專利名稱：儲層區(qū)的延時地震勘測的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種使用延時地震勘測調(diào)查地下地層中儲層區(qū)的方法。
背景技術：
延時地震勘測越來越多地應用于研究地層。它被應用于監(jiān)視含烴地下儲層，特別是跟蹤由于通過到達地面的井孔生產(chǎn)儲層流體(例如油、氣、水)所造成的影響。
在延時地震勘測中，地震數(shù)據(jù)是在至少兩個時間點上采集的。所以，相對于傳統(tǒng)的地震勘測而言，時間是一個附加的參數(shù)。這允許研究例如由于流體飽和度、壓強和溫度的時空變化所造成的地下地震性質(zhì)隨時間的變化。延時地震勘測也稱作四維(或4D)地震勘測，其中各次采集之間的時間代表第四個數(shù)據(jù)維。與傳統(tǒng)的地震勘測類似，其他三維與地層的空間特征有關，其中兩個是水平長度維，第三個與地層深度有關，它能由長度坐標表示，或者由時間坐標表示，如地震波從地表到某一深度再返回的雙程走時。
可由標準的地震技術完成地震數(shù)據(jù)采集和初始處理。采集地震數(shù)據(jù)的第一和第二時間點之間的時間跨度可為若干年。人們通常試圖以類似的方式采集第一和第二地震數(shù)據(jù)集，從而使它們具有最好的可比性。如果這不完全可能，則在處理過程中可以考慮采集過程的差異。
地震勘測技術通過在地層中產(chǎn)生地震波并測量地震波在一個或多個震源與一個或多個地震接收器之間傳播所需時間來調(diào)查地層。地震波走時依賴于傳播路徑的長度和地震波沿該路徑的傳播速度。
在油、氣田地震勘測中的一個一般性困難是儲層區(qū)通常位于地表面以下幾百米至幾千米處，而儲層區(qū)或儲層的厚度相對較小，即通常只幾米或幾十米。所以在儲層區(qū)所處理的地震數(shù)據(jù)的分辨率是一個問題。當要檢測和解釋延時地震勘測中的小差異時，對分辨率的要求甚至更高。
由J.Guilbot和B.Smith撰寫的文章“用于儲層壓實估計的4D受限深度反演在Ekofisk油田的應用”(The Leading Edge(前沿)，2002年3月，第302-308頁)(″4D constrained depth conversion forreservoir compaction estimationApplication to Ekofisk Field″，J.Guilbot and B.Smith，The Leading Edge)公開了一種解釋海底地層延時地震勘測的方法，用以確定由于生產(chǎn)和注水開發(fā)造成的儲層壓實。在分開約10年的第一和第二時間點采集地震數(shù)據(jù)。用于解釋地震數(shù)據(jù)的地層模型自底到頂依次由下儲層、上儲層、上覆層和海水層構成。該模型包括相鄰層之間邊界的深度和每層中的地震波速度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了正確解釋儲層壓實，需要考慮第一和第二時間點之間各地層中地震波速度的變化。
在生產(chǎn)儲層的延時地震勘測中要回答的感興趣問題當中，一個問題是關于在生產(chǎn)過程中例如由于存在不連續(xù)(不整合)或斷層造成的儲層非均勻耗盡(非均勻礦藏消耗)問題，其中所述不連續(xù)或斷層使該儲層的某一部分與和生產(chǎn)井直接流體連通的那些部分被封隔開。然而所處理的地震數(shù)據(jù)的分辨率往往只夠得到是否存在不連續(xù)或斷層的或清楚或不那么清楚的指示，在延時地震勘測中在儲層區(qū)觀測到的差異(例如振幅或層速度的變化)通常很小，以至于，已經(jīng)表明，很難導出關于斷層封隔性質(zhì)的可靠結論。
需要一種解釋延時地震數(shù)據(jù)的方法，它允許得到關于儲層區(qū)特定參數(shù)和狀態(tài)的更詳細信息，而本發(fā)明的一個目的正是提供這樣的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種利用延時地震勘測調(diào)查地下地層中的儲層區(qū)的方法，該地下地層包含與該儲層區(qū)相鄰的另一地層區(qū)，該方法包含如下步驟
——由延時地震勘測得到數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括第一時間點和后一時間點的地下地層的地震數(shù)據(jù)；——處理該地震數(shù)據(jù)，以得到在所述另一地層區(qū)中依賴于應力的預定地震參數(shù)的變化的地震表示；——解釋所述另一地層區(qū)中該地震參數(shù)變化的地震表示，以得到所述另一地層區(qū)中應力分布變化的指示；以及——使用所述另一地層區(qū)中應力分布變化的指示導出該儲層區(qū)的性質(zhì)。
本發(fā)明基于申請人得到的如下認識儲層壓強的變化造成與該地層區(qū)相鄰的地層區(qū)中的應力變化。由于應力變化通常會造成地震波速度變化，所以在儲層區(qū)外部的地震參數(shù)(如雙程走時)中可觀測到應力變化。
例如，人們已認識到，儲層區(qū)中的礦藏衰竭能造成所謂應力拱起。例如由于孔隙壓降低使得儲層區(qū)局部壓實時，以及作為其結果，當覆蓋層把它的部分重量傳遞給在側面圍繞該壓實儲層區(qū)的未壓實或較小壓實的地層區(qū)時，就會發(fā)生應力拱起，造成拱狀彎曲的應力分布。
本發(fā)明的一個重要元素是應力分布變化在儲層區(qū)周圍地層區(qū)中一定距離上延伸并可在地震參數(shù)中觀測到這種變化，而這一距離(包括垂直和水平兩個方向)比造成應力分布變化的地層邊界實際位移幅度的量級大得多，而且一般還大于儲層區(qū)的高度。所以有可能通過分析儲層區(qū)外部的延時地震數(shù)據(jù)來檢測儲層區(qū)中的狀態(tài)。
最好，處理該地震數(shù)據(jù)以得到地下地層的地震表示，如地震影像，在其中標識出該地層區(qū)。然后，將儲層區(qū)中地下地層的地震表示與另一地層區(qū)的應力分布變化指示一起加以解釋，以導出該儲層區(qū)的性質(zhì)。
最好，對應力分布變化的解釋利用地下地層的地質(zhì)力學模擬。其中使用了地下地層的一個初始模型，它最好包括地下地層區(qū)和區(qū)邊界在第一時間點的幾何模型、在該幾何模型中每個區(qū)的巖石力學性質(zhì)估計值、以及對顯示出非線性彈性的巖石給出的儲層區(qū)和另一地層區(qū)在第一時間點的應力估計。
再有，最好使用儲層模擬，能估計出至少一部分儲層區(qū)中孔隙壓的變化。然后，地質(zhì)力學模擬能計算出孔隙壓和孔隙壓分布的變化對該地下地層(包括儲層區(qū)之外的區(qū)域)中的邊界位置和應力分布的影響。這樣，便得到了在儲層區(qū)和所述另一地層區(qū)中應力變化的地質(zhì)力學表示以及區(qū)邊界位移的地質(zhì)力學表示。
在又一步驟中，地質(zhì)力學模擬結果能用于預測位移和應力變化對預定地震參數(shù)的影響，于是得到地震參數(shù)變化的地質(zhì)力學表示。
然后，能對地震參數(shù)變化的地震表示和地質(zhì)力學表示加以比較，以解釋延時地震勘測。如果地震表示和地質(zhì)力學表示存在好的一致性，則是在地質(zhì)力學模型(可選地，還有儲層模型)中所用參數(shù)，特別是所估計的孔隙壓變化的有效性的一個證明。如果存在差異，需要的話可在一個迭代過程中通過改變地下地層的地質(zhì)力學模擬和/或儲層模擬中所用參數(shù)來確定更新的地質(zhì)力學表示。特別是，可得到至少在一部分儲層區(qū)中孔隙壓變化的改善了的估計。這樣，本發(fā)明的方法能用于調(diào)查儲層區(qū)的定量性質(zhì)?？梢岳斫?，還能導出儲層區(qū)的定性性質(zhì)，如儲層區(qū)中斷層或不連續(xù)的封隔性質(zhì)，或在儲層生產(chǎn)期間在該儲層中是否存在未衰竭或較小衰竭的區(qū)域。


現(xiàn)在將參考附圖更詳細地解釋本發(fā)明，這些附圖中圖1示意性顯示一個具有儲層區(qū)的地下地層的幾何模型；圖2顯示一個地下地層的地震表示；圖3顯示由圖2所示地層的延時地震勘測確定的雙程走時的變化；圖4-6顯示作為降低儲層區(qū)中孔隙壓的結果，沿圖1中若干線若干量的定性變化幅度；圖7顯示由一個地質(zhì)力學模型計算出的在圖2所示地層中的應力場；以及圖8顯示根據(jù)圖7所示應力場確定的雙程走時變化。
具體實施例方式
在地下地層中某一位置的總應力在一定程度上被孔隙壓抵消。這就導致了有效應力的定義它是總應力和一個正比于孔隙壓的項之差。
當儲層區(qū)中的流體壓強降低時，在儲層區(qū)內(nèi)及其周圍的有效應力場發(fā)生變化，儲層區(qū)巖石受到某種程度的壓實。有效應力的變化可由以下公式描述Δσeff＝Δσ-αΔP， (1)其中Δσeff是有效應力張量，σ是總應力張量，α是所謂畢奧α系數(shù)，α通常大約為1，P是流體壓強。符號Δ用于代表后一時間點和第一時間點之間的差值。在式(1)中使用的符號約定是壓應力為負。
總應力變化Δσ決定于上覆巖層和下伏巖層如何對壓實儲層做出響應。這依賴于許多物理性質(zhì)，包括儲層和非儲層巖石的巖石力學性質(zhì)以及儲層的幾何形狀。
作為示例，考慮式(1)的垂直分量(下標zz)，它可寫為Δσzzeff=Δσzz-αΔP=(γz-α)ΔP---(2)]]>式(2)中定義的項γz代表垂直應力拱起系數(shù)，可用于表征總垂直應力的變化與儲層壓強變化的關聯(lián)。對于受到均勻衰竭的一個無限大或很大的水平儲層，其應力拱起系數(shù)將為零，而有效垂直應力的變化將是畢奧(Biot)α系數(shù)乘以流體壓強變化的負值。對于一個有限尺度的儲層區(qū)，γz之值取決于儲層區(qū)的幾何形狀。通常γz值可在0.05至0.8的范圍內(nèi)。
參考圖1，圖1示意性顯示一個地下地層舉例1，它包含具有儲層壓強的儲層區(qū)3以及與該儲層區(qū)相鄰的另外的一些地層區(qū)5、8、9、11。區(qū)5是從儲層區(qū)頂部向地表面15延伸的上覆巖層13的最低部分。區(qū)8和9橫向與儲層區(qū)3相鄰，而在儲層區(qū)之下的區(qū)11稱作下伏巖層。層邊界16、17將儲層區(qū)3與上覆和下伏巖層分開。在參考數(shù)字18處顯示一個水接觸面。
該儲層區(qū)含有流體，即碳氫化合物油、氣和/或水，有儲層壓強，并通過井孔19向地面生產(chǎn)。
可以理解，區(qū)3、5、8、9、11、13中的任何一個都可包含多個單個地層。
圖1還顯示該地下地層的若干區(qū)域中各個位置的9個點21、22、23、24、25、26、27、28、29，它們將用作其后各圖中的參考點。
延時地震勘測或監(jiān)測涉及在不同時間采集地下同一部分的地震數(shù)據(jù)。它允許研究地下地震性質(zhì)隨時間的變化。
采集延時地震數(shù)據(jù)通常包括在預定位置安排地震接收器31，以采集第一時間點的地震數(shù)據(jù)；在預定位置處放置震源32并記錄來自地震接收器的響應震源輻射聲波的信號。然后，在后一個時間點，如在一年以后，再次采集地震數(shù)據(jù)，其中，為了具有可比較性，最好是以與第一時間點相似的方式進行采集。
應當理解，地震接收器31和/或震源32可在空間上擴展，可包含多個地震接收器或震源。接收器和/或震源還可安排在孔井中。
得到并比較這兩次地震勘測，通常產(chǎn)生預定參數(shù)和/或這一參數(shù)變化的圖像。一般不需要導出地下地層圖像或地震參數(shù)變化圖像。例如還可能把地震檢波器或震源放在儲層區(qū)內(nèi)或相鄰處的一個井孔中，并采集這一位置與地面上或另一井孔中的另一位置之間的地震數(shù)據(jù)。這也允許確定地震參數(shù)，如這兩個位置之間(從而穿過另一地層區(qū))的走時隨時間的變化，無需產(chǎn)生圖像。于是，在這另一地層區(qū)中預定地震參數(shù)變化的地震表示能簡單地是沿預定軌跡的走時差。
應當清楚，本發(fā)明的方法能用于離線處理和解釋在某地點先前測量得到的延時地震數(shù)據(jù)，或者能用作延時地震勘測的一個集成部分。
圖2顯示地下地層1的處理后地震數(shù)據(jù)的一個舉例，它是地震圖像形式的地下地層的地震表示。圖中指出了儲層區(qū)3以及指示儲層頂部16、儲層基底17和氣-水接觸面18的線條。圖2中的水平(x)坐標對應于圖1中的x坐標。第二坐標t是地表面和某一地震事件之間垂直傳播的地震波的雙程走時，對應于圖1中的z坐標。所處理的地震數(shù)據(jù)包含以不同x坐標作為起始點的多個地震波時間標記(N個“記錄線”)。該圖表示了在第一時間點T1的地震勘測Bi(t)的結果，它也稱作基準測量。下標i代表圖中所示被處理地震數(shù)據(jù)中的記錄線號(i＝1，...，N)。
對于延時地震勘測，在從儲層區(qū)生產(chǎn)碳氫化合物一段時間之后，在時間T2＞T1進行再次(“監(jiān)視”)地震勘測Mi(t)，監(jiān)視測量通常類似于圖2所示基準測量，然而在記錄線中對某些事件的雙程走時會稍有變化，通常在幾個毫秒的時間標度上，如在下文中將更詳細指出的那樣。
有若干方法估計雙程走時的變化。一種方法是確定Mi(t)和Bi(t)的相似記錄線特征(如極值或過零點)的到時之差。另一個通用方法是在以感興趣的走時T為中心的寬度為2g的時間窗中使Mi(t)和Bi(t)之間的歸一化互相關函數(shù)達到極大值。這通?？赏ㄟ^尋找如下函數(shù)的極大值來完成Fi(τ,T)=∫T-gT+gMi(t-τ)·Bi(t-τ)dt∫T-gT+gMi2(t-τ)dt·∫T-gT+gBi2(t-τ)dt---(3)]]>其中的積分(或類似的求和)是在一個以感興趣的輸出時間樣本為中心的典型的窄時間區(qū)間上進行的。在每個感興趣的時間T針對τ尋找式(3)的極大值將估計出雙程走時的變化。
圖3顯示以這種方式得到的雙程走時變化的表示的舉例，以與圖2所示基準測量對應的圖像形式給出。該監(jiān)視測量是在基準測量之后大約二年時進行的。在此期間該儲層衰竭約5000psi(34.5MPa)。在圖3中，雙程走時的變化以灰度指出，其中白色對應于雙程走時減少2ms，而黑色對應于雙程走時增大2ms。增大意味著在第二時間點的雙程走時大于在第一時間點的雙程走時。為清楚起見，“+”號指示雙程走時增大的區(qū)域，而“-”號指示其減小的區(qū)域。
圖3表明，雙程走時沿著穿過該儲層區(qū)的一個垂直帶增大。在該帶的左側和右側，在該儲層區(qū)的深度及其以下，是雙程走時顯著減小的區(qū)域。這是上覆巖層應力拱起的結果，對此將在下文中更詳細討論。在圖3中，儲層衰竭的影響在儲層區(qū)外部的長距離上都是可見的，指出這一點很重要。
下面討論儲層區(qū)中孔隙壓降低對地層中總垂直應力和有效垂直應力分布的影響?？紤]生產(chǎn)(衰竭)開始以前的時間T1?？偞怪睉Ζ襷z代表上覆巖層的重量，并可在一個簡單模型中假定以22MPa/km線性增大。在儲層區(qū)中的孔隙壓P在一個簡單模型中可假定等于在儲層深度的流體靜力壓強Ph，該流體靜力壓強可假定為以10MPa/km線性增大。P往往大于Ph，但它也能較低。在某一深度的垂直有效應力σzzeff代表總垂直應力與壓強之差，見式(1)。假定畢奧(Biot)α系數(shù)為1，并假定地層中的壓強為流體靜力壓強，則在這一簡單模型中有效垂直應力以12MPa/km增大。
現(xiàn)在參考圖4-6。在這些圖中顯示了在圖1的儲層區(qū)3中流體壓強降低對若干個量的影響。考慮這些量在時間T2的幅度和在時間T1的初始狀態(tài)的幅度之差。在圖4-6中使用參考點21、22...、29說明這些量對地下地層中的位置的依賴關系。各個量的標度是定性的，其中“+”號代表其數(shù)值相對于第一時間點的初始狀態(tài)增大，而“-”號代表減小。
圖4顯示量ΔP(壓強差)、Δσzz(總垂直應力差)、Δσzzeff(垂直有效應力差)和τ(時間偏移，即雙程走時的變化)沿一條穿過儲層區(qū)的垂直線，沿點21、25、28的依賴關系。壓強差ΔP在儲層區(qū)顯示出階梯狀下降。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在上覆巖層下的儲層區(qū)中的衰竭造成如圖中所示的垂直有效應力變化。上覆巖層的重量部分傳遞給較小壓實的儲層部分或橫向包圍該儲層區(qū)的非壓實地層區(qū)。其結果是在儲層區(qū)外部在壓實的儲層區(qū)之上和之下的總應力和垂直有效應力低于衰竭之前，參見式(1)。
地震參數(shù)依賴于有效應力。所以有效應力差異造成到儲層頂部事件(圖1中的邊界16)的雙程走時的變化，已發(fā)現(xiàn)較之儲層區(qū)之上和之下的初始狀態(tài)它是增大了。
直接在儲層區(qū)之上的總應力和有效應力的變化是顯著的(例如γz值為0.2，對應于流體壓強變化20％)并隨著遠離儲層而逐漸衰減。已發(fā)現(xiàn)在儲層區(qū)頂之上可觀測到的時間偏移的顯著變化可達到500ms(相應于大約0.5km)。這表明了本發(fā)明對通過在上覆巖層中引起的應力變化探測在比較薄的儲層中的影響的方法的改進，甚至當在儲層區(qū)中沒有或只有很小的可直接觀測的變化的時候，也能進行這種探測。
借助于沿各水平線的總垂直應力差，圖5表明應力被傳遞給外側巖層，參見圖1中的區(qū)域8和9。在儲層區(qū)深度的應力拱起效應最大(沿點24-25-26)，而在儲層區(qū)之上和之下則較小(分別沿點21-22-23和27-28-29)。這造成如圖所示的雙程走時變化，其中從儲層之上到儲層之下其變化幅度增大。
為完整起見，圖6顯示沿點21-24-27和23-26-29Δσzz的變化和雙程走時的變化τ。
圖4-6表明，在地層區(qū)中孔隙壓降低造成地層區(qū)外部地震參數(shù)的顯著變化。這種變化允許導出關于儲層區(qū)中狀態(tài)的結論。儲層壓強降低造成直接位于儲層區(qū)之上和之下的巖石壓應力減小，所以導致在儲層區(qū)之上和之下的總的和有效的垂直應力降低。
在衰竭儲層的每一側，總垂直應力的變化變得更為擠壓性的。在這些區(qū)域壓應力增大，因為這些壓應力承擔了原本由儲層上方巖石支持的部分重量。這樣，垂直應力被分配到外側巖層(所謂應力拱起)。
本發(fā)明的方法例如能用于識別儲層區(qū)的未衰竭區(qū)域，這些區(qū)域也稱作未衰竭分區(qū)(undepleted compartment)或未衰竭袋狀區(qū)(undepleted pocket)。通過察看儲層區(qū)上方雙程走時的變化可實現(xiàn)這一識別。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一個有限大小的儲層中由于衰竭造成的儲層壓強降低能造成雙程走時增大。然而，如果發(fā)現(xiàn)在儲層上方一些特定區(qū)域的雙程走時變化明顯較低或者甚至為負值，則表明在這特定區(qū)域下方的儲層區(qū)的壓強降低不如儲層區(qū)其他部分中那樣大。
利用本發(fā)明的方法還可以確定，就流體跨斷層通過或壓強跨斷層連續(xù)而言，在地震數(shù)據(jù)中看到的垂直或傾斜斷層是否是封隔的。如果在該斷層上方的雙程走時變化顯示出跨斷層不連續(xù)(不整合)，特別是當雙程走時的變化改變符號時，則表明該斷層是封隔的，從而在斷層兩側有不同的優(yōu)勢壓強。
圖7圖示了雙程走時跨一封隔斷層變化t(以毫秒(ms)為單位)的舉例。該圖表明，在位置F觀測到在斷層上時間偏移符號的變化。
這樣，雙程走時變化的特定樣式，特別是在儲層區(qū)之上的變化樣式，能用于識別儲層區(qū)中的特定狀態(tài)。使用個典型樣式(“指紋”)庫，能實現(xiàn)對延時地震勘測中某些狀態(tài)的定性解釋。一個特別重要的“指紋”是上覆巖層時間偏移在分區(qū)(compartment)邊界的急劇橫向變化，它指出從衰竭區(qū)上方的“懸拱”到相鄰的支持區(qū)的過渡。尋找這種急劇的橫向變化允許勾畫出衰竭儲層中壓強分區(qū)(pressurecompartments)的邊界。
延時地震數(shù)據(jù)的分析適宜由地下地層地質(zhì)力學模擬來支持。其中使用地下地層在基準測量時的狀態(tài)的起始模型。該模型最好包括地下地層中的區(qū)和區(qū)邊界在第一時間點的幾何模型。該幾何模型最好包括儲層區(qū)、直到地表的上覆巖層(如果適用的話，還包括任何海水層)、下伏巖層以及橫向包圍儲層區(qū)的地層區(qū)(“側面巖層”)。模型中包括的儲層區(qū)下的下伏巖層深度和與儲層區(qū)相鄰的側面巖層寬度最好至少1.5倍于儲層區(qū)的水平延伸尺度。該幾何模型是以所有可得到的信息為基礎構建的，這些信息來自例如基準地震勘測、井孔鉆探和測井記錄。該模型最好包括具體巖層、不連續(xù)(不整合)和斷層。
地質(zhì)力學模擬還要求對幾何模型中每個區(qū)域巖石力學性質(zhì)的估計。儲層巖石的彈性和粘-彈-塑性性質(zhì)可以從例如對巖心栓的測試得出，例如在徑向和軸向總應力的多個恒比進行三軸試驗，或者進行單軸試驗。可包括以各種應力水平進行測試時的保持時間，以得到關于粘性特性的參數(shù)。由這些測試可確定對于預期的應力變化巖石的特性能否被假定為線彈性的，或者是否將是粘-彈性的或彈塑性的。在線彈性模型中，考慮壓強變化便足夠了，而當其特性是非線性時，則還應考慮在延時地震勘測的起始和終止時的絕對壓強和應力。
當?shù)貌坏綆r心時，如對于上覆巖石往往會有這種情況，可從聲速或地震波速導出其彈性特性。最好特別關注使用在靜態(tài)(幾何)模型內(nèi)對測井記錄的空間解釋所得到的對層間剛性差異的評估和儲層上方巖石壓縮系數(shù)的空間變化，因為這對儲層及其周圍區(qū)域有大的影響。可針對放射性子彈或放射性跟蹤標志的測量和平臺運動數(shù)據(jù)，對巖石壓縮系數(shù)進行校準。
用于非線性彈塑性和粘彈塑性計算的初始應力和孔隙壓，即在衰竭前地層中的應力和孔隙壓，可由密度測井記錄(垂直初始應力)、由微裂隙測試、漏失測試和所經(jīng)歷的鉆井損失(水平初始應力)、由RFT測量、鉆井增益、以及如果適宜的話由聲速和地震波速異常(初始孔隙壓)來估計。
在儲層內(nèi)孔隙壓和飽和度的變化可由儲層模擬得出來，它應盡可能好地針對現(xiàn)場觀測的壓強和生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行校準。能提供大量情形來適應水驅動和分區(qū)化(compartmentalisation，分區(qū)確定)的不確定性。。
利用幾何模型、巖石性質(zhì)、初始應力和初始孔隙壓(如果合適的話)以及孔隙壓變化，3D地質(zhì)力學模擬能提供整個儲層、上覆巖層、下伏巖層以及側面巖層區(qū)的應力變化空間分布以及層邊界位移的空間分布。
然后，計算出的應力和/或應變的變化及位移與在儲層模型中發(fā)現(xiàn)的壓強和飽和度變化一起可用于計算合成地震響應，特別是確實預定地震參數(shù)(如雙程走時)變化的地質(zhì)力學表示。應力場的變化能通過改變到反射邊界的物理距離而造成非儲層巖石中的時間偏移，所述物理距離的變化是因為壓實和因為巖石波速的變化。在儲層間隔內(nèi)還存在由于飽和度的變化引起的附加效應。觀測到的作為深度函數(shù)的時間偏移將是這些效應沿深度積分的累積結果。
為把應力變化轉化成時間偏移，可使用應力-速度關系，所述關系可由實驗室測量與來自延時VSP/校驗炮和延時測井記錄的組合導出，如果需要的話還要針對延時地震勘測進行最終校準。地質(zhì)力學模擬證實了參考圖4-6討論的效應。
然后，可將地震參數(shù)變化的地質(zhì)力學表示與該參數(shù)變化的地震表示進行比較，以解釋延時地震勘測結果。由地質(zhì)力學模型模擬和地震勘測得到的時間偏移能通過迭代調(diào)整幾何形態(tài)(特別是斷層)、巖石壓縮系數(shù)和/或孔隙壓分布(特別是儲層分區(qū)確定(compartmentalisation)和氣-水接觸面的位置)來實現(xiàn)諧和化，利用在延時地震數(shù)據(jù)中觀測到的典型時間偏移樣式使這一諧和化變得簡單得多，這些時間偏移樣式代表某些應力狀態(tài)(所謂時移地震指紋)。例如，儲層的邊緣或把具有不同孔隙壓的儲層分區(qū)分開的封隔斷層表現(xiàn)為時間偏移的不連續(xù)，也就是在邊緣或斷層上從正時間偏移到負時間偏移的急劇過渡，如前文討論的那樣，這是應力拱起導致的從正應力變化到負應力變化的急劇過渡的結果。
遠離邊緣或斷層的所述時間偏移不連續(xù)性的振幅和衰減距離能給出關于儲層厚度、巖石壓縮系數(shù)或孔隙壓對比度的信息。在儲層中較小衰竭或未衰竭的袋狀區(qū)上方或在儲層巖石較少壓縮或較薄的部分上方，能發(fā)現(xiàn)典型時間偏移樣式的另一實例。這些部分是應力吸引區(qū)，所以表現(xiàn)出負的或較小正值的時間偏移。
所以，通過在上覆巖層中造成的走時變化，也通過在側面巖層和下伏巖層中的效應，往往能比在儲層本身中更好地追蹤儲層中的特定狀態(tài)，如不均勻性、未衰竭袋狀區(qū)等。
補充圖2中所示延時地震勘測的地質(zhì)力學模擬結果示于圖8和圖9。圖8以灰度顯示總垂直應力差異，其中(漸增的)壓應力差區(qū)域是(漸增的)黑色，為清楚起見，標為“-”號，而張應力差是(漸增的)白色，標為“+”號。
圖9以灰度顯示計算出的時間偏移，其中采用與圖3中所用相同的約定。圖8是一個預定地震參數(shù)變化的地質(zhì)力學表示的實例。發(fā)現(xiàn)雙程走時的地質(zhì)力學表示與地震表示有好的一致性，表現(xiàn)為在穿過儲層區(qū)的垂直帶中時間偏移增大，并在側面巖層中觀測到負的時間偏移。還發(fā)現(xiàn)，如圖4所示，大多數(shù)時間偏移是在儲層區(qū)外部，在儲層區(qū)上方以及下方觀測到的。
由于這些效應隨距離的延伸比儲層高度大得多，故在用互相關確定時間偏移τ時(參見式3中的參數(shù)g)能使用較大的時間窗。時間相關窗可選為例如240ms，這比以前常使用的15-30ms大得多。這增強了該方法的穩(wěn)健性。
在上文討論的舉例中考慮了儲層區(qū)的生產(chǎn)造成孔隙壓降低的情況?？梢岳斫?，在某些情況下孔隙壓也會增大，例如由于注水的結果，在這種情況下也能在儲層區(qū)外觀測到補償?shù)膽ψ兓偷卣饏?shù)變化。
對延時地震勘測的改進的解釋以及被發(fā)現(xiàn)與這一解釋一致的地質(zhì)力學模型和儲層模型能用于外推到油田生命的未來時間段。
權利要求
1.一種利用延時地震勘測調(diào)查地下地層中的儲層區(qū)的方法，該地下地層包含與該儲層區(qū)相鄰的另一地層區(qū)，該方法包含如下步驟由延時地震勘測得到數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括第一時間點和后一時間點的地下地層的地震數(shù)據(jù)；處理該地震數(shù)據(jù)，以得到在所述另一地層區(qū)中依賴于應力的預定地震參數(shù)的變化的地震表示；解釋所述另一地層區(qū)中該地震參數(shù)的變化的地震表示，以得到所述另一地層區(qū)中應力分布變化的指示；以及使用所述另一地層區(qū)中應力分布變化的指示導出該儲層區(qū)的性質(zhì)。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中該地震數(shù)據(jù)被處理，以得到在其中標識所述地層區(qū)的地下地層的地震表示，其中，將儲層區(qū)中地下地層的地震表示與所述另一地層區(qū)的應力分布變化指示一起加以解釋，以導出該儲層區(qū)的性質(zhì)。
3.根據(jù)權利要求1或2的方法，其中，解釋地震參數(shù)變化的地震表示的步驟包含進行地下地層的地質(zhì)力學模擬。
4.根據(jù)權利要求3的方法，其中進行地質(zhì)力學模擬的步驟包含a)選擇該地下地層的一個地質(zhì)力學模型，該模型包括區(qū)域和區(qū)域間邊界的幾何模型，這些區(qū)域包括在第一時間點的地下地層中的儲層和另一地層區(qū)，在該幾何模型中每個區(qū)域的巖石力學性質(zhì)的估計值，在第一時間點的儲層區(qū)中和所述另一地層區(qū)中應力和/或應變的估計值，估計儲層區(qū)中第一時間點和所述后一時間點之間的孔隙壓變化；b)根據(jù)地下地層的地質(zhì)力學模型和所估計的孔隙壓變化，進行地下地層的地質(zhì)力學模擬，以得到在儲層區(qū)中和所述另一地層區(qū)中應力和/或應變變化的表示以及區(qū)域邊界位移的表示；c)將應力和/或應變參數(shù)的表示及位移的表示轉換成地震參數(shù)變化的地質(zhì)力學表示；d)將延時地震勘測得到的地震參數(shù)變化的地震表示與根據(jù)步驟c)得到的地震響應變化的地質(zhì)力學表示進行比較，從而進行至少下列活動之一確定該地下地層的地質(zhì)力學模型的有效性，確定該地下地層的更新的地質(zhì)力學模型，和/或確定在該儲層區(qū)中多個點處孔隙壓變化的改善的估計值。
5.根據(jù)權利要求4的方法，進一步包含確定在該儲層區(qū)和所述另一地層區(qū)中應力和/或應變變化的變化的改善的表示，以及區(qū)域邊界位移的改善的表示的步驟。
6.根據(jù)權利要求1至5中任何一個的方法，其中對地震參數(shù)變化的地震表示的解釋是通過將這地震表示與儲層區(qū)外部地震參數(shù)變化的一個預先確定的特定樣式庫進行比較來完成的，這里所述特定樣式表示該儲層區(qū)中的特定狀態(tài)。
7.根據(jù)權利要求1至6中任何一個的方法，其中所述另一地層區(qū)包括至少下列區(qū)域之一在儲層區(qū)上方的區(qū)域、在儲層區(qū)下方的區(qū)域、以及橫向與儲層區(qū)相鄰的區(qū)域。
8.根據(jù)權利要求1至7中任何一個的方法，進一步包含進行儲層模擬。
9.根據(jù)從屬于權利要求3的權利要求3-8中任何一個的方法，其中，估計在所述多個點處孔隙壓的絕對值。
10.根據(jù)權利要求1至9中任何一個的方法，其中所述預定地震參數(shù)是從地震波速、雙程走時和地震振幅中選擇的。
全文摘要
一種利用延時地震勘測調(diào)查地下地層中的儲層區(qū)的方法，該地下地層包含與該儲層區(qū)相鄰的另一地層區(qū)，該方法包含如下步驟由延時地震勘測得到數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括第一時間點和后一時間點的地下地層的地震數(shù)據(jù)；處理該地震數(shù)據(jù)，以得到在所述另一地層區(qū)中依賴于應力的預定地震參數(shù)的變化的地震表示；解釋所述另一地層區(qū)中該地震參數(shù)變化的地震表示，以得到該地層區(qū)應力分布變化的指示；以及使用這另一地層區(qū)中應力分布變化的指示導出該儲層區(qū)的性質(zhì)。
文檔編號G01V1/00GK1882852SQ200480030908
公開日2006年12月20日 申請日期2004年10月22日 優(yōu)先權日2003年10月24日
發(fā)明者安尼米克·C·范登伯凱爾, 卡雷爾·P·馬龍, 科內(nèi)利斯·J·肯特, 門諾·M·莫勒納爾, 約翰尼斯·G·F·施塔邁杰, 保羅·J·哈特切爾 申請人:國際殼牌研究有限公司