分布預(yù)測(cè)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油田驅(qū)油技術(shù)、CO2地質(zhì)封存技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種CO2地質(zhì)封存中 四維地震資料CO2分布預(yù)測(cè)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 一項(xiàng)關(guān)于利用四維（也稱為時(shí)移、時(shí)延）地震勘探資料進(jìn)行〇)2地質(zhì)封存過(guò)程中 〇) 2分布預(yù)測(cè)的方法。如何通過(guò)四維地震或者CO2注入后采集的地震監(jiān)測(cè)分析，預(yù)測(cè)CO2地 質(zhì)封存過(guò)程中CO2在地下的分布，是檢測(cè)CO2地質(zhì)封存安全性與泄漏風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。注入CO2 后地下分布的預(yù)測(cè)，是確定地下封存的CO2能否突破蓋層、裂縫和判斷從高壓區(qū)域運(yùn)移到封 存區(qū)外泄漏的關(guān)鍵。而地下CO2分布也是確定CO2-EOR(CC)2EnhancedOilRecovery強(qiáng)化驅(qū) 油）效率、殘余油分布驅(qū)油確定和計(jì)算CO2地下封存量的關(guān)鍵。
[0003] 本發(fā)明方法屬于CO2捕集與封存（國(guó)內(nèi)稱作CO2Capture,Utilizationand Storage或者簡(jiǎn)稱CCUS，國(guó)外稱之為CO2CaptureandStorage或者CO2Captureand Sequestration簡(jiǎn)稱CCS)關(guān)鍵技術(shù)。屬于油氣資源勘探開(kāi)發(fā)中的四維地震勘探技術(shù)領(lǐng)域， 也屬于《國(guó)家"十二五"科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》中戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之節(jié)能環(huán)保技術(shù)、先進(jìn)能 源技術(shù)、應(yīng)對(duì)氣候變化之能源資源環(huán)境技術(shù)和減緩氣候變化技術(shù)。
[0004] 早期利用四維地震預(yù)測(cè)水驅(qū)油過(guò)程中的殘余油飽和度與壓力分布方法，是挪威科 技大學(xué)Landro教授等于2003年提出的四維AVO技術(shù)。Landro等（2003)的方法基于兩層 介質(zhì)模型、兩相流體（油、水或者氣、水）及基于Zoeppritz方程（1919)簡(jiǎn)化關(guān)系的Aki與 RiChardS(1980)近似公式基礎(chǔ)上提出的。這種兩層介質(zhì)模型，將儲(chǔ)層內(nèi)部的垂向及橫向非 均質(zhì)性，簡(jiǎn)化成為均勻的介質(zhì)，并采用Zo印pritz方程簡(jiǎn)化關(guān)系進(jìn)行AVO飽和度與壓力預(yù) 測(cè)。在界面上下彈性參數(shù)差異較大時(shí)，Zo印pritz方程簡(jiǎn)化關(guān)系誤差很大。同時(shí)，這種方法 假定儲(chǔ)層注入流體（如水）后的溫度、礦化度、地層水電阻率等流體參數(shù)不變。因此，早期 的方法與實(shí)際儲(chǔ)層非均質(zhì)情況嚴(yán)重不符，并且對(duì)巖性和流體的識(shí)別存在較大誤差。
[0005] 為了開(kāi)展非均質(zhì)儲(chǔ)層（如碳酸鹽巖儲(chǔ)層）等的0)2地質(zhì)封存、確定CO2地質(zhì)封存的 安全性及驗(yàn)證〇)2驅(qū)油效率。需要利用四維地震技術(shù)預(yù)測(cè)注入地下的CO2分布，特別需要考 慮注CO2的特點(diǎn)與注水不同，如注CO2時(shí)會(huì)采用水平井或者是垂直井，以及多套地層甚至是 薄互層注入方式，使得原有兩層介質(zhì)模型不適應(yīng)。注CO2后可能造成儲(chǔ)層與蓋層彈性參數(shù) 差異變大等，造成Zoeppritz方程簡(jiǎn)化公式誤差增大等。因此，我們將原有的基于兩層介質(zhì) 和基于Zoeppritz方程簡(jiǎn)化關(guān)系的四維AVO儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測(cè)方法，改進(jìn)成為考慮儲(chǔ)層縱向非 均質(zhì)性的、不同注入方式、不同注入模式的、多層介質(zhì)的、精確的平面波方程和三相流體的 四維地震AVO平面0)2流體分布預(yù)測(cè)的方法。
[0006] 我們的方法在考慮了儲(chǔ)層內(nèi)部的縱橫向非均質(zhì)性，包括薄互層和死油（dead oil)、活油（liveoil)、CO2、水三相介質(zhì)的同時(shí)，考慮了儲(chǔ)層泥質(zhì)含量、流體替換空間、儲(chǔ)層 注入CO2前后地層溫度、地層水礦化度、原油G0R(氣油比）、API(美國(guó)石油學(xué)會(huì)）密度等 參數(shù)的變化，已經(jīng)注入〇)2過(guò)程中不同井的不同注入方式，使得以GaSSmann(1951)理論為 基礎(chǔ)的儲(chǔ)層流體替換模型的計(jì)算更加符合實(shí)際，特別是蓋層與儲(chǔ)層彈性參數(shù)差異大的地層 (如碳酸鹽巖儲(chǔ)層、煤層），這也避免了采用Zoeppritz方程近似公式所造成的誤差。
[0007] 在CO2的捕集與封存過(guò)程中，如何監(jiān)測(cè)CO2地質(zhì)封存的效果，特別是監(jiān)測(cè)CO2地質(zhì) 封存的安全、可靠性與CO2泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，成為CCS技術(shù)的最大挑戰(zhàn)（Schrag，2007)。四維地 震技術(shù)是國(guó)際上CO2地質(zhì)封存安全性監(jiān)測(cè)最有效和首選的技術(shù)。運(yùn)用四維地震監(jiān)測(cè)，可以提 高科學(xué)家對(duì)CO2地質(zhì)封存過(guò)程的理解，證實(shí)CO2-E0R(CO2EnhancedOilRecovery，即0)2強(qiáng) 化驅(qū)油）驅(qū)油效率，并證明四維地震監(jiān)測(cè)與其它地質(zhì)、地球化學(xué)、油藏工程、油藏模擬等學(xué) 科結(jié)果的一致性（Bikle，2009)。
[0008] 四維地震（4D)也叫做時(shí)延地震、時(shí)移地震（Time-lapse)，主要是通過(guò)對(duì)比兩次地 震監(jiān)測(cè)之間的振幅和旅行時(shí)間的差異，確定儲(chǔ)層注入水、熱蒸汽（重油開(kāi)采）、注CO2強(qiáng)化驅(qū) 油（EOR)前后地震振幅與旅行時(shí)間的變化，以便確定殘余油的分布和驅(qū)油效率，同時(shí)確定 注入CO2在地下的分布狀態(tài)。對(duì)于那些沒(méi)有采集注入CO2前地震數(shù)據(jù)的區(qū)域，也可以直接通 過(guò)第二次、第三次等監(jiān)測(cè)地震預(yù)測(cè)殘余油分布、CO2驅(qū)替效率及CO2在地下的分布。
[0009] 在四維地震監(jiān)測(cè)CO2地質(zhì)封存中，除了疏松的砂巖儲(chǔ)層外，如挪威的Sleipner氣 田，注CO2前后儲(chǔ)層縱波速度和時(shí)差變化都很明顯（GhaderiandLandro, 2009)。一般砂 巖及碳酸鹽巖儲(chǔ)層〇)2注入前后的縱波速度變化不大，因此兩次地震前后的時(shí)間延遲差異 因?yàn)閮?chǔ)層流體變化很小而無(wú)法觀測(cè)出來(lái)。比如著名的加拿大Weyburn油田CO2地質(zhì)封存項(xiàng) 目中，碳酸鹽巖儲(chǔ)層在注入〇)2后，我們從模型計(jì)算出的縱波速度變化在10 %以內(nèi)（Ma，Gao andMorozov, 2009)。注入CO2前后，儲(chǔ)層內(nèi)旅行時(shí)間差異在假定100%的CO2飽和度下，只 有1毫秒左右。而該區(qū)地震資料的采樣間隔大多只有2毫秒。另外，實(shí)測(cè)的注入CO2的飽和 度平均只有20%(Whiteetal，2004)。因此，注CO2前后儲(chǔ)層時(shí)差變化將遠(yuǎn)小于1毫秒。 時(shí)差變化不明顯，就不易在地震資料中拾取和處理出來(lái)（Ma，GaoandMorozov, 2009)。這 樣，利用注入CO2前后地震振幅的差異變化，進(jìn)行0)2分布預(yù)測(cè)，成為地震處理與解釋的主要 目標(biāo)。
[0010] 以往疊加剖面的地震振幅差異分析(Whiteetal，2004)是確定CO2大致分布的主 要手段，但疊加剖面的地震振幅差異主要來(lái)自CO2飽和度、壓力、溫度、礦化度等多重效應(yīng)。 因此，僅僅從兩次振幅差異，無(wú)法區(qū)分出哪些區(qū)域封存的〇) 2多（CO2飽和度高）？哪些區(qū) 域封存的少（〇)2飽和度低）？孔隙壓力、溫度、礦化度變化及注入方式的不同，可以使低飽 和度的〇) 2與殘余的油水混合流體產(chǎn)生相同的反射振幅，而無(wú)法區(qū)分CO2與殘余油分布。同 時(shí)，在計(jì)算差異地震振幅時(shí)，由于兩次采集和處理的地震資料幅值差異較大，如果沒(méi)有地震 模型的標(biāo)定，難以準(zhǔn)確標(biāo)定好兩次處理的地震資料振幅，并獲得準(zhǔn)確的差異振幅。并進(jìn)一步 利用差異振幅來(lái)確定〇) 2分布范圍。就是說(shuō)在計(jì)算兩次采集地震資料的差異振幅時(shí)，每次 采集地震資料幅值的大小，都可能造成差異地震振幅上CO2平面分布的不正確。
[0011] AVO技術(shù)是四維地震監(jiān)測(cè)技術(shù)中識(shí)別CO/變化的有效工具。早期的AVO流體預(yù)測(cè) 技術(shù)（Landro,2001;Landroetal，2003)，用于監(jiān)測(cè)注水前后殘余油分布，包括監(jiān)測(cè)0)2封 存的AVO技術(shù)（Brownetal, 2007)，主要采用兩層介質(zhì)模型和Aki&Richards對(duì)Zoeppritz 方程的近似公式來(lái)分析。兩層介質(zhì)模型忽略儲(chǔ)層垂向的非均質(zhì)性，假定儲(chǔ)層內(nèi)彈性參數(shù)相 同，也不適合薄互層的AVO分析。而基于Zoeppritz方程近似公式的AVO近似公式，也只適 合于上下巖層彈性參數(shù)接近的儲(chǔ)層模型，不適合碳酸鹽巖等儲(chǔ)層與蓋層彈性參數(shù)差異大的 儲(chǔ)層，也不適合注入CO2后造成儲(chǔ)層波阻抗下降到導(dǎo)致上下巖層彈性參數(shù)差異增大的儲(chǔ)層。 因此，兩層介質(zhì)的AVO模型并不符合實(shí)際，我們需要制作基于實(shí)際井資料的更加切合實(shí)際 的AVO模型；這也說(shuō)明現(xiàn)有的巖石物理理論還存在不少缺陷，特別是針對(duì)CO2流體的替換， 以及注入〇)2后，儲(chǔ)層流體呈現(xiàn)出的分布不均勻的油、天然氣（氣態(tài)）、水和CO2(液態(tài)）混 合相態(tài)。
[0012] 這種兩層介質(zhì)模型，存在問(wèn)題包括：
[0013] 第一，沒(méi)有考慮儲(chǔ)