致密砂岩气层识别技术在大北地区的应用

信 毅 （中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒841000）

吴述林 （油气资源与勘探技术教育部重点实验室（长江大学），湖北荆州434023）

陈伟中 （中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒841000）

章成广 （油气资源与勘探技术教育部重点实验室（长江大学），湖北荆州434023）

致密砂岩气层识别技术在大北地区的应用

信 毅 （中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒841000）

吴述林 （油气资源与勘探技术教育部重点实验室（长江大学），湖北荆州434023）

陈伟中 （中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒841000）

章成广 （油气资源与勘探技术教育部重点实验室（长江大学），湖北荆州434023）

理论和试验研究表明，声波速度比与含气饱和度有密切的关系，通过试验关系式获得的含气饱和度可作为气层指示。由于利用声波全波资料以声波能量为基础很难定量地识别气层，重点介绍了利用纵横波速度比和流体压缩系数识别油气层的方法，以及利用含气饱和度指示、流体压缩系数、时差比和岩石压缩比综合解释气层的方法。该方法在大北地区致密砂岩气层识别中取得了较好的应用效果。

纵横波速度比；流体压缩系数；油气层识别；致密砂岩气层

利用声波全波资料识别气层，由于以声波能量为基础的油气识别方法受井眼等因素的影响大、关系复杂，很难准确获得流体参数特征，对于精确地识别气层有很大的难度［1～3］。为此，笔者重点介绍了利用纵横波速度比和流体压缩系数识别油气层的方法。该方法在大北地区致密砂岩气层识别中取得了较好的应用效果。

1 纵横波速度比指示气层的方法

纵横波速度比的变化能够定性指示气的存在［4］，但是地层纵波、横波速度比除了与饱和流体性质存在密切关系外，同时也与岩性、压实和胶结程度、覆盖层的有效压力和孔隙度等参数有关，以及受侵入效应的影响有关［5］。为此，可以通过求准完全饱和水时的纵横波速度比与实测纵横波速度比进行比较指示气层。

Gassman证明，在孔隙压力均匀且与孔隙结构无关的条件下，干燥岩石与饱和水岩石的有效弹性模量之间存在唯一的相互关系：

根据弹性理论，饱和水地层纵横波速度与弹性模量的关系有：

式中，Ks、Kd、Kma与Kf分别为饱和水岩石、干燥岩石、固体颗粒与孔隙流体的弹性模量，Pa；为岩石孔隙度，小数；Gs、Gd分别为饱和水岩石和干燥岩石的有效剪切弹性模量，Pa；Vp、Vs分别为纵波速度和横波速度；m／s；ρ为岩石体积密度，kg／m3。把式（2）代入式（1），可得饱和水地层纵横波速度比值：

把根据理论公式计算的饱和水地层的纵横波速度比（以下简称“理论值”）与实测波形提取的纵横波速度比（以下简称“实测值”）对比，就能判别气层的存在。当实测值＜理论值时为油气层，当实测值≥理论值时为水层。

图1为大北地区W井白垩系（5540～5640m）纵横波时差比（DTR）与横波时差（DTS）、纵波时差（DTC）的关系图（纵波时差＝1／纵波速度；横波时差＝1／横波速度）。从图1中可以看出，该层段实测值大多数落在理论值（理论水线）以下，因此可判别为气层。

图1 大北地区W井（5540～5640m）纵横波时差比与横、纵波时差的关系

利用饱和水地层的声波测量资料，可得到理论水线的关系式，再根据实际测量点在交会图上的位置来判别气、水层。如果测量点落在水线下方即为气层，测量点落在水线附近或上方则为水层。大北地区的理论水线公式为：

2 流体压缩系数识别气层方法

在含气地层中，往往是地层纵波速度减小明显，而横波速度变化很小，造成含气地层的纵横波速度比要比饱和水地层的纵横波速度比小的多，利用这一性质可以用来识别气层［6］。孔隙中水相和气相在声学特性上有很大的差异，水的压缩系数远小于气的压缩系数。因此只要获得流体压缩系数，就能做到定量或半定量地区分出水层、气层或油气层。

2.1 体积弹性模量求压缩系数

体积弹性模量的倒数为压缩系数，压缩系数与流体性质有关，若设含气饱和度为Sg，则流体压缩系数Cf可表示成：

式中，Kg为气的体积弹性模量，Pa；Kw为水的体积弹性模量，Pa。从式（5）中可看出，在气、水两相地层中，知道了地层流体压缩系数就可以反推出含气饱和度。

地层压缩系数CB可表示成地层固相各组分和流体相压缩系数的加权平均之和：

式中，VSH为泥质含量，小数；VCA为钙质含量，小数；KSA为砂岩弹性模量，Pa；KSH为泥质弹性模量，Pa；KCA为钙质体弹性模量，Pa。

岩石体积压缩系数也可由地层纵、横波速度和密度获得：

这样流体压缩系数可由式（7）反推获得。由于体积弹性模量忽略了介质间的相互影响，获得的流体压缩系数往往偏小。

2.2 Boit－Gassman关系式求流体压缩系数

由式（5）～（7）和式（1）容易推得流体压缩系数表达式：

串联模式：

并联模式：

式（10）中岩石骨架的纵波速度、横波速度可取灰岩或白云岩的骨架值，对于泥岩纵波速度可取100μs／ft，纵横波速度比可取1.95。

3 资料处理与油气层识别解释

利用阵列声波测井资料获得的参数用于油气识别，主要参数包括：

1）纵波、横波和斯通利波时差（DTC，DTS，DTST）及纵横波速度比（DTR）。

2）利用纵波、横波时差、密度及泥质和孔隙度资料计算了弹性模量和流体压缩系数，提供了饱含水地层的纵横波速度比（DTRW）、岩石杨氏模量（YME）、切变模量（G）、泊松比（PR）、岩石压缩系数（CB）和流体压缩系数，其中体积流体压缩系数（CFV）是用体积弹性模量求得的，孔隙流体压缩系数（CFG）用孔隙结构模型求得的。

3）采用岩心声波试验模型计算了含气饱和度指示参数，提供了含气饱和度指示（SGI）。DTRW与实测DTR重叠，可定性识别油气层；流体压缩系数、岩石压缩系数与泊松比二条曲线重叠，可定量或半定量识别油气层［7，8］。一般水层的压缩系数小于4GPa－1；油气层的压缩系数较高，一般大于8GPa－1以上，但往往由于孔隙结构、岩石组分胶结物等因素的影响计算流体压缩系数可能会偏低。因此用流体压缩系数识别油气层要参考水层值。

图2为大北X井声波气层识别成果图。从图2中看出，声波参数显示的气特征没有前面几口井好，在5078～5084m层段，声波参数都指示了气特征，以下层段尽管泊松比PR与岩石压缩系数CB重叠、测量时差比DTR与完全含水时时差比（DTRW）重叠及气指示值SGI对气有一定显示，但流体压缩系数CFV都低于水值，而孔隙度、渗透率又显示为储层，说明该层段含水。在5677～5687m层段试油为含水气层，在5792～5802m层段试油为含气水层，说明声波参数指示气层解释结果是正确的。

图2 大北X井阵列声波测井识别气层成果图

4 结 论

1）纵横波速度比能够定性地指示气层，在大北地区致密砂岩地层中的应用效果也比较好。但同时也要考虑地层纵横波速度比受岩性、物性等各种因素影响。

2）流体压缩系数能定量或半定量区分出水层和气层或油气层，能有效地提升储层产能。

［1］Willis M E，Toksoz M N.Automatic P and S velocity determination form full waveform digital acoustic logs［J］.Geophysics，1983，48（12）：1631～1644.

［2］Schmitt D P，Bouchon M.Full－wave acoustic logging microseismograms and frequency－wave number analysis［J］.Geophysics，1985，50（11）：1756～1778.

［3］章成广，江万哲，肖承文，等.声波全波资料识别气层方法研究［J］.测井技术，2004，28（5）：397～401.

［4］Winbow G A.A theotetical study of acoustic S－wave and P－wave velocity loggings with conventional and dipole source in soft formation［J］.Geophysics，1988，53（10）：1334～1342.

［5］张银海，李长文.纵波特性与岩石含水饱和度关系的试验研究［J］.测井技术，1995，19（1）：6～10.

［6］Winbow G.A compressional and shear arrivals in a multipole sonic log［J］.Geophysics，1985，50（9）：1119～1126.

［7］张银海，李长文.声波参数识别含气砂岩地层试验研究［J］.测井技术，2000，24（3）：194～197.

［8］乔文孝，阎树文.用声波测井资料识别油气层［J］.测井技术，1997，21（3）：215～220.

［编辑］ 龙舟

90 Application of Compacted Sandstone Gas－zone Identification Technology in Dabei Region

XIN Yi，WU Shu－lin，CHEN Wei－zhong，ZHANG Cheng－guang

（First Authors Address：Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Tarim Oilfield Company，CNPC，Korla841000，Xinjiang，China）

Theoretical and experimental studies showed that acoustic velocity ratio was closely related with gas saturation，gas saturation obtained by using experimental correlation could be used as a gas－zone indicator.Acoustic full wave data based on the acoustic energy was difficult to quantitatively identify the gas reservoir.The method of P－wave and S－wave velocity ratio indication of oil and gas interpretation and the fluid compressibility coefficient are emphatically introduced for more accurately identifying the reservoir，gas saturation indication and fluid compressibility factor，time lag ratio and the rock compression ratio.It obtains good application result for identifying the compact sandstone reservoirs in Dabei Region.

P－wave and S－waves ratio；fluid compressibility；oil and gas reservoir identification；compacted sandstone gaszone

book=210,ebook=210

P631.84

A

1000－9752（2012）06－0090－05

2012－02－20

国家油气重大专项（2011ZX05020－008）；油气资源与探测国家重点实验室开放课题项目（00480080）。

信毅（1980－），男，2002年大学毕业，硕士，工程师，现主要从事测井资料解释评价工作。