黏弹性介质AVF地震响应分析研究.pdf

收稿日期 基金项目 国家自然科学基金企业创新发展联合基金()作者简介 周 单()男江苏海安人中石化石油物探技术研究院有限公司高级工程师硕士主要从事叠前地震资料反演、储层预测研究:./.黏弹性介质 地震响应分析研究周 单(中石化石油物探技术研究院有限公司江苏 南京)摘 要基于 理论和 斑状饱和模型首先构建黏弹性孔隙介质模型并推导出弹性参数与岩石属性之间的理论关系然后通过 种含气砂岩储层模型模拟地震波入射黏弹性孔隙介质反射界面处振幅随频率和入射角的响应变化研究黏声以及黏弹性介质反射界面处精确的反射及透射系数随入射角和频率变化的关系分析地震波在黏弹性孔隙介质中传播特征研究地震波在传播时振幅随入射角和频率变化的理论响应关系最后针对裂缝型储层通过不同裂缝柔度的模拟分析裂缝发育对反射系数产生的影响以及弹性各向异性和频散的双重作用下地震响应特征关键词黏弹介质地震响应裂缝型中图分类号 文献标识码 文章编号()地震波频散现象总是发生在衰减的介质中根据地震波传播理论针对地震波传播由弹性非衰减介质入射到吸收介质时推出详细的反射及透射系数的表达式 地震波衰减主要有散射衰减和本征衰减两部分 散射衰减是由介质弹性参数的非均匀性引起而本征衰减则与岩性参数有关它对岩性及流体性质(如含水饱和度、孔隙度、渗透率和黏滞性等)较为敏感因此地震波的本征衰减可以作为良好的含气储层及流体指示因子帮助油公司确定井位 等发表一系列文章讨论将衰减及速度频散分析应用于油气检测技术的巨大潜力 但是基于模型对本征衰减进行定量的估计比较困难 首先实际衰减可能与多种因素有关计算中需要的参数之间相互依赖其次理论模型中的一些参数(如孔隙形状、渗透率等在实际勘探中很难测量得到 和 提出喷射流动机制将 理论进一步扩展并根据此机制研究不完全饱和孔隙介质中纵横波的衰减取得较好的效果研究在砂岩中引起衰减和速度频散的流体效应证明在饱和流体岩石中流体的黏滞性是引起地震波衰减最重要的因素 席道瑛等通过实验研究多孔岩石中饱和度、孔隙度与地震波振幅频率的关系 苑书金等在鄂尔多斯盆地北部地区井区等利用衰减梯度方法取得较好效果 当前地震波吸收衰减机制仍不是特别明了但大多数情况下岩石裂缝及颗粒表面摩擦可能是主要的衰减原因因此迫切需要理清地震波在传播时振幅随入射角和频率变化的理论响应关系 基于 理论和 斑状饱和模型构建黏弹性孔隙介质模型推导介质弹性参数与岩石属性间的理论关系模拟地震波入射黏弹性孔隙介质反射界面处振幅随频率和入射角的响应变化推导黏声以及黏弹性介质反射界面处精确的反射及透射系数随入射角和频率变化的关系分析地震波在黏弹性孔隙介质中传播特征揭示地震波在传播时振幅随入射角和频率变化的理论响应关系特别对于裂缝型储层地震响应在弹性各向异性和频散的双重作用下显得更为复杂 年 月山东石油化工学院学报.第 卷 第 期 .孔隙介质中的速度频散与衰减作为一种较为成熟的烃类直接检测技术 技术在实际生产应用中已经取得很好的效果 然而仍然有一些问题是传统 技术无法解决的 近年来地球物理学家们注意到烃类油气藏在地震响应中存在着低频异常的现象 相关文章指出地下油气富集区域通常具有强吸收和明显的频散特征发表一系列文章讨论地震波在孔隙介质中的传播特点建立黏弹性孔隙介质理论基础 然而 理论并没有充分考虑介质存在频散和吸收的情况 从 年代起又不断有新的理论模型提出例如气泡模型、喷射流模型和双孔隙模型 勘探频带内地震波的衰减可以归因于中观尺度(介于孔隙大小和地震波波长之间)的非均质性及地震波向热能转换的综合效应 提出斑状饱和介质和薄层孔隙介质中计算地震波速度和衰减的方法即 模型 和 在 模型基础上分析薄层斑状饱和介质的频散和吸收特性并指出斑状饱和岩石的衰减峰值可以出现在地震频带内为描述孔隙介质中的速度频散与衰减这里考虑周期性薄互层每个周期内包含两个孔隙介质层 和 孔隙内分别含气和含水层厚度为 和 给出 模型的 波复模量 的表达式为()()().().()式中为岩石的杨氏模量是无量纲参数 为复频率、分别为介质层 和 的反射系数、分别为介质层 和 的纵波速度/、分别为介质层 和 的阻抗()()为各个介质层的杨氏模量是无量纲参数忽略式()中的脚标对于每层介质可以得到.()式中为干岩石的剪切模量为 体积模量.().()/.()式中 也称为 系数为岩石矿物的体积模量是流体体积模量是干岩石体积模量为该介质层的弹性模量皆为无量纲参数 这样相速度 和品质因子 可表示为.()()().()和 分别代表实部和虚部 频率角度域的透射与反射为系统地说明频散效应在任意入射角处对反射和透射系数振幅的影响选择三种含气砂岩储层模型分别对应着和类 异常 参照 等的工作模型 代表具有高阻抗的深层压实含气砂岩储层模型 代表与上覆岩层阻抗相近的中深层含气砂岩储层模型 代表具有低阻抗的浅层疏松含气砂岩储层 选择含气砂岩储层的反射作为研究重点的原因有:含气砂岩储层与上覆岩层之间的泊松比差异通常比较大具有较为明显的 效应含气砂岩储层通常具有强吸收和频散特性对于每个模型含气砂岩储层上方都覆盖有泥岩层储层本身是由具有相同岩石骨架的含水砂岩薄层和含气砂岩薄层交替构成层厚度为 (远小于一个波长)砂岩岩石颗粒的体积模量和密度分别为 和 /含气和含水砂岩以及泥岩盖层的体积模量和密度如表 所示 和 分别为干岩石骨架的体积模量和剪切模量 为孔隙度 和 分别为孔隙流体的体积模量、密度和黏滞性参数其中脚标 和 分别代表含气和含水的情况在 模型中剪切波的吸收特性不受含气性影响因此在大多数情况下可以忽略 由 定律和界面处的连续性条件可以得到频散介质对应的 方程:第 卷 山东石油化工学院学报 年 第 期表 种模型对应的储层和盖层特性参数模型岩石骨架特性参数孔隙流体特性参数泥岩盖层特性参数/()/()/()/()/()模型 模型 模型 图 储层模型示意图.()式中 为速度/为角度脚标 和 分别代表 波和 波脚标 和 分别代表泥岩盖层和砂岩储层 依赖于频率的 波速度可以表示为.()式中 为相速度/为无量纲吸收系数其表达式为().()波的相速度和品质因子可以通过式()和式()计算得到其与频率的关系如图 所示 相比于压实砂岩(模型 和)疏松砂岩具有更强的频散和吸收特性图 相速度和品质因子随频率的变化 通过式()可以得到 波和 波的反射和透射系数 和 号代表复数这里仅取其实部作为结果 图 分别给出模型、对应的反射和透射系数振幅与频率和入射角的关系周 单:黏弹性介质 地震响应分析研究图 深层压实含气砂岩储层反射、透射系数随入射角和频率的变化(模型)图 中深层压实含气砂岩储层反射、透射系数随入射角和频率变化(模型)对于压实含气砂岩储层(图)在角度域可以明显看到 波、波的反射和透射系数随入射角变化的趋势(类 异常)在频率域无论 波还是 波的反射和透射系数都随频率没有明显的变化()反映压实含气砂岩中的吸收和频散都很微弱对于欠压实(类)和疏松(类)含气砂岩储层(图、)波、波的反射和透射系数在角度域有着与其模型相符的变化特点 而在频率域 波的反射和透射系数随频率有明显的变化而且变化趋势与储层特征直接相关 相比之下 波的反射和透射系数在吸收不是非常强烈的情况下(模型 和模型)对频率并无明显的依赖性因此在使用 波 信息的时候需要谨慎为更加直观地认识含气砂岩储层的地震响应特性使用褶积模型得到前面 个模型储层顶界面处的反射波振幅随入射角和频率的变化关系(图)第 卷 山东石油化工学院学报 年 第 期图 疏松含气砂岩储层反射、透射系数随入射角和频率变化(模型)图 地震响应随入射角和频率的变化(模型)图 地震响应随入射角和频率的变化(模型)图 地震响应随入射角和频率的变化(模型)周 单:黏弹性介质 地震响应分析研究 由图 可知 种含气砂岩储层顶界面的地震响应中除了有明显的 现象之外还存在不同程度的 现象其中尤其以和类 异常(图 和)所对应模型的 现象最为明显 不难看出反射 波的 响应对于地下介质的频散和衰减特征更为敏感而这些特点与岩石中的渗透率和孔隙度等则直接相关 对于实际地震数据一方面利用信号处理等手段提取目标储层的 特点可以帮助更好地了解储层特性另一方面将传统的 道集扩展至的 数据体对于黏弹性参数(如品质因子)的反演具有很好的启发意义 裂缝型储层的 响应特征对于裂缝型储层中含水裂缝的地震响应在弹性各向异性和频散的双重作用下显得更为复杂 考虑的模型仅限于裂缝宽度无限小并且具有周期性的分布这种情况可以在致密气中储层经常见到裂缝介质的等效 波模量可以通过假设图 中的 得到 对于含水岩石方程()变为.()式中描述流体和孔径长宽比强化效应的一项参数 为黏度 为矿物组分的柔度/()通常被称为裂缝柔度()均为无量纲参数由式()计算得到的速度和品质因子可以被代入到黏弹性 方程式()中计算来自含水裂缝储层的反射系数 岩石的各种属性参数有模型 给出从图 中可以看出不同的裂缝柔度会对反射系数产生影响 当裂缝较为坚硬时介质整体表现为具有较高的相速度和较低的衰减(图()和()从图()和图()中不难看出:裂缝的发育可以造成 响应从类向类移动同时当软裂缝存在时可以观测到明显的 现象图 裂缝发育的地震响应 结 论()基于 理论和 斑状饱和模型构建黏弹性孔隙介质模型推导出弹性参数与岩石属性之间的理论关系()通过模型研究黏声以及黏弹性介质反射界面处精确的反射及透射系数随入射角和频率变化的关系验证黏弹性介质反射界面处地震波反射的振幅及反射系数不仅随入射角产生变化同时也随频率变化即在考察来自储层的反射时不仅应考虑第 卷 山东石油化工学院学报 年 第 期 效应同时也应当考虑 效应()通过研究认识到常规 方程无法描述黏弹性介质反射界面处所发生的反射与入射现象引入黏弹性介质反射透射方程则提供更好的工具参考文献 ./.():.滕龙程玖兵.基于常规测井数据的纵波本征衰减估计.地球物理学进展():.():.():.():.():.():.席道瑛邱文亮程经毅等.饱和多孔岩石的衰减与孔隙率和饱和度的关系.石油地球物理勘探():.苑书金董宁于常青.地震波衰减技术在鄂尔多斯盆地储层预测中的应用.石油物探():.马昭军刘洋.地震波衰减反演研究综述.地球物理学进展():.():.():.().():.():.责任编辑 温丽萍周 单:黏弹性介质 地震响应分析研究