地震波阻抗资料预测地层压力

地震波阻抗资料预测地层压力1968年，潘贝克提出利用地震层速度预测地层压力的方法。随着岩石物理研究的不断深入和地震技术的不断提高，使地震技术预测地层压力成为可能，其精度大幅度提高。在地震压力预测中，经常使用的资料是地震速度谱资料和地震反演得到的地震波阻抗资料。由于地震速度谱资料在纵向上测点较少，不能满足压力精确预测的需要。反演波阻抗资料在纵向上是连续的，可用的信息较多，是压力预测的主要基础资料。地震波在地层介质中的传播速度与地层的岩性、岩层的压实程度、岩层的埋藏深度以及岩层的地质时代等因素有关，一般情况下，地震波的传播速度随地层埋藏深度的加大而增加。因此，同样岩性的岩石，埋藏深、时代老，要比埋藏浅、时代新的岩石波传播速度要大。但在高压地层段内，由于岩层孔隙空间充填气体或液体，压力的增大和岩石密度的减小，使波在液体和气体中传播的速度要低于在岩石骨架固体中的传播速度。因而，孔隙度和波传播速度有反比关系，即同样岩性岩石，当孔隙度大时，其速度相对较小。孔隙度的变化意味着岩石密度的变化，它同密度亦有反比的关系，即孔隙度变大，密度相对减小。因此，速度的变化实际随岩石密度的增大而增大。综上分析，地震波在地层介质中的传播速度与岩层埋藏深度、岩石沉积年代和岩石密度有正比关系，与岩石孔隙度变化成反比关系，这些特性与常规声波测井的规律性是一致的，因此，用地震波进行地层压力预测的理论是可行的。异常高压地层具有高孔隙度、低密度的特点，因而在地震速度上具有低速的特征。在浅层正常压实带，地震层速度随着深度的增加而不断增大，具有很强的规律性。但是，若在地下某一深度出现异常高压，则表明该深度的地层处于欠压实状态，其孔隙度比相同深度处正常压实的孔隙度高，地震层速度比相同深度处正常压实的地震层速度小。利用这一特征，即地震层速度在同一深度上处于异常压实带和处于正常压实带的差异，可以定量的计算地下地层压力。地震层速度预测地层压力的方法，常用的有图解法和公式法两大类。图解法包括等效深度图解法、比值法和量版法三种。公式法包括压实平衡法、等效深度公式计算法、Eaton法、Fillipone法和Martinez法等。尽管如此，关于异常压力形成机理仍存在许多有争议的问题，异常压力数值模拟也存在一些地质影响因素难以量化的问题，另外，异常压力对油气成藏的控制作用也不十分明确。Fillippone法与刘震法Fillippone法是有加利福尼亚联合石油公司的W.R.Fillppone提出的。他在1978年和1982年通过对墨西哥湾等地区的测井、钻井、地震等多方面资料的综合研究，先后提出两套不依赖正常压实趋势线的简单而实用的计算公式，并在墨西哥湾等地的实际应用中取得了良好的效果，具体公式如下（！）(2)式中：、分别为孔隙度接近于零和刚性接近于零时的地层速度，前者近似于基质速度，后者近似于孔隙流体速度；、分别为地层的最大和最小压实速度；为预测层段的层速度，它可以从地震反演后合成的Seilog或Velog资料中获得。这两类公式在形式上是一样的，只是、、、各自随深度变化的规律不同，即它们的数学表达式不同，即(3)(4)式（3）中：K=（-）/（T-T0），、分别表示T和T0时刻的均方根速度，T与T0分别为某一层底面和顶面的双程旅行时；=-KT0。式（4）中：，；，为T1时刻的均方根速度，T1为计算点处的双程旅行时。对于式（1）、（2）中的上覆地层压力均可采用如下经验公式(5)式中：为平均密度；H为计算点埋深；系数0.465位单位换算系数，也有人称之为静水压力梯度值，我以为均不适合。若称之为单位换算系数，则其值为0.4335而不应当是0.465；若称之为静水压力推动，则等式两端的量纲不同。利用上述公式，蒋凤仙在拖船埠地区的预测结果表明，采用第一类公式计算的压力值得精度较高，误差均小于10%，其中最大误差为9%，而最小误差为2.8%。而利用第二类公式计算的压力值得精度普遍较低，最大预测误差为39%，最小误差为0.2%，平均误差为21.99%。这表明拖船埠地区地层的最大、最小压实速度较符合线性规律，事实上也正是如此。进一步分析式（1）不难发现，该式实际上只在两个极点处是成立的，即=时，地层为致密岩石，无流体存在，故地层压力=0；当=时，岩石为纯流体块，无基质存在，故地层压力=。当实际地层速度不满足这两个极限条件时，压力的估算主要是靠线性内插的办法来求得。也就是说，式（1）实际上隐含了地层压力与速度之间呈线性变化这样一个假设条件。然而实际的地层未必都满足这种变化规律。刘震（1990）通过对辽东湾辽西凹陷的压力测试资料的分析发现，在异常压力幅度不太大的中、浅层深度范围内，地层压力与速度呈对数关系，于是他将Fillipone公式修正为(6)上式在辽西凹陷的压力预测中取得了较好的效果。但是，需要说明的是，经修正后的式（6）仍然未能摆脱经验的局限性，同式（1）一样仍然只在两个极限点才是成立的。这类方法的一个共同特点是，它们可以计算出从浅到深各个层速度点的压力值。由于其不依赖正常压实趋势线，因此具有很大的推广价值，特别是在初探区，这种方法尤为适用。其计算的精度除与公式中各参量的取值有关外，更重要的是取决于工区的实际情况与相应经验关系的符合程度。实践证明，这类方法在我国的许多探区的应用效果均好于其它方法。方法改进地震地层压力预测技术在油气勘探和开发中的实用价值，关键在于地震预测结果的精度。由于影响速度的因素是多方面的，因此要想利用层速度来作出准确的压力预测，理论上应当消除除压力之外的其它任何因素对速度的影响，只保留压力的影响。然而，在实际工作中消除压力以外的因素对速度的影响是很难实现的。为此在岩石物理实验以及实际资料分析的基础上，假定当地层压力与纵波速度之间近似为线性关系或对数关系时，我们便可分别建立如式（1）或式（6）所示的压力预测方程。当存在其它因素对速度的影响时，这种关系就会遭到破坏，此时为了保持这种关系的不变性，我们在上述二式中分别引入一个随速度变化的校正系数，得到如下两个预测方程(7)(8)式中，、分别为速度校正系数。一般来说，只要事先可以获得十数个深度点的层速度值和相应的压力值，确定校正系数是十分容易的，具体做法如下。首先利用式（1）和式（6）由已知点的速度值来估算地层的压力值，然后将实测压力值与估算压力值作比较，并与各速度值构成数据对进行回归分析，便可确定所需校正系数的关系式。图2和图3分别是根据JLK地区5口井（LN53、LN57、LN58、J101、J102）的实际资料与预测结果的统计分析得到的校正系数曲线。相应回归方程为(9)(10)当确定了校正系数之后，便可以利用（9）和式（10）来进行压力预测。图4和图5便是采用这两个公式对JLK地区5口井近100多个数据进行压力预测所得预测值和实测值得交会图。由图可见，图中各交点均集中分布在45˚线附近。为便于比较，图6和图7分别显示了同样的5口井采用式（1）和式（6）进行压力预测所得预测值和实测值的交会图。显然图中各交会点药比图4和图5分散得多，且各点与45˚线的偏差较大。进一步对各种方法的预测误差作统计分析，并将分析结果列于表1。有表1可见，采用加入校正系数之后的Fillipone公式和刘震公式所得压力预测值的精度成倍地提高了。为了更好地说明这一方法的有效性，我们又分别由各单井、双井、3井和4井资