基于双相介质油气检测方法在塔东GC地区的应用

许 玲

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712）

塔东GC地区的GC6井、GC8井、GC9井相继获得工业气流。其钻井结果表明，主力产层为奥陶系YS组的Y3段。但其储集空间主要为次生空隙，储层物性差，纵/横向非均质性强。GC地区白云岩中含气储层（气层+差气层）层数只占总层数的15.1%，厚度只占总厚度的9.3%。表明不是所有白云岩储层都含气，因此需要利用地震资料预测气藏分布。基于双相介质地震波理论的方法,能更精确地描述地震波在含流体介质中的传播机理,因此合理应用基于双相介质地震波理论的方法有利于提高油气藏预测的精度。

双相介质理论于1956年由Biot首先提出。当前研究得比较多的双相介质地震波理论有Gassmann理论、Biot理论、BISQ理论和其它相关理论[1-7]。其中Biot理论和BISQ理论因具有更合理的岩石物理假设以及与之对应的地震波动方程而成为了业界的热点。

相对于Dvorkin和Nur建立的BISQ理论，即从微观世界的局部运动角度来研究外力作用下地下质点的震动情况，Biot理论侧重于从宏观上描述含油气介质中地震波的传播规律。由于BISQ理论只是从微观角度分析问题，而以寻找油气资源为主要目标的地震勘探技术的分辨率目前还达不到BISQ理论所假设的微观尺度，因此研究Biot理论下地震波的传播规律及其影响因素对于提高油气勘探精度更具应用价值[8]。

Biot理论应用于地震勘探的探索最早由张应波等人于1994年提出[9]，但进展不大。后来经梁秀文等人的多年潜心研究，有了一定突破，并成功开发了基于双相介质理论的油气检测技术的综合反演软件系统。

1 理论基础

1.1 基本原理及双相介质的弹性波方程

双相介质指的是由具有孔隙的固体骨架（即固相）和孔隙中所充填的流体（即流相）所组成的介质。当受到外力作用时，孔隙内流体质点与骨架固体质点不是同步的，而是存在相对位移，且流体与固体之间是相互影响的，这种假设揭示了第二纵波（慢纵波）的存在。第一纵波与第二纵波叠加使得地震波的运动学特征相对于单相介质而言发生了改变。不同的流体介质改变的程度会有所不同。Biot在此假设前提下建立了双相介质中的地震波波动方程[10]。为了简单起见，本文只讨论双相各向同性介质。其向量表达式如下：

式中考虑了流体的影响。b为耗散系数，与流体粘滞系数、孔隙度和渗透率参数有关。当不考虑流体与固体之间的相对位移时，b为零。以此为基础，可以针对各种实际情况设计双相介质模型，进行正反演计算，以研究其地震响应特征，为利用地震资料直接进行油气检测提供理论依据。

1.2 双相介质与油气藏

油气储集层是典型的双相介质。在双相介质中，不同的流体性质，第二纵波的特征会有差异。在实际的地震资料处理解释中发现，当地层含水时，“低频共振、高频衰减”现象并不明显，而当富含油气时会出现明显的“低频共振、高频衰减”动力学特征，并且油的“共振”现象明显，而气的“衰减”现象明显。如图1是某油田目的层相同时窗地震数据的频谱特征。

图1 某工区油井水井地震数据频谱特征（a）和油井地震数据频谱特征（b）

实际数据证实固体与流体之间相对位移的一种重要作用是引起双相介质中地震波能量的再分配，主要表现为地震波能量向低频方向移动。使双相介质信息的地震记录具有所谓“低频共振、高频衰减”的动力学特征,并且油的共振现象明显，气的衰减现象明显。而含水双相介质只有轻微衰减，主要是因为水的粘滞系数、与周围岩性的亲和力等等与油气差别较大。并且在相对稳定的地层中水的分布是比较广泛的，而油气在大多数情况下是较聚集的、相对局限分布的。即使水能影响地震波能量的再分配，也应该是背景值的一部分，所以油气是能够从水的背景中被识别出来的。

理论研究表明，低频累计能量的大小可以定性地描述可动油气占总孔隙度的比例，而高频衰减是对油气渗透能力的描述，二者之比是油气富集程度的定性表示。

2 实际应用

根据双相介质典型的“低频共振、高频衰减”的特性，对给定时窗内的地震数据进行频谱分析，并在给定的高低频敏感段内对振幅谱进行能量累加，再对计算结果进行相减、相除，进而得到能够定性表征储层性质和油气富集程度的结果。这些结果能够灵活地以剖面或平面的形式进行显示，以便地质人员对油气藏获得直观有效的认识。

图2 是GC地区Y3段顶界面局部等T0图。区内8口探井中有3口为工业气井GC6、GC8、GC9：其中GC6井日产气26×104m3，GC8井日产气47×104m3，GC9井日产气107×104m3；GC7、GC10、GC15为油气显示井；GC12和GC14试气为少量气。

图2 Y3段顶面等T0图

图3 是给定时窗内各井旁道的频谱特征分析，所用的分析时窗为60ms（Y3段顶以下60ms），主要产气层包括在时窗范围之内。比较8口井的井旁道频谱特征可见，3口工业气井相对于其它5口井来说，表现为明显“低频共振、高频衰减”特征现象。其中GC9井产量最高，其“低频共振”特征最明显。

从图3可以看出，3口工业气井的低频段最大振幅值的主峰频率均在10Hz以内，明显低于其它5口非工业气流井。而高频段频率衰减较快的频率范围为26～36Hz。分析认为，主峰频率小于10Hz时，可能主要反映的是气层的信息，而大于10Hz的频率时，主要反映的是储层其他方面的信息，比如储层厚度、岩性的粒度大小等等。根据井旁道和其它构造部位的频谱范围确定数据体的最高有效频率为40Hz，由此确定地震数据体的低频和高频敏感段范围分别是1～10Hz和26～36Hz。据此计算的该时窗范围内油气富集程度（div：低频能量/高频能量）如图4所示。深色调为高值有利区，色标范围0.66～1.71。圈定的油气富集区范围为一个南北走向的条带状。

图3 各井井旁道频谱特征

图4 Y3段含气检测平面图

图5 是5口井的连井剖面。从剖面上可以看出，在目的层段内工业气流井GC6、GC8、GC9在div的相对高值区，而非工业气流井GC10、GC15在div的相对低值区。

表1 为各井试气日产量与检测结果值的对比。由表可见，在8口井中，GC9产量最高，值也最大。三口工业气流井的检测值均大于1.4，而5口非工业气流井中有4口井检测结果小于1.3，而GC7井是见显示，但其检测值为1.49，与单井产能不符。总的来说，8口井中有7口井符合，检测结果与钻井结果吻合度较高，为87%。

3 结论

（1）高低频敏感段的选择是基于双相介质理论检测油气方法最关键的参数。检测时窗必须经过精细的频谱分析。时窗内应包含油气层的特征信息。该技术无需已知井的约束，可应用于油气勘探、开发的全过程。如果有已知井，必须结合井旁道的频谱特征进行分析，以提高预测精度。

图5 GC10～GC9～GC6～GC15～GC8连井剖面

表1 各井试气情况与检测结果值

（2）从单向介质发展到双相介质是油气藏预测的巨大进步。油气藏是典型的双相介质，充分利用油气藏的“低频共振、高频衰减”频谱特征可有效预测有效油气富集区。提高储层预测精度，指导下一步工作。