کاربرد پارامترهای لامه ( و ) در تفکیک سیالات مخزنی

دسته	ژئوفیزیک
گروه	سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری	بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
تاريخ برگزاری	۱۳ اسفند ۱۳۸۶

چکیده :

وارون‌سازى AVO، با استخراج خصوصیات کشسان سنگ مى‌تواند در تشخیص سیالات مخزنى و سنگ‌شناسى‌هاى مختلف بکار رود. وارون‌سازى AVO همچنین مى‌تواند در استخراج پارامترهاى لامه و بکار رود . و از جمله خصوصیات سنگ‌شناسى هستند که مى توانند از داده‌هاى پیش ‌از برانبارش داده‌هاى لرزه‌اى بدست آیند. بنابراین روش LMR (Lambda-Mu-Rho) به عنوان روش تحلیل AVO پیشرفته در تشخیص هیدروکربور و نوع سنگ‌شناسى مخزن مى تواند مورد استفاده مفسران قرار گیرد. در این مطالعه با استخراج پارامترهای لامه از داده های سه بعدی پیش از برانبارش قسمتی از مخزن ماسه سنگی غار میدان ابوذر در شمال غربی خلیج فارس به منظور تفکیک سیالات مخزنی، پرداخته شده است. در این راستا از داده‌هاى نگار یک چاه واقع در زون نفتى به منظور کالیبره کردن داده‌هاى واقعى استفاده گردید. پس از تهیه مقاطع ضرایب بازتاب تراکمى و برشى با انجام تحلیل AVO، به کمک وارون‌سازى بر پایه مدل مقاطع مقاومت لرزه‌اى موج تراکمى () و مقاومت لرزه‌اى موج برشى () بدست آمد. سپس به کمک این مقاطع و روابط موجود بین آنها، مقاطع و به منظور تفکیک زونهاى هیدروکربورى تهیه و مورد تفسیر قرار گرفتند.

کلیدواژه‌ها: وارون‌سازى AVO، روش LMR، پارامترهاى لامه، تفکیک سیالات مخزنى، ماسه‌سنگ غار

مرضیه میرزاخانیان، دانشجوی ژئوفیزیک،mirzakhanian@ut.ac.ir، موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران، صندوق پستی 6466-14155

عبدالرحیم جواهریان، دانشیار موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران،javaheri@ut.ac.ir، موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران، صندوق پستی 6466-14155

مهدی اصغرزاده، کارشناس ژئوفیزیک، masgharzadeh@iooc.co.ir، شرکت نفت فلات قاره ایران

مقدمه :

روشهای کمی تفسیر داده های لرزه ای در مراحل اکتشاف تا تولید مخازن هیدروکربنی به تدریج جای خود را در صنعت بالا دستی نفتی پیدا کرده است. که یکی از این روشها بررسی تغییرات ضرایب بازتاب با توجه به زاویه تابش موج می باشد در صورتی که تغییرات دامنه تنها ناشی از تغییرات خواص کشسان بازتابنده باشد. تغییر دامنه بازتاب لرزه‌ای با فاصله فرستنده-گیرنده، بستگی به تغییرات سرعت، چگالی و نسبت پواسون دارد. از اینرو تحلیل پتروفیزیکی و AVO مرسوم، به بررسی تغییرات غیرمعمول سرعت موج تراکمی () و سرعت موج برشی () به منظور تعیین تغییرات نوع سیال و همچنین خصوصیات سنگ‌شناسی می پردازد (گَسمن، 1951؛ تاتام، 1982؛ کاستاگنا، 1993). روشهای تحلیلی دیگر از اندازه‌گیریهای لرزه‌ای به منظور تعیین نسبت پواسون (استراندر، 1984)، ضرایب بازتاب و یعنی تفاوت مقاومت لرزه‌ای(فتی و همکاران، 1994) یا (استراندر، 1984) استفاده می کند. با در نظر گرفتن شرایط مرزی (پیوستگی جابه‌جایی ذره و تنش در یک سطح بازتابنده) به کمک معادلات زوپریتس دامنه موج بازتاب و دامنه موج عبوری حاصل از برخورد موج تراکمی به یک بازتابنده تخت و در نهایت چگالی و سرعت لرزه‌ای بدست می‌آید. تبدیل اندازه‌گیری‌های سرعت به پارامترهای مدول لامه ( و )، بینش جدیدی در ارتباط با فاکتورهای کنترل کننده خصوصیات سنگ ارائه می دهد. تعیین دقیق زونهای مخزنی با توجه به حساسیت بالای فاکتور تراکم ناپذیری به سیالات منفذی صورت می گیرد و به کمک تغییرات ضریب برشی، تراکم ناپذیری و چگالی که پارامترهای سرعتهای لرزه ای هستند تفکیک سنگ شناسی صورت می‌گیرد (گودوِی و همکاران، 1997). به عبارتی پارامترهای لامه می توانند اطلاعات مضاعفی از پیچیدگی های زمین شناسی ارائه دهند (گلال زاده، 2007).

بحث:

تئوری و روش کار

روشهای تحلیلی بر خلاف تفاوتهای ظاهری اساساً وابسته به تغییرات سرعت موج تراکمی و موج برشی هستند که پارامترهای لامه را در خود پنهان دارند. معادلات (1) و (2) ارتباط بینشاخص سیال منفذی و شاخص ماتریکس سنگ با سرعت امواج لرزه ای را نشان می‌دهد.

(1)

(2)

از آنجا که در این معادلات چگالی به عنوان یک کمّیت مستقل در استخراج مدول‌ها ظاهر می‌شود، به منظور بالا بردن دقت و کاهش تعداد مجهولات پیشنهاد می‌گردد که از رابطه مدول/چگالی با سرعت‌ها یا مقاومت لرزه‌ای استفاده گردد . رابطه بین مقاومت لرزه‌ای ()، با سرعت لرزه‌ای و مدول‌ها همانند معادلات (3) و (4) بیان می گردد.

(3)

(4)

بر این اساس استخراج پارامترهای و از نگارهای صوتی و چگالی ، یا و از داده‌های لرزه‌ای بدون دانستن چگالی و به کمک روابط زیر می‌تواند صورت پذیرد (گودوی و همکاران، 1997).

(5) و

(6) و

نقطه شروع تحلیل AVO استفاده از تقریبهای ساده خطی معادله زوپریتس(1919) می‌باشد، که یکی از آنها توسط آکی و ریچاردز(1980) ارائه شد. این تقریب حتی در زوایای بیشتر از زاویه بحرانی در صورتی که تفاوت بازتاب کوچک باشد صحیح می‌باشد (داونتون و اورسنباخ، 2005). زاویه فرود بستگی به عمق و شیب بازتابنده دارد و برای تبدیل دور افت به زاویه برخورد نیاز به مدل سرعت و تخمین صحیح شیب می‌باشد که به کمک ردیابی پرتو صورت می‌گیرد (مک‌گروگر، 2007). این معادله می‌تواند با توجه به عبارات مدول و چگالی به صورت معادله (7) تغییر کند (گودوِی، 2001).

(7)

از آنجا که این معادله، تغییرات AVO را با توجه به مدول و عبارت مستقل چگالی نشان می دهد، شاید برای تحلیل AVO چندان کاربردی نباشد. معادله اصلاح شده برای استخراج ضرایب بازتاب موج تراکمی و موج برشی یا تفاوت مقاومت لرزه‌ای توسط فتی و همکاران (1994) ارائه شد.

(8)

در حالیکه بازتاب نرمال موج تراکمی و ، بازتاب نرمال موج برشی می باشد. در این معادله با استفاده از روش کمترین مربعات یا نرم ‌L1، مقدار و به کمک دو جمله اول معادله با حذف جمله سوم در صورتیکه تقریباً برابر 2 و زوایا کوچک باشد، محاسبه می‌گردد (گودوی و همکاران، 2006). با دانستن مقاطع ضرایب بازتاب و ، مرحله بعدی بدست آوردن و از طریق وارون‌سازی می باشد. در نهایت با استفاده از روابط و با و که درمعادله (6) ذکر شد، استخراج و ممکن می‌باشد

کاربرد پارامترهای لامه در تشخیص خصوصیات مخزنی

مدولهای لامه می‌توانند به کمک داده های لرزه‌ای پیش از برانبارش بدست آیند و بطور خاص و نیز از جمله پارامترهای سنگ‌شناسی هستند که می‌توانند محاسبه شوند. مفاهیم تراکم نا‌پذیری و ضریب برشی در درک پاسخ هایAVO کاربردی هستند چرا که در عین سادگی مفاهیم اساسی هستند. همچنین درصد تغییرات متوسط پارامترهای لامه از سایر خصوصیات کشسان بیشتر است (گودوی، 1997). از آنچه که از تحلیل AVO می دانیم ضریب برشی مستقل از تغییر نوع و درصد اشباع سیال سنگ می باشد (گسمن،1951). در حالیکه ضریب تراکم ناپذیری یا نسبت به تغییر نوع سیال حساس می باشد. مقدار پارامتر در یک سنگ اشباع از آب بیشتر از یک سنگ اشباع از نفت و گاز می باشد (آسِفا و همکاران، 2003). پاسخ AVO سنگهای کربناته گازدار، معمولاً نسبت به ماسه های گازدار اهمیت کمتری دارد (گری و آندرسون، 2001). چرا که بیشتر انرژی تراکمی موج لرزه ای از طریق ماتریکس کربناته سخت و تراکم ناپذیر منتقل می‌گردد. با این توضیح استفاده از مفاهیم تراکم ناپذیری و ضریب برشی در درک تفاوت پاسخ های AVO مشاهده شده در این دو نوع سنگ شناسی کاربردی تر است. در مواردی که مواد بیشتر تراکم‌ناپذیرند تا سخت یعنی > باشد یک توزیع غیریکنواخت تنش باعث تغییر شکل دانه‌ها و کشیدگی در یک جهت می‌گردد. این شکل دانه‌بندی اغلب در شیل‌های متورق دیده می‌شود. در مواردی که توزیع یکنواخت تنش وجود دارد (=)، دانه‌ها بصورت اتفاقی مرتب می‌شوند. اینچنین رفتاری اغلب در ماسه‌ها دیده می‌شود. بنابراین نسبت به در تفکیک شیل و ماسه از یکدیگر کاربرد دارد. در شرایطی که خصوصیات سنگ‌شناسی تغییر نکند تغییرنوع سیال روی اثر خواهد داشت. تأثیر آب روی تراکم‌ناپذیری کمترین مقدار و گاز بیشترین مقدار است (ژانگ ولی، 2005). انواع مختلف سنگ شناسی در مقطع کراس پلات و قابل تفکیک می‌باشد (شکل1). پارامترهای لامه می‌توانند مستقل در نظر گرفته شده و بطور جداگانه تفسیر شوند هر چند بصورت ترکیبی این پارامترها اطلاعات مضاعفی در مورد خصوصیات کانی شناسی و محتوای سیال سنگها ارائه می دهند. تشخیص درجه اشباع ماسه از گاز به کمک مقدار و همچنین درجه سختی ماسه از روی مقدار قابل تشخیص است (ژانگ و لی، 2005).

منطقه مورد مطالعه

در میدان ابوذر که در شمال‌غرب خلیج فارس واقع است، هیدروکربور از سازند الیگومیوسن غار تولید می‌شود. عمق مخزن غار بین 820 تا 880 متر می‌باشد. میدان بصورت یک تاقدیس با روند NW-SE می‌باشد که در زیر آن لایه آبدار گسترش دارد. مخزن غار توسط چندین متر لایه انیدریتی که متعلق به سازند آسماری بالایی است پوشیده شده ‌است. مخزن نفتی غار شامل حداکثر 100 متر ماسه سست با بین لایه‌های شیل، دولومیت، ماسه‌ها با سیمان دولومیتی و لایه‌های انیدریتی می‌باشد. در قسمت پایین سازند لایه‌های کربناته متعلق به آسماری زیرین قرار دارد. در این تحقیق از یک چاه که در زون نفتی قرار دارد به منظور کالیبره کردن داده‌های واقعی استفاده گردیده‌است. سرعت موج برشی در این چاه نیز اندازه‌گیری شده‌است. برای پیش‌بینی تغییرات خواص لرزه‌ای مخزن ( و و) در اثر جابه‌جایی سیال موجود معادله گسمن مورد استفاده قرار گرفت. نتایج مدلسازی مخزن نشان داد که با عبور از پوش سنگ مقدار چگالی، سرعت موج تراکمی و سرعت موج برشی برای سیالات مختلف (گاز، نفت و آب) کاهش می یابد. مدلسازی مستقیم داده های لرزه ای به کمک معادله آکی و ریچاردز و نگارهای مصنوعی بدست آمده از مدلسازی مخزن نشان می دهد که پاسخ AVO مربوط به افق بالایی مخزن غار متعلق به کلاس چهارم طبقه بندی رفتار AVO می باشد یعنی دارای عرض از مبدأ منفی بوده و با توجه به منفی بودن ، سهم سرعت برشی با افزایش دورافت مثبت تر می شود یعنی شیو تغییرات دامنه مثبت می باشد. که با داده های واقعی نیز مطابقت دارد. همچنین مدلسازی لرزه ای نشان می دهد که مخازن حاوی آب و نفت و گاز دارای مقادیر تقریباً یکسان شیو ولی مقادیر عرض از مبدأ متفاوت می باشند. بنابراین شاید تفکیک سیالات مخزنی به کمک پارامترهای معمول AVO چندان آسان نباشد. بخصوص از آنجا که لایه های نفت دار دارای مقادیری گاز محلول می باشد و بنابراین رفتار AVO آن بسیار شبیه لایه های گازی است. همانطور که از جدول 1 استنباط می شود تفاوت در صد متوسط تغییرات از پوش سنگ به مخزن نفت دار و از پوش سنگ به مخزن گازدار نسبت به سایر پارامترها بیشتر است. بنابراین ضریب تراکم ناپذیری می تواند نسبت به سایر نشانگرهای معمول AVO در تفکیک نوع سیالات مخزنی در مخزن غار میدان ابوذر کاربردی تر باشد. بعد از تهیه مقاطع ضریب بازتاب و از تحلیل AVO ، با انجام وارون‌سازی بر پایه مدل مقاطع و تولید گردید که در شکل 2 این مقاطع روی یکی از خطوط لرزه نگاری که چاه مورد استفاده نیز بر روی آن قرار دارد آورده شده است. در ناحیه مخزن کاهش مقاومت لرزه ای موج برشی و مقاومت لرزه ای موج تراکمی بدلیل عبور از لایه های سخت پوش سنگ به ماسه سست مخزن قابل رؤیت است.

	Vp/Vs	Is	Ip	Vs	Vp
99/20	96/19	26/0	71/1	4582	7872	35/2	1950	3350	پوش سنگ
9/5	7/5	28/0	73/1	2440	4200	2	1220	2100	ماسه گازدار
14/6	19/10	31/0	91/1	2478	4741	155/2	1150	2200	ماسه نفت دار
04/6	74/15	36/0	14/2	2458	5275	17/2	1133	2431	ماسه آب دار
112	111	4/7	1.16	62	41	68/8	44	62/50	Ave%، پوش سنگ به لایه گاز دار
109	83/64	5/17	04/11	57	51	65/8	49	85/42	Ave%، پوش سنگ به لایه نفت دار
جدول1. بررسی درصد متوسط تغییر ات خصوصیات کشسان از پوش سنگ به هر یک از لایه های گازدار و نفت دار. اطلاعات مربوط به قسمتهای نفت دار از روی نگارهای چاه مورد استفاده در این مطالعه خوانده شده و اطلاعات مربوط به لایه های گازدار و آب دار با انجام مدل سازی مخزن به کمک معادله گسمن بدست آمده است ( Vp و Vs به m/s و چگالی به g/cc و پارامترهای لامه به Gpa است).

سپس با توجه به روابط موجود بین و با ضرایب لامه و که قبلاً ذکر گردید (معادله (6))، مقاطع و ساخته شد. در شکل 3 مقاطع مورد نظر مشاهده می‌گردد. در مقطع یک زون با تراکم نا‌پذیری پایین مشاهده می شود که بنا بر آنچه بیان شد انتظار می رود مربوط به زون هیدروکربور باشد. که در اینجا مربوط به زون نفت دار می باشد. مقطع در قسمت ماسه سنگ سست مخزن بدلیل کاهش سرعت موج برشی، مقدار کمی را در مقایسه با قسمتهای انیدریتی و کربناته بالایی و پایینی نشان می‌دهد. در این حال لایه های شیلی با توجه به مقدار کمتر نسبت به لایه های ماسه ای قابل تشخیص هستند. شکل 4 تغییرات و را در افق بالایی مخزن نشان می‌دهد. همانطور که ملاحظه می‌گردد به کمک نشانگر تفکیک قسمتهای نفت‌دار و گازدار مقدور می‌باشد بدین ترتیب که قسمتهای گازی مقدار پایین‌تری نسبت به قسمتهای نفتی دارند. همچنین قسمت گازدار مقدار بیشتری را نسبت به سایر مناطق نشان می دهد. در مرز بین نفت و گاز نیز پدیده تیونینگ قابل تشخیص است. این نتایج، با نتایج حاصل از تفسیر چاههای منطقه مطابقت دارد. در شکل 5 مقطع کراس پلات و مشاهده می شود. با توجه به اطلاعات نگارها به کمک پلی گونهای رسم شده تفکیک سیالات مختلف انجام شد که در شکل 5 آورده شده است. در این شکل لایه های شیلی نیز با رنگ سبز مشخص شده اند

نتیجه گیری :

از آنجا که متوسط تغییرات پارامترهای لامه بیشتر از سایر نشانگرهای تحلیل AVO است، جدا کردن این پارامترها از پاسخ بازتابهای لرزه‌ای دید فیزیکی بهتری از خصوصیات سنگی بدست می‌دهد. استفاده از این روش در مخزن ماسه‌سنگی غار میدان ابوذر توانایی تفکیک سیالات مختلف را داشت. لایه های هیدروکربوری از روی مقدار غیر معمول پایین قابل شناسایی بوده، به کمک مقطع تفکیک لایه‌های نفتی و گازی از یکدیگر بطور رضایتبخشی انجام شد. لایه های شیلی مقدار پایینی را نسبت به ماسه‌سنگ مخزن نشان می دهد و لایه های انیدریتی و آهکی از روی مقدار بالاتر و قابل تشخیص است.

کلید واژه ها: پارامتر لامه موجتراکمی سیال مخزن موجبرشی ژئوفیزیک سایر موارد