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1 第 56 卷第 2 期 年 3 月 石油物探 GEOPHYSICALPROSPECTINGFORPETROLEUM Vol.56,No.2 Mar.,2017 窦喜英, 王恩利, 闫国亮, 等. 等效孔隙裂缝介质的弹性阻抗及广义流体因子分析 [J]. 石油物探,2017,56(2):192G202 DOU Xiying,WANGEnli,YAN Guoliang,etal.Theanalysisonelasticimpedanceandgeneralizedfluidfactorinequivalentporous fracturemedia[j].geophysicalprospectingforpetroleum,2017,56(2):192g202 等效孔隙裂缝介质的弹性阻抗及广义流体因子分析 窦喜英 1, 王恩利 2, 闫国亮 2, 陈启艳 2, 董雪华 2 1, 潘宇航 (1. 中国地震局兰州地震研究所, 甘肃兰州 ;2. 中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院西北分院, 甘肃兰州 ) 摘要 : 考虑到裂缝介质的双重孔隙特征, 将 Thomsen 等效孔隙裂缝模型与线性滑动模型进行等价对比, 得出 Thomsen 裂缝模型的广义各向异性参数并将其引入到 HTI 介质的纵波 转换横波弹性阻抗公式中, 最终得到对应 Thomsen 裂缝介质的弹性阻抗公式, 建立裂缝参数 岩性参数以及物性参数与弹性阻抗的直接函数关系, 对弹性阻抗归一化后进行数值模拟. 模拟结果表明, 裂缝型油气藏弹性阻抗对裂缝填充物性质极其敏感, 且在不同流体饱和条件下对基岩的横纵波速度平方比 基质孔隙度的响应程度差异显著. 在此基础上, 将各向同性介质流体因子定义延伸, 建立适用于各向异性介质的广义流体因子. 数值模拟和实际数据处理结果表明, 优选的因子能够更好地识别等效孔隙裂缝介质中的流体. 关键词 : 裂缝介质 ; 弹性阻抗 ; 流体识别因子 ; 各向异性参数 ; 柔量中图分类号 :P631 文献标识码 :A 文章编号 :1000G1441(2017)02G0192G11 DOI: /j.issn.1000G Theanalysisonelasticimpedanceandgeneralizedfluidfactorin equivalentporousfracturemedia DOU Xiying 1,WANGEnli 2,YAN Guoliang 2,CHEN Qiyan 2,DONG Xuehua 2,PAN Yuhang 1 (1.LanzhouInstituteofSeismology,ChinaEarthquakeAdministration,Lanzhou730000,China;2.PetroChinaResearchInstituG teofpetroleum Exploration & DevelopmentNorthwest,Lanzhou730020,China) Abstract:Consideringdoubleporosityfeaturesoffracturemedia,generalizedanisotropicparametersobtainedintheThomseneG quivalentporousmediamodel,equivalenttolinearslipmodelareintroduceintopgwaveandpgsvgwaveelasticimpedanceequations inhtimedia,andtheelasticimpedanceformulacorrespondedtothomsenfracturemediaisobtained.thedirectfunctionrelation betweenfracture,lithology,physicalpropertyparametersandelasticimpedanceisestablished.numericalsimulationshowthatthe elasticimpedanceoffracturedreservoirsisverysensitivetothepropertiesoffracturefilings,itsresponsedegreeto(vs/v p ) 2 and equantmatrixporosityissignificantlydiferent.basedonthis,ageneralizedfluidfactorsuitablefortheanisotropicmediaisestabg lishedbyextendingtheisotropicmediafluidfactor.thetestresultsofnumericalsimulationandactualdataprocessingresultsindig catethatthegeneralizedfluidfactorcanaccuratelyidentifythefluidinequivalentporousfracturemedia. Keywords:fracturemedia,elasticimpedance,fluididentificationfactor,anisotropicparameter,weaknesses 弹性阻抗是重要的叠前储层预测参数之一. 自 1999 年 CONNOLY 提出各向同性介质纵波弹性阻 [1] 抗概念以来, 弹性阻抗理论得到迅速发展, 一系列 具有明显物理意义的概念被相继推出, 如 :VERG WEST 等提出的射线弹性阻抗 (VEI) [2] ;WHITG COMBE 等提出的归一化弹性阻抗 [3] 扩展性弹性阻 收稿日期 :2016G07G01; 改回日期 :2016G10G31. 作者简介 : 窦喜英 (1980 ), 女, 博士, 主要从事地球物理学和地震预报研究. 基金项目 : 中国地震局兰州地震研究所地震科技发展基金项目 ( ) 和中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目 (2015BG 3712) 共同资助. ThisresearchisfinancialysupportedbytheEarthquakeScienceandTechnologyDevelopmentFundofChinaEarthquakeAdministrationofGansu Province(GrantNo )andtheScienceResearchandTechnologyDevelopmentProjectofPetroChinaCo.Ltd.(GrantNo.2015BG3712).

2 第 2 期 窦喜英等. 等效孔隙裂缝介质的弹性阻抗及广义流体因子分析 193 抗 (EEI) [4] ; 马劲风提出的广义弹性阻抗 (GEI) [5] 反 射率阻抗 (RI) [6] Zoeppritz 弹性阻抗 (ZEI) [7] ;SANG TOS 等提出的射线弹性阻抗 (REI) [8] ; 苑春芳等对 WHITCOMBE 的扩展弹性阻抗进行改进得到的新 [9] 弹性阻抗等. 在弹性阻抗理论发展的过程中, 为解 决 PGSV 转换横波的层位标定和岩性反演问题, [10] [11] LANDRØM 等 DUFFAUT 等先后提出了横 波弹性阻抗 (SEI), 基于此概念,GONZÁLEZ [12] 推导 了以反射横波角度和入射纵波角度为参数的转换横 [13] 波弹性阻抗 (PSEI),MA 等基于 Zoeppritz 方程推 导了转换横波弹性阻抗的精确表达形式 (PSZEI). 与此同时, 由于裂缝型油气藏逐渐成为重要的剩 余油气资源和研究目标之一, 各向异性介质的弹性阻 抗成为研究热点之一,MARTINS 于 2002 年首先提 出了各向异性弹性阻抗概念 [14], 并在 2006 年推导了 弱各向异性介质的纵波弹性阻抗公式 [15], 将弹性阻 抗分为各向同性与各向异性两部分, 分析它们之间的 差异, 强调了各向异性在弹性阻抗反演中所起的重要 作用.JÍLEK [16] 基于弱各向异性转换横波反射系数 公式, 推导出复杂的 PGSV 波 PGSH 波弹性阻抗公 [17] 式. 陈天胜等推导出 HTI 介质的纵波弹性阻抗 [18] 公式. 刘前坤基于 Cherepanov 的 HTI 介质 PS 波反射系数公式, 引入 Thomsen 等效各向异性参数, 推导了 HTI 介质中 PS 波弹性阻抗公式, 并进行了含 [19] 有不同流体介质的弹性阻抗讨论.CUI 等基于简 化的 Jílek 反射系数公式, 重新推导了新的各向异性 [20] 转换波弹性阻抗公式. 王恩利等基于 Ruger 的 HTI 介质 PP 波反射系数公式, 引入裂缝密度参数化 的各向异性参数, 推导出包含裂缝参数的弹性阻抗公 式. 阻抗分析与流体识别密不可分. 对 AVO 信息 以及多波多分量地震资料的深入研究推动了储层流 体识别技术的发展. 基于各向同性介质理论, 国内外 许多学者提出很多流体指示因子和识别方法, 如 : [21] GOODWAY 等提出了流体识别异常的 LMR 法 ; HEDLIN [22] [23] 提出了孔隙模量法 ;RUSSELL 等提 [24] 出了流体组分识别的 Russel 法 ;DILLON 等提出 了直接油气指示 (DHI) 的波阻抗差分法 ; 陈遵德 [25] 等提出了利用纵 横波速度, 密度以及一些其它地 [26] 震属性实现岩性油气藏储层预测的方法 ; 黄绪德 [27] 提出了泊松比流体识别因子 ; 宁忠华等提出了由 波阻抗量纲的 0 次幂和 2 次幂组合而成的具有较高 [28] 灵敏度的流体识别因子 ; 尹川等研究了流体因子 的敏感性, 利用不同敏感程度的流体因子交会分析对 [29G30] 流体的识别效果 ; 王栋等考虑到波阻抗的高次量 纲能将不同含流体砂岩的差异放大, 构建了包含有波 阻抗量纲 4 次方的高灵敏度流体识别因子, 又于 2009 年对该流体因子进行修改, 增加对流体敏感的 λρ 项, 得到新流体识别因子, 取得了良好的效果 ; 许 [31] 平等提出了类似于王栋等 2008 年给出的流体识 [32] 别因子的新流体因子 ;PEI 等联合 K/ μ,λ/ μ 两个 参数, 提出了可以有效识别低孔渗储层中流体的新流 [33] 体因子 λk/ μ2 ; 郑静静等综合流体因子 ρf 和泊松 阻抗 PI 的优点, 构建了新的流体因子, 更好地提高了 抗噪性能和流体检测能力. 传统的裂缝储层弹性阻抗研究多基于静态等效 介质理论, 由于未充分考虑岩石孔隙和流体, 与地下 介质的真实情况依然有较大差距, 理论误差较大. 本 文将 Thomsen 等效多孔裂缝介质模型 ( 低频条件下 ) 的广义各向异性参数引入 HTI 介质的 PP 波 PGSV 波弹性阻抗公式中, 建立裂缝参数 基质孔隙度和弹 性阻抗之间的显性关系式, 分析裂缝密度 裂缝填充 物 基岩的纵横波速度比 基质孔隙度对弹性阻抗的 影响, 以避免由各向异性参数向裂缝参数和基质孔隙 度参数转换中引入的误差. 此外, 在继承前人研究成 果的同时, 尝试将流体因子引入到等效孔隙裂缝介质 中, 研究裂缝参数 基质孔隙度 入射角和方位角对流 体因子的影响. 1 等效裂缝介质理论 根据等效介质理论, 许多研究者提出了多种 HTI 介质模型, 常用的主要有 3 类 : 孤立平行薄扁平 裂缝模型 (Hudson 裂缝模型 ) [34] [35] 线性滑动模型 和等效孔隙裂缝模型 [36G37]. 其中, 等效孔隙裂缝模型 中孔隙和裂缝连通, 处于前两种模型的中间状态. 该 模型假定裂缝为硬币状, 平行排列且稀疏分布于由均 匀颗粒构成的多孔介质中. 不同频带条件下流体影 响因子不同, 导致了各向异性参数值有差异. 低频带 内, 裂缝与相邻孔隙间的流体保持局部压力均衡, 即 裂缝间的流体通过孔隙可以互相流通 ; 高频带内, 裂 缝间的流体不能相互流通, 即各个裂缝独立且相互没 有影响. 地震频带属于低频带, 是我们研究最多的频 带范围, 在这种低频限制下, 如果基质孔隙度较低 ( φp<10%), 那么如同模拟平行裂缝一样, 可以将介 质模型中的孔隙看作少量集中分布, 即介质的基质孔 隙可模拟成各向同性固体背景中的球体稀疏分布, 本 文将这种低频裂缝模型称为等效孔隙裂缝模型, 将其 与线性滑动模型等价比较后建立的新柔量表达式引 [38] 入以柔量为参数的广义各向异性参数中, 得到新 广义各向异性参数关系式 :

3 194 石油物探第 56 卷 ε (V) =- 8 3 eq (1) δ (V) =- 8 3 e æ 1-2g 1-g q+ 4g ö ç (2) è 3-2g ø γ (V) =- 8e 3(3-2g) (3) η (V) = 8e 3 g æ 4 3-2g - 1 ç è 1-g q ö (4) ø 式中 :ε (V) 表示 P 波各向异性程度 ;δ (V) 表示 P 波在横 向和垂向之间各向异性变化的快慢程度 ;γ (V) 表示 快 慢横波的速度差异程度 ; η (V) 表示模型非椭圆率 程度 ;e 为裂缝密度 ( 单位体积内裂缝的数量 );g 为 横纵波速度平方比 ;q 是与流体相关的系数 [38], 且 q=(1-kf/kb)dcp, 其中,Kf 为流体体积模量,Kb 为基岩体积模量,Dcp 为流体影响因子. 显然, 由于孔隙的存在, 使得广义各向异性参数 变得较为复杂. 公式中,γ (V) 不受填充流体性质的影 响, 并与裂缝密度 e 呈线性关系 ; 参数 ε (V),δ (V) 和 η (V) 除与裂缝密度 e 和横纵波速度平方比 g 有关外, 还与 q 系数中的基质孔隙度 φp 和裂缝填充物相关, 而对 q 系数中的纵横比 (c/a, 即裂缝厚度 / 裂缝直 径 ) 不敏感 [27]. 从以上分析可以推论, 裂缝填充物 裂缝密度 围 岩的横纵波速度比 基质孔隙度是直接影响裂缝介质 各向异性参数的因素, 而作为裂缝型油气藏检测的重 要指标, 它们必将对各向异性弹性阻抗产生显著影 响. 本文将所推导的广义各向异性参数关系式 ((1) 式 ~(4) 式 ) 引入到裂缝介质弹性阻抗公式中, 进行数 值模拟, 探索对各向异性参数有影响的几种因素变化 时等效孔隙裂缝介质弹性阻抗的变化规律. 2 等效孔隙裂缝介质弹性阻抗 2.1 弹性阻抗 将等效孔隙裂缝介质的广义 Thomsen 各向异性 [17] 参数关系式 ((1) 式 ~(4) 式 ) 代入陈天胜等推导的 HTI 介质 PP 波弹性阻抗公式中, 整理得到等效孔隙 裂缝介质的 PP 波弹性阻抗公式 : IPP( φ,θ)=α (1+tan2 θ) β -8k 2 sin 2 θρ (1-4k2 sin 2 θ) é exp - 8e æ1-2g 3 1-g q+ 4g ö ç ê ë è 3-2g ø (cos 2 φsin 2 θ+sin 2 φcos 2 φsin 2 θtan 2 θ)- 8e 3(3-2g) 8k2 cos 2 φsin 2 θ- 8e 3 qcos4 φsin 2 θtan 2 θ ù û ú (5) 式中 :α 为纵波速度 ; β 为横波速度 ; ρ 为密度 ; φ 为方 位角 ;θ 为入射角 ;k=β / α. (5) 式中的 q 与 (1) 式中的 q 相同, 将 q 中所有的 Kf 用气体体积模量 (Kf=0.02GPa) 替代, 则 (5) 式变 为气饱和裂缝介质的弹性阻抗, 而用水体积模量 (Kf=2.00GPa) 代替, 则 (5) 式为水饱和裂缝介质的 弹性阻抗. 同理, 将 (1) 式 ~ (4) 式代入到 HTI 介质 PGSV [19] 波弹性阻抗公式中, 整理得到等效孔隙裂缝介质 的 PGSV 波弹性阻抗公式 : IPGSV(θ, φ )=ρ m β n exp[- 8e æ1-2g 3 1-g q+ 4g ö ç è 3-2g ø 1 1+k ( 2cos 2 φsin 2 θ- 1 2 ksin2 θ-1)cos 2 φsinθ+ 16eq 3(1+k) cos4 φsin 3 θ- 16e 3(3-2g) k 其中, (1-2ksin 2 θ+cos 2 θ)sin 2 φsinθ] (6) é k(1+ 3 m =(1+2k)sinθ 2 k ù ê ) ú 1-1+2k sin2 θ ë ê û ú é n=4ksinθ ( ù 1+2k)sin 2 θ ë ê û ú 分别把气和水的体积模量代入到公式 (6) 中, 能够得 到气饱和与水饱和裂缝介质的 PGSV 波弹性阻抗. 2.2 数值模拟 选用 HILTERMAN [39] 的第 1 类 AVO 气砂岩 作为背景参数, 修改砂岩为等效孔隙裂缝介质, 在裂 缝密度 e( 模型 1) 基质孔隙度 φp ( 模型 2) 横纵波 速度平方比 g( 模型 3)3 方面进行参数改造, 并考虑 水饱和与气饱和条件的影响 ( 见表 1), 开展 PP 波和 PGSV 波弹性阻抗的数值模拟, 具体步骤为 :1 计算每 种改造对应的归一化各向同性弹性阻抗 ;2 计算气饱 和与水饱和等效孔隙裂缝介质的归一化弹性阻抗 ;3 将步骤 2 中弹性阻抗结果与步骤 1 中相应的各向同 性弹性阻抗结果做差, 得到相应流体饱和状态下裂缝 介质的阻抗差. 模拟结果的组织方式参考表 1, 得到 PP 波的阻 抗差 ( 图 1) 和 PGSV 波的阻抗差 ( 图 2). 其中, 图 1a, 图 1d 和图 2a, 图 2d 讨论模型 1 中裂缝密度为 0.05, 0.10 和 0.15 时的响应 ; 图 1b, 图 1e 和图 2b, 图 2e 讨 论模型 2 中基质孔隙度 φp 为 0.001,0.010 和 时的响应 ; 图 1c, 图 1f 和图 2c, 图 2f 讨论模型 3 中横 纵波速度平方比 g 为 0.25,0.36 和 0.49 时的响应. 每张图中从上到下的曲面对应参数从小到大的变化.

4 第 2 期 窦喜英等. 等效孔隙裂缝介质的弹性阻抗及广义流体因子分析 195 表 1 双层模型介质参数设置 模型 1 模型 2 模型 3 α2=4.050km/s, β2=2.526km/s, ρ2=2.09g/cm 3, φp=0.020 e=0.05,0.10,0.15 α1=3.095km/s, β1=1.515km/sῤ1=2.4g/cm 3 α2=4.050km/s, β2=2.526km/s, ρ2=2.09g/cm 3, φp=0.001,0.010,0.100 e=0.12 α2=4.050km/sῤ2=2.090km/s, 初始 β2=2.526km/s,g=0.25,0.36,0.49 φp=0.020 e=0.10 图 1 气饱和 (a,b,c) 与水饱和 (d,e,f) 等效孔隙裂缝介质的 PP 波阻抗差 a,d 模型 1,e=0.05,0.10,0.15;b,e 模型 2, φp=0.001,0.010,0.100;c,f 模型 3,g=0.25,0.36,0.49 图 2 气饱和 (a,b,c) 与水饱和 (d,e,f) 等效孔隙裂缝介质的 PGSV 波阻抗差 a,d 模型 1,e=0.05,0.10,0.15;b,e 模型 2, φp=0.001,0.010,0.100;c,f 模型 3,g=0.25,0.36,0.49

5 196 石油物探第 56 卷 为分析阻抗的方位各向异性, 进一步抽取在入射 角 θ=30, 方位角 φ (0,360 ) 时相应 PP 波和 PGSV 波阻抗差绝对值, 在极坐标中的显示如图 3 和图 4 所 示, 其中, 图 3a, 图 3d 和图 4a, 图 4d 对应模型 1 的裂 缝密度 e 参数变化响应 ; 图 3b, 图 3e 和图 4b, 图 4e 对应模型 2 的等径孔隙度 φp 参数变化响应, 图 3c, 图 3 气饱和 (a,b,c) 与水饱和 (d,e,f) 等效孔隙裂缝介质的 PP 波阻抗差极坐标 (θ=30, φ (0,360 )) a,d 模型 1,e=0.05,0.10,0.15;b,e 模型 2, φp=0.001,0.010,0.100;c,f 模型 3,g=0.25,0.36,0.49 图 4 气饱和 (a,b,c) 与水饱和 (d,e,f) 等效孔隙裂缝介质的 PGSV 波阻抗差极坐标 (θ=30, φ (0,360 )) a,d 模型 1,e=0.05,0.10,0.15;b,e 模型 2, φp=0.001,0.010,0.100;c,f 模型 3,g=0.25,0.36,0.49

6 第 2 期 窦喜英等. 等效孔隙裂缝介质的弹性阻抗及广义流体因子分析 197 图 3f 和图 4c, 图 4f 对应模型 3 的横纵波速度平方比 g 参数变化响应, 蓝 绿和红色曲线代表对应参数依次增大. 综合分析图 1~ 图 4, 总结如下. 1)PP 波 PGSV 波阻抗差随着入射角 方位角的 变化呈现周期性的方位各向异性特征, 但有所区别. 区别之一 : 曲线 曲面形态.PP 波阻抗差方位角在垂 直裂缝面方向 (0 和 180 ) 的相邻区域内, 阻抗差幅值 最大, 各向异性最强, 方位角在平行裂缝面方向 (±90 ) 的相邻区域内, 阻抗差为 0, 即各向同性. 而 PGSV 波阻抗差呈 4 片花瓣状, 方位角在垂直裂缝面 方向 (0 和 180 ) 和平行裂缝面方向 (90,270 ) 的相邻 区域内, 都具有方位各向异性差异 ; 在平行裂缝面方 向, 同一参数变化情况下, 气 水饱和状态下阻抗差幅 值相等 ; 在垂直裂缝面方向, 阻抗差幅值存在显著的 梯度变化, 是 PGSV 波阻抗差各向异性差异性的主要 来源. 区别之二 : 阻抗差数值分布.PP 波阻抗差始 终为负, 且在单一象限内数值幅度随方位角和入射角 的增大呈现稳定的单调递增特征, 这表明 HTI 介质 PP 波阻抗在数值上小于各向同性阻抗. 而 PGSV 波 阻抗差随入射角 方位角变化会出现符号反转现象, 换言之 PGSV 波各向异性阻抗值不总是低于各向同 性阻抗. 2) 裂缝密度是影响阻抗的最重要因素, 无论是 气饱和还是水饱和条件下, 由裂缝密度引起的阻抗差 变化幅度都要高于基质孔隙度和横纵波速度平方比 参数. 另外, 对比图 1, 图 2, 图 3 和图 4 中左侧图可 见,PP 波 PGSV 波阻抗差均随裂缝密度增大而增大, 其中,PP 波为负向,PGSV 波为正向. 对比阻抗差的 幅值, 可见气饱和状态均高于水饱和状态. 3) 横 纵波速度平方比对阻抗的影响程度略弱 于裂缝密度. 对比图 1, 图 2, 图 3 和图 4 中的右侧图 可见,PP 波 PGSV 波阻抗差均随速度平方比的增大 而增大, 其中,PP 波为负向,PGSV 波为正向. 对比阻 抗差幅值的梯度变化可见,PP 波阻抗差在气饱和状 态下均弱于水饱和状态, 而 PGSV 波阻抗差的变化恰 恰相反, 在气饱和状态下强于水饱和状态. 4) 基质孔隙度是阻抗的另外一个影响因素, 对 比图 1, 图 2, 图 3 和图 4 中的中间图可见, 在孔隙介 质中, 随着基质孔隙度的增加,PP 波 PGSV 波阻抗差 均有增大的趋势, 且气饱和条件下的阻抗差梯度变化 更加显著. 可见, 阻抗差可明显区分填充物性质, 识别介质 中含气或含水性. 裂缝密度 基质孔隙度或横纵波速 度平方比的变化对于区分裂缝型储层的填充物性质 也具有很好的优势. 3 广义流体因子构建及敏感性分析 以声波的纵波 横波阻抗组合而成的几种常见流 [21] 体识别因子主要有 :GOODWAY 等构建的 λρ 和 μρ, [23] [27] RUSSELL 等构建的 ρf, 宁忠华等构建的 [29G30] σ HSFIF 和 σ HSFIF1, 王栋等构建的 FIFW 和 F1, 以及 [31] 许平等构建的 FIFP. 为实现裂缝型介质的流体 识别, 尝试用裂缝介质的纵波和转换横波的弹性阻抗 替代这几种常见流体因子公式中的纵波和横波阻抗, 将裂缝密度 入射角和方位角参数引入流体因子中, 形成广义流体识别因子, 形式如下 : g λρ ( φ,θ)=ipp( φ,θ) 2-2IPGSV( φ,θ) 2 (7) g μρ ( φ,θ)=ipgsv( φ,θ) 2 (8) g ρf ( φ,θ)=ipp( φ,θ) 2 -c IPGSV( φ,θ) 2 (9) g σhsfif ( φ,θ)= IPP ( φ,θ) IPGSV( φ,θ) IPP ( φ,θ) 2 - B IPGSV( φ,θ) 2 (10) g σhsfif1 ( φ,θ)= IPP ( φ,θ) IPGSV( φ,θ) [ IPP( φ,θ) 2-2 IPGSV( φ,θ) 2 ] (11) g FIFW ( φ,θ)=[ipp( φ,θ) 2 IPGSV( φ,θ) 2 - g F1 ( φ,θ)= C IPGSV( φ,θ) 4 ] IPGSV IPP (12) [IPP( φ,θ) 2 IPGSV( φ,θ) 2 -C IPGSV( φ,θ) 2 ] IPGSV ( φ,θ) IPP( φ,θ) IPP( φ,θ) 2-2IPGSV( φ,θ) 2 (13) g FIFP ( φ,θ)=[ipp( φ,θ) 4 -C IPGSV( φ,θ) 2 IPP( φ,θ) 2 ] IPP IPGSV (14) 上述公式中的 c,b 和 C 均为调节参数,c 的取值范 围为 1.33~3.00, 其具体大小需根据所研究的储层特 性而定,B 的大小与岩性有关,C 值一般取 2.8 即可 明显区分气 水砂岩. 以 HILTERMAN [39] 给出的第 1 类砂岩参数 ( 表 2) 作为双层介质的背景参数, 将下层砂岩修改为 表 2 模型背景参数 岩性 α/(km s -1 ) β /(km s -1 ) ρ /(g cm -3 ) 页岩 气砂岩

7 198 石油物探第 56 卷 等效孔隙裂缝介质, 取裂缝密度 e=0.1, 进行不同流 体饱和状态下介质的 PP 波和 PGSV 波弹性阻抗计 算, 进而获得几种广义流体因子, 探讨它们对裂缝介 质流体识别的适用性. 抽取入射角 θ=30, 方位角 φ (0,360 ) 时的流 体因子曲线如图 5 所示, 图中增加 g IPP,g IPGSV 以示表 明纵波 转换横波弹性阻抗作为流体指示因子效果很 差, 不提倡直接用于流体识别.g μρ 在水 气两种饱和 状态下差异不明显, 而 g λρ 差异较显著, 这与宁忠华 [27] 等的观点一致.g F1 突跳点太多且值很大, 无法 实现整体方位角范围的流体识别, 不适于裂缝介质模型, 其它广义流体因子气 水饱和差异较大. 由上述可见,g μρ,g λρ,g ρf,g σhsfif,g σhsfif1,g FIFW 和 g FIFP 均适用于裂缝介质的流体识别, 为比较灵敏度差异性, 引入一个相对差异参数, 即水 气饱和状态下流体因子之差的绝对值除以两者之和的绝对值, 相对差异值越大, 说明其流体识别的灵敏度越高. 设裂缝密度不变, 固定方位角 φ=0,30,45,60, 75,90, 得到这些广义流体因子的相对差异随入射角变化 (θ (0,30 )) 曲线如图 6 所示 ; 固定入射角 图 5 不同流体因子的流体识别对比 (θ=30, φ (0,360 )) 图 6 气 水饱和裂缝介质流体因子之间的相对差异随入射角变化的曲线

8 第 2 期 窦喜英等. 等效孔隙裂缝介质的弹性阻抗及广义流体因子分析 199 θ=10,20,30, 则广义流体因子之间的相对差异随方位角变化 ( φ (0,30 )) 的曲线如图 7 所示. 图 6 中, φ =90 为各向同性面, 不含流体, 流体因子相对差异为零, φ =60 和 φ=75 时相对差异曲线基本相近, 只保留其中一个进行讨论即可. 综合分析图 6 中 φ=0,30,45,60 的曲线与图 7, 根据灵敏 度差异程度, 可将流体因子 g FIFW 和 g FIFP 归为一类, 记为第 1 类灵敏度流体因子,g ρf 和 g σhsfif 归为一 类, 记为第 2 类灵敏度流体因子,g λρ 和 g σhsfif1 归为 一类, 记为第 3 类灵敏度流体因子 ;g μρ 流体因子相 对差异值不超过 0.05, 灵敏度非常低, 单独用以识 别流体效果极差. 图 7 气 水饱和裂缝介质流体因子之间的相对差异随方位角变化的曲线 虽然 3 类灵敏度流体因子均可明显区分介质中的流体性质, 但顾及到在方位角和入射角两种范围内相对差异值的覆盖程度, 我们认为第 1 类灵敏度流体因子最佳, 即 g FIFW 区分流体的能力更强. 为验证这一观点, 下面以实际数据为例, 分析这 3 类灵敏度流体因子的识别效果, 探讨最优灵敏度流体因子. 4 应用实例 已知某工区的测井曲线如图 8 所示, 深度在 5046m 以上的地层为各向同性层, 在 5046~5048m 为干层, 裂缝密度为 0.03,5048m 以下为含气层, 裂缝密度为 将 g FIFW,gσ HSFIF 和 gσ HSFIF1 这 3 类流体因子应用于该测井数据处理中, 并与相应常规流体因子进行对比, 结果如图 9 所示, 蓝色曲线代表入射角和方位角均为 30 时的广义流体因子, 红色曲线代表常规流体因子. 从图 9 中可知, 广义因子与常规因子的曲线形态基本相似, 说明使用广义流体因子进行流体识别具有较高可信度 ; 常规流体因子 FIFW,σ HSFIF 和 σ HSFIF1 基本无法区分干层和含气层, 而广义流体因子 图 8 测井曲线

9 200 石油物探第 56 卷 图 9 广义流体因子与常规流体因子的流体识别效果对比 ( 淡蓝色横线为干层 / 气层分界线 ) 从气层上界面 (5048m) 开始出现明显的变化 ; 对比 3 类广义流体因子与对应常规流体因子可知, 在气层, gfifw 与对应常规流体因子的差异性最大,gσ HSFIF 次 之,gσ HSFIF1 差异性最小, 由此验证了推导公式 ((7) 式 ~(14) 式 ) 的正确性. 5 结论 裂缝流体识别研究是剩余油气研究的重要领域之一. 本文借助等效裂缝模型中 柔量参数 这个桥梁架起了等效孔隙裂缝模型中裂缝参数 基质孔隙度与广义各向异性参数之间的关系, 建立了新的弹性阻抗与流体因子, 并对其中的关键参数, 包括裂缝密度 横纵波速度比和基质孔隙度进行数值模拟讨论, 所得结论如下 : 1) 等效孔隙裂缝介质的纵波 转换横波弹性阻抗呈现明显的方位各向异性, 且两者差异明显 ; 在垂直裂缝方向, 两者都具有明显的方位性, 而沿裂缝方向转换横波存在方位各向异性, 纵波不具有这一特点 ; 2) 裂缝密度 基质孔隙度或横纵波速度平方比等参数变化引起的阻抗差变化, 可以用于区分裂缝型储层的填充物性质, 其中裂缝密度和基质孔隙度引起 含气介质的阻抗差变化高于含水介质, 横纵波速度平方比引起的变化则相反 ; 3) 流体因子源于纵 横波弹性阻抗, 由裂缝介质的转换横波弹性阻抗单独形成的流体因子 g μρ 不适用于介质中的流体识别 ; 4) 将常规流体因子延伸的裂缝介质流体因子按流体识别灵敏程度归为 3 类, 其中 gfifw >g σhsfif g σhsfif1, 实际数据处理中具有很好的适用性. 等效裂缝介质理论作为裂缝介质的一种近似理论, 更加接近于地下的真实介质, 那么对于该类介质的 PP 波 PGSV 波弹性阻抗以及流体识别因子的研究非常有意义. 本文基于较低孔隙度的等效裂缝介质模型进行 PP 波 PGSV 波弹性阻抗正演模拟研究, 其原因在于这种情况下模型弹性矩阵相对简单, 而高孔隙度裂缝介质模型引入的参数多而复杂, 形成的弹性矩阵为裂缝介质的弹性阻抗研究增加了困难, 有待后期深入研究. 将各向同性介质的流体识别因子延伸到各向异性介质, 包含方位角信息后增加了流体因子分析的直观性, 拓宽了流体因子的应用范围, 对流体因子的灵敏度归类以及归类后的灵敏程度对比可以避免后期盲目的乱用流体因子进行流体识别, 但本文只对常用的 9 个流体因子进行分析, 各向同性介质的其它流体

10 第 2 期 窦喜英等. 等效孔隙裂缝介质的弹性阻抗及广义流体因子分析 201 识别因子是否适合于裂缝介质还有待继续分析. 参考文献 [1] CONNOLYP.Elasticimpedance[J].TheLeadingEaG ge,1999,18(4):438g452 [2] VERWEST BJ,MASTERS R,SENA A.ElasticimG pedanceinversion[j].expanded Abstractsof70 th AnG nualinternatseg Mtg,2000:1580G1582 [3] WHITCOMBE D N.Elasticimpedancenormalization [J].Geophysics,2002,67(1):60G62 [4] WHITCOMBE D N,CONNOLLY P A,REAGAN R L,etal.ExtendedelasticimpedanceforfluidandlitholG ogyprediction[j].geophysics,2002,67(1):63g67 [5] 马劲风. 地震勘探中广义弹性阻抗的正反演 [J]. 地球物 理学报,2003,46(3):118G124 MA JF.Forward modelingandinversion methodof generalizedelasticimpedanceinseismicexploration[j]. ChineseJournalofGeophysics,2003,46(3):118G124 [6] MAJF,MOROZOVIB.RayGpathelasticimpedance [J].CSEG2004AnnualMeetingAbstracts,2004:10G12 [7] MAJF,MOROZOVIB.Theexactelasticimpedance [J].CSEG2005 AnnualMeeting Abstracts,2005:224G 227 [8] SANTOSLT,TYGEL M.ImpedanceGtypeapproximaG tionofthepgpelasticreflectioncoeficient:modeling andavoinversion[j].geophysics,2004,69(2):592g 598 [9] 苑春方, 彭苏萍, 吕焱, 等.Whitcombe 扩展弹性阻抗公 式的改进 [J]. 岩土力学,2009,30(12):3710G3714 YANGC F,PENG SP,LU Y,etal.Improvementof Whitcombe sextendedelasticimpedanceformula[j]. RockandSoilMechanics,2009,30(12):3710G3714 [10] LANDRØM,DUFFAUT K,ROGNO H.WelcalibraG tionofseabedseismicdata[j].expanded Abstractsof 69 th AnnualInternatSEG Mtg,1999:860G863 [11] DUFFAUT K,ALSOS T,LANDRØM,etal.Shear waveelasticimpedance[j].theleadingedge,2000,19 (11):1222G1229 [12] GONZÁLEZ E F,MUKERJI T,MAVKO G,etal. NearandfarPSelasticimpedancefordiscriminating fizzwaterfromcommercialgas[j].theleadingedge, 2003,22(10):1012G1015 [13] MAJF,MOROZOVIB.Theexactelasticimpedance forpgsv wave[j].expandedabstractsof77 th Annual InternatSEG Mtg,2007:288G292 [14] MARTINSJL.Anapproachforelasticimpedancein weaklyanisotropic media[j].expanded Abstractsof 72 nd AnnualInternatSEG Mtg,2002:185G188 [15] MARTINSJL.Elasticimpedanceinweaklyanisotropic media[j].geophysics,2006,71(3):d73gd83 [16] JÍLEK P.ConvertedPSGwavereflectioncoeficientsin weaklyanisotropic media[j].pureand Applied GeoG physics,2002,159(7):1527g1562 [17] 陈天胜, 魏修成, 刘洋. 一种新的各向异性弹性阻抗近 似公式 [J]. 石油物探,2006,45(6):563G569 CHEN TS,WEIXC,LIU Y.NewapproximationforG mulaforcalculationofelasticimpedanceinanisotropic media[j].geophysical Prospecting for Petroleum, 2006,45(6):563G569 [18] 刘前坤. 方位各向异性介质 AVO 及弹性波阻抗研究 [D]. 长春 : 吉林大学,2008 LIU Q K.StudyonAVOandelasticimpedanceofaziG muthalanisotropicmedia[d].changchun:jilinuniverg sity,2008 [19] CUIJ,HAN L G,LIU Q K,etal.PGSV waveelastic impedanceandfluididentificationfactorinweaklyanig sotropicmedia[j].applied Geophysics,2010,7(2): 135G142 [20] 王恩利, 陈启艳, 窦喜英. 裂缝型 HTI 介质的纵波弹性 阻抗 [J]. 地球物理学进展,2012,27(1):263G270 WANGEL,CHEN Q Y,DOU X Y.PGwaveelasicimG pedanceinfractured HTImedia[J].Progressin GeoG physics,2012,27(1):263g270 [21] GOODWAY W,CHEN T,DOWNTON J.Improved AVOfluiddetectionandlithologydiscriminationusing Lamepetrophysicalparametersfrom PandSinversion [J].Expanded Abstractsof67 th AnnualInternatSEG Mtg,1997:183G186 [22] HEDLIN K.Porespace modulusandextractionusing AVO [J].SEG Technical Program Expanded AbG stracts,2000,29(19):1690g1692 [23] RUSSELLB H,HEDLIN K,HILTERMANFJ,etal. Fluidpropertydiscrimination with AVO:aBiotGGasG smannperspective[j].geophysics,2003,68(1):29g39 [24] DILLONL,SCHWEDERSKY G,GUILHERME V,et al.a multiscale DHIelasticatributesevaluation[J]. TheLeadingEdge,2003,22(10):1024G1029 [25] 陈遵德, 朱广生. 地震储层预测方法研究进展 [J]. 地球 物理学进展,1997,12(4):76G84 CHENZD,ZHU GS.ResearchprogressonthemethG odofseismicreservoirprediction[j].progressingeog physics,1997,12(4):76g84 [26] 黄绪德. 油气预测与油气藏描述 : 地震勘探直接找油气 [M]. 南京 : 江苏科学技术出版社,2003:35G37 HUANG X D.Hydrocarbon predictionandreservoir description:direct hydrocarbon detection via seismic prospecting[m].nanjing:jiangsuscience & TechnoloG gypress,2003:35g37 [27] 宁忠华, 贺振华, 黄德济. 基于地震资料的高灵敏度流 体识别因子 [J]. 石油物探,2006,45(3):239G241 NINGZH,HEZH,HUANGDJ.Highsensitivefluid identificationbased on seismic data[j].geophysical ProspectingforPetroleum,2006,45(3):239G241 [28] 尹川, 顾汉明. 流体指示因子的敏感性分析 [J]. 工程地 球物理学报,2008,5(1):85G88

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