4D AVO法流体识别浅析

朱建刚

(西北大学 国家大陆动力实验室，陕西 西安710069)

传统的2D和3D AVO技术是通过解释储层振幅信息，去分析储层特性。时间延迟(4D)AVO技术则可以根据两次振幅信息对比，发现差异，分析储层物性的改变。实际生产应用过程中，时间延迟AVO分析技术已经被应用于识别孔隙流体变化同时去预测孔隙流体的饱和度和压力。储层两次振幅差异的意义是什么?如何用简单的方法去解释反射系数的差异?

早期的4D地震资料技术主要是通过测速度的改变，以便探测储层由于注入CO2或者水蒸气造成的改变。早在1998年，Wang在西德克萨斯州McElory地区实地测试了CO2在碳酸盐储层驱油的详细过程。期间得出结论:1，VP、VS发生大的变化，主要就是由于CO2注入到高孔隙度高渗透率的岩石当中;2，如果CO2注入到低孔隙(＜10%)低渗透率(＜1%)的碳酸盐储层当中，应用4D探测技术是探测不到的［1］。

相对于传统的通过速度分析的4D地震技术，AVO技术就可以很清晰的通过解释地震振幅的信息去分析储层流体的改变信息。而且，AVO技术对于储层流体的改变的敏感性要比传统的4D地震技术大很多，因为AVO技术是同时应用到VP、VS，而传统的速度分析仅仅只用到VP［2］。所以AVO技术已经成为当下油田勘探、监测最有效的手段。

1 4D AVO技术研究

对储层的研究过程当中，主要关注储层的孔隙度，流体饱和度以及孔隙压力等的变化对地震振幅的影响，如何识别各个参数对振幅的影响是的关键。现代研究工作当中，主要关注的还是储层流体饱和度和压力对振幅的影响。在4D AVO应用中，主要对同一储层两次监测进行对比，假设两次监测储层压力是不变的。

假设一个两层模型:上部地层(1)为盖层，下部地层(2)为储层。为了研究方便，假设流体替换过程只发生在储层(地层2)，因此只考虑储层的流体饱变化情况。假设盖层(地层 1)的 P波速度为 α1，S 波速度为 β1，密度为 ρ1，α1、β1、ρ1在流体替换前后是不变化的，储层(地层2)的 P、S波速度在流体替换之前为α2、β2，流体替换后为、。这样就可以算出由于上下岩层岩性差异在成的P波速度的改变为:，由于流体替换而造成的P波速度的改变就可以得出:ΔαF=α2－α1，将两个式子联合起来就可得出:

SW是储层注入水和 CO2的饱和度，t1、t2是分别是两次地震波的传播时间。流体替换前的反射系数的计算式［4］:

其中α=(α1+α2)/2，β、Δβ计算与 α相同。对于储层流体的密度，假设压力是不变的，可以应用方程:ρ=φρf+(1－φ)ρs计算，其中ρf和 ρs分别为储层流体的密度和储层骨架的密度，流体替换后，可以得出反射系数为:

其中 α=(α2+α1+ΔαF)

Δα'=α2'－α1=α2+ΔαF－α1=Δα+ΔαF

假设流体替换前后，速度变化不大，即:Δα/α ＜1，ΔαF/α＜1，忽略高阶项和假设项，将上边的两个式子带入到公式(3)中就可以得到:

在流体替换过程当中，剪切模量(μ)是保持不变的，而且三角函数项sin2θ在替换过程中也不变，这样就意味着 β2ρ是不变的，这样，方程(4)就可以简化成:

则由于流体替换，储层(2)各个流体饱和度发生变化，导致反射系数的变化可以计算出为:

通过合并带有三角函数项，就可以得出梯度截距公式:

通过计算就可以得出AVO梯度截距图，通过交汇图分析，就可以有效的找出流体识别因子，从而达到进行4D监测的目的。

2 数字模型建立

假设一套流体替换模型，上部为硬水石膏(盖层)，下部为碳酸盐(储层)，储层的孔隙度为0.30，则地层的参数如下表:

表1 模拟地层参数

开发过程中是先注入水，中后期为提高采收率，开始注入CO2，储层的 VP和 VS可以通过 Gassmann方程求取［3］。不同流体饱和度的情况下就可以计算出不同的梯度截距值，就可以依据梯度截距图(即不同的反射系数)，判定流体的边界，找出识别因子，以便对油田的开发和后期利用进行监测，达到综合利用。

Gassmann方程:

其中φ是储层孔隙度，Ksat是流体饱和情况下的体变模量，Kdry是干岩石体变模量，Km是岩石骨架体变模量，Kf混合流体的体变模量。储层孔隙中的流体一般是由水、油、天然气和CO2等组成的，因此流体的体变模量Kf是与储层中各个流体的饱和度、温度、盐度以及孔隙压力等是相关的。剪切模量与流体的饱和度是没有关系的，因此一般认为剪切模量是不变的，即 μsat=μdry。

通过图就可以很容易的找出盐水、油、气之间的边界，这样就可以根据梯度截距很容易的判断出各个流体的饱和度。

图1 反射系数随入射角变化

图2 梯度截距图

3 结论

数字模型的建立证明，应用4D AVO技术，绘制梯度截距交绘图的方法是可以进行流体识别，找出流体识别因子的。实际的油田监测当中，储层流体的饱和度、孔隙度、储层的流体的注入压力等因素是同时影响储层的特性;完整储层模型的建立需要考虑到压力以及温度等对储层的影响。在以后的模型建立中，应该更进一步的分析压力对储层流体，孔隙度造成的影响;温度变化，对孔隙流体特性的影响，综合分析，建立更符合实际的模型。

［1］Batzle，M.L.，and Wang，Z.，1992，Seismic properties of pore fluids:Geophysics，57，1396–1408.

［2］Castagna，J.P.，Batzle，M.L.，and Eastwood，R.L.，1985，Relationships between compressional－wave and shear－wave velocities in clastic silicate rocks:Geophysics，50，571－581.

［3］Gassmann，F.，1951，Elastic waves through a packing of spheres:Geophysics，16，673–685.

［4］Smith，G.C.，and Gidlow，P.M.，1987，Weighted stacking for rock property estimation and detection of gas:Geophys.Prosp.，25，993–1014.