方位各向异性介质的裂缝预测方法研究_精品文档.pdf
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收稿日期:
2002-06-05基金项目:
中国石油天然气集团公司石油科技中青年创新基金（2001CX-10）;中国石油天然气集团公司物探重点实验室开发基金（GPKL0107）;?
十五?
中国石油天然气集团公司科技攻关课题（2-1-1）作者简介:
杜启振（1969-）,男（汉族）,山东单县人,副教授,博士,研究方向为多波勘探与信号处理。
?
文章编号:
1000-5870（2003）04-0032-05方位各向异性介质的裂缝预测方法研究杜启振1,2,杨慧珠2（1.石油大学地球资源与信息学院,山东东营257061;2.清华大学工程力学系,北京100084）?
摘要:
对于裂缝性储层,应用纵波和转换波资料提取波场特征参数（如速度,振幅）反演的裂缝走向、裂缝密度等参数来研究裂缝。
基于纵波震源三分量地震资料,提出了方位各向异性介质的裂缝预测方法。
对经过压缩后的转换波剖面及纵波剖面进行速度反演,获得了裂缝参数,其中包括与裂缝密切相关的各向异性系数?
和描述潜在气藏的裂缝密度参数。
综合利用P波、转换波的各向异性,可以更客观、更准确地预测介质的裂缝,实际资料应用证实该方法可行。
关键词:
裂缝性储层;方位各向异性介质;波场;特征参数;反演;裂缝密度;裂缝走向;预测方法中图分类号:
P631.443?
文献标识码:
A引?
言在油气田勘探和开发领域里,识别裂缝是寻找裂缝性气藏的主要任务,正确识别和预测裂缝及其发育带,对油气藏勘探和开发有着十分重要的意义。
根据固体力学理论,裂缝性地层表现为地球介质的各向异性,因此,裂缝研究的理论基础是地球介质的各向异性理论。
通常研究的各向异性有PTL（Per-iodicThinLayer,或者VTI-TransverseIsotropywithVerticalaxis）、EDA（ExtensiveDilatancyAnisotropy,或者HTI-TransverseIsotropywithHorizontalaxis）和PTL+EDA各向异性。
其中,EDA各向异性又称方位各向异性,在裂缝性气藏的研究中具有特别重要的意义。
近年来,从国内外的研究院所和石油公司发表的最新研究成果来看,多波勘探方法已经逐步应用到裂缝性气藏的勘探中。
通过研究纵、横波的旅行时13、速度46、偏振方向7及振幅特征810,来表征裂缝存在的层位、裂缝的发育方向和裂缝密度等。
本文基于纵波震源三分量资料,提出方位各向异性介质的裂缝预测方法。
通过速度反演,获得各向异性参数?
和裂缝密度参数,并采用实际资料进行验证。
1?
裂缝预测的基本原理和方法近年来的研究表明,联合使用纵波和转换波资料提取的波场特征参数（如速度,振幅）来研究裂缝是目前裂缝性储层最主要的研究方向。
在裂缝性地层中,裂缝的发育带、裂缝走向、裂缝密度预测是油田工作重点。
针对油田生产实际,从波场分离着手,提出了图1所示的研究方案。
图1?
裂缝预测流程图1.1?
裂缝方位角分析R?
ger10指出,AVO梯度随裂缝方位角?
的2倍的余弦变化而变化,因此其裂缝方位角可以通过用函数A+Bcos2?
拟合AVO梯度来获得。
2003年?
第27卷?
石油大学学报（自然科学版）?
Vol.27?
No.4?
第4期?
JournaloftheUniversityofPetroleum,China?
Aug.2003影响AVOA振幅的因素很多,除炮检距和方位角之外,较为敏感的还有采集偏差、地下构造的变化、目的层基质纵、横波速度比、上覆岩层非均匀性等因素。
因此,在某些构造复杂、上覆各层性质特殊的地区,AVOA分析的结果可能误差较大,甚至是错误的。
此外,在AVOA方位检测分析中,需要用到振幅信息,而现有的大多数常规处理软件都不能保持振幅,这就给检测工作带来了很大的困难。
相比之下,层速度由旅行时计算而得,不会受到振幅误差的影响。
使用非双曲时距曲线及广义Dix公式对裂缝性地层的层速度进行分析,可以提高计算的精度。
Craft1指出,对于不同方位角的测线,采用双曲时差独立进行速度分析,可得到叠加速度（NMO速度）,并可求取均方根速度;再利用Dix公式计算出目的层不同方位的层速度。
裂缝性地层的层速度可简化表达为?
v（?
）=A+Bcos2（?
-?
）.
（1）式中,A为地层基质速度;B为速度随角度变化量;?
为裂缝方位角;?
为测线方位角。
式中的A,B和?
可用最小二乘法求得。
1.2?
转换波剖面压缩考虑某一层的转换（P-SV）波的平均速度,沿着双层垂直反射路径是一混合体,即下行波是P波,上行波是SV波,因此有?
2vP-SV=1vP+1vSV.
（2）假设层厚度为?
h,则有?
tP=2?
hvP,?
tP-SV=2?
hvSV,所以?
vPvSV=2?
tP-SV?
tP-1.（3）式中,?
tP和?
tP-SV分别为同一层内纵波和转换横波的双程垂直旅行时,可从纵波和转换横波剖面的层位解释结果中获得。
提取地下岩层参数是多波勘探的目的,若要提取与两种波有关的参数,必须做到正确识别和对比两种波。
一旦识别出同一层两种波的顶、底同相轴,即可求出纵波及转换波的层间时间,即?
tP和?
tP-SV。
利用?
tP和?
tP-SV的对应关系,就可以将水平分量的垂直双程旅行时变换为纵波的垂直双程旅行时,实现水平分量压缩的目的。
1.3?
速度反演为获得裂缝参数,文中采用了测井约束反演方法,即利用具有较宽频带的测井资料,进行测井和井旁地震道的反演11。
该方法是建立在地震记录褶积模型的基础上,利用井旁地震记录道和从测井资料中获得的反射系数序列,计算反子波算子,然后对反子波算子与所有的地震记录道进行反褶积处理,就可以获得各道的反射系数。
进一步将反射系数转换为地层的波阻抗或层速度等参数,再对得到的层速度相对剖面做低频速度补偿,确定地层的绝对速度。
利用测井约束反演方法,可获得纵波相对速度剖面。
把求得的过井相对速度与层速度进行对比,拟合出变化趋势,再将该变化趋势与相对速度相对应,即可得到纵波的绝对速度。
对转换波剖面,先对其进行压缩,然后把求得的过井相对速度与层速度曲线进行对比,拟合出变化趋势,再将该变化趋势与相对速度相加,即可得到转换波绝对速度。
利用纵波叠偏剖面反演垂直入射时的反射系数,其物理意义明确。
理论上来说,利用转换波叠偏剖面反演垂直入射时的反射系数其值应为零。
但对于一个转换波CDP道集来说,并不存在严格的零偏移距道集,而横波在小角度入射时反射系数不为零。
在求取各向异性系数的计算中,须知道纯横波的速度。
在多波多分量资料中,可以使用求取纯横波速度的公式12,即利用转换波和纵波的速度来求取纯横波的速度。
1.4?
计算各向异性系数?
横向各向同性介质具有一个旋转对称轴,其刚度矩阵含有5个独立常量,在垂直对称轴的横向各向同性介质（VTI）中,波的传播特性与方位角无关;在有水平对称轴的横向各向同性介质（HTI）中,波的传播特性与方位角有关,如图2。
图中S1的偏振方向垂直于对称轴,为快波;S2的偏振方向平行于对称轴,为慢波。
因此,有学者为了突出这种差别而将这种各向异性称为方位各向异性（AzimuthalAnisotropy）或称为EDA介质。
图2?
TI介质模型示意图?
据Thomsen13的研究结果表明,VTI介质可以?
33?
第27卷?
第4期?
杜启振等:
方位各向异性介质的裂缝预测方法研究用纵、横波的垂直速度vP和vS加上3个无量纲常数?
?
?
来表征。
其中?
代表的是SH水平极化波的各向异性系数。
根据Thomsen记法,针对HTI介质,利用速度反演求出的SH波和SV波的垂直速度vS1和vS2（其中S1和S2代表的方向如图2所示）可以求出表征横波分裂的参数?
即vS1=C44?
vS2=C66?
?
=C66-C442CC44,所以,?
=v2S2-v2S12v2S1.（4）该参数与裂缝密度有密切的关系。
1.5?
裂缝密度的计算王勇14的研究结果表明,对于含流体的裂缝,其裂缝密度可表示为?
f=3163?
vP?
vS2-21-?
vSvS23?
vP?
vS2-4?
17vPvS2-35-2?
vP?
vS2-2vPvS2-1?
2?
vP?
vS2+312vPvS2-25-1.（5）通过分析发现,公式（5）中用到的物理量是vPvS,?
vP?
vS,vS和?
vS。
可以通过VSP的纵、横波速度拟合出一个满足全井段的纵、横波速度比vPvS;利用速度反演求得的目的层段的纵、横波速度,确定在裂缝体内的纵波和横波传播速度比?
vP?
vS;利用声波测井资料估计出的研究区内横波的最大速度作为背景速度vS;针对二维地震测线,选用S2极化方向的横波（即SV波）速度vS2作为含裂缝体的横波速度?
vS,这样即可利用式（5）计算裂缝密度。
2?
实际数据分析2.1?
纵、横波速度比纵、横波速度比在整个分析过程中是一个非常重要的参数,可以利用偏移剖面来确定。
利用层位解释结果,得到S2线目的层纵、横波速度比,结果如图3所示。
图中实线表示由z分量和y分量偏移剖面目的层求得的纵、横波速度比,而虚线表示由z分量和x分量偏移剖面目的层求得的纵、横波速度比。
地震波在裂缝介质中传播时会分裂成快横波和慢横波两种,从而造成在水平分量记录到的横波存在到达时差,这在图3中可以看到。
道号为10801150,11701240和12651300区带为裂缝发育的主要区带。
在L7井处,速度比降低,表明纵波速度低,这通常是由于含气造成的。
综合横波分裂特征和纵、横波速度比降低的特征,预测L7井为气区。
在L5井处,速度比值比较大,但同时两个速度比之差几乎为零,表明裂缝不发育。
这和实际情况很吻合,即L7井为产气井,而L5井为空井。
图3?
S2线纵、横波速度比剖面2.2?
确定Thomsen参数?
图4是表征横波分裂程度的各向异性系数?
的分布。
在本区,断裂带是沿目的层的顶界面分布,对该测线来说,各向异性系数?
值是顺层分布的,沿目的层的顶界面（即断裂带）?
值较大;在目的层内,?
值也存在顺层分布的趋势,说明其裂缝发育带基本与断裂带趋势一致。
但在L7井处的目的层段（道号为11001150）附近,存在局部块状的相对较高?
值区,这说明在目的层内也存在裂缝发育带。
2.3?
裂缝密度通过VSP研究,得出本区纵、横波速度比平均值为1.85,横波的最高速度为4000m/s,利用速度反演求得的纵、横波速度并依据式（5）进行裂缝密度的计算。
从图5可以看出,黑色区域代表的是裂缝密度相对高值带。
从L7井所在位置分析,t0时间为1340ms是断层所在位置,其位置也正是裂缝密度相对高值带。
本区裂缝基本上具有顺层分布的特征,沿目的层顶界面的断裂带是一裂缝发育带。
另外,在目的层内存在一些局部块状区域分布的裂缝密度相对高值带。
例如,S1线有3块裂缝密度相对高值区域,尤其是在L7井附近,道号为11281230、双程旅行时为13601400ms时最大。
这与图3的分析结果基本上是一致的。
?
34?
石油大学学报（自然科学版）?
2003年8月图4?
S2线横波分裂各向异性系数?
图5?
S1线裂缝密度图3?
结?
论
（1）利用多波、多分量资料,可以提取一系列描述介质各向异性程度的参数,包括:
纵波垂直传播速度,横波垂直传播速度,纵、横波速度比等。
利用约束反演方法反演速度剖面,进而可以反演各向异性系数和裂缝相对密度。
（2）用各向异性介质理论描述地下介质更能接近客观实际。
使用多波、多分量勘探技术比常规的纵波勘探能提供更加丰富的地下信息。
（3）综合利用P波、转换波速度的各向异性研究裂缝带及用纵、横波综合信息检测天然气聚集,较之单纯利用P波特殊处理资料,已初步显示出其优越性。
参考文献:
1?
CRAFTKL,etal.AzimuthalanisotropyanalysisfromP-waveseismictraveltimedataA.67thAnnInterna
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