CN104834003B - 一种非常规致密储层的相控压缩系数地震预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油天然气地震勘探技术领域，具体提供了一种非常规致密储层的相控压缩系数地震预测方法，包括：地震岩相体计算、体积模量计算、压缩系数计算主要步骤。本发明有效减少了岩石力学参数预测结果的不确定性，提高力学参数计算的精度，实现了地震预测岩石力学参数‑压缩系数，通过压缩系数和泊松比交会分析进行气水识别，有效地预测了气水的分布。

Description

一种非常规致密储层的相控压缩系数地震预测方法

技术领域

本发明属于石油天然气地震勘探技术领域，涉及在岩相控制下计算储层岩石力学参数压缩系数方法，具体是一种非常规致密储层的相控压缩系数地震预测方法。

背景技术

致密油气藏(如页岩)本身具有低孔、低渗的特征，一般而言都需经过大规模压裂改造才能获得商业产量。为了保障压裂成功率，首先需要对储层力学特性有较明确的认识。

岩石压缩系数是岩石弹性能量的度量参数，是岩性、孔隙压力、上覆压力及地层中不同方位的应力等因素的复杂函数，被广泛应用于油藏弹性产能的评价及动态地质储量计算等油藏工程的各种计算中。

如何利用地震资料在钻前有效预测岩石力学参数，是目前行业内的一个研究热点，它不但有利于致密油气储层地质甜点的预测，更有利于致密油气储层工程甜点的预测，得出对钻井工程有用的信息。目前用地震资料计算岩石力学参数的文献很少，其中大部分是对页岩油气“甜点”的储层参数预测的应用，后来被尝试应用在致密油气储层上，但是还没有形成确定的理论体系，属于探索阶段。还有一部分着重研究力学参数的特征，以及利用力学参数研究裂缝和地应力等。

目前对压缩系数的求解方法主要有以下几种：

(1)体积法

描述介质所受压力与体积变化关系的参数。普通无孔固体只有一个压缩系数，定义为：

式中，V₀是介质的初始体积；p是介质外表面受到的净水压力。

(2)弹性模量法

李传亮教授指出，先测定岩石的孔隙度和弹性模量，通过公式计算岩石骨架固体物质的弹性模量E_s，再求得固体物质的压缩系数C_s。

进而求得岩石的压缩系数：

(3)经验公式法

Hall图版经验公式：

Newman经验公式(在静水压力下)：

其中，φ为孔隙度。

目前对于压缩系数的研究主要集中在如何计算和测定上，如采用Hammerlindl法，Hall图版法和Newman法；这些经验公式存在共同的错误：当受力情况与岩性条件相同时，压缩系数随孔隙度的增大而减小，而实际上孔隙度越大岩石越疏松，压缩系数就越大，这些经验公式是不合理的。

用地震资料来计算的例子还没有发现；用压缩系数来识别油气的实例多集中在测井资料上，尚未看到用地震资料计算压缩系数的实践案例。通过大量实验研究，最显著的是对苏里格东部、西部共二十多口井的数据分析，得出的压缩系数和泊松比共同交会能识别气层。具体见后面的岩石物理分析过程。用地震资料在计算压缩系数时，为提高精度，采用相控技术将地层分成几类，我们需要的通常是在储层里面计算压缩系数。

鄂尔多斯盆地上古生界下石盒子组是一套以大型河流－三角洲沉积为主的地层，沉积微相为水下分流河道，砂体薄、致密，为典型的致密储层。对鄂尔多斯盆地盒8致密气储层岩石力学特征、地震预测方法进行了探索，在前人研究的基础上，首次提出了相控下压缩系数的地震预测方法，首次将压缩系数用于工程甜点预测，展示了岩石力学参数在鄂尔多斯盆地致密储层尤其是含气层预测中的应用前景。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种非常规致密储层的相控压缩系数地震预测方法，以提高计算压缩系数的精度。

本发明的技术方案是：一种非常规致密储层的相控压缩系数地震预测方法，是在岩相控制下，排除泥岩影响，应用地震反演弹性参数计算储层的压缩系数，实现地震预测岩石力学参数-压缩系数，通过压缩系数和泊松比交会分析进行气水识别，包括如下步骤：

(1)应用测井资料的伽马和饱和度曲线进行岩相划分，并且应用坐标旋转的方法建立纵波阻抗AI、横波阻抗SI弹性参数的岩相识别关系式；

(2)应用地震资料反演得到纵波速度Vp、横波速度Vs、纵、横波阻抗弹性参数；

(3)将地震反演的纵、横波阻抗弹性参数代入应用测井资料建立的岩相识别关系式，得到不同岩相数据体；

(4)利用地震反演弹性参数计算体积模量K，

体积模量计算公式为：

为避免反演的误差积累，避免使用数量级较小的密度，使用阻抗速度类的参数参与运算。用阻抗和速度来代替密度参与计算，体积模量公式变为：

(5)压缩系数的计算方法：

压缩系数定义为体积模量的倒数，即：压缩系数Cc＝1/K；

为提高预测精度并且排除其他未知因素的干扰，在岩相控制下计算压缩系数，即只在有效储层的岩相体内计算压缩系数。

上述步骤(5)中所述的在岩相控制下计算压缩系数具体计算步骤如下：

1)输入地震反演得到的纵波速度Vp、横波速度Vs和纵波阻抗AI、横波阻抗SI；计算出体积模量K；

2)测井上解释岩相，并建立与地震能够反演得到的弹性参数关系式，利用地震反演结果计算岩相数据体；

3)只对目标岩相数据体计算压缩系数，即在地震岩相体控制下计算压缩系数数据体；所述目标岩相数据体即砂岩相数据体。

上述步骤(1)中所述的岩相划分及建立岩相识别关系式，其核心是在应用测井资料划分岩性的基础上，通过交会分析，再进行坐标旋转，使得旋转后的横坐标能够识别岩性，并得到识别岩性的关系式。

上述步骤(2)中所述的应用地震资料反演得到纵波速度Vp、横波速度Vs、纵、横波阻抗弹性参数，是具体应用地震叠前道集或分偏移距叠加资料进行叠前弹性反演，得到准确的Vp、Vs、AI、SI弹性参数。

上述步骤(3)中所述的得到不同岩相数据体是指通过测井数据得到的岩相识别关系式，应用地震反演得到的弹性参数体计算得到岩相数据体，为分岩性计算压缩系数提供基础。

本发明的有益效果：实际应用与钻井资料以及地质情况对比，相控下的压缩系数能够指示致密储层的“甜点”发育区。在鄂尔多斯盆地苏里格上古生界石盒子组盒8致密气藏的研究中有更为显著的效果，在盒8致密砂岩含气时，压缩系数规律为：含气砂岩>差气层>含水砂岩>干砂岩。本发明优选了流体检测窗口较大的体积模量，在岩相控制下(排除泥质含量影响)，应用地震反演弹性参数计算储层的压缩系数，有效减少岩石力学参数预测结果的不确定性，提高力学参数计算的精度，实现了地震预测岩石力学参数-压缩系数，通过压缩系数和泊松比交会分析进行气水识别，有效地预测了气水的分布。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1(a)是苏里格西部压缩系数和泊松比交会图；

图1(b)是苏里格东部压缩系数和泊松比交会图；

图2是Brie流体混合经验公式量版图；

图3是本发明压缩系数计算框图；

图4是井上划分的岩相；

图5是近、远射线弹性阻抗交会图；

图6是坐标旋转后的近、远射线弹性阻抗交会图；

图7是地震岩相体剖面；

图8是S077053测线岩相控制下压缩系数。

具体实施方式

如图3所示，本发明提供一种非常规致密储层的相控压缩系数地震预测方法，该方法是在岩相控制下(排除泥质含量影响)，应用地震反演弹性参数计算储层的压缩系数，实现地震预测岩石力学参数-压缩系数，通过压缩系数和泊松比交会分析进行气水识别，包括如下步骤：

(1)应用测井资料的伽马(GR)和饱和度(POR)曲线进行岩相划分，并且应用坐标旋转的方法建立纵、横波阻抗(AI、SI)等弹性参数的岩相识别关系式。本步骤中的岩相划分及建立的岩相识别关系式，其核心是在应用测井资料划分岩性的基础上，通过交会分析，再进行坐标旋转，使得旋转后的横坐标能够识别岩性，并得到识别岩性的关系式。

(2)应用地震资料反演得到纵、横波速度(Vp、Vs)、纵、横波阻抗(AI、SI)等弹性参数。本步骤具体应用地震叠前道集或分偏移距叠加(3个以上分偏移距叠加)资料进行叠前弹性反演，得到准确的Vp、Vs、AI、SI弹性参数。

(3)将地震反演的纵、横波阻抗(AI、SI)等弹性参数代入应用测井资料建立的岩相识别关系式，得到不同岩相数据体。本步骤中的得到不同岩相数据体是指通过测井数据得到的岩相识别关系式，应用地震反演得到的弹性参数体计算得到岩相数据体，为分岩性计算压缩系数提供基础。

(4)利用地震反演弹性参数计算体积模量K。

体积模量计算公式为：

为避免反演的误差积累，避免使用数量级较小的密度，尽量使用阻抗速度类的参数参与运算。用阻抗和速度来代替密度参与计算，体积模量公式变为：

(5)压缩系数的计算方法：

压缩系数定义为体积模量的倒数，即：压缩系数Cc＝1/K

为提高预测精度并且排除其他未知因素的干扰，在岩相控制下计算压缩系数，即只在有效储层的岩相体内计算压缩系数。

其中在岩相控制下计算压缩系数具体计算步骤如下：

1)输入地震反演得到的纵波速度Vp、横波速度Vs和纵波阻抗AI、横波阻抗SI；计算出体积模量K。

2)测井上解释岩相，并建立与地震能够反演得到的弹性参数关系式，利用地震反演结果计算岩相数据体。

3)只对目标岩相数据体计算压缩系数，即在地震岩相体控制下计算压缩系数数据体；所述目标岩相数据体即砂岩相数据体。

致密油气藏(如页岩)本身具有低孔、低渗的特征，一般而言都需经过大规模压裂改造才能获得商业产量。为了保障压裂成功率，首先需要对储层力学特性有较明确的认识。对岩石压缩系数的认识是压裂施工领域第一个重要环节，直接关系到压裂施工的成败，因此也是评价高品质致密油气藏的重要指标。

由于实际地震资料在计算力学参数时，用到的是反演的数据体。而反演结果存在一定误差，误差的累计会造成计算的参数的数值范围不符合该参数的实际范围。这种问题需要一些其它的处理的手段，针对此问题，提出用岩相控制的方法，通过有侧重的应用技术，有效地减少了岩石力学参数预测结果的不确定性，提高了力学参数计算的精度。

1、压缩系数识别气层的岩石物理分析

如图1a和b分别是苏里格西部(盒8、山1储层的12口井31个数据点)和东部(盒8、山1储层的9口井26个数据点)的流体压缩系数与泊松比的交会关系图，图版符合率分别是97％和92％。其储层流体类型的参数界限值分别列于表1和表2。

表1苏里格西部储层流体类型的参数界限

苏里格西部	CF	CB/PR	PR
				气区范围	>1.68	>1.65	<0.17
差气区范围	<1.68	1.14	>0.16
				干层区范围	<1.0	<1.14	>0.21

表2苏里格东部储层流体类型的参数界限

苏里格东部	CF	CB/PR	PR
				气区范围	>1.64	>1.67	<0.18
差气区范围	<1.64	1.11	>0.18
				干层区范围	<1.12	<1.11	>0.20
水层区范围	>1.64	>1.11	<0.24

图2所示是Brie流体混合经验公式量版图，显示了体积模量能够检测流体的窗口。

岩石物理分析研究表明：

(1)在一般情况下纯气和纯水的体积模量相差约2.5GPa。苏西盒8段砂体整体含气，但丰度低、孔隙度小，气层和背景储层的体积模量差异仅有0.8GPa，流体检测的窗口减小，纯气/纯水的差异相当于10％泥质变化的影响。

(2)苏里格西盒8段砂体仍然很发育，孔隙发育的砂岩与致密砂岩的差异相对大些。由于低孔低渗特征，砂岩含流体的差异相对较小。从表3苏里格地区盒8段及附近地球物理测井参数统计中得出，就气砂岩和含水砂岩而言：横波速度基本无变化，纵波速度差异在100-400m/s，纵横波速度比差异在0.1-0.2，泊松比差异在0.06-0.1变化。在区分岩性的基础上，三个模量检测流体的窗口略大。

因此，选择流体检测窗口较大的与体积模量有关的压缩系数作为气层识别的主要参数。

表3苏里格地区盒8段及附近地球物理测井参数统计

2、压缩系数的计算方法

压缩系数表明岩石的可压缩性，和抗压强度意义正好相反，但它的计算无需泥质含量的参与，压缩系数可以定义为体积模量的倒数：

Cc＝1/K (8)

这里的体积模量计算公式为：

因密度用地震资料无法准确获得，为提高压缩系数的稳定性，这里也不让密度直接参与计算，而是用阻抗和速度这些可以稳定反演的参数来代替，体积模量的公式就变为：

虽然压缩系数的计算无需泥质含量，为明确其岩石物理意义，也需要在岩相控制下，在砂岩区计算，具体流程见图3。输入纵波速度Vp、横波速度Vs和纵波阻抗AI、横波阻抗SI；计算出体积模量K，测井上解释岩相，与地震结合计算岩相数据体。在地震岩相体控制下，计算压缩系数数据体。3、本发明创新点：

(1)计算过程避免采用数量级小的弹性参量计算

压缩系数这一岩石力学参数，是基于地震弹性参数体积模量的基础上得到的。计算公式分别为：

压缩系数：

体积模量：

其中，密度的数量级小，对它的反演通常是不稳定的。因此，对体积模量的公式进行转换，用速度和阻抗这类数量级较大的弹性参数来代替密度，而不是直接让密度参与计算，从而提高力学参数计算的稳定性。

体积模量：

(2)采用相控的思想

实际地震资料在计算泥质含量和其它弹性参数时，用到反演的纵、横波速度(阻抗)等，由于实际的反演结果不可避免的存在一定误差，这些弹性参数的数学运算构成误差的累积，很有可能就会造成计算的参数的数值范围不符合该参数的实际范围。这种问题需要一些其它的处理的手段，针对此，我们提出了用岩相控制的思想。计算岩相体的具体做法是：(1)测井上综合若干相关测井曲线特征划分岩相，将地层划分为砂岩泥岩等不同岩性；如图4中，解释的浅灰为砂岩储层，定义为砂岩相；黑色为泥岩、油页岩和煤层等统一归为泥岩相。(2)相控岩石物理分析：井上用岩相信息做控制，交会分析地震弹性参数和孔隙度及饱和度关系，帅选地震岩相识别参数。如图5，横坐标为近角度射线弹性阻抗，纵坐标为远角度射线弹性阻抗，形状代表前面测井上划分的岩相，三角为泥岩，圆圈为砂岩。

(3)用网络学习或坐标旋转的方法得出弹性阻抗参数与地震岩相的转换关系。图6旋转坐标后形成一个新的AVO阻抗，这一新的参数对岩相能够很好的区分：AVOIMP>0时为砂岩，AVOIMP<0时为泥岩。(4)用坐标旋转转换结果，用弹性参数体计算地震岩相体，使得无井区也能有岩性信息(图7)。

这样在相控模式下的储层力学参数预测，通过对沉积相的精细分析，确定了有利储层发育的相带范围，从而在有利相带内开展工作。通过有侧重的应用技术，有效地减少了岩石力学参数预测结果的不确定性，提高了力学参数计算的精度。

本发明在苏里格气田推广应用对提高储量动用程度、气田采收率和稳产能力有较现实的指导作用，本研究成果为其它地区致密储层“甜点”预测和气水识别提供了一种较可靠的预测方法和方向。

本发明在实际应用与钻井资料以及地质情况对比，相控下的压缩系数能够指示致密储层的“甜点”发育区。在鄂尔多斯盆地苏里格上古生界石盒子组盒8致密气藏的研究中有更为显著的效果，在盒8致密砂岩含气时，压缩系数规律为：含气砂岩>差气层>含水砂岩>干砂岩。在岩相控制下(排除泥质含量影响)计算的压缩系数(图8)，有效地预测了气水的分布。

本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种非常规致密储层的相控压缩系数地震预测方法，其特征在于，是在岩相控制下，排除泥岩影响，应用地震反演弹性参数计算储层的压缩系数，实现地震预测岩石力学参数-压缩系数，通过压缩系数和泊松比交会分析进行气水识别，包括如下步骤：

(1)应用测井资料的伽马和饱和度曲线进行岩相划分，并且应用坐标旋转的方法建立纵波阻抗AI、横波阻抗SI弹性参数的岩相识别关系式；

(2)应用地震资料反演得到纵波速度Vp、横波速度Vs、纵、横波阻抗弹性参数；

(3)将地震反演的纵、横波阻抗弹性参数代入应用测井资料建立的岩相识别关系式，得到不同岩相数据体；

(4)利用地震反演弹性参数计算体积模量K，

体积模量计算公式为：

为避免反演的误差积累，避免使用数量级较小的密度，使用阻抗和速度参与运算；用阻抗和速度来代替密度参与计算，体积模量公式变为：

(5)压缩系数的计算方法：

压缩系数定义为体积模量的倒数，即：压缩系数Cc＝1/K；

为提高预测精度并且排除其他未知因素的干扰，在岩相控制下计算压缩系数，即只在有效储层的岩相体内计算压缩系数。

2.如权利要求1所述的一种非常规致密储层的相控压缩系数地震预测方法，其特征在于，步骤(1)中所述的岩相划分及建立岩相识别关系式，其核心是在应用测井资料划分岩性的基础上，通过交会分析，再进行坐标旋转，使得旋转后的横坐标能够识别岩性，并得到岩相识别关系式。

3.如权利要求1所述的一种非常规致密储层的相控压缩系数地震预测方法，其特征在于，步骤(2)中所述的应用地震资料反演得到纵波速度Vp、横波速度Vs、纵、横波阻抗弹性参数，是具体应用地震叠前道集或分偏移距叠加资料进行叠前弹性反演，得到准确的Vp、Vs、AI、SI弹性参数。

4.如权利要求1所述的一种非常规致密储层的相控压缩系数地震预测方法，其特征在于，步骤(3)中所述的得到不同岩相数据体是指通过测井数据得到的岩性识别关系式，应用地震反演得到的弹性参数体计算得到岩相数据体，为分岩性计算压缩系数提供基础。