S油田縱波速度隨不同儲(chǔ)層參數(shù)的變化規(guī)律研究

＊?jiǎng)?lì)云 鮑祥生 曹向陽(yáng) 王劍 陳國(guó)民 陳澤濤

（1.中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司 北京 100028 2.廣東石油化工學(xué)院 廣東 525000）

時(shí)移地震技術(shù)，它是利用不同時(shí)間采集的地震資料、動(dòng)態(tài)資料等來(lái)進(jìn)行油藏研究的一項(xiàng)技術(shù)，源于20世紀(jì)70年代中期，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已被國(guó)內(nèi)外認(rèn)為是一種較好認(rèn)識(shí)剩余油分布、識(shí)別死油區(qū)、提高油田采收率等方面的一項(xiàng)重要技術(shù)[1-2]。S油田屬于海上油田，包括兩個(gè)重要的油藏，一個(gè)是P油藏，為上部油藏；另一個(gè)是下部油藏，為B油藏。依據(jù)測(cè)井特征的差異，P油藏垂向上主要包括2E、2D、2BC三個(gè)儲(chǔ)層，B油藏垂向上主要包括Upper B和Lower B兩個(gè)儲(chǔ)層。為提高時(shí)移地震技術(shù)的應(yīng)用效果，S油田目前采用先進(jìn)的OBN采集技術(shù)進(jìn)行時(shí)移地震數(shù)據(jù)采集，OBN采集技術(shù)是一種采用布設(shè)于海底的節(jié)點(diǎn)地震儀來(lái)獨(dú)立采集、記錄地震信號(hào)，受海況及周?chē)h(huán)境影響小，能獲得高質(zhì)量地震資料。S油田采集時(shí)移地震數(shù)據(jù)包括2015年基礎(chǔ)資料和2018年監(jiān)測(cè)資料，對(duì)獲得的時(shí)移地震資料進(jìn)行常規(guī)處理和時(shí)移地震匹配處理后獲得較好的時(shí)移地震差異數(shù)據(jù)，但對(duì)時(shí)移地震差異數(shù)據(jù)的解釋面臨一些困難，影響S油田對(duì)時(shí)移地震差異數(shù)據(jù)的運(yùn)用，從而限制時(shí)移地震數(shù)據(jù)在油藏管理中發(fā)揮更大作用。要更好地認(rèn)識(shí)S油田時(shí)移地震差異，對(duì)儲(chǔ)層開(kāi)展地震波速度隨不同儲(chǔ)層參數(shù)變化的規(guī)律性研究非常重要，因?yàn)榈卣鸩ㄋ俣茸兓?guī)律性的認(rèn)識(shí)將為S油田時(shí)移地震差異解釋提供理論支撐。

1.S油田不同儲(chǔ)層特征

表1為S油田各儲(chǔ)層平均參數(shù)，從表1可看出，各儲(chǔ)層凈毛比差異有大有小，差異最大是Upper B與2EF，平均凈毛比差異達(dá)到0.51；各儲(chǔ)層平均孔隙度差異不是很大，不同儲(chǔ)層之間最大孔隙度差異是0.03；各層平均滲透率有相對(duì)好的，也有相對(duì)差一些的，2D和Upper B兩個(gè)儲(chǔ)層滲透率相對(duì)好些，分別達(dá)到了818mD和913mD，而2EF滲透率相對(duì)差一些，只有369mD；各儲(chǔ)層平均厚度方面，Upper B儲(chǔ)層厚度達(dá)到55.84ft，2EF儲(chǔ)層厚度最小，只有4.91ft；各儲(chǔ)層變異系數(shù)方面，2BC儲(chǔ)層達(dá)到3.20，屬于5個(gè)儲(chǔ)層中變異系數(shù)最大，反映該儲(chǔ)層內(nèi)部不同砂體之間表現(xiàn)出較強(qiáng)的非均質(zhì)性，Upper B和2D兩個(gè)儲(chǔ)層分別是1.15和1.21，屬于5個(gè)儲(chǔ)層中變異系數(shù)相對(duì)較小的，也反映出這兩個(gè)儲(chǔ)層內(nèi)部不同砂體非均質(zhì)性程度不及其他儲(chǔ)層。

表1 S油田各儲(chǔ)層平均儲(chǔ)層參數(shù)

依據(jù)凈毛比參數(shù)、滲透率、儲(chǔ)層厚度、變異系數(shù)四個(gè)參數(shù)所處范圍不同，S油田已建立如表2所示儲(chǔ)層分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)表2儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)，S油田5個(gè)主要儲(chǔ)層中，其中2D和Upper B兩個(gè)儲(chǔ)層屬于1類(lèi)儲(chǔ)層，2BC和Lower B兩個(gè)儲(chǔ)層屬于2類(lèi)儲(chǔ)層，2EF屬于3類(lèi)儲(chǔ)層。

表2 S油田研究區(qū)儲(chǔ)層分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

由表1可算出各儲(chǔ)層的平均砂體厚度，其中2EF和2BC分別只有0.16m、1.3m，而2D、Upper B和Lower B分別為7.11m、10.55m、4.77m，對(duì)其進(jìn)行研究對(duì)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值更大，因此后面儲(chǔ)層參數(shù)分析研究主要針對(duì)2D、Upper B、Lower B儲(chǔ)層來(lái)開(kāi)展。

2.理論基礎(chǔ)

從目前的文獻(xiàn)[3-10]來(lái)看，關(guān)于地震波速度的研究理論目前已有很多，比如基于Wyllie方程的地震波速度求取[4]，基于Han經(jīng)驗(yàn)關(guān)系的地震波速度求取[4]，基于Gassmann方程的地震波速度求取[5]，基于Raymer-Hunt-Gardner經(jīng)驗(yàn)關(guān)系的地震波速度求取[6]。Wyllie方程比較適用于室溫條件下的中等孔隙度范圍純凈砂巖速度預(yù)測(cè)；Han經(jīng)驗(yàn)關(guān)系適用于一定圍壓和孔隙壓力條件下砂泥巖速度預(yù)測(cè)；Raymer-Hunt-Gardner經(jīng)驗(yàn)關(guān)系一般只在估算低孔隙度地區(qū)有一定適用性。相對(duì)Wyllie方程和Han經(jīng)驗(yàn)關(guān)系、Raymer-Hunt-Gardner經(jīng)驗(yàn)關(guān)系等，基于Gassmann方程在地震波速度求取方面靈活性方面更好，可以依據(jù)油藏溫壓條件來(lái)計(jì)算地震波的速度，因此本文選擇以Gassmann方程為基礎(chǔ)的理論來(lái)計(jì)算地震波速度。

1951年，Gssmann通過(guò)研究形成了流體飽和巖石的有效體積模量計(jì)算方程[5]，該方程可用公式（1）來(lái)表示。

式中，kG是流體飽和巖石的體積模量；Kdry是干燥巖石的體積模量；Kma是基質(zhì)的體積模量；φ是孔隙度；Kf是流體的體積模量。

基于Gassmann方程的縱橫波速度可用公式（2）和公式（3）來(lái)計(jì)算。

式中，Vp、Vs分別為流體飽和巖石的縱波速度和橫波速度；μdry為流體飽和巖石的剪切模量；ρ為流體飽和巖石的密度。

(1)關(guān)鍵體積模量求取

在Gassmann方程中涉及Kma、Kf、Kdry三個(gè)重要參數(shù)，對(duì)于這三個(gè)參數(shù)，本文采用以下方法求取。

①Hill法求取Kma。Hill法求取混合礦物有效模量是一種平均方法[7]，該方法求取混合礦物有效彈性模量的公式如式（4）和式（5）。

式中，kH為利用Hill法獲得混合礦物體積模量；μH為利用Hill法獲得混合礦物剪切模量；kV、kR分別為Voigt法[7]、Reuss法[7]獲得的混合礦物體積模量；μV、μR分別為Voigt法[7]、Reuss法[7]獲得的混合礦物剪切模量。

②Reuss法求取kf。1955年Wood[8]研究認(rèn)為可以利用Reuss法[7]來(lái)計(jì)算孔隙中流體的體積模量kf。

孔隙中流體可能油、氣、水單獨(dú)存在，也可能多種流體共同存在，因此孔隙中流體的體積模量kf可用公式（6）表示。

式中，kw、ko、kg分別是水、油、氣的體積模量；Sw、So、Sg分別是水、油、氣所占孔隙體積的百分比。

③YMH法求取kdry。云美厚[9]在綜合大慶油田和Phillips等人巖石物理實(shí)驗(yàn)以及大慶油田部分測(cè)井資料基礎(chǔ)上，總結(jié)出干燥巖石體積模量和剪切模量與孔隙度、泥質(zhì)含量、有效壓力和溫度之間經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，具體可用公式（7）表示。

式中，Md為干燥巖石的彈性模量，GPa；Pe為有效壓力，MPa；T為溫度，℃；Vsh為泥質(zhì)含量；a0、a1、a2、a3、a4、b、c、d為擬合系數(shù)，各系數(shù)大小見(jiàn)表3。

表3 干燥巖石彈性模量擬合系數(shù)表

這里將利用云美厚求取kdry的方法稱(chēng)之為YMH法。

3.不同儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)縱波速度變化的影響

(1)儲(chǔ)層參數(shù)

圖1是依據(jù)儲(chǔ)層鉆井取樣巖心測(cè)得2D、Upper B、Lower B三個(gè)儲(chǔ)層孔隙度分布圖，從圖1中可看出2D儲(chǔ)層的孔隙度主要介于[0.1,0.25]，Upper B、Lower B兩個(gè)儲(chǔ)層的孔隙度主要介于[0.1,0.3]。

圖1 不同儲(chǔ)層巖心孔隙度分布圖

2D儲(chǔ)層的地面原油密度為0.84g/cm3，Upper B和Lower B兩個(gè)儲(chǔ)層的地面原油密度介于[0.84g/cm3，0.85g/cm3]。2D、Upper B、Lower B三個(gè)儲(chǔ)層的溫度都大致是75.5℃。2D的儲(chǔ)層壓力約是22MPa，Upper B、Lower B的儲(chǔ)層壓力約是22.3MPa。2D的圍壓約是45MPa，Upper B、Lower B的圍壓分別約是45.56MPa、46.2MPa。由已知數(shù)據(jù)，可知2D的有效壓力約是23.0MPa，Upper B、Lower B的有效壓力約是23.26MPa、23.9MPa。2D、Upper B、Lower B三個(gè)儲(chǔ)層的泥質(zhì)含量在儲(chǔ)層不同位置存在差異，但不同儲(chǔ)層位置的泥質(zhì)含量范圍變化介于[0,40%]。

2D、Upper B、Lower B三個(gè)儲(chǔ)層基質(zhì)組成礦物主要是石英和黏土，因此假設(shè)三個(gè)儲(chǔ)層基質(zhì)由石英和黏土礦物組成，表4提供了石英和黏土的彈性參數(shù)。

表4 石英和黏土的彈性參數(shù)[10]

由于Upper B、Lower B兩個(gè)儲(chǔ)層孔隙度范圍相似、有效壓力差異不到1MPa、儲(chǔ)層溫度一致、密度相近，因此對(duì)于Upper B和Lower B儲(chǔ)層就不分別來(lái)進(jìn)行研究，而是取平均儲(chǔ)層參數(shù)來(lái)考察Upper B和Lower B地震波速度隨不同儲(chǔ)層參數(shù)變化，假設(shè)平均儲(chǔ)層參數(shù)后的儲(chǔ)層代號(hào)用B來(lái)表示。表5列出了2D儲(chǔ)層和平均后的B儲(chǔ)層地震波研究時(shí)涉及的儲(chǔ)層參數(shù)，可看出B儲(chǔ)層孔隙度范圍包含了2D儲(chǔ)層的孔隙度范圍，兩個(gè)儲(chǔ)層的溫度和泥質(zhì)含量范圍是一致的，兩個(gè)儲(chǔ)層的地面原油密度相差不大，差異僅為0.05g/cm3；兩個(gè)儲(chǔ)層的儲(chǔ)層壓力、圍壓和有效壓力雖有差異，但不同壓力差異都在1MPa以?xún)?nèi)。鑒于B儲(chǔ)層包含了2D儲(chǔ)層的孔隙度范圍，且其它儲(chǔ)層參數(shù)相差不大，因此這里只對(duì)B儲(chǔ)層進(jìn)行研究，其研究成果可為2D儲(chǔ)層所借鑒。

表5 2D、B儲(chǔ)層時(shí)移前的儲(chǔ)層參數(shù)

(2)流體替換和儲(chǔ)層壓力改變對(duì)縱波速度變化的影響分析

目前S油田開(kāi)采時(shí)主要發(fā)生流體替換和儲(chǔ)層壓力改變，其它儲(chǔ)層參數(shù)不發(fā)生明顯變化。由于B儲(chǔ)層在不同深度存在不同孔隙度的砂巖，而不同孔隙度的砂巖又可能存在不同的泥質(zhì)含量，參照孔隙度范圍取0.1、0.2、0.3三種孔隙度來(lái)研究，對(duì)每種孔隙度又考慮0、0.2、0.4三種泥質(zhì)含量情況。下面主要對(duì)流體替換和儲(chǔ)層壓力分別變化的情況開(kāi)展分析。

①縱波速度隨流體替換的影響分析。假設(shè)儲(chǔ)層開(kāi)采過(guò)程中只發(fā)生流體替換，圖2展示發(fā)生流體替換時(shí)儲(chǔ)層縱波速度隨含水飽和度的變化關(guān)系圖。圖2中包括孔隙度為0.1、0.2、0.3三種情況，分別對(duì)應(yīng)圖2a、圖2b、圖2c，每種孔隙度又包括泥質(zhì)含量分別是0、0.2、0.4三種情況。由圖2可知，在一定孔隙度，相同含水飽和度變化情況下，縱波速度變化最大的是泥質(zhì)含量為0.4的儲(chǔ)層，其次是泥質(zhì)含量為0.2的儲(chǔ)層，再其次是泥質(zhì)含量為0的儲(chǔ)層，表6提供了B儲(chǔ)層不同孔隙度砂巖中的油完全被水替換的速度差異，油被水完全替換時(shí)有時(shí)變化比較大，在孔隙度為0.3，泥質(zhì)含量為0.4時(shí)，水替換油，縱波速度增大了345.57m/s，速度變化比例達(dá)到22.02%。

圖2 B儲(chǔ)層不同孔隙度砂巖中縱波速度隨含水飽和度變化的關(guān)系圖

表6 B儲(chǔ)層不同孔隙度砂巖中的油完全被水替換的速度差異

②縱波速度隨儲(chǔ)層壓力改變的影響分析。假設(shè)開(kāi)采過(guò)程中只發(fā)生儲(chǔ)層壓力變化，且儲(chǔ)層壓力變化介于[15MPa,30MPa]研究發(fā)現(xiàn)在相同孔隙度情況下，隨著儲(chǔ)層壓力的增大，縱波速度是減小，在孔隙度一定情況下，泥質(zhì)含量越小，縱波速度的變化量越大。表7是不同孔隙度砂巖中儲(chǔ)層壓力從15MPa變換到30MPa的速度差異，由該表可以看出，在不同孔隙度情況下，泥質(zhì)含量為0時(shí)，其速度變化量是最大的；在速度變化百分比方面，孔隙度為0.3，泥質(zhì)含量為0.4的速度變化百分比相對(duì)其它略大一些，其它的都比較接近。

表7 B儲(chǔ)層不同孔隙度砂巖中儲(chǔ)層壓力從15MPa變換到30MPa的速度差異

4.結(jié)論

通過(guò)以上地震波速度的研究，有以下三點(diǎn)結(jié)論。

（1）泥質(zhì)含量對(duì)地震波速度變化產(chǎn)生影響，有時(shí)影響比較大，在高孔隙高泥質(zhì)含量時(shí)，這一現(xiàn)象更明顯；（2）油藏變化范圍內(nèi)對(duì)速度變化的影響，相對(duì)儲(chǔ)層壓力，流體替換對(duì)泥質(zhì)含量更敏感一些。（3）相同孔隙度情況下，含泥質(zhì)的砂巖儲(chǔ)層比純砂巖儲(chǔ)層引起的地震波速度更大，對(duì)時(shí)移地震監(jiān)測(cè)更為有利。