岩石物性与四维地震 王小六 编写
摘要
岩石物性与地震波速度是有联系的.本文主要讲述了在油气藏开采过程中储层的岩石物性条件下的速度变化问题.因此,岩石物性的研究是四维地震的基础;然后提出了进行四维地震来监测油气藏的条件.
关键词
岩石物性 速度 油气藏 四维地震
引言
考察岩石物性与地震波特性的关系可以更好地研究储层的性质及其状态.近年来关于岩石及其流体性质与波速关系的实验室研究方面取得了较大的成果,这些研究结果意味着储层参数可能可以由地震波中得到,特别是四维地震的研究使我们利用地震波研究储层的动态特性.
随着油气藏开采的不断深入,油气藏的流体饱和度、孔隙压力、流体运移方向都将发生变化,不同时期观测的地震资料属性也将发生变化,利用这种属性差异来反演地层参数的变化,达到油气藏监测的目的.这种方法就是时间推移三维地震,或叫四维地震.
为了更好的开展四维地震来进行油气藏的监测管理, 进行岩石物性的研究是很必要的. 在油气藏驱替期间,由于岩石与孔隙流体之间的相互作用引起开采流体动力学和运动学特征的变化,所有这些变化的综合效应在给定的物理分辨率范围内存在差异时,就能利用地震法监测到.
进行岩石物性的研究是更好地开展四维地震的基础，下面我们来看看油气藏开采过程中的研究岩石物性的理论基础.
1.1 Gassman理论
Gassman理论描述了低频地震波在流体饱和的孔隙性固体中的传播,假定骨架是由单一固体物质所组成的,流体和骨架一起运动.骨架的体积模量为ｋs,流体的体积模量为ｋf.干岩石的体积模量为ｋd,孔隙度为Φ,则岩石的体积模量ｋ表示为:
ｋ=ｋd+(1-ｋd/ｋs) 2/[Φ/ｋf+(1-Φ-kd/ｋs)/ｋs]
对于多相介质,ｋf可由下式计算:
1/ｋf=ｓw/ｋw+ｓo/ｋo+(1-ｓw-ｓo)/ｋg
式中:ｋw,ｋo,ｋg分别为水、油、气的体积模量;ｓw,ｓo分别为水和油的饱和度,纵横波速度分别为
ｖp2= |(ｋ+4μ/s)|/ｐ,ｖs2=μ/ρ
式中:ρ为岩石密度;μ为切变模量.一般说来，密度ρ为饱和度的线性函数
ρ=Φｓwρw+Φｓoρo+Φ(1-ｓw-ｓo)ρg+(1-Φ)ρm
式中:ρw,ρo,ρg和ρm分别表示水,油、气和骨架的密度.
以上各式说明,不同储层(介质、孔隙度和流体饱和度不同),纵横波速度不同,利用不同时期纵横波速度的差异可监测油气藏的变化.
1.2 理论基础的实验依据
油气藏在开采过程中,压力系统、温度、流体饱和度等参数都将发生变化,这些变化不同程度地引起地震波速度的变化,众多的专家学者对此作了大量的实验,取得了以下几点认识:
1.2.1波速与温度的关系
油气藏在热采过程中,温度的变化引起地震波速度的变化,未固结油饱和砂岩中波速度随温度的升高显著降低,含油饱和度为100%时,温度由25℃增加到120℃,纵波速度降低22%～40%,而盐水饱和时,波速几乎不受温度的影响.原油受热后速度降低的主要原因是,原油在低温条件下表现为弹性或近弹性体,温度的升高,原油热解产生天然气,使含气饱和度升高,使流体孔隙压力增大,同时可能产生热裂隙等.速度随温度变化的幅度与含油饱和度和原油物性(密度、粘度)均有关.原油的密度和粘度越大,速度降低越明显,砂岩固结程度越差,速度随温度升高而降低的幅度越大.
1.2.2波速与压力的关系
各种介质的驱替采油都将改变孔隙压力和围压系统,这种压力的改变将引起地震波速度的变化.在注水开采中,随着水的注入,孔隙压力增加,油藏中的波速随之降低,其次,由于水的压缩系数比大多数天然油气的压缩系数低,水取代油之后,速度有增加的趋势.
1.2.3波速与水饱和度的关系
用大庆油田砂岩岩样测定的波速随水饱和度之间的关系表明,当水饱和度较低(小于60%)时,纵波速度接近于岩石的速度,当水饱和度超过60%时,波速随水饱和度的增加而急剧增加,纵波增加的最大幅度可达32%,而横波速度与水饱和度无关.
因此岩石物性的研究是开展四维地震的前提，由此可以导出用四维地震更好的进行油气藏监测具有一定的条件,这些条件包括:
(1)储层条件.首先要求储层的岩石骨架的弹性要低.随着岩石骨架的刚度的增加,地震异常的幅度减小.因此,未固结或固结差的岩石、具有连通裂缝的岩石、孔隙纵横比较小的岩石、粒间接触的岩石和静超负荷压力小的岩石以及储层孔隙流体的差异压实大都利于四维地震技术的应用.
(2)开采过程条件.在热力开采期间,储层被加热,孔隙流体的粘度降低,使得岩石及岩石孔隙流体的压实性增大,导致储层地震速度大大减少,有利于四维地震技术的应用.
注入流体(ＣＯ2或气态氢)的可压实性远远高于储层流体,因此,在溶解区或非溶解区开采过程中,注入到储层的ＣＯ2或气态氢使孔隙流体粘度减小,并驱替孔隙流体,有利于四维地震技术的实施.当注入压力和注入速度较高时,可能导致储层岩石破裂,引起地震波速度的变化,可利用四维地震技术进行裂缝成图.
(3)地震技术本身的条件.四维地震数据分析对地震资料的要求是:随机噪音的水平低,信号重复性好,分辨率高.因此,在评估储层参数(干燥岩石的可压缩性、流体压缩比、流体饱和度变化和孔隙度)的基础上,还要评估地震参数(地震采集和处理参数的可重复性、地震成像质量及分辨率).
在采集方面,每次的采集设计和参数(如接收点和震源位置、震源信号、方向性以及与环境的耦合效应等)应尽量相同.在处理上,根据统计和地质特点选择不同的处理方法和处理流程,以补偿采集带来的不一致性,增强重复性,特别是迭前资料的重复性.在解释方面,根据测井资料和岩芯测量资料来模拟地震道,以此作为岩性、流体饱和度、压力和温度的函数.确定在延时剖面上是否存在有效变化,更好地建立地震属性变化与储层变化的联系.
结论
岩石物性的研究是四维地震的基础,做好岩石物性的研究有利于应用四维地震技术来作油气藏的地球物理监测.
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