塔中地區(qū)ZG5—7井區(qū)橫波速度的預(yù)測(cè)

摘 要

摘 要 縱、橫波速度是儲(chǔ)層巖性、物性和流體識(shí)別的重要參數(shù)，而實(shí)際生產(chǎn)中往往缺乏橫波速度資料，因此，開(kāi)展橫波速度預(yù)測(cè)已成為巖石物理研究的重要內(nèi)容。目前橫波預(yù)測(cè)中普遍使
    摘 要 縱、橫波速度是儲(chǔ)層巖性、物性和流體識(shí)別的重要參數(shù)，而實(shí)際生產(chǎn)中往往缺乏橫波速度資料，因此，開(kāi)展橫波速度預(yù)測(cè)已成為巖石物理研究的重要內(nèi)容。目前橫波預(yù)測(cè)中普遍使用的是Greenberg—Castagna經(jīng)驗(yàn)公式，但其在塔里木盆地塔中地區(qū)ZG5—7井區(qū)應(yīng)用效果不佳。針對(duì)上述問(wèn)題，充分利用已鉆井的縱波速度、地層密度、泥質(zhì)含量、孔隙度、含水飽和度等常規(guī)測(cè)井資料以及巖石骨架和流體的各種彈性參數(shù)，構(gòu)建了流體置換的Xu—White模型，用來(lái)求取橫波速度。該區(qū)6口井的橫波曲線擬合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Xu—White模型預(yù)測(cè)的橫波速度與實(shí)測(cè)橫波速度高低趨勢(shì)一致，其相關(guān)系數(shù)最高達(dá)到0.970 9，完全能滿足橫波彈性反演和油氣預(yù)測(cè)的需要。結(jié)論認(rèn)為，Xu—White模型不僅適用于碎屑巖儲(chǔ)層的橫波速度預(yù)測(cè)，同樣在碳酸鹽巖的橫波速度預(yù)測(cè)中也能取得良好的應(yīng)用效果。
    關(guān)鍵詞 塔里木盆地 塔中地區(qū) 橫波速度 橫波彈性反演 油氣預(yù)測(cè)Xu—White模型 碳酸鹽巖
 
橫波速度在儲(chǔ)層巖性、物性以及流體識(shí)別等方面有重要應(yīng)用，也是疊前反演所必需的基礎(chǔ)資料。然而在實(shí)際生產(chǎn)中由于各種原因往往缺乏橫波速度信息。目前橫波預(yù)測(cè)主要使用的是Greenberg—Castagna經(jīng)驗(yàn)公式[1]，但其也不是適合于任何情況。在實(shí)際的工作中應(yīng)根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，選取最合適的方法進(jìn)行橫波預(yù)測(cè)。筆者利用多種經(jīng)典橫波速度預(yù)測(cè)模型對(duì)研究區(qū)海相碳酸鹽巖進(jìn)行橫波速度預(yù)測(cè)試驗(yàn)后，找到了較適于研究區(qū)目的層橫波速度預(yù)測(cè)方法[2]。。
1經(jīng)驗(yàn)公式
Pickett、Castagna等許多學(xué)者給出了不同的縱波速度(νp)一橫波速度(νs)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，這些關(guān)系式都是基于實(shí)驗(yàn)室的超聲波實(shí)驗(yàn)測(cè)量的縱橫波速度的擬合關(guān)系式[3]。
塔里木盆地塔中地區(qū)ZG5—7井區(qū)目的層橫波測(cè)井資料缺乏，僅部分井僅有一段或幾段橫波測(cè)井資料，僅用于進(jìn)行AV0分析等。而利用Greenberg—Castagna經(jīng)驗(yàn)公式在研究區(qū)進(jìn)行橫波預(yù)測(cè)，則存在較大的
誤差(圖1)。
根據(jù)這些關(guān)系式的原理，在塔中地區(qū)，通過(guò)實(shí)測(cè)的縱橫波數(shù)據(jù)擬合出適合本區(qū)的縱橫波關(guān)系式，用以進(jìn)行橫波估算。即
    νs =0.3954 νp + 781.8947    (1)
    相關(guān)系數(shù)(R2)為0.8685，預(yù)測(cè)效果尚有提升的空間。
圖1 經(jīng)驗(yàn)公式與實(shí)測(cè)縱、橫波數(shù)據(jù)關(guān)系圖
 
2 Xu--White模型
在把Greenberg—Castagna模型、臨界孔隙度模型、Krief模型、膠結(jié)模型、泥巖模型和未膠結(jié)模型等引入到塔中地區(qū)GZ5—7井區(qū)的碳酸鹽巖地層進(jìn)行橫波速度預(yù)測(cè)試驗(yàn)后，最終確定Xu—White模型[4-5]也可以用于碳酸鹽巖橫波預(yù)測(cè)，且預(yù)測(cè)效果較好(圖2)。
圖2 各種模型實(shí)測(cè)橫波與預(yù)測(cè)橫波相關(guān)系數(shù)圖
    Xu—White模型首先用骨架和泥巖不同的縱橫直徑比以及其他有關(guān)參數(shù)來(lái)估算干巖石的體積模量和切變模量，再用孔隙中流體的性質(zhì)來(lái)計(jì)算含流體巖石的體積模量和切變模量。從測(cè)井密度資料和由Xu—White模型得出的體積模量和切變模量，便可導(dǎo)出巖石的縱、橫波速度，這就是Xu—White模型方法預(yù)測(cè)速度的基本原理。
    Xu—White方法用迭代方法計(jì)算等效介質(zhì)的體積和剪切模量，后來(lái)發(fā)展為快速算法，這也保持了精度，同時(shí)因不用迭代方法而節(jié)省了大量時(shí)間。
    Xu—White模型使用Kuster—Toksöz和差分有效介質(zhì)理論來(lái)估算干巖石的體積模量和剪切模量[6-7]，低頻飽和度用Gassmann方程得到。Xu—White模型模擬Marion等的砂一泥混合物的V型速度—孔隙度關(guān)系，總孔隙度為：
  
其中 
式中φ sand、φclay，分別為砂巖和黏土的孔隙度；Vsand、Vclay，分別為砂質(zhì)的體積含量和黏土含量。
    固體礦物混合物的性質(zhì)用石英和黏土礦物的Wyllie時(shí)間平均和密度的算術(shù)平均來(lái)估算。即

    Xu—White模型將巖石骨架組分視為石英和黏土、飽水孔隙，是利用單礦物砂泥組分估算包含流體的巖石縱橫波速度的方法。本次計(jì)算中，由于工區(qū)碳酸鹽巖地層巖性單一，將碳酸鹽巖礦物模型簡(jiǎn)化為單礦物，用方解石替換石英，利用VRH模型[3]求得等效骨架彈性模量后，利用縱波速度和這些礦物性質(zhì)和孔隙度、黏土含量一起用Kuster—Toksöz公式計(jì)算干巖石骨架的模量。
    通過(guò)求取巖石骨架彈性模量，再結(jié)合Gassmann方程即可估算縱波和橫波速度。Gassmann方程的表達(dá)式為：

式中K為飽含孔隙流體巖石的等效體變模量；G為飽含孔隙流體巖石的等效剪切模量；ρ為飽含孔隙流體巖石的等效密度；Kd為巖石骨架體變模量；Gd為巖石骨架剪切模量；Km為巖石基質(zhì)體變模量；ρm為巖石基質(zhì)的密度；Kf為孔隙流體的體變模量．ρf為飽含流體的密度；φ為巖石孔隙度；νp為飽含孔隙流體巖石的縱波速度；νs為飽含孔隙流體巖石的橫波速度。
3 應(yīng)用實(shí)例
圖3是利用Xu—White模型法對(duì)塔中地區(qū)6口井的橫波曲線擬合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖3中可以看出：
圖3 塔中地區(qū)6口井實(shí)測(cè)橫波與Xu—White模型預(yù)測(cè)橫波交會(huì)圖
擬合橫波與實(shí)測(cè)橫波高低趨勢(shì)一致，兩者的值也較為接近(絕對(duì)誤差一般小于l00 m/s)，相關(guān)系數(shù)最高達(dá)到0.9709，最低為0.6476。其中個(gè)別井橫波速度預(yù)測(cè)效果相對(duì)較差的原因分析可能是某些層段發(fā)育溶孔、溶洞，其中充填了泥質(zhì)，影響了其預(yù)測(cè)精度?？傮w上看，利用Xu—White模型可以較好地對(duì)塔中地區(qū)主要目的層橫波曲線進(jìn)行預(yù)測(cè)，即使在普遍有裂縫發(fā)育的情況下也能取得好效果。
4 結(jié)束語(yǔ)
 當(dāng)前常用的橫波預(yù)測(cè)模型，無(wú)論是經(jīng)驗(yàn)公式還是理論模型，多數(shù)是基于砂泥巖地層，對(duì)碳酸鹽巖研究較少。通過(guò)對(duì)塔中地區(qū)ZG5—7井區(qū)橫波的預(yù)測(cè)以及與實(shí)測(cè)橫波的對(duì)比，論證了使用Xu—White模型在碳酸鹽巖地層橫波預(yù)測(cè)中也能取得良好的效果，能夠獲取高質(zhì)量的合成橫波數(shù)據(jù)，對(duì)其他碳酸鹽巖地層的橫波速度預(yù)測(cè)具有一定的借鑒意義。
 
參 考 文 獻(xiàn)
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[2] 唐建侯，楊慧珠，賀振華，等．P—sv快慢橫波旋轉(zhuǎn)分離公式研究[J]．天然氣工業(yè)，2004，24(12)：44—47．
[3] 葛瑞·馬沃可，塔潘·木克基，杰克·德沃金．巖石物理手冊(cè)：孔隙介質(zhì)中地震分析工具[M]．徐海濱，戴建春，譯．合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2008．
[4] XU S，WHITE R E．1994，A physical model for shear-wave velocity prediction[J]．Geophysical Prospectin9，1996，44 (4)：687—717．
[5] XU S，WHITE R E．A new velocity model for clay-sandmixtures[J]．Geophys Prospectin9，1995，43(1)：91—118．
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[7] 徐峰，汪仁富，滿益志，等．基于合成聲波測(cè)井信息的變速成圖技術(shù)[J]．西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，31 (2)：49—52．
本文作者：楊輝廷1 敬兵2  陳培元1  劉鑫2 李汀3
作者單位：1.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 2．中國(guó)石油塔里木油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 3．四川科宏石油天然氣工程有限公司