双相介质BISQ地震油气预测技术_技术研究

摘要

摘要：单相介质理论针对固体而忽视流体，预测油气则先天不足。双相介质理论指出流体尤其是油气的存在和运动是弹性波频散和衰减的主要原因，因而可以通过计算频散谱和衰减谱来预测

摘要：单相介质理论针对固体而忽视流体，预测油气则先天不足。双相介质理论指出流体尤其是油气的存在和运动是弹性波频散和衰减的主要原因，因而可以通过计算频散谱和衰减谱来预测油气。谱的计算要求有瞬时特性，才能避免时窗效应。为此采用分频的办法对地震道进行分频，形成分频道集后再作“三瞬”处理，这样在指定时刻一个采样点可集合成瞬时振幅谱、瞬时频率谱、瞬时相位谱；用瞬时振幅谱和瞬时频率谱计算出瞬时衰减谱，而瞬时频散谱则可用瞬时相位谱去近似代表。通过已知井建立预测模型，再对6个待钻井位目标用该方法进行预测，完井试油预测成功率达83.33%。

关键词：介质；数学模型；瞬时频率；频谱；振幅；天然气；地震勘探；预测

1 问题的提出

20世纪70年代国外出现了“亮点”技术之后，地震反演、地震属性、AVO、多波技术等应用到储层和油气预测，基本上以单相介质为主，速度和衰减与流体(油气)参数无直接对应关系。实际上，地层是既有固体成分又含有流体成分的双相介质，显然用双相介质理论预测油气更接近实际。Dvorkin和Nur于1993年将BIOT流动机制和喷射流动机制组合起来建立了比奥-喷射模型(BISQ)，揭示了弹性波的频散和衰减与储层参数、流体、弹性参数和频率参数之间的关系，流体的存在和运动是弹性波频散和衰减的主要原因，也是来至油气体的直接的、独特的信息^[1～3]。

2 双相介质BISQ理论

2.1 BISQ模型

BISQ模型综合了储层流体两种流动的力学机制，BIOT流动是弹性波传播时流体与固体之间的黏滞摩擦作用和惯性耦合作用使流体受迫参与运动，是沿纵向宏观的运动；喷射流动是弹性波传播时小孔隙受挤压使小孔隙流体向空隙挤出形成喷射流动，是沿横向的微观流动，两种流动机制同时存在，共同对波的频散和衰减产生影响。在地震波频率围内BISQ模型表达式如下：

式中：S为饱和度；J₀为零阶贝塞尔函数；J₁为一阶贝塞尔函数；ρ_s为固体密度；φ为孔隙度；ρ_f为流体密度；M为干噪骨架的单轴应变模量；F_sq为固-流耦合系统的综合压缩性；α为有效应力孔隙弹性系数；R为特征喷射流动长度；ω为圆频率；η为流体黏滞度；k为渗透率；F为固-流耦合系统的压缩性；κ为干噪骨架体积模量。

双相介质的BISQ理论研究和物理实验表明：流体和岩石骨架的相对运动是频散和衰减的主要原因。频散和衰减随流体黏度的变化而剧烈变化，频散随流动性减小、渗透率减小、黏滞系数增大而增大。渗透率控制流体的扩散和流动的速率，流体的黏度增大，衰减的峰值向低频方向移动，流体的黏度减小，衰减峰值向高频方向移动。波的频散和衰减受频率影响大，不同频段频散和衰减规律不一样。因此需要进行频谱分析，用地震信息计算出频散谱和衰减谱，实现对油气的预测^[3～4]。

2.2 瞬时频散谱和瞬时衰减谱

地震波频散和衰减随频率的变化可揭示流体的存在和运动，是油气预测的理论基础，频散谱和衰减谱的计算是实现油气的预测的关键。

在频率家族中付氏频率和瞬时频率的区别是：付氏频率反映的是一个时窗内各个频率成分平均效应的变化，不能提供瞬时状态的变化，时窗小则误差就大，时窗大平均效应也大；瞬时频率是定义在采样点上指定时刻全部频率成分叠加的结果，一个采样点对应一个瞬时值，信息量小，不能提供各个频率成分的变化。理想的情况是：在指定时刻一个采样点对应一个瞬时谱，能提供各个频率成分的变化，既扩大信息量，又避免大时窗的平均效应和小时窗的误差反映，用分频的办法可实现理情况。分频道的频宽设计为2Hz，地震波的有效频带为0～50Hz，一个地震道分成25个分频道，用复数道分析技术的Hilbert变换对各分频道作“三瞬”处理并集合成道集。在指定时刻一个采样点由“三瞬”道集集合成3个谱：瞬时振幅谱A(f)、瞬时频率谱ω(f)、瞬时相位谱θ(f)。用瞬时振幅谱为因变量，瞬时频率谱为自变量用点斜式可计算出瞬时衰减谱α(f)。当速度是频率的函数C(f)，它与相位函数θ(f)的关系是：C(f)=ω/θ(f)，因此用瞬时相位谱去近似代表瞬时频散谱，相位函数的低值对应频散的高值^[5～6]。计算“三瞬”公式如下：

用地震信息计算出瞬时频散谱和瞬时衰减谱预测油气，地震数据应满足高信噪比、高分辨率、高保真度、高清晰度、高精确度和高可信度。要达到“六高”数据采集是基础，资料处理是关键，因此采用以下处理流程：偏移数据→去反褶积影响→标准化→分频→去噪→沿层计算瞬时谱→谱归一化。

当同相轴呈麻花状去反褶积影响非常必要，标准化处理是对子波、振幅、频率、相位的一致性处理，沿层计算瞬时谱是处理策略，我们知道地震数据的核心信息是界面的反射信息，反射波的极值对地震波的动力学特征、分辨率、保真度、信噪比的贡献和影响最大。按以上流程处理的瞬时谱和传统的“三瞬”既有联系又有区别，定义在采样点上具有瞬时特性，“三瞬”1个采样点对应1个值，瞬时谱1个采样点对应1个谱，以50Hz带宽计算地震道1个采样点集合成4个谱，其信息扩大超过100倍，“三瞬”虽数学意义明确但物理意义不明确，瞬时谱物理意义明确，它揭示了与储层参数、流体参数、弹性参数和频率参数之间的关系。

3 对已知井的检验

双相介质BISQ理论地震油气预测的新思路、新方法能否实现最佳应用需要实践的检验，因此对川中、川西南、川南三个地区的7个构造和1个区块的5个层段(须四段、须二段、嘉四¹亚段-嘉三段、嘉二¹亚段-嘉一段、下二叠统)的36口(气井15口，气水同产井2口，水井4口，干井13口，气枯竭井2口)已知井进行检验。经分析、研究发现瞬时吸收谱和瞬时相速度谱的油气性有如下特征(图1)：①正常性的地层或地质因素在瞬时吸收谱和瞬时频散谱上为大范围连续成片的背景反映；②低频段为相对孤立的强吸收异常和高频散异常，异常呈透镜状j眼球状、并相伴出现，该异常与油气圈闭有直接的对应关系；③某个频段为相对孤立的强吸收和高频散异常，也与含油气圈闭有直接关系；④干井、水井无上述异常现象，在气水共存区，也无上述的异常特征。

通过对36口已知井的瞬时吸收谱和瞬时频散谱异常的分析、研究，认为油气异常突出，特征清楚、分辨率高，可靠性好，实现了最佳的应用。

4 对未知目标的预测

根据对己知井储层油气特征的认识，2008年对西南油气田公司蜀南气矿6个待钻井位目标进行了BISQ地震油气预测，认为5个目标能获气、1个目标为干层。而钻探结果表明，这6个目标完井试油获得气井5口，干井1个口，失误井1口，预测成功率83.33%(见表1、图2)。

表1 2008年井位目标BISQ地震油气预测效果统计表

井位	层位	预测情况	钻探结果	吻合情况
S005-1	茅口组	气层	气、水同产层	吻合
T012-1	茅口组	气层	气层	吻合
B003-2	茅口组	气层	气层	吻合
B002-1	茅口组	气层	气、水同产层	吻合
Y10	须二段	干层	干层	吻合
T101	须二段	气层	气层	基本吻合

5 结论与建议

双相介质BISQ地震油气预测技术实现了动态信息(瞬时吸收瞬，瞬时频散谱)的最佳应用。地震频带的瞬时频散谱、瞬时吸收谱联合起来用于地震油气预测在国内尚属首次(经互联网搜索)。特点是信息分辨率高、信息量大，有利于减小多解性。双相介质BISQ地震油气预测技术能客观地反映油气异常特征，适用碎屑岩和碳酸盐岩地层。

建议不要做过多的反褶积处理，保留客观的动力学和频率特征。

参考文献

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(本文作者：李煜伟¹ 李砚² 吕宗刚³ 岳宏³ 彭海润³ 包吉山¹ 1.成都理工大学；2.川庆钻探工程公司地球物理勘探公司；3.中国石油西南油气田公司蜀南气矿)