有效压力对致密砂岩气储层地震波频散衰减影响研究.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW255有效压力对致密砂岩气储层地震波频散衰减影响研究一金含，刘财，郭智奇吉林大学地球探测科学与技术学院，长春，130021注：本文为国家自然科学基金资助项目（编号：49801234）的成果。收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：刘志强。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.107作者简介：金含，女，1997 年生，博士，固体地球物理专业；Email：。关键词：关键词：致密砂岩气；岩石物理；有效压力；频散衰减致密砂岩气作为一种非常规天然气能源，在世界范围内分布广泛，并且拥有可观的规模。与常规油气储层相比，致密砂岩气储层岩石压实紧密且非均质性强、微观孔缝结构复杂、表现为低孔隙度和低渗透率等特征，为致密砂岩气优质储层识别带来了挑战。且研究区致密砂岩气储层存在异常的地层压力，也会导致储层的岩石物理特征与地球物理响应较为复杂。因此对孔缝结构、渗透率以及含气饱和度的预测较为困难。本文建立含双重孔隙的致密砂岩气储层岩石物理模型，基于 Gurevich 喷射流模型研究有效压力对地震波频散与衰减特征影响，有利于地震解释与地下储层的识别。1研究区地质概况1.1地质背景随着油气勘探开发程度的深入，作为非常规油气能源的致密砂岩气已成为我国油气勘探开发的重要目标。致密砂岩气作为一种非常规资源，蕴含巨大的资源潜力，致密砂岩气藏的勘探与开发已成为全球油气资源热点，且正在改变世界能源格局。非常规致密砂岩是指其储层覆压渗透率小于0.110-3m2的岩石，致密砂岩气通常是指在这类储层中的天然气。致密砂岩气储层具有岩石颗粒细，杂基和胶结物含量高；岩石孔隙度低，次生孔隙及微孔隙发育，孔隙结构复杂；孔隙喉道细，毛细压力高，对流体束缚大；非均质严重，渗透能力差；地层原始水饱和度即束缚水饱和度低；高应力敏感性，随覆盖压力增大（即埋深增大），渗透率急剧减少(关德师等，1995)等特点。本文研究区致密砂岩气储层孔隙类型多样，包括原生粒间孔隙、溶蚀粒间孔隙和溶蚀粒内孔隙、粒间孔隙和微裂缝。1.2压力影响在勘探和开发中，预测压力是安全和井控的关键，了解压力分布对储量预测、钻井安全及优化采收率具有重要意义同时地层压力也是用来表征地层能量的重要参数之一。地层中的异常高压为油气运移提供动力，并且超压相对发育的区域天然气也相对富集。有效压力变化会引起致密砂岩气储层的孔隙结构特征及微裂缝孔隙度发生变化，进而影响到储层。研究有效压力变化下，地震波速度频散以及衰减特性，对研究储层孔隙结构与流体性质和勘探开发过程中有效地保护、开采致密气层有重要指导意义。2方法原理笔者等通过岩石物理建模方法模拟致密砂岩气储层特征。在 Smith 等(2009)低孔渗砂岩弹性性质研究的基础上，Ruiz 和 Cheng(2010)提出软硬孔隙的概念，将致密含气砂岩中复杂的孔隙空间等效为球形孔（硬孔）和狭长裂隙（软孔）的组合，并研究其分布规律对致密砂岩弹性性质的影响。本文建立含有软硬孔双重孔隙的岩石物理模型。Gurevich(2010)提出与有效压力和孔缝相关的喷射流模型，计算软孔流体饱和硬孔干燥时的湿骨架弹性模量。2.1Gurevich 喷射流模型Gurevich 的研究表明，在考虑了微裂隙（软孔地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1256隙）与硬孔隙喷射流效应的条件下，岩石“湿骨架”的频率相关弹性模量 Kmf和mf可以写成如下解析形式：PKPKKPKKPKcmfhdhmf1,111)(1111,1*（1）,111541,1PKPKPPmfddmf（2）以及ffKkakaJkaJPK01*1,（3）其中，fKika3；Km为基质体积模量；Kh为不含软孔隙的干岩石体积模量；Kd（P）、d（P）和c（P）为有效压力 P 下干岩石弹性模量和软孔孔隙度；和 Kf分别为流体粘滞系数和体积模量；为软孔隙纵横比；J0和 J1分别表示 0 阶和1 阶贝塞尔函数。2.2Gassmann 流体替换理论饱和岩石弹性模量可以由 Gassmann(1951)流体替换公式计算：mmfmfmfsmsatKKKKKKKK111111111（4）mfsat（5）其中，s为硬孔孔隙度。3模型测试根据致密砂岩气储层特征，设置合理参数，建立致密砂岩气储层岩石物理模型，计算得到含气饱和时湿骨架弹性模量随频率变化曲线（图 1）和速度频散与衰减曲线（图 2）。从图中可知，有效压力图 1湿骨架弹性模量随频率变化曲线（a）Kmf随频率变化曲线；（b）mf随频率变化曲线图 2速度频散与衰减曲线（a）速度随频率变化曲线；（b）衰减因子随频率变化曲线（a）（b）（a）（b）地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1257对发生频散与衰减的特征频率无影响。但由于软硬孔之间的喷射流动，湿骨架弹性模量发生频散现象。有效压力越高，湿骨架弹性模量越大，频散程度几乎一致。从图 2 中同样可以发现，纵波速度存在明显的频散现象，有效压力越高，纵波速度越大，频散程度几乎一致，但可以看到，有效压力越高，衰减程度越低。4结论本文对致密砂岩气储层进行岩石物理建模。模拟致密砂岩气储层低孔低渗和孔隙结构复杂的特点。由于微裂缝和硬孔隙的存在，湿骨架弹性模量和纵波速度发生频散与衰减现象。有效压力越大导致同一频率下湿骨架弹性模量和纵波速度增大，在特征频率处，有效压力越大，衰减越小。因此，可以根据地震波速度频散与衰减特征，估计有效压力值，进而通过有效压力对微观孔隙结构与孔隙度的影响从而应用于孔隙微观结构和软孔孔隙度提取。参考文献/References关德师，牛嘉玉，郭丽娜等.1995.中国非常规油气地质.北京：石油工业出版社.Smith T M,Sayers C M,Sondergeld C H.2009.Rock properties inlow-porosity/low-permeability sandstones.The Leading Edge,28:4859.Ruiz F,Cheng A.2010.A rock physics model for tight gas sand.TheLeading Edge,29:14841489.Gurevich B,Makarynska D,De Paula O B&Pervukhina M.2010.Asimplemodelforsquirt-flowdispersionandattenuationinfluid-saturatedgranular rocks.Geophysics,75(6):109120.Gassmann F.1951.Uber die Elastizit a tporoser Medien.Vierteljahrsschriftder Naturforschenden Gesellschaft in Zurich,96:123.JIN Han,LIU Cai,GUO Zhiqi:Study on the influence ofeffective pressure on the seismic wave dispersion andattenuation of the tight gas sandstone reservoirKeywords:tight gas sandstone;rock physics;effectivepressure;dispersion and attenuation