方位各向异性介质的裂缝预测方法研究_精品文档资料下载.pdf

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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-SV。

利用?

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?

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?

vS2-4?

17vPvS2-35-2?

vS2-2vPvS2-1?

2?

vS2+312vPvS2-25-1.（5）通过分析发现,公式（5）中用到的物理量是vPvS,?

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?

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。

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?

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:

CRAFTKL,etal.AzimuthalanisotropyanalysisfromP-waveseismictraveltimedataA.67thAnnInterna