K L i n v e r s i o n软件平台，对新疆油田x井区的两套主 力油层进行了油气检测 ，其结果 与区内钻井测试 结果的符合性 良好 ，表 明该 检测方法 能够降低钻探 风险 ，为该 区油气藏勘探的井位 部署提供 了有 力依据 ，应用前景广阔。 关键词双相介质 ；油气检测 ；新疆油 田；K L i n v e l s i o n ；低频共振 ；高频衰减 中图分类号P 3 l 文献标识码A 文章编号1 0 0 0 3 7 5 4 2 0 1 0 O 3 0 1 7 0 _ 5 HYDRoCARBoN DETECTI oN M ETHoD AND APPLI CATI oN BAS ED oN TW o． PHAS E M EDI A THEORY C A O Q u a n b i n ，ME N G X i a n g c h a o ，L I C h a n g ，X U Y a n g ，WA N G X i n ，Z H A N G We i y a n 1 ． C N P C H a n g z h o u G e o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e ， H a n g z h o u 3 1 0 0 2 3 ，C h i n a；2 ． K e y L a b i n S u b ma r i n e S c i e n c e o fS O A，S e c o n d O c e a n o g r a p h y I n s t i t u t e o fS O A， H a n g z h o u 3 1 0 0 1 2 ， C h i n a Ab s t r a c i H y d r o c a r b o n r e s e r v o i r i s a t y p i c a l t w o p h a s e s o l i d a n d fl u i d p h a s e s me d i a ．T h e s e i s m i c w a v e p r o p a g a t i n g i n t wo -p ha s e me d i a c a n d i s p l a y t h e c ha r a c t e r i s t i c s o f o b v i o u s l o w fre q u e nc y r e s o n a n c e a n d h i g h- fre qu e n c y a t - t e n u a t i o n i n t h e s e i s mi c r e c o r d．Ba s e d o n t he t h e o r y a n d wi t h t h e h e l p o f KL i n v e r s i o n s o ftwa r e p l a t f o r m ，t he h y d r o c a r b o n d e t e c t i o n i S c a r r i e d o u t i n t wo s e t s o f ma i n r e s e rvo i r s i n X we l l f i e l d i n Xi n j i a n g Oi l fi e l d ．T h e r e s u l t a c c o r d s we l l wi t h t h e o n e f r o m d r i l l i n g t e s t i n g i n t h e a r e a，wh i c h me a ns t ha t t h e d e t e c t i o n me t h o d c o ul d l o we r t h e e x p l o r a t i o n d r i l l i ng r i s k a nd p r o v i d e s t he f o r c e f u l b a s i s f o r we l l l o c a t i o n d e p l o y me n t o f h y d r o c a r b o n r e s e r v o i r e x p l o r a t i o n i n t he a r e a，wi t h t he a p pl i c a t i o n pr o s pe c t o f t h e me t h o d b e i n g b r o a d． K e y w o r d s t w o - p h a s e me d i a ；h y d r o c a r b o n d e t e c t i o n ；X n j i a n g O i l fi e l d ；K L i n v e r s i o n ；l o w fr e q u e n c y r e s o n a n c e ； hi g h ． f r e q u e n c y a t t e n u a t i o n 新疆油 田 x井 区靠近生油 凹陷区 ，是盆地 内 最有利的油气聚集带之一。但是 ，由于油气田勘探 程度越来越高 ，可被发现的构造油气藏越来越少 ， 使得岩性油气藏勘探 日趋重要。 目前 ，利用地震资 料直接对研究区目的层进行油气检测 已经成为岩性 油气藏勘探 的有效手段之一 ，例如利用基于叠前地 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 8 - 0 5 改回 日期 2 0 1 1 -03 2 2 基金项 目中国石油勘探与生产分公司重点科技攻关项 目 2 0 0 8 D 一 0 7 0 5 0 2 资助。 作者简介 曹全斌 ，男 ，1 9 7 5年生 ，工程师 ，从事地球物理勘探及沉积研究。 E ma i l c a o qb hz pe t r o c h i n a ． c o m． c n 第 3 0卷第 3期 曹 全斌等 基 于双相介质理论 的油气俭测方法及应刚 1 7 l 震资料的 A V O流体分析技术 、基于多种地震属性 的多波 多分 量技 术 、地 震子 波分 析技 术 、分 形理 论 等 进行 油 气检 测 等 。采 用 基 于 双相 介 质 理 论 的 油气检测技术 ，借助 K L i n v e r s i o n软件平 台对新疆 油 田 x井 区三工河组 二段两套 砂组 J ， S 、J S 进行油气检测的结果表明检测效果 良好 。 1基本原理 油 气储 集层 具有 孔 隙结构 的岩石 骨架 的 固态 相 和孑 L 隙巾充填的油气水的流体相 ，是典型的双相介 质。根据双相介质理论 ，地震波在油气储集层 巾传 播时，南于流体和固体的振动相互作用与相互耦合 使孑 L 隙中的流体在孔隙空间流动 ，引起流体和同体 颗粒 的相对运 动，导致地震波 的振幅衰减 ， 。振 幅衰 减项 A 可 表示 为 4 。 一 1 式 中 介 质孔 隙度 ； K 介 质 渗透 率 ； 卵 流体黏滞 系数 ； u 介质固体位移 ； 介质液体位移。 从式 1 中可 以看 5点 1 双 相 介 质 中 ，地 震波 振 幅衰 减 与 、 一 成正 比关 系 。 2 当流体和固体颗粒相对运动速度7 s J , 时， 地震波衰减最小而振幅最强 ，这种现象就是所谓的 “ 共振” ，它只存在于地震波的某一低频率上。 3 流体和固体颗粒之 间的相对运动速 度随 着频率的增加而增大 ，在某一频率处 ，地震波衰减 最大而振幅最小 ，这种现象就是 “ 高频衰减” 。 4 在一定频 宽 内，存 在低频 衰减最小值 和 高频衰减最大值 ，这是双相介质的特性 。 5 由于石油和天然气黏滞 系数远远大于水 ， 所 以地震波在油气储层中传播时的振幅衰减相当明 显 。 地震波在双相介质和单相介质传播时的振幅衰 减 与频率 关 系 如 图 1 所 示 。在 a、b低 频 段 ，含 流 体的双相介质的衰减 比不含流体的单相介质的衰减 小 得 多 ，而 c 、d高频 段 的衰减 则 要大得 多 。 石油大学牟永光教授对含气 、含油和含水砂岩 储层进行了模拟地震实验 ，以观测其在不 同含油 、 振 幅 衰 减 图 l多相 介 质及 单相 介质 中地 震波 振幅衰减与频率关 系 Fi g．1 Re] a ti ons hi p b et we en a m p1 i tu de at te nu ati o n of se is mi C wav e an d f r eq ue nc y i n mul ti pl e a nd Si n gle ph as e me di a 气或含水饱和度时地震波振幅的衰减情况。实验结 果表明地震波振幅衰减随含油 、气饱和度的增加 而急剧增大 ，特 别是 当含气饱和度为 1 0 ％ ～6 0 ％ 或含油饱和度为 2 0 ％ ～6 0 ％时 的地震波 振幅衰减 最快 ，而含水层地震波振幅衰减很小 ，而且随含水 饱和度 的增 加 ，地震波 振 幅几乎不发生变 化。同 时 ，含油气层和含水层 的衰减系数是有差别的 ，尤 其是当饱和度大于 1 0 ％时 ，其衰减系数相差更大 ， 这有利于区分油气层与含水层 。 中国矿业大学张会星博士为了研究地震波在双 相介质 中的地震响应特征 ，设计 了同时含有单相 、 双相的复杂介质模型。从穿过介质模型的合成地震 记录可以看出，在双相介质层段反射波振幅明显强 于单相介质 ，表现为亮点特征 ；通过能量扫描曲线 发现 ，双相介质层段在 l～1 0 H z低频段 的能量曲 线 明显有一个强台阶，表现为“ 低频共振 ”特征， 而在 3 5～ 4 5 H z高频段 的能量 } } H 线 有个 明显 弱台 阶，表现为典型的 “ 高频衰减”特征 。 2软件平 台简述 K L i n v e r s i o n是一套基于双 向介质理论并面向油 气储集层岩性 、物性 、含油气性参数的综合反演软 件系统 ，主要是 以地震资料 为基础 ，计算 目的 层在不 同频率段 内能量及其在平面上 的变化率。由 于能量 的大小及 变 化在 很 大程度 上 可 以反 映储 层 的 含油气性 ，因此可以通过计算研究 区内地震资料低 频 、高频敏 感 段 的 能量 值 找 f _f J“ 低 频 共振 ” 和 “ 高频衰 减” 的异 常 区，并将 其认 定 为油气 富集 1 7 2 大庆石油地质与开发 2 0 1 I 正 区。首先，针对 目的层选取特定时窗，通过频谱分 析确定地震资料主频 f o 范围，依此进行频段优 1 选并确定低频段和高频段 0 ≤ 为低频段 ， 二 f o f o 1 O为高频段 。然后 ，在低频段和高频 段内选取不 同的中心频率与带宽 ，对各地震道的所 有样点进行三角滤波 ，以求取各频率成分能量的特 征值 最大值或累加值 ，再分别对低 、高频段 的 能量特征值进行处理后绘制工区平面图，通过寻找 “ 低频共振、高频衰减” 区域 圈定油气藏。油气检 测结果采用 4种参数表示 1 油气存 储空 间。计算 的是低 频敏感 频段 内的累计能量或最大能量值 ，此参数表示 目的层段 内可动油气 的存储总量 ，数值越大表示可动油气存 储量越多。 2 油气渗透 能力 。计算 的是高频敏感频段 内的累计能量或最大能量值 ，表示 目的层段内可动 油气渗透率的能力 ，该值越大说明储层渗透性能越 差 ；反之 ，表示储层渗透性能越好。 3 储层品质。计算的是高 、低频能量之差 ， 该值越大 ，表示储层的储集性能越好 ；反之越差。 4 油气富集程度。计算 的是高 、低频特征 能量之 比，表示 目的层段 内含油 、气饱和度 的大 小 ，该值越大表示含油 、气饱和度越 大；反之越 小 。由于此参数综合反映了工区内地震资料低 、高 频段的能量信息 ，因此最能反映工区内的油气富集 情况 。一般而言，油气富集程度曲线值大于 1 ． 2的 区域很可能含有油气 。 3应用 实例 3 ． 1资料选取及时窗选择 新疆油 田 x井 区靠近生油凹陷区，是盆地 内 最有利的油气聚集带之一 。为了配合该区的岩性油 气藏勘探 ，达到提高钻探成功率的 目的 ，对该区三 工河组二段两套砂组 J J s 开展 了油气检 测工作 。考虑到频率损失会给油气检测结果带来影 响 ，在该区选取地震资料品质较好 、分辨率相对较 高的纯波三维地震资料。此外 ，时窗的选取也会影 响到油气检测的效果 ，因此在进行油气检测之前要 统计 、分析研究区已知钻井的有效储层 ，选择时窗 长度时应 比有效储 层厚度 对应 时间多 5～1 0 m s 。 如果研究区储层分布稳定 ，厚度变化不大 ，可以选 择固定时窗；如果研究区非均质性强 ，储层厚度变 化大 ，则要在不同的线道范围内选取与之对应的时 窗，然后综合分析检测结果 。 3 ． 2检 测 结果分析 该区两套砂组的油气检测结果表明，油气储集 层与非储层的地震频谱具有不同特征。图 2是 X 0 4 井和 X 1 0 2井 的频谱特征对 比图，其中 X 0 4井是无 油气显示井，而 X 1 0 2井是高产工业油、气流井。 当相对振幅为 0 ． 5时 ，X 0 4井对应的低频 、高频分 别为 1 0 H z和4 6 H z ，而 X 1 0 2井对应的低频 、高频 分别为 5 Hz 和 3 2 H z 。X 1 0 2井在低频为 1 0 H z 时 对应 的相对振 幅约为 0 ． 9 ，即在 同样 的低频 范围 内，X 1 0 2井的低频能量 比 X 0 4井有明显提高 ，出 现 “ 低频共 振” 现象 ；而在主频 约为 3 0 H z时， X 1 0 2井的相对振幅比 X 0 4井 的相对振幅有大幅度 降低 ，特别是在高频段 3 0～ 4 5 H z 内，X1 0 2井 的相对振 幅能量远低 于 X 0 4井 ，具有显著的 “ 高 频衰减” 特征。检测结果表 明，该 区工业油气井 的地震响应具有 明显的 “ 低频共 振、高频 衰减 ” 特征 靶 靛 频率／ H z a X 0 4 井频谱特征 无油气 频率／Hz b X1 0 2 井频谱特征 高产工业油气流 图2频谱 特征 对 比 Fi g． 2 S pe c tr u m ch ar ac t eri s ti c c o m par is o n 新疆油田 x井区三工河组二段 J J s 两套 砂组是该区的主力油气层。图 3是沿 J l s 上 、下 1 2 m s的油气富集程度平 面图，油气富集 区域是 “ 低频共振 、高频衰减” 异常区的反映，图中红色 第 3 0卷第 3 期 曹全斌等基于双相介质理论的油气检测方法及应用 1 7 3 区域为油气富集 区。从图 3可以看出，检测结果和 已知钻井试油结果的符合率很好 ，油气显示井均分 布在油气富集程度高值 区。从 x1 7 1 一X 1 7 一x 1 2 一 x 1 4 一x l O 8 ～x 1 0 9油气检测 剖面可 见 ，试 油显示 好的 X1 7 1井 、X1 7井 、X 1 0 8井和 X1 0 9井在油气 检测 剖面上 的油气 富集程度均为高值 ，而 X1 2井 和 X1 4井为干井 ，在 油气 检测 剖面上 的油气富集 程度为低值 ，符合程度很高。J S 的油气富集 区主 要 集 中 在 x 0 6 ～X1 0 1和 x1 7 1 一 x 1 7 一 X 1 0 8 一 x 1 O 9 及 其 以北一 带 ，为 下一 步 的勘探 有利 区。 图3 J ， s 1 2 油气富集平面 图 F i g ． 3 P l a n m a p o f J 1 S 2 h y d r o c a r b o n e n r i c h m e n t 掣 栅 超 O ． 6 5 图4是沿 J S ； 上 2 5 m s 、下 1 5 m s 时窗油气富 集程度平面图，从 图上可以看出检测结果和实际钻 井符合率较高 ，已知钻井试油显示较好的油气井均 分 布 在 油 气 富 集 程 度 高 值 区 。从 x 0 4 一 x 1 O 1 一 X1 0 3 一X1 0 5 一X1 0 2 一 X 1 7 1 一 X1 7井 油 气 检 测 剖 面 上 可 以看 出 ，除干 井 X 0 4为油 气 富集 程度 低 值 外 ， 其他工业油气流井的油气富集程度均为高值或相对 高值 ，说明检测结果 的可信度高 图 5 。J S 的 油气 富集 区主要 集 中在 x1 0 5 一x1 0 3 一 x 0 5 一 x 1 0 2、 X 1 7 1 一 x 1 7 一 x1 2及 其 以北和 x 1 5 一 x 5一带 ，是 下 一 步 的勘探有 利 区 。 图4 J l s 2 2 油气富集平面图 F i g ． 4 P l a n m a p f o r J 1 S 。 2 h y d r o c a r b o n e n r i c h m e n t Xo 4 XI O 1 X1 0 3 X0 5 X1 0 2 X1 7 1 XI 7 图5 J l s 油气检 测过井剖 面 F i g ． 5 T h r o u g h - w e l l p r o f i l e f r o m J 1 s 。 2 h y d r o c a r b o n d e t e c t i o n 1 7 4 大庆石油地质与开发 2 0 1 1 芷 统计该区油气检测结果表明 检i 贝 0 结果和实际 钻井试油结果符合率接近 9 0 ％ 表 1 。由于具有 较高的可信度 ，因此可以作为下一步油气勘探的论 证手段。分析该 区油气检测结果认为 ，对油气检测 结果影响较大的有 3个因素 1 地震资料品质的好坏直接影响检测结果 的有效性。应尽量选取资料品质好 、分辨率高、信 息损失少的纯波地震资料。 表 1油气检 测效果统计 T a b l e 1 S t a t i s t i c s o f h y d r o c a r b o n d e t e c tio n e f f e c ti v e n e s s 注 、 ／ 为符合 ， 为不符合。 2 时窗 的选 取会 影响 检测结 果 的可靠 性。 不 同储层厚度应选取对应的时窗 ，因此对研究区已 知钻井储层厚度的平面展布的整体认识尤为重要 。 3 地震资料的解释精度会对油气检测结果 产生影响。应力求 目的层标定的精确性，尽可能对 研究 区加 密解 释 。 4结 论 1 采用基于双相介质理论 的油气检测方法 在新疆油田 X井 区的检测结果与 已知钻井 的符合 率高 ，检测效果 良好 ，可以为该 区岩性油气藏勘探 和开发阶段井位部署提供有力证据。 2 J s 的油气富集区主要集中在 X O 6 --XI O 1 和 x l 7 1 一x l 7 一xl 0 8 一xl 0 9及其 以北 一 带，J S ； 的油 气 富集 区 主 要 集 中在 x1 0 5 一x 1 0 3 一x 0 5 一 X 1 0 2 、X1 7 1 ～X 1 7 一x 1 2及其 以北 和 x1 5 一x 5一 带 ，将是下一步的有利勘探区。 参考文献 [ 1 ]谢用 良 ．川 西 丰谷 地 区 三 维 A VO油气 检 测 技 术应 用 研 究 [ J ]． 天然气T业 ，2 0 0 6 ，2 6 3 4 6 - 4 9 ． [ 2 ] 罗运先 ，赵宪生，郭大 江 ． AV O技 术在辽河 盆地东 部地区 的 应用[ J ]．大庆石油地质与开发 ，2 0 0 6，2 5 4 1 0 0 1 0 2 ． [ 3 ]赵虎 ，尹 成 ，张华光 ，等 ．属性 技术 在 油气检 测 中的应 用 [ J ]．重庆科技学院学报 ，2 0 0 9，1 1 4 3 6 - 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