页岩气储层频散特征的岩石物理描述与频变AVO反演研究

【摘要】：作为非常规能源的一种,页岩气资源逐渐成为国内外油气资源研究的热点。与常规油气藏相比,页岩气储层孔隙空间多样,赋存方式多样,岩石组分复杂,非均质性强,这些特点使得页岩气储层的描述与识别更加困难。中国的页岩气储层研究尚在起步阶段,目前国内的研究主要集中在成藏模式、储层地质和资源潜力评价等方面,对于页岩气地球物理建模和甜点预测方面的研究涉及较少。对页岩气储层进行含气性识别是页岩气甜点识别的重要环节。当页岩孔隙空间中含流体饱和时,由于波诱导的流体流动这一机制,岩石会在地震频带内发生速度频散和衰减现象。且速度频散和衰减对于储层含流体类型十分敏感,储层含气时频散特征会明显高于含水时的情况。本文考虑页岩储层中的孔隙和裂缝系统,基于Chapman对页岩气储层进行岩石物理建模并分析了频散属性对于页岩储层含流体类型的敏感性。本文考虑了页岩中发育水平裂缝的情况,计算并分析了储层的纵波速度的频散与衰减特征对于流体类型的敏感性;对于页岩中发育垂直裂缝的情况,计算并分析了纵波速度与各向异性参数的频散特征对流体类型的敏感度。基于测井数据对页岩气储层进行岩石物理建模,为应用频散特征进行页岩储层含气性识别提供理论根据。频变AVO反演技术通过定量表征纵波的速度频散程度,构建流体识别因子进行储层含流体识别。目前频变AVO反演的研究主要集中在砂泥岩储层、致密砂岩储层和碳酸盐岩储层,针对页岩储层的研究相对较少。本文应用各向异性传播矩阵理论进行页岩储层高精度地震正演及井震标定,分析页岩储层的地震响应。应用Chapman理论设计页岩气储层理论模型,研究对应的地震反射特征。应用该理论模型测试频变AVO方法,计算结果表明,区分流体类型的优势频率并不一定是地震子波的主频,还与地层结构引起的调谐干涉等因素有关。本文将频变AVO反演技术应用到四川盆地龙马溪组页岩地层,计算得到的频散属性为页岩气储层含气性识别提供依据。当页岩储层中存在垂直裂缝时,基于Chapman模型讨论了流体类型对于纵波速度频散和各向异性参数频散的影响以及应用各向异性梯度频散属性进行裂缝储层流体识别的可行性。本文给出了频变AVAZ反演的方法原理和技术流程,并通过理论模型测试验证了该方法的有效性。最后,将频变AVAZ反演技术应用于龙马溪组页岩地层进行含气性裂缝的识别,将计算结果与实际测井信息对比,验证应用频变AVAZ反演进行页岩气储层含气性识别的有效性和可行性。在频变AVO反演和频变AVAZ反演时分别用到的AVO和AVAZ理论均考虑的是单界面的情况,当介质存在薄层或薄互层等地层结构时,会对频散属性的计算结果产生影响。本文提出基于各向异性传播矩阵理论进行页岩气含气性识别的工作流程。以各向异性传播矩阵为正演引擎,考虑页岩中存在薄层结构,通过模拟退火粒子群优化算法,反演页岩气储层的频变纵波速度和储层厚度。本文通过理论模型测试和实际数据应用对该方法进行了验证。作为对等效频散介质理论的扩展,本文给出了层状裂缝介质中等效频变速度与频变各向异性参数的计算公式。基于Chapman模型,给出了低频条件下裂缝引起的频变速度与各向异性参数,将其与层状结构引起的频变相结合,得到层状裂缝介质的等效频变参数。本文对比了层状结构和裂缝对介质等效频变参数的影响。作为对AVO正演理论的扩展,推导了裂缝介质的PP波和PS波频变AVO方程。对Chapman模型的刚度系数矩阵中的弹性系数作泰勒展开,可以计算低频下裂缝介质中速度与各向异性参数的频散。将这种频散引入到常规的VTI介质的AVO方程中,可以得到频变AVO属性和频变AVO方程的表达式。本文分析了裂缝参数对频变AVO属性、频变反射系数和频变临界角的影响。