曹均徐敏贺振华,2杨晓刘斌

1.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学 2.成都理工大学信息工程学院3.川庆钻探工程公司地球物理勘探公司 4.中国石油(土库曼斯坦)阿姆河天然气公司

礁灰岩储层孔隙流体敏感性参数分析
——以阿姆河右岸区块生物礁储层为例

曹均1徐敏2,3贺振华1,2杨晓3刘斌4

1.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学 2.成都理工大学信息工程学院3.川庆钻探工程公司地球物理勘探公司 4.中国石油(土库曼斯坦)阿姆河天然气公司

曹均等.礁灰岩储层孔隙流体敏感性参数分析——以阿姆河右岸区块生物礁储层为例.天然气工业,2010,30(5):37-40.

储层流体敏感性参数的分析和提取是地震资料解释、反演和储层流体识别的基础。实验室含流体样品的岩石物理参数测试是寻找储层流体敏感性参数的重要研究手段之一。根据土库曼斯坦阿姆河右岸区块油气勘探需要,选取该区卡洛夫—牛津阶碳酸盐岩生物礁储层的石灰岩样品,利用MTS系统进行了岩石物理参数实验测试,通过相同测试条件下饱气和饱水岩样的测试分析,发现岩样含不同流体时地震响应特征有着明显的差异;进一步的分析结果表明:拉梅常数等参数对含气性较为敏感。同时,通过分析不同流体因子的组合,得到对含气性更为敏感的高灵敏度组合式流体识别因子。从Gassmann方程入手,分析了不同流体识别因子敏感性差异的内在机理。最后,利用实验获取的含气敏感性流体识别因子,对研究区的测井资料进行了定量交会图分析。结果表明,该方法对礁灰岩储层的气水识别有较好的效果。

生物礁 储集层 流体识别因子 含气敏感性 超声波 实验 土库曼斯坦 阿姆河右岸区块

0 引言

生物礁储层在油气勘探开发中占有十分重要的地位,但生物礁储层常常面临的主要问题是预测难度大,钻探成功率低。因此,探讨不同类型生物礁储层的岩石物理性质和地震响应特征之间的相互关系成为地球物理学家、岩石物理学家和油藏工程师共同关注的焦点。国内外研究成果表明:地震属性对岩石孔隙中不同流体的敏感性存在着明显的差异[1-5]。通过岩石物理参数实验测试,从岩样孔隙含不同流体的岩石物理参数差异获取孔隙流体敏感性参数具有直接性、唯一性,可为特定地区的地震资料解释、反演和储层流体识别提供实验依据,对降低储层预测的多解性和钻探风险也起着十分重要的作用。针对阿姆河右岸地区卡洛夫—牛津阶碳酸盐岩生物礁储层的地震地质特征和储层气水识别的研究需要,利用MTS岩石物理参数测试系统,对该地区生物礁碳酸盐岩样品含不同孔隙流体的地震响应特征进行测试,利用岩石物理参数对不同流体的响应差异分析、提取储层的含气敏感性参数,对该地区的储层预测和含气性检测具有指导意义。

1 流体识别因子的类别及计算

地震响应属性参数对流体的敏感差异可反演岩石孔隙中流体的变化。基于岩石孔隙流体的研究,提出了多种识别流体异常的地震属性参数,并称之为流体识别因子。如:Goodway等所提出的LMR(Lambdamu-rho)方法[1],识别流体组分的 Russell法[2],宁忠华等提出的高灵敏度流体识别因子[5]等。通过岩石物理参数实验测试,对特定地区岩样含不同流体的实验测试结果进行流体识别因子的流体敏感性分析,寻找与获取实验研究区生物礁储层流体敏感性岩石物理参数,可为该地区生物礁储层的流体检测和预测工作提供实验依据。

对特定储层进行岩石孔隙流体识别时,提出或构建了多种流体识别因子,这些因子多数表现为纵波速度、横波速度、岩石密度及三者的组合形式。主要包括密度(ρ)、纵波速度(vp)、横波速度(vs)、纵横波速度比(vp/vs)、泊松比(σ)、杨氏模量(E)、体积模量(κ)、剪切模量(μ)、拉梅常数(λ)、λρ、μρ、λρ·μρ、纵波阻抗(Ip)、横波阻抗(Is)、纵横波阻抗差(Ip-Is)等15种因子。

Russell等人提出了组合型流体识别因子(ρf),可更为直接地反映孔隙流体的影响。根据Biot-Gassmann方程得到有孔、饱和介质的波速表达式为:项,可用或者λ+2μ表示,对横波而言,其饱和岩石速度仅取决于密度(ρ)。

从式(1)可以看到,孔隙流体变化对速度和模量的影响主要由流体因子(f)反映出来。纵波、横波阻抗是地震反演中经常用到的参数,通过对阻抗的组合计算可以得到流体因子(f),即β2M的值。

式中:c为一个比例因子,I2p-cI2s为使能够直接反映出流体因子(f)的值,式(4)需要满足s-cμdry=0,则有:

式(5)即为流体识别因子(ρf)的表达式,对于c值的确定,可通过特定研究区储层的地震、测井资料或岩石物理参数实验测试数据确定。

式中:β为Biot系数(孔隙压力恒定时,流体体积变化与岩石体积变化之比);M为地层模量(在体积不变的情况下,使流体进入地层的压力);ρsat为饱和岩石的密度;f为流体因子,其值等于β2M;s为干燥岩石骨架加突出流体识别因子(Ip)的作用。

当岩石中的孔隙流体、流体赋存空间发生变化时,不同流体识别因子的响应特征是有差异的。这些差异为识别孔隙流体提供了依据。为了对不同因子的识别能力进行定量评价,以确定不同流体识别因子对流体的识别能力和敏感性程度,可用储层岩石在孔隙流体发生变化前后属性参数的相对变化来进行分析与定量评价。用孔隙流体变化前的属性参数作为参照值,以孔隙流体变化后的属性参数的相对变化来定量描述孔隙流体变化前后属性参数的响应差异,并把它作为流体因子的识别能力(R),则岩石孔隙流体由含流体1变化到含流体2时,流体因子识别能力(R)可表示为:

2 实验测试与结果分析

2.1 石灰岩样品的实验测试

实验测试采用的是美国MTS岩石物理参数测试系统,能够模拟6000m以内的储层温压条件。样品测试可以达到的最高温度为200℃,最大轴向加载力为1000kN,最大围压为140MPa,孔隙流体压力为70MPa。组合式超声波换能器能激发、接收纵波(P波)和两个同轴但偏振方向相互垂直的横波(S1、S2)。可通过测试得到的波形读取波的初至和振幅,再依据样品的长度、密度计算得到纵横波速度等地震波的多种属性参数[6]。

实验样品取自土库曼斯坦阿姆河右岸地区卡洛夫—牛津阶生物礁储层的石灰岩岩心样品,在相同实验条件下分别进行干燥(含空气)和完全饱和水的岩石物理参数测试,得到含气、水两种不同孔隙流体岩心样品的地震波响应特征和岩石物理参数。

2.2 实验测试结果分析

根据实验测试获得的样品饱和气与完全饱和水两种不同孔隙流体条件下的纵横波速度等地震属性参数和岩石物理参数,计算了17种流体识别因子的相对变化。根据研究区目的层岩石样品的实验测试结果分析,流体属性因子(ρf)和高灵敏度因子(HS FI F)中参数c和A分别选取3.17和5.6。图1比较直观地表现了前15种流体识别因子的识别能力,流体属性因子(ρf)和高灵敏度因子(HS FI F)的识别能力见表1。

分析图1、表1的结果可以得出,当孔隙流体由含气变化到饱和水时,不同流体识别因子的流体识别能力有着明显的差异。根据流体识别能力的差异,可将流体识别因子分为4类:①极敏感因子ρf、HS FI F;②敏感因子λρ、λρ·μρ、λ、K、Ip、Is,σ;③较敏感因子Ip、vp/vs、ρ、vp;④弱敏感或不敏感因子 vs、E、μ、Is、μρ。

图1 生物礁石灰岩样品流体识别因子的识别能力图

表1 ρf和HSFI F因子的识别能力表

根据孔隙弹性理论,当石灰岩岩样孔隙流体由空气变为水时,饱和气(干)岩石、饱和水岩石的压缩率(岩石体积模量的倒数)可以由矿物压缩率、孔隙空间的额外压缩率和孔隙流体压缩率表达[7],即

式中:φ为孔隙度;Kdry为干岩石体积模量;Kmineral为矿物体积模量;Kφ为孔隙空间刚度;Ksat为饱和岩石体积模量;Kfluid为孔隙流体体积模量;μdry、μsat分别为干岩石、饱和水岩石的剪切模量;ρsat、ρfluid、ρmineral分别为饱和岩石、孔隙流体和矿物的密度。

从式中可以看出,当孔隙度不变时,对于石灰岩等较硬的岩石,空隙流体变化对孔隙空间刚度的影响较小,则饱和岩石体积模量主要受流体体积模量的影响。岩样饱和水后,孔隙流体模量有明显增大,岩样的 Ksat则有明显增加。饱水前后,其密度略有增加,而岩样的剪切模量没有变化。由公式可知,饱和岩石的拉梅常数(λsat)会随之增大。由饱和岩石的纵波速度表达式和横波速度公式(3)可知,由于岩样饱水后λsat的增加明显大于ρsat,因而,饱和水岩样的纵波速度会变大,而横波速度会因为饱水岩样密度的增加而变小。同理,饱和水岩样的纵波阻抗会变大,而横波阻抗则变化较小。岩样实验测试结果分析获得的不同含气敏感性的流体识别因子较好地符合了上述岩石孔隙流体变化的地震响应机理和规律。

3 应用实例

根据岩石物理实验测试分析获得的含气敏感性流体识别因子,选取研究区内某井的气水同层进行含气敏感性流体识别因子应用研究。该井处在东恰什古伊构造,位于阿姆河右岸“阿尔金—阿塞尔”三维区块研究区的东部。测井资料表明该井储层主要分布于卡洛夫—牛津阶碳酸盐岩、特别是生物礁灰岩中,包括气层、含气层、气水同层、水层等。对储层的划分,主要是根据储层的不同测井响应特征,结合该区块测井资料和区域地质资料来定性识别和确定流体性质。气水分界线的确定是预测有效储层和计算储量的重要依据。

根据实验测试结果,选取了ρf、HS FI F,λρ、λρ· μρ、σ等含气敏感性流体识别因子,对该井3623.6～3628.2m气水同层段的测井参数和岩石物理参数,通过Gassmann(1951)方程式进行流体替换计算,得到饱和气与饱和水两种状态下相应的含气敏感性流体识别因子值。即

交会图技术是一种常用的地震属性解释技术,它是把两种属性数据在平面图上交会,根据交会点的坐标定出所求参数的数值和范围的一种方法。其中,定量交会图技术则是一项以Ebdon(1977)提出的标准差椭圆拟合技术为基础,用定量参数描述储层的空间展布特征,对流体属性进行流体可识别性分析的技术[8-9]。流体因子的识别能力越强,则对孔隙流体变化越敏感,通过交会图技术把流体识别因子值用图示的方法反映出来,则不同识别能力的流体因子值的分布相对集中,可使不同含气敏感性的流体识别因子能得到直观、简明的表达。图2为选用λρ、ρf、σ、HS FI F、λρ·μρ等含气敏感性流体识别因子的饱和气和饱和水石灰岩的交会图。通过图2可以看出饱气、饱水的两类石灰岩在交汇空间的展布特征非常明显,拟合椭圆定量地划分出了两个不同的区域,并且交会图中的两个椭圆只有少部分重叠,表明实验测试得到的上述流体识别因子对含气性十分敏感,气、水识别效果明显,对研究区储层的气水识别具有实践指导作用。

图2 生物礁灰岩定量流体识别因子交会图

4 结论

1)岩石物理参数实验测试表明:不同流体识别因子对饱气和饱水生物礁储层石灰岩的气水识别能力存在着明显的差异,通过岩样含不同孔隙流体的对比分析可定量评价不同流体因子的含气敏感性。

2)对于生物礁储层石灰岩,拉梅常数、体积模量、纵波与横波阻抗差、泊松比等流体识别因子对气、水识别较为敏感,而组合式流体识别因子ρf、HS FI F、λρ、λρ·μρ等更为敏感。

3)利用定量交会图技术,将实验测试分析得到的含气敏感性流体识别因子应用于研究区某井气水同层段的气、水识别,显示出较好的气、水识别效果。

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DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.05.009

Cao Jun,researcher,was born in1967.He is mainly engaged in research of rock physics and applied geophysics.

Add:No.1,Dongsan Rd.,Erxianqiao,Chengdu,Sichuan610059,P.R.China

Tel:+86-28-84078796 Mobile:+86-13689052435 E-mail:caojun@cdut.edu.cn

An analysis of pore fluid sensitivity parameters in reef limestone reservoirs:An example from Callovian-Oxfordian carbonate reef reservoirs in the Amu Darya Right Bank Block,Turkmenistan

Cao Jun1,Xu Min2,3,He Zhenhua1,2,Yang Xiao3,Liu Bin4
(1.State Key L aboratory of Oil&Gas Reservoir Geology and Ex ploitation,Chengdu University of Technology,Chengdu,Sichuan610059,China;2.College ofInf ormation Engineering,Chengdu University of Technology,Chengdu,Sichuan610059,China;3.Sichuan Petroleum Geophysical Prospecting Company, Chuanqing Drilling Engineering Co.,L td.,CN PC,Chengdu,Sichuan610213,China;4.CN PC(Turkmenistan)A mu Darya River Gas Com pany,Beijing100101,China)

Analysis and extraction of sensitivity parameters of reservoir fluids are the basis of seismic interpretation,inversion and reservoir fluid identification.Laboratory testing of physical parameters of rock samples containing fluids is one of the most important methods to study sensitivity parameters of reservoir fluids.The samples from the Callovian-Oxfordian carbonate reef limestone reservoirs in the Amu Darya Right Bank Block are selected to test rock physical parameters by using the MTS system.Samples saturated with gas and water are tested separately under the same experimental conditions.The test results show that seismic responses are significantly different from samples saturated with different fluids.Further analysis shows that the Lame constant parameter is relatively sensitive to gas.An integral fluid identification factor combination that is more sensitive to gas is obtained by analyzing combinations of different fluid factors.The intrinsic mechanism causing the sensitivity differences of different fluid recognition factors is also studied by using the Gassmann Equation.Finally,the gas-sensitive fluid recognition factors obtained from laboratory testing are used to perform quantitative cross-plot analysis of the log data in the study area.The results show that this method is effective in differentiating gas-bearing from water-bearing reef limestone reservoirs.

bioherm,reservoir,fluid recognition factors,gas sensitivity,ultrasonic wave,laboratory experiment,Turkmenistan, Amu Darya Riglt Bank

book=37,ebook=504

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.05.009

2010-01-29 编辑 韩晓渝)

国家自然科学基金项目“生物礁油气储层地震响应特征与识别研究”(编号:40774064)。

曹均,1967年生,研究员,硕士;主要从事岩石物理、应用地球物理研究工作。地址:(610059)四川省成都市二仙桥东三路1号。电话:(028)84078796,13689052435。E-mail:caojun@cdut.edu.cn

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE5,pp.37-40,5/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)