4D AVO法流體識別淺析

朱建剛

(西北大學(xué) 國家大陸動力實驗室，陜西 西安710069)

傳統(tǒng)的2D和3D AVO技術(shù)是通過解釋儲層振幅信息，去分析儲層特性。時間延遲(4D)AVO技術(shù)則可以根據(jù)兩次振幅信息對比，發(fā)現(xiàn)差異，分析儲層物性的改變。實際生產(chǎn)應(yīng)用過程中，時間延遲AVO分析技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于識別孔隙流體變化同時去預(yù)測孔隙流體的飽和度和壓力。儲層兩次振幅差異的意義是什么?如何用簡單的方法去解釋反射系數(shù)的差異?

早期的4D地震資料技術(shù)主要是通過測速度的改變，以便探測儲層由于注入CO2或者水蒸氣造成的改變。早在1998年，Wang在西德克薩斯州McElory地區(qū)實地測試了CO2在碳酸鹽儲層驅(qū)油的詳細(xì)過程。期間得出結(jié)論:1，VP、VS發(fā)生大的變化，主要就是由于CO2注入到高孔隙度高滲透率的巖石當(dāng)中;2，如果CO2注入到低孔隙(＜10%)低滲透率(＜1%)的碳酸鹽儲層當(dāng)中，應(yīng)用4D探測技術(shù)是探測不到的［1］。

相對于傳統(tǒng)的通過速度分析的4D地震技術(shù)，AVO技術(shù)就可以很清晰的通過解釋地震振幅的信息去分析儲層流體的改變信息。而且，AVO技術(shù)對于儲層流體的改變的敏感性要比傳統(tǒng)的4D地震技術(shù)大很多，因為AVO技術(shù)是同時應(yīng)用到VP、VS，而傳統(tǒng)的速度分析僅僅只用到VP［2］。所以AVO技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)下油田勘探、監(jiān)測最有效的手段。

1 4D AVO技術(shù)研究

對儲層的研究過程當(dāng)中，主要關(guān)注儲層的孔隙度，流體飽和度以及孔隙壓力等的變化對地震振幅的影響，如何識別各個參數(shù)對振幅的影響是的關(guān)鍵。現(xiàn)代研究工作當(dāng)中，主要關(guān)注的還是儲層流體飽和度和壓力對振幅的影響。在4D AVO應(yīng)用中，主要對同一儲層兩次監(jiān)測進(jìn)行對比，假設(shè)兩次監(jiān)測儲層壓力是不變的。

假設(shè)一個兩層模型:上部地層(1)為蓋層，下部地層(2)為儲層。為了研究方便，假設(shè)流體替換過程只發(fā)生在儲層(地層2)，因此只考慮儲層的流體飽變化情況。假設(shè)蓋層(地層 1)的 P波速度為 α1，S 波速度為 β1，密度為 ρ1，α1、β1、ρ1在流體替換前后是不變化的，儲層(地層2)的 P、S波速度在流體替換之前為α2、β2，流體替換后為、。這樣就可以算出由于上下巖層巖性差異在成的P波速度的改變?yōu)?，由于流體替換而造成的P波速度的改變就可以得出:ΔαF=α2－α1，將兩個式子聯(lián)合起來就可得出:

SW是儲層注入水和 CO2的飽和度，t1、t2是分別是兩次地震波的傳播時間。流體替換前的反射系數(shù)的計算式［4］:

其中α=(α1+α2)/2，β、Δβ計算與 α相同。對于儲層流體的密度，假設(shè)壓力是不變的，可以應(yīng)用方程:ρ=φρf+(1－φ)ρs計算，其中ρf和 ρs分別為儲層流體的密度和儲層骨架的密度，流體替換后，可以得出反射系數(shù)為:

其中 α=(α2+α1+ΔαF)

Δα'=α2'－α1=α2+ΔαF－α1=Δα+ΔαF

假設(shè)流體替換前后，速度變化不大，即:Δα/α ＜1，ΔαF/α＜1，忽略高階項和假設(shè)項，將上邊的兩個式子帶入到公式(3)中就可以得到:

在流體替換過程當(dāng)中，剪切模量(μ)是保持不變的，而且三角函數(shù)項sin2θ在替換過程中也不變，這樣就意味著 β2ρ是不變的，這樣，方程(4)就可以簡化成:

則由于流體替換，儲層(2)各個流體飽和度發(fā)生變化，導(dǎo)致反射系數(shù)的變化可以計算出為:

通過合并帶有三角函數(shù)項，就可以得出梯度截距公式:

通過計算就可以得出AVO梯度截距圖，通過交匯圖分析，就可以有效的找出流體識別因子，從而達(dá)到進(jìn)行4D監(jiān)測的目的。

2 數(shù)字模型建立

假設(shè)一套流體替換模型，上部為硬水石膏(蓋層)，下部為碳酸鹽(儲層)，儲層的孔隙度為0.30，則地層的參數(shù)如下表:

表1 模擬地層參數(shù)

開發(fā)過程中是先注入水，中后期為提高采收率，開始注入CO2，儲層的 VP和 VS可以通過 Gassmann方程求取［3］。不同流體飽和度的情況下就可以計算出不同的梯度截距值，就可以依據(jù)梯度截距圖(即不同的反射系數(shù))，判定流體的邊界，找出識別因子，以便對油田的開發(fā)和后期利用進(jìn)行監(jiān)測，達(dá)到綜合利用。

Gassmann方程:

其中φ是儲層孔隙度，Ksat是流體飽和情況下的體變模量，Kdry是干巖石體變模量，Km是巖石骨架體變模量，Kf混合流體的體變模量。儲層孔隙中的流體一般是由水、油、天然氣和CO2等組成的，因此流體的體變模量Kf是與儲層中各個流體的飽和度、溫度、鹽度以及孔隙壓力等是相關(guān)的。剪切模量與流體的飽和度是沒有關(guān)系的，因此一般認(rèn)為剪切模量是不變的，即 μsat=μdry。

通過圖就可以很容易的找出鹽水、油、氣之間的邊界，這樣就可以根據(jù)梯度截距很容易的判斷出各個流體的飽和度。

圖1 反射系數(shù)隨入射角變化

圖2 梯度截距圖

3 結(jié)論

數(shù)字模型的建立證明，應(yīng)用4D AVO技術(shù)，繪制梯度截距交繪圖的方法是可以進(jìn)行流體識別，找出流體識別因子的。實際的油田監(jiān)測當(dāng)中，儲層流體的飽和度、孔隙度、儲層的流體的注入壓力等因素是同時影響儲層的特性;完整儲層模型的建立需要考慮到壓力以及溫度等對儲層的影響。在以后的模型建立中，應(yīng)該更進(jìn)一步的分析壓力對儲層流體，孔隙度造成的影響;溫度變化，對孔隙流體特性的影響，綜合分析，建立更符合實際的模型。

［1］Batzle，M.L.，and Wang，Z.，1992，Seismic properties of pore fluids:Geophysics，57，1396–1408.

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

［3］Gassmann，F(xiàn).，1951，Elastic waves through a packing of spheres:Geophysics，16，673–685.

［4］Smith，G.C.，and Gidlow，P.M.，1987，Weighted stacking for rock property estimation and detection of gas:Geophys.Prosp.，25，993–1014.