烃类检测论文

一个储集层中若含有油气，必然会引起该储集层的物性发生一系列变化，从而使地震波的动力学和运动学特征有所改变，这是利用反射地震资料进行烃类检测所必需的物理基础。研究这些问题有助于了解和发展烃类检测技术。

1.密度

密度随岩石的类型不同而不同，同时还随岩石的孔隙度和孔隙中充填物的性质不同而不同。孔隙度的变化意味着岩石密度变化，它同密度成反比关系，即孔隙度变大，密度相对减小。

孔隙度与密度一般呈线性关系，它们之间有如下的经验关系式：

ρ＝ρIφ＋ρm（1-φ） （5-5-1）

式中：ρm和ρI 分别表示岩石骨架和充填物的密度。图5-5-1表示孔隙度与密度之间的关系。

图5-5-1 孔隙度与密度的关系曲线

一般而言，含油气砂岩的孔隙度较大。油气的密度比岩石骨架的密度要小得多，当岩石孔隙中饱含油气时，密度会下降很多，特别是含气砂岩下降得更为明显。

2.速度

对速度有影响的地质因素在第一节已做了详细讨论，主要的经验公式为时间平均公式：

地震波场与地震勘探

孔隙度越大，则岩层的速度越小；含油气砂岩的孔隙度较大，油气的速度又比岩石骨架的速度要小得多，当岩石孔隙中饱含油气时速度会下降。特别是含气砂岩下降得更为明显，即烃类饱和比水饱和岩层的速度值要下降很多。

还应注意，除孔隙度和充填物对速度有影响外，岩石所经受的围压和埋深也会影响速度。一般来说。围压越大、埋藏越深，则速度越高。上述因素对速度的影响见图5-5-2a。

3.反射系数

反射系数是一种复合参数，反映了界面两边的波阻抗（密度乘速度）差。由于密度和速度都与含油气有密切的关系，所以反射系数必然与含油气关系密切。

图5-5-2 不同深度处油气饱和对速度（a）、反射系数（b） 的影响

实线为气饱和，虚线为油饱和

一般岩性分界面反射系数多比较小，只有在遇到灰岩、火成岩、褐煤时才例外。但是，当储层中含有油气时反射系数明显变大（图5-5-2 b）。盖层页岩与含油气砂岩之间的界面反射系数比周围页岩与含水砂岩接触面的反射系数大很多，这就是后面将要讨论的“亮点”技术的基础。

举具体的数据为例，一般岩性界面的反射系数在±以下，甚至更小，只有个别强反射界面的反射系数可达左右。当含气和不含气的砂岩同页岩组成分界面时，如果页岩密度为 g·cm-3，速度为4300 m·s-1，则按（5-1-17）式和（5-5-1）式，可求得φ＝10%～20%时含气砂岩的密度值以及它们同页岩构成反射面的反射系数，见表5-5-1。

表5-5-1 砂、页岩界面的反射系数

由表中所得结果表明：① 含气和不含气砂岩，在速度上有很大差异，由此而引起页岩与含气砂岩构成的分界面上的反射系数要比与不含气砂岩构成的分界面上的反射系数大得多；② 当孔隙度只增加10%时，速度值可以大大降低，反射系数变化更为灵敏。这些结果说明利用较灵敏的反射系数代替速度的变化有可能预测油、气、水的分界面以及直接找油气。

4.吸收系数

吸收系数是反映岩石非完全弹性性质的物性参数。虽然吸收机制还未完全了解，但大量实践已可以总结出一些有意义的结论。

a.吸收与岩石中是否存在孔隙和裂隙有很大关系，完整的岩石吸收很低，多孔隙或有裂隙的岩石吸收非常高。

b.孔隙空间存在气相时，会使地震波发生强烈衰减。

c.高围压有助于使裂隙闭合，故可使衰减变小。

d.不同岩层吸收差别很大，高孔隙的含油气砂岩吸收最为显著。

5.泊松比

泊松比是一个常用的、重要的物性参数，它与拉梅常数密切相关。迄今为止，对泊松比的研究还不多。从沉积岩的泊松比实验室测定可以知道，气饱和、高孔隙度砂岩往往具有较低的泊松比（如达）。

总之，高孔隙度含油气砂岩具有低密度、低速度、低泊松比和高吸收系数的特点，且与盖层页岩之间的反射系数十分大。进行烃类检测应当注意这些特点。

（一）基于叠前地震信息的油气检测技术

理论基础

AVO技术理论基础是描述平面波在水平分界面上反射和透射的Zoeppritz方程，它定量描述了一个平面入射P波在两种固体界面处波的反射、透射及波形转换。

为了克服由Zoeppritz方程导出的反射系数形式复杂及不易进行数值计算的困难，许多学者对Zoeppritz方程进行了简化。Aki和Richard在假设相邻地层介质弹性参数变化较小的情况下对Zoeppritz方程进行了近似，给出了较为简单、直观且精度较好的反射和透射系数近似表达式。

成熟探区油气精细勘探理论与实践

属性储层预测方法

1）AVO属性含义及特征

从Zeoppritz方程的线性近似形式出发，可以得到叠前AVA截距及梯度属性，并进一步导出其他各种属性。对Shuey的近似舍去高阶项，得到线性简化形式，其中P称为截距，G称为梯度。同时Shuey近似饱含纵横波速度比为2这一假设，因此有泊松比反射率PR：P+G=PR。

AVO截距及梯度属性计算常用的方法就是利用最小平方算法对叠前振幅和入射角正弦平方进行拟合。从截距、梯度属性出发，可以进一步得到伪泊松比反射率、横波反射率及流体因子等AVO属性。除此以外，还有近偏移距（小角度）叠加、远偏移距（大角度叠加）及差异剖面等反映储层特征的AVO属性。

图4-98为新北油田提取的Ng上4砂组流体因子的平均值属性分布图。图4-99为新北油田提取的Ng上4砂组流体因子的最大值属性分布图。可以看到在垦东34井一带最大值的图与实际更吻合。这是因为该区北部为Ⅲ类AVO异常，P、G的符号皆为负，二者乘积的高值为饱含油气的地区，提取最大值能够较好地

图4-98 Ng上4砂组流体因子平均值属性

图4-99 Ng上4砂组流体因子最大振幅属性

2）AVO适用性分析

AVO技术是一种检测流体的比较细致方法，需要有地质、钻井、测井资料（如横波速度、孔隙度、含水饱和度、泥质含量等测井曲线）的配合，做详细的AVO模型进行分析，确定识别岩性、寻找含油气性储层的AVO响应特征。因此，相比于各种资料并不完备的预探区，AVO技术更适用于勘探相对成熟区。

3.基于弹性阻抗方程的弹性参数反演方法

1）弹性阻抗方程

Connolly弹性阻抗（EI）的表达式如下：

成熟探区油气精细勘探理论与实践

Connolly的弹性阻抗方程是纵、横波速度和密度的函数，从Connolly方程的弹性阻抗反演数据体中可直接提取纵、横波速度和密度数据体，其他的流体因子数据体只能由提取出的纵、横波速度和密度间接计算，这样就引入了人为误差，使流体因子误差较大。为了减小计算误差的累积效应，得到更准确的流体因子，人们希望通过某种方法直接提取表征流体类型的流体因子。

2）流体弹性阻抗方程

从Zoeppritz方程的Russell线性近似公式研究开始，推导出Gassmann流体项f和剪切模量μ形式表示的流体弹性阻抗公式。然后用这种方法直接从反演得到的弹性阻抗数据体中提取剪切模量μ、密度ρ和Gassmann流体因子f的数据体。

成熟探区油气精细勘探理论与实践

f0，μ0和ρ0分别定义为f，μ和ρ的平均值，通过A0的标定，可以使函数变得更加稳定，并且流体弹性阻抗量纲与声阻抗一样，A0的表达式如下：

成熟探区油气精细勘探理论与实践

3）弹性参数提取

从FEI(θ)中提取Gassmann流体项、剪切模量和密度等岩性参数的过程和弹性阻抗反演一样，均是叠前反演中重要的一环。提取岩性参数需对方程进行求解，由于此方程式是非线性的，若直接求解，势必带来不少的麻烦，为此可将方程(4-24)进行变换，使之成为线性形式。

成熟探区油气精细勘探理论与实践

将反演所得的各角度流体弹性阻抗体带入方程组(4-26)，从而获得各道任意一个采样点处的f、μ、ρ。

4）泊松比弹性阻抗方程

泊松比由于物理意思明确，能较好地识别岩性和流体，作为最重要的岩石物理参数之一被广泛应用于储层预测研究中。为了得到更精确的泊松比，减少误差累积环节，希望直接通过某种方式反演出泊松比而不是通过其他数据间的转化以减少累积误差。

（1）泊松比弹性阻抗推导。借鉴Connolly(1999)弹性阻抗（EI）的构造思想，推导出新的弹性阻抗方程，为使其与AI在同一量纲，引入3个标准化常数a0、P0、ρ0，可分别由目的层段相应测井曲线取平均得到，得到标准化后的PEI公式：

成熟探区油气精细勘探理论与实践

其中，

标准化后可以实现不同角度PEI值之间的比较。当垂直入射，即θ=0时，PEI=AI=EI。

（2）泊松比弹性阻抗反演流程。PEI反演流程同EI反演流程相似，需经过地震资料处理、测井资料处理、角度子波提取与合成记录标定以及泊松弹性阻抗体反演等步骤。

（3）弹性参数的提取。得到新的弹性阻抗后，还需进一步提取岩石物理参数（印兴耀，2004）。由于PEI是纵波速度、泊松比、密度的函数，为了获得这三个参量，必须从反演中得到至少三个不同角度的新弹性阻抗，由于该方程是非线性，若直接计算会影响反演速度，因此，需要将此方程线性化，以直接获得弹性参数。

5）模型验证与实际应用

图4-100（左、右)分别为某一地层模型用传统Connolly弹性阻抗方程方法、本书所述方法得到的井旁道泊松比曲线与有关测井曲线计算得到的泊松比曲线对比结果。可以看出，本方法反演得到的井旁道泊松比与实测测井曲线计算值较接近。

图4-100 不同方法得到的泊松比曲线对比

图4-101为利用过卲4井的实际高精度地震资料进行泊松比直接反演和常规间接反演结果，投影曲线为电阻率测井曲线。可以看到利用新的弹性阻抗方程，可以高效率准确地直接反演出泊松比，与利用纵、横波速度剖面间接求取泊松比剖面的方法相比，减少了累积误差以及奇异值的出现，大大提高了储层预测精度。

根据岩石物理分析得知，在储层中油气层表现为低密度特征，水层、干层的密度值较高，叠前反演密度参数可以大致反映油气异常的分布范围。利用叠前弹性直接反演对濮深18鼻状构造区进行了烃类检测探索，图4-102中左图是过濮深18井叠前反演密度剖面，可见反演结果与井吻合很好，右图是沙三中油气预测平面图，图中油气异常分布范围基本与构造匹配，但又受岩性和储层物性控制。

图4-101 过卲4井泊松比直接反演与间接反演结果对比剖面

（上图为常规方法间接反演结果，下图为本书方法直接反演结果）

图4-102 叠前反演密度剖面（左）和濮深18井区沙三中烃检测图（右）

在濮深18井三维研究区，无论是理论分析结果还是实际数据分析结果都表明，利用叠前弹性反演技术预测沙三中储层是可行的，油气预测结果可作为勘探开发的重要依据。

（二）地震波能量衰减属性提取方法

1.地震波衰减理论

地震波传播在许多情况下具有非弹性性质，弹性波吸收与岩相的关系在不同频率上是不同的。大量统计数据表明，多数地区泥岩中平均吸收系数高出砂岩30%，个别地区甚至达到50%。对油气藏模型研究结果表明，其物理性质分布是复杂的、不均匀的。对弹性波吸收性质主要决定于岩石骨架的弹性性质，影响较大的因素还有孔隙度、孔隙可压缩性及孔隙饱和流体成分，特别是孔隙中含有天然气成分对吸收性质的影响更为明显。

在地震勘探中用来表示地层吸收性质的参数有吸收系数a、衰减因子h、对数衰减率δ、品质因子Q等，4个吸收参数中，实际工作常用的是对数衰减率δ和品质因子Q。

2.基于S变换的地层吸收特征参数提取方法

品质因子Q作为表征地层吸收特征的一个重要参数，已经越来越被人们所重视。本书基于S变换，推导了地震信号经过S变换的时频能量谱分布公式，并在此基础上推导出了峰值频率和平均频率与品质因子Q值的变换关系，得到了两种品质因子Q值的估算方法，利用Q值的异常特性来预测天然气藏的位置和范围。

1）品质因子Q值的估算方法

由Stockwell等人提出的S变换的定义如下

成熟探区油气精细勘探理论与实践

式中，f为频率；τ为时窗函数的中心点，它控制高斯窗函数在时间轴上的位置。能量分布函数ES定义为

成熟探区油气精细勘探理论与实践

2）应用实例

基于S变换理论，分别从振幅和频率信息两个角度出发，提出了在时频域计算地层吸收特征参数的方法，并将之应用于民丰和花沟区块的天然气藏预测研究中。如图4-103为过高17井的叠后地震数据计算的地层吸收参数剖面，图中A标注的是实测井数据显示的含气位置，表现为较强的高吸收，而B区域吸收特征比A处还要稍强一些，可以预测为含气的有利区域。

图4-103 花沟区块过高17井吸收参数剖面