基于双相介质理论的油气检测方法及应用研究.pdf

第 3 2径 3 2 0 1 0 6』 j 西 南 石油 大学 学报 自然 科 学版 J u r n a l{ I S o u l I i w e s [ P e t r o l e u m Ulfi v e l s i l y S c i e n c e＆ T e c h n o l o g y E d i t i 『 l 1 Vt l1 ． 32 N0． 3 J u n ． 2 01 0 文章 编号 1 6 7 4 5 0 8 6 2 0 1 0 0 3 0 0 0 1 0 5 基于双相介质理论的油气检测方法及应用研究 李 勇h ， ， 陈洪德h ， 许 多 ， 李 琼h ， 雷 宛h ’ 1 ． 成都理工大学 a ． “ 地球探测 与信息技术” 教育部重点实验室 ， b信息工程学院 ， c ． 沉积地 质研究院 ， 四川 成都 6 1 0 0 5 9 ； 2 ． 中国石化 西南分公司研究 院德 阳分院 ， 四J I i 德阳 6 1 8 0 0 0 摘要 B I S Q模型是 由 B i o t 流动 和喷射 流动两种力 学机 制结合起 来构成 的。基 于 B I S Q模 型 ， 分析 了双相介 质 中波 的传播规律 、 波场特征 以及喷射流动对地震波场 的影响。地震波通过 油气层 时会 引起储层 顶底及横 向上 能量 分布的 差异 ， 因此可 以通过快纵 波的逆品质 因子和吸收 系数 的横向 变化 来进行 油 气检 测。某地 区碎 屑岩储 层含 油气性检 测 的应用研究表明， 该方法能够准确而有效地检测出油气的空间分布， 为油气检测提供 了一种新的技术手段 ， 具有广闰 的应 用前景 关键词 双相介质 ； B I S Q模 型 ； 地震 波 ； 油 气检测 ； 储层 中图分类号 T E l 2 2 ． 2 文献标 识码 A D O I 】 0 ． 3 8 6 3 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 4 5 0 8 6 ． 2 0 1 0 ． 0 3 ． 0 0 1 引 言 通常情况下， 油气藏往往表现为双相介质特征。 近十几 年 来 ， 双 相 介 质 理 论 研 究 有 了 重 要 的发 展 ， 1 9 9 4年 D v o r k i n和 N u r 等人将 B i o t 流动 和 喷射流动这 两种力 学机制 结合起 来 ， 提 出了 B i o t S q u i r t B I S Q 模 型。这种模 型能更加真实地反 映流 体的特性 、 流动形式以及对速度和频散的影 响规律 ， 在基于 B I S Q模型数值分析的基础上 ， 本文提出一种 新的油气检测方法 基于 B I S Q模 型来计算快纵 波的逆品质因子和吸收系数 的横 向变化 ， 来进行含 油气 的预测。 1 双相介质理论及 B I S Q模型 B l o t 理论 。 。 认 为， 当波通过流 体饱和 的孔 隙 时 ， 孔 隙中的流体 由于存在黏 滞摩擦 和惯性耦 合作 用 ， 被迫与固体骨架一起运动。由于波存在黏滞“ 趋 肤 ” 深度 ， 在低 频时 ， “ 趋肤 ” 深度远 大于孔 隙尺度 ， 流体被骨架 “ 锁住 ” ； 在高频 时 ， “ 趋肤 ” 深度小 于孔 隙尺度 ， 流体流动滞后于骨架 的运动 ， 能够产生较高 的速度 ； 存在某 一频率 ， 使得 “ 趋 肤” 深度与孔 隙尺 寸相当 ， 此时 ， 波衰减达到最大。 喷射流动理论认为， 当波通过多孔 隙介 质时 ， 由 于孔隙发生形变 、 使得小孔隙中的流体被挤 出， 向大 孔． 隙流动 ， 甚至在流体完全饱和的岩石 中也会发生 。 在低频时 ， 由于流体在孔隙间流动 ， 岩石处于松弛状 态 ； 在高频时， 由于惯性作用 ， 流体来不及流动 ， 岩石 处于非松弛状态 ， 具有较高的波速。存在某一频率 ， 使得流体与骨架的作用达到最大值 ， 此时， 波衰减达 到最大 。研究表 明 流体 的喷射流动是多孔 隙 介质 中波传播 时强衰减 、 高频散 的重要原 因 卜 ， B ] [ S Q数学几何模型如图 1 所示。 ● ／ ～ ～ ＼ ， ＼～ ／ P 波传 皤力询 喷射 动 、． ～ 二 十 ， 0 一 图 1 B ] S Q数学几何模型 F i g ． 1 B I S Q mo d e l 收稿 日期 2 0 0 9～0 3 0 9 基金项 目国家 自然科 学基金项 目 4 0 8 7 4 0 5 3 ； 成都理工大学地球探测与信息技术教育部重点实验室开放基金 2 0 0 8 D T K F 0 0 2 。 作者简介 李 勇 1 9 7 0一 ， 男 汉族 ， E q ] l 成都人 ， 副教授 ， 博 士， 从事地震资料解释、 储层反演与油气预测等方面的科研与教学工作。 2 两 南石汕大学学报 自然科学 版 B I S Q模型将 孔隙的弹性参数 、 渗透率、 喷射流 长度等参数有机地结合起来 ， 具有像 B i o t 理论一样 的宏观描述优点 ， 同时又将引入喷射流动理论 ， 该理 论能更真实地预测波在孔隙中的传播规律。 2 基 于 B I S Q模 型双相 介质 中地 震 波 的传播特征 根据 D v o r k i n和 N u r 1 9 9 4 提 出的假 设 ， B I S Q模型中排空岩石骨架的单轴形变模量 为 M 。 MS ， R 1 其中 为 B i o t 模型 中排空 岩石 骨架 的单 轴形变模 量 ， 喷射流因子 S 0 9 ， R 为 S ， R 12 J A R ／ A R J o A R 2 A∞ 0 5 1 ／ M， R为喷射流长度 ， 可以通过实 验确定； 为流体的等效密度 P i z l ／ wK 3 其中， K 为动态渗透率， 其数学表达式为 K K o [ F 一i w p f O t ／ 叼 ] 。 。 4 F 为高频黏滞修正系数 ， 其表达式为 ， o J 1一i 4 w ／ mw 5 其中， m为无量纲数 ， 在本文中 m 8 。 则 B I S Q模型的频率域方程为 『 日。 q V 『上 『 上C 州V V 。 2 p f 0 【 c V V f M V V W 0 6 其 中， P为密度 ， 可以用基质密度P 和流体密度P 表 示为P 1一 p 。 如 ； 渗透位移 U一 ， 固体形变模量 C e c M。 ； 流体形变模量 H。 K ， 4 G ／ 3 M ； 吸收系数 1一K b ／ K s 。 则固相位移和渗流位移的解可以用单位波矢量 五表示为 』 “ U o [g e i K r - ,ot 7 【 r ， t l Z 0 k e 一 将式 7 代入式 6 ， 若 “ 。 和 。 存在非平凡解 ， 则复慢度 y满足二次方程 q M qc s q2 】 ， 2一 H q M q P一2 C P P PP 0 8 解得快纵波速度 1 ／ R e 、 ／ y ， 逆 品质因子 Q ～ 2 I m √ y ／ R e ／ 】 ， 。 吸收系数 O ／wI m √ y ， 其中／ 9 ] y 一 B 一 √ 一 A O F 了 q M P2 F 2 一 咖 一 一 P2 M” 2 pP a i OJ c c 1 P22 ＼ P2 i F F [ 一 揣] A i 熹 P 1一 p P 1一 P ∞c 1 _ Kb 当 一∞ 时， F 。 。 一F， 说 明 B i o t 模型与 B I S Q模 到 的 高 栅 限 一 种对 的 浦 序 ／ 。。。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。一 p1 p2 9 在低频近似下 ， 即 1时 ， Y可简化为 Y 1 0 M F 。 ／ 其 中 F F 『 l - √ 方程 1 0 的两根分别近似为 Y lp ／ K b4 G ／ 3O d 2 M 。 1 1 i z l ／ [ 10 l 2 M ／ H M ] 兰 i ／ w K o M 1 2 由2 J 1 ／ [ I， 0 ]1十 ／ 8 ／ 4 8⋯， A R， 喷射流因子的低频近似为 第 3期 李 勇， 等 基f双相介质理论的油气检测方法及应用研究 3 s ， R 一 i 7 ／ M ／ 8 叼 ∞ ／ ／ 4 8 1 3 用喷射流因子 S ∞ 慢纵波的速度和逆品质因子 I 2 朋 ／ 叼‘ 、 ／／ 一 2 | m S f s f／ R e 1 4 Q 2 [ 一2 I m S ／ R e S ] 1 5 一0时， 可得 1 23 √ 2 K o ／ 卵 1 6 Q 2 4 MK o ／ B R 1 7 对于 B i o t 理论 ， 低频极 限近似为 P 2 √ 2 1一 M ／ H K o ／ r l 1 8 Q 2 1 9 由于 B I S Q模型 中引入 了喷射流机理 ， 而喷射流 因子影响 了慢纵 波 的传 播特 性 ， 因此 ， B i o t 模 型 与 B I S Q模型中的慢纵波存在 明显差别 。 3 基于 B I S Q模型的双相介质数值分析 模型参数为 孑 L 隙度 西 0 ． 1 5， 渗透率 5 x 1 0 m D， 流体动力黏滞系数 卵0 ． 0 0 1 P a s ， 固相 骨架体积模量 K 1 6 x 1 0 P a ， 固相体积模 量 K 3 81 0 P a ， 剪切模量 G1 4 ． 6 1 x 1 0 P a ， 基质密度 P 2 6 5 0 k g ／ iff l ， 流体密度 P f 1 0 0 0 k g ／ m 。 ， 流体速 度 1 4 8 0 m ／ s ， 弯曲度 3 ． 6 7 ， 喷射流长度 分别取 1 ， 3 ， 6 ， 1 0 n l n l 。 3 ． 1 频率与快慢纵波速度及逆品质因子的关系曲线 由图 2和图 3可以看出， 随着频率 的增加 ， 快纵 波速度也相应增加 ； 当喷射流长度增加 时， 快纵波速 度的过渡带向低频方 向移动 ， 并且 弛豫峰 的幅度逐 渐减小但不明显。因此 ， B I S Q模 型的快纵波频散现 象比 B i o t 模型要强的多。 g 频率对数l g f 图 2 快纵 波速度和频率的关 系曲线 F i g ． 2 Th e c u r v e o f f a s t P wa v e v e l o c i t y v e r s u s f r e qu e nc y f [ 匪 I 吨l j j泰 频率对数l g ／ 图 3 快纵波逆 品质因子和频率的关 系曲线 F i g ． 3 T h e c u r v e o ff a s t P wa v e Q f a c t o r v e r s u s f r e q u e n c y 由图4和图 5可以看出 ， 由于喷射流 因子影响 了慢纵波的传播特性 ， B i o t 模型与 B I s Q模型中的慢 纵波存在明显差异 ， 即随着频率的增加 ， 慢纵波速度 也相应增加 ， 但频散现象 比 B i o t 理论预计的要小 ， 并 且低频极 限速度不趋于零 ， 随着喷射流长度增大 ， 慢 纵波衰减急剧增加 ， 这与 B I S Q理论 分析结果一致 。 这一结果表明 对于孔隙双相介质 ， 由于存在喷射流 现象 ， 其中传播的慢纵波会急剧衰减 ， 这就解释 了慢 纵波的强衰减特性。 量 型 频 率对数 l g j 图 4慢 纵波速度和频率的关 系曲线 Fi g． 4 Th e c u r v e o f s l o w P wa v e v e l o e i t y v e r s u s f r e qu e nc y 一 蝗 口 吕 划 图 5 慢纵波逆品质 因子和频 率的关 系曲线 F i g ． 5 T h e e u r v e o f s l o w P wa v e Q f a c t o r v e r s u s f r e q u e n c y 4 m f 』 f J 大学学 『 】 然科学版 4 基 于 B I S Q模 型 的双 相 介质储 层油 气检测方法 目前 ， 利用双相介质理论进行 含气性预测的研 究正在逐步发展 ， 然而， 将其理论引入到实际的地球 物理油气预测的文章极其少见， 其 中， 最关键 的问题 是无法建立双相介质方程与实际地震数据含气性之 间的联系 ， 而且双相介质方程中参数很多， 对于各参 数对衰减的敏感性的分析不足。 根据 B I S Q理论研究的结果， 喷射流动是“ 强衰 减 、 高频散” 的主要原凶， 这与单相介质及 B i o t 理论 研究有较大的差异 ， 但理论计算与实 际更吻合 。快 速 P波和慢速 P波相 比， 尽管慢速 P波衰减很快 ， 但 快速 P波的衰减仍然是主要的 ， 当波通过储层时会 引起储层 顶底 及横 向_ 卜能量 的差 异， 因此 可基 于 B I S Q模型来计算快纵波的逆 品质因子 和吸收系数 5 结 语 a 日的储层 上覆 盖层 的横向变化来进行含油气的预测 ” 。 川西某地深层须家河组储层具有埋藏深 4 5 0 0 ～ 5 8 0 0 m 、 超 致密 须家河二段平 均孔隙度小于 4 ％ ， 导致地震属性参数的含气地震响应特征不明 显。再加上表层低降速带 的影响 ， 地震信号高频衰 减快 ， 难 以像浅层和中深层那样建立直观的含油气 储层识别标志。针对须家河储层 的特点和难点 ， 在 进行含油气预测时 ， 利用公式 8 来计算双相介 质 B I S Q理论下的吸收系数， 通过吸收系数 的变化来进 行含气性检测。图6为利用三维 P波资料提取的吸 收系数平面分布图， 图 6 a 为在 目的储层的盖层上 提取 的吸收系数 ， 图 6 b 为在产层上提取的吸收系 数 ， 图中的井为 已知产气井 ， 对比图 6 a 和图 6 b 可看出在 目的储层的上方井位置吸收系数没有什么 异常 ， 在 目的储层上 ， 在过已知井位置有 明显的高吸 收存在 ， 反映了储层含气性的分布。 图 6 吸收系数平面分布 图 Fi g ． 6 Th e d i s t r i bu t i o n pl a n o f a bs o r p t i o n c o e ffi c i e n t 传统的 B i o t 理论对“ 强衰减 、 高频散” 难 以给出 符合实际的解释， 预测值总是低于实测值 ， 在低孔低 渗情况下更为明显。B I S Q理论将喷射流长度这一 新的多孔介质参数与纵波 的频散和衰减联系起来。 尽管在实际中观测不到慢纵波， 但是研究表明， 在孔 隙介质界面上 ， 慢纵波的散射作用不容忽视 ， 讨论喷 射流机理对慢纵波的影响有理论和实际意义。喷射 流动是造成“ 强衰减 、 高频散” 的主要原 因， 这 与单 相介质及 B l o t 理论研究有较大的差异 ， 理论计算与 实际更吻合。本文讨论 了 B I S Q模 型下快 、 慢纵波 b 产层 的频率、 速度、 逆品质 因子之间的关系 ， 并通过计算 快纵波的逆品质因子和吸收系数的横 向变化来进行 含油气的预测。利用该方法进行实际资料处理已取 得 了较好的应用效果 ， 展示 了进一步研究的前景。 符 号 说 明 M --B I S Q模型中排空岩石骨架的单轴形变模量， P a ； s 一喷射流 因子 ， 无 因次 ； 一 角频率， H z ； 一 喷射流长度 ， m； A 一 弹性常数 ， P a ； 西 一孔 隙度 ， 无因次 ； 第 3期 J j ， 等 坫 丁暇相 介质理论 的油气俭测方法技心川研究 5 K一流体体积模量 ， I a ； K一 固相体积模量 ， P a ； 一 孔隙弹性系数， 无因次； p 一 密度 ， k g ／ i n ； 一 流体等效密度 ， k g ／ I l l ； p f 一流体密度 ， k g ／ m ； p 一 基质密度 ， k g ／ m ； p 一 固一流耦合 附加 密度 ， k g ／ m ； p 2 一流体密度 ， k g ／ m ； p 一固体密度 ， k g ／ n l ； 一 流体黏滞系数， P a S ； K 一动态渗透率， mD； 一 渗透率 ， mD； O ／ 一弯 曲度 ， 无因次 ； 一 黏滞角频率 ， Hz ； H 一流体形 变模 量 ， P a ； G 。 一 固体形变模量 ， P a ； 一 渗透位移 ， m； 一 孔 隙流体位移 ， m； 一 固体骨架位移 ， m； 一 骨架体积模量 ， P a ； 一 单位波矢量 ， 无 囚次； y 一复慢度 ， s ／ m； d 一 吸收系数 ， 无 因次 ； 一 快纵波速度， m ／ s ； Q～一快纵 波逆 品质 因子 ， 兀 因次 ； F 一 形变模量 ， P a ； t O ， 一 流体角频率 ， H z ； 一 慢纵波 速度 ， m ／ s ； Q 一慢纵 波逆 品质因子 ， 无 因次 ； G 一剪切模量 ， P a ； 一 流体速度 ， n r ／ s ； i 一虚数单位 ； c 一 流体声波速度 ， m ／ s 。 参考文献 [ 1 ] N u r A ． 双相 介质 中波的传播 [ M] ． 徐云 ， 译 ． 北京 石油 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 1 0 ] [ 1 2】 [ I 3 ] 工业 出版社 ， 1 9 8 6 ． 朱建伟 ， 何樵登 ， 田志禹． 基于 B I S Q机制 的含油水孑 L 隙介 质地震波波动方程 [ J ] ． 石油物探 ， 2 0 0 1 ， 4 0 4 81 3 ． 杨顶辉 ， 张中杰 ． B l o t 和喷射流动耦合作用对各 向异性 弹性波 的影 响 [ J ] ． 科 学通 报 ， 2 0 0 0， 4 5 1 2 1 3 3 3一 l 3 4 0． 牟永 光． 储 层 地球 物 理学 [ M] ． 北 京 石 油 工业 出版 社 ， 1 9 9 6 ． 许 多． 双相介质储层 参数非线性 反演 [ D] ． 四川 成都 成 都理工大学 ， 2 0 0 8 ． 肖思和 ， 许 多 ， 李勇 ， 等．基于双相介质 的 A V O技术 在 气水储层识别中的探索应用[ J ] ． 成都理工大学学报 自然科 学版 ， 2 0 0 9 ， 3 6 5 5 4 6 5 5 0 ． Bi o t M A． The o r y o f pr o pa g a t i o n o f e l a s t i c wa v e s i n a flui d s a t u r a t e p o r o u s s o l i d ， l o w fr e q u e n c y r a n g e [ J ] ． T h e J o u r n a l o f t h e Ac o u s t i c a l S o c i e t y o f Ame r i c a ， 1 9 5 6， 2 8 2 1 6 81 7 8． Bi o t M A． The o r y o f pr o pa g a t i o n o f e l a s t i c wa v e s i n a flui d s a t u r a t e p o r o u s s o l i d ， h i g h e r f r e q u e n c y r a n g e [ J ] ． T h e J o u r n a l o f t h e Ac o u s t i c a l S o c i e t y o f Ame r i c a， 1 9 5 6， 2 8 2 1 7 91 9 1 ． 杨顶辉 ， 陈小宏． 含流体多孔介质的 B I S Q模型[ J ] ． 石 油地球 物理勘探 ， 2 0 0 1 ， 3 6 2 1 4 61 5 9 ． 崔 志 文 ， 王克 协 ． 多 孔 介 质 B I S Q模 型 中 的 慢纵 波 [ J ] ． 地球物理学报 ， 2 0 0 4 ， 5 3 9 3 0 8 3 3 0 8 7 ． Ru b i n o J G． Ra v a z z a l i C L． S a n t o s J E． Re fl e c t i o n a n d t r a ns mi s s i o n o f wa v es i n c o mp o s i t e po r o us me d i aA q ua nt i fic a t i o n o f e n e r g y c o nv e r s i o ns i n v o l v i n g s l o w wa v e s 『 J ] ． T h e J o u r n a l o f t h e Ac o u s t i c a l S o c i e t y o f Ame r i c a ， 2 0 0 6， 1 2 0 5 2 4 2 52 4 3 6 ． D v o r k i n J ， N u r A． D y n a m i c p o r o e l a s t i c i t y A u n i fi e d m o d e l w i t h t h e s q u i a a n d t h e B i o t m e c h a n i s m s [ J ] ． G e o p h y s i c s ， 1 9 9 4， 5 8 4 4 2 84 3 8 ． 韩军 ， 梁全胜 ， 常迈 ， 等．反 演技术在低勘探程度 区域 岩性油气藏勘探 中的应用 以阜 东斜 坡带 中 上侏 罗统 为 例 [ J ] ． 西 安 石 油 大 学 学 报 自然 科 学 版 ， 2 0 0 7 ， 2 2 1 4 9 5 2 ． 编辑助理 李 臻