方位各向异性介质的裂缝预测方法研究_精品文档.pdf

1、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

2、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:P 631.443?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

3、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-iodic Thin Layer,或者 VT I-Transverse Isotropy withVertical axis)、EDA(Extensive Dilatancy Anisotropy,或者 HT I-Transverse Isotropy with Horizontal axis)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

4、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1 3、速度 4 6、偏振方向7及振幅特征8 10,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,

5、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?Journal of the University of Petroleum,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

6、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。Craft 1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+Bcos 2(?-?).(1)式中,A 为地层基质速

7、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

8、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

9、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

10、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(VT I)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(HT I)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

11、 Thomsen 13的研究结果表明,VT I 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

12、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

13、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 10801150,1170 1240 和 1265 1

14、300 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

15、基本与断裂带趋势一致。但在 L7 井处的目的层段(道号为 1100 1150)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 4000 m/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L 7井所 在位置分析,t0时间为1340 ms 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

16、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 L 7井 附近,道号为 11281230、双程旅行时为 1360 1400 ms 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?CRAFT K L,et al.Azimuthal anisotropy analysis fromP-wave seismic traveltime dataA.67th Ann Interna