利用基于測井數據的彈性阻抗判別儲層流體性質

劉愛疆，李 瑞

（油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室 成都理工大學，四川 成都 610059）

0 前言

不同測井信息對儲層物性、含流體性質有不同的響應特征，綜合分析這些差異，能評價儲層的含油性、可動油氣、可動水顯示，進而評價儲層產液性質，進行儲層流體性質判別。常見的流體性質判別方法較多，歸納起來主要有以下幾種：①深淺側向電阻率判別法；②P1／2正態分布法；③孔隙度重疊法；④交會圖法；⑤陣列聲波判別法；⑥陣列中子判別法；⑦神經網絡判別法［1］。

自創建巖石物理方法以來，就深入到了油藏描述的具體細節中，它指導地震資料解釋和儲層的精細刻畫［2～4］。作者利用實測的縱波、橫波數據和密度，通過巖石物理的方法分析彈性參數對儲層巖性、物性及含油性的敏感程度，是全面了解儲層“四性”關系的有效途徑［5、6］，也是論證研究區內彈性阻抗反演可行性的重要手段［7，8］。

作者在本文充分利用了XC地區實測縱波、橫波測井數據，開展以彈性阻抗分析為基礎的流體識別可行性研究，最終，確定了利用大偏移距彈性阻抗對該區流體性質的敏感性，深化了該區不同流體彈性阻抗響應特征的認識，論證了在該區開展地震疊前彈性阻抗反演進行儲層預測和流體識別的可行性。

1 基于測井資料的彈性阻抗分析

利用疊加剖面的零偏移距或近偏移距估算的聲阻抗不包含任何橫波信息，要想獲得橫波阻抗信息，疊后橫波反演是最有效的手段。Connolly、Mukerji等人［9、10］基于偽阻抗屬性的反演方法，提出了可以獲得包含橫波信息的遠偏移距阻抗，稱為彈性阻抗（EI）。這種方法可以使用近偏移距地震體的地震道反演算法，做遠偏移距疊加反演，獲得彈性阻抗數據體。

近偏移距的聲波阻抗計算公式為式（1）。

其中 Ia為聲波阻抗；ρ為密度（g／cm3）；v為縱波速度（m／s）；R（0）為法向入射的反射系數。

設彈性阻抗定義為在θ角時的P－P波反射系數項為R（θ），則：

根據Aki和Richards的近似方程，把R（θ）換成vp、vs和密度的關系式，能精確地反映角度小于臨界角的彈性參數的較小變化：

式中 K ＝ （vs／vp）2取常數。

當θ＝0時，彈性阻抗和聲波阻抗相等。彈性阻抗反映了巖石屬性的函數，它的大小依賴于入射角度，當只取R（θ）的前兩項時，得出彈性阻抗的一階項［11］：

當θ＝90° 時，假設 K ＝1／4，該項變成（vp／vs）2。彈性阻抗和聲波阻抗具有不同的單位和維數，并隨角度的變化而變化，無法與聲波阻抗進行有效的對比。Whitcombe［12、13］定義了彈性阻抗的歸一化公式：

在式（7）中，vp0、vs0和ρ0可以是研究區帶的速度和密度的平均值，也可以是目的層頂面的速度、密度值。歸一化后的彈性阻抗與聲波阻抗具有相同的維數，可以進行對比分析。

根據利用一維地震道算法的波阻抗反演方法，彈性阻抗反演公式可表示為：

式中 ρ＊稱為偽密度，此時一維褶積模型可用于正演。

在正演中，不同彈性阻抗與反射系數之間存在如下關系：

式中 θ代表入射角；下標代表地層信號。

Sayers和Rickett在研究中，定義了三類典型的AVO模型用于分析彈性阻抗計算的縱波反射系數：①第一類含氣砂巖波阻抗大于上覆泥巖的波阻抗；②第二類含氣砂巖與上覆泥巖波阻抗值相近；③第三類含氣砂巖比上覆泥巖波阻抗小（見表1及下頁圖1）。通過分析可知：①第一類砂巖垂直入射時的反射系數是較大的正值；②第二類砂巖垂直入射時，反射系數接近零值；③第三類砂巖垂直入射時，反射系數是較大的負值。

在實際工作中，從測井數據導出的彈性阻抗和聲阻抗（又稱縱波阻抗），可以用于儲層巖性和流體性質的判別。遠偏移距道不能只用單一的反射角θ進行疊加，而是需要在適當的小角度范圍內疊加。

2 應用效果分析

基于Connolly提出的彈性阻抗的反演方法，在研究區內，我們選擇了兩口測試井利用彈性阻抗對流體類型進行了判別（見下頁圖2）。

在研究區內，A井、B井TX2層段巖性主要為灰色砂巖，淺灰色、灰白色細中粒巖屑石英砂巖，粗粒石英砂巖，灰黑色頁巖夾煤線。根據實測縱波速度、橫波速度和密度曲線統計（見下頁表2），研究區頁巖和含氣砂巖之間具有很大的波阻抗差異，所以運用彈性阻抗識別儲層中的流體是可行的。

根據上面的分析可知，彈性阻抗是縱波速度、橫波速度、密度及入射角的函數，聲波阻抗是彈性阻抗在法向入射角時的特例。我們應用測井已知的縱波速度、橫波速度、密度曲線（見后面圖3），計算出不同入射角（5°～40°）的彈性曲線進行交會分析。

圖1 三類典型AVO模型反射系數隨入射角變化規律圖Fig.1 Reflection coefficient variation with the angle for three AVO models

表2 研究區內彈性參數統計Tab.2 Elastic parameters in AOI

圖2 A井、B井地層對比圖Fig.2 Stratigraphic correlation diagram of A and B well

圖4為含氣砂層、含水砂層、泥巖的彈性阻抗隨入射角不同的分析。由圖4可知，當近角時，含氣及含水砂層的彈性阻抗接近；當角度增大時，含水砂層的彈性阻抗值隨入射角增加而增加，而含氣砂層的彈性阻抗值隨入射角的增加而降低。

在圖2中，A井在4 688.5m～5 238.0m段進行了測試，測試結論為：日產氣0.2×104m3／d，日產水360m3／d；B井在4 820m～4 942m段、4 980.96m～4 997.96m 段進行了測試，日產氣10.33×104m3／d。我們根據A井和B井的測試結果，用遠角35°與近角5°的含氣砂巖、含水砂巖、致密砂巖和頁巖的彈性阻抗進行交會分析（見下頁圖5）。通過分析可知，遠角度彈性阻抗對含氣砂巖具有良好的分辨能力，通過遠角度、近角度彈性阻抗交會能夠很好地區分頁巖、砂巖及其中所含的流體。

圖5 入射角分別為5°與35°時彈性阻抗的交會圖Fig.5 The elastic impedance crossplot with incidence angles of 5°and 35°

3 結論

對于四川盆地致密碎屑巖油藏，利用常規的流體識別方法具有多解性，通常情況下不能夠有效地進行流體識別。作者在文中基于彈性阻抗反演理論分析，根據四川盆地A井和B井的實測縱波、橫波和密度數據，計算了彈性阻抗。以測試成果為依據，通過近角彈性阻抗和遠角彈性阻抗交會圖分析可知，彈性阻抗能夠有效地識別巖性和儲層的流體性質，論證了該區運用疊前地震彈性阻抗反演識別流體性質的可行性，是開展疊前地震反演進行儲層預測和含氣性檢測的基礎.

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