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地震反演技术40063366

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物探 地震资料解释 地震处理 反演
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2、地震反演技术广义的讲地震反演就是利用地表地震观测地震资料,用已知的地质规 律和钻井、测井资料为约束,对地下岩层空间结构和物理性质进行成像求 解的过程。地震资料中包含着丰富的岩性、物性信息,经过地震反演,可 以把界面型的地震资料转换成岩层型的测井资料,使其能与钻井、测井直接对比,以岩层为单元进行地质解释,充分发挥地震在横向上资料密集的优势,研究储层特征的空间变化。一般情况下,地震反演通常指的是波阻抗反演,波阻抗反演是指利用地震资料反演地层波阻抗(或速度)的地震特殊处理解释技术。波阻抗反演有明确的物理意义,是储层岩性预测、油藏特征描述的确定性方法,在实际应用中取得了显著的地质效果。地震反演通常分为叠前和叠后两大类。叠前反演又分为 性分析、弹性反演。对于叠后反演,按测井资料在反演过程中所起的作用的大小可分成四类:地震直接反演、测井控制下的地震反演、井震联合反演、地震控制下的测井内插外推。这些类反演分别用于油气勘探开发的不同阶段。从实现方法上可分为四类:递推反演、基于模型的反演、地震属性反演、随机反演。大庆油田开展地震反演特别是叠后地震反演已经有十多年的历史,经过这十多年的地震反演技术的发展,针对不同的地质条件,都有与之配套的地震反演技术。针对松辽盆地中浅层,我们采用叠前反演中的弹性反演,叠后反演中的测井约束反演、测井属性反演、随机反演、地质统计反演等配套反演技术。针对松辽盆地深层,则采用叠前反演中的 演,叠后反演中的递推反演井约束反演、测井属性反演、随机反演。对于外围盆地,一般采用约束稀疏脉冲反演和随机反演。对于复杂的地震工区,则采用叠前、叠后联合反演技术。在实际生产中应用这些地震反演技术都取得了较好的地质效果。下面简单介绍其中几种地震反演技术的原理方法及应用效果。1、叠前 演技术:(1) 引 言岩层中地震波的速度决定于弹性模量和密度,岩石的弹性模量又首先决定于岩石的矿物成分,其次是孔隙度、孔隙流体性质以及压力、温度等环境因素,而孔隙度、孔隙流体及环境因素是通过影响岩石的弹性模量和密度而影响速度的,所以决定岩石速度的最重要因素是岩石成分,因此我们自然想到用速度来判别岩性。然而,各种岩石的速度范围太宽,互相重叠,我们很难仅仅根据速度来作岩性判别。因此利用 叠前弹性反演进行岩性预测越来越引起人们的重视。(2) 叠前反演方法原理 方法原理析技术是利用地震反射振幅与炮检距变化的关系 (称 即:通过分析 集中不同炮检距的地震反射,来识别岩性及检测含气性的一种地震技术。其物理意义是:在两种不同岩层之间的界面上,当一种岩层的纵、横波速度之比 s 与另一种岩层的速度之比明显不同时,其反射系数随入射角(炮检距)而变化。演主要利用不同岩性泊松比差异所形成的 征响应,来区分波阻抗相近的储层与非储层。当地震纵波 垂直入射到两种介质分界面上时,会产生反射波和透射波,其中反射波包括反射纵波 反射横波 射波包括透射纵波 透射横波 1波倾斜入射到界面产生的反射波和透射波示意图纵波非垂直入射,反射系数和透射系数满足 程:(111212211 11212 211 2 表示入射波和反射波所在的介质,介质 2 表示透射波所在的介质,别表示介质 1 中纵、横波的速度; 别表示介质 2中纵、横波的速度;ρ1 和 ρ2 分别表示介质 1 和介质 2 的密度;θ1 表示纵波的入射角和反射角;φ1 表示横波的反射角,θ2 和 φ2 分别表示透射纵波、横波的透射角;别表示 P 波反射系数、反射系数、V 波透射系数。② 叠前弹性反演的原理叠前弹性反演基于贝叶斯原理,并且假设地震噪声和弹性模型的不确定性分布都是高斯概率分布,零均值,数据空间的斜方差为 模型空间的斜方差为 于这些假设,在最大相似性基础上的最佳弹性模型,最小化下面的目标函数:(3里 别是与地震和地质有关的表达式。假设地震噪声各道之间是互不相关的,入射角为 θ,数据的斜方差 对角线的,角道集地震数据的噪声函数是 , 表示的则是模型的预测结果与实际角道集地震振幅的偏差:(3里 是角度为 θ 时的反射系数系列,与当前的弹性模型 m 有关,是与角度 θ 和 有关的最佳角道集子波, 是实测的角度为 θ 时的地震数据。角度为 θ 时的反射系数序列由 程的近似算法 程得到。最终叠前弹性反演的目标函数就变为:(33) 应用实例① 工区地质概况杏西三维工区深层位于松辽盆地北部西部断陷区,杏西地区储层沉积环境复杂,砂体多期叠置,储层受岩石成分、古构造及晚期的机械压实、自生矿物的析出、溶蚀等多种因素控制,储层纵、横向非均质性强。杏西三维工区主力油层为葡萄花油层,葡萄花油层以北部物源为主,为三角洲前缘亚相沉积,水下分流河道、席状砂比较发育,易形成岩性油气藏。为此我们利用叠前反演技术,进行葡萄花油层储层预测及含油气性分析研究工作。② 演模型的应用989)根据气层的波阻抗特征和泊松比特征,将气层分为三类,图 1常分类图杏西三维工区项目研究中,主要利用 体化平台中 块进行叠前 演处理。由于求取入射角时使用了背景层速度模型以及射线追踪的方法,因此可以获得准确的入射角。通过对各目的层段进行了分析了各砂层段的(如图122井正演模拟分析其道集的萄花油层下部1435米左右为气水同层。在此层的道集具有振幅随炮检距的增加而减小,呈典型的含气异常,为一类异常响应。图 1 22 井正演模拟 应③ 演属性应用由于 程比较复杂,根据解决不同参数的需要可分别对其进行简化,得到不同的近似公式,其中最著名的是 似和 似。演主要包括 P 波阻抗变化率、S 波阻抗变化率、伪泊松比变化率、流体因子、垂直入射变化率、梯度、o)*G 乘积、泊松比变化率、λ*ρ变化率、μ*ρ 变化率、弹性波阻抗变化率、近角度叠加、远角度叠加等 17 种R(θ)性。对于流体属性非常敏感的泊松比反射率属性和流体因子属性也能够很好的反映储层流体的变化。对葡 种属性均能很好的反映油气的分布,从葡 1油气异常区域主要分布在工区中部、南部(图中红色区域),异常范围呈团块状分布,与砂岩展布吻合较好,实钻井分析,预测符合率 75%。图 1 )和流体因子属性(右)对比图④ 叠前弹性反演的应用叠前弹性反演能够同时反演不同的角道集得到 P 波阻抗体、S 波阻抗体和可选择的密度体。叠前弹性反演过程结合了地质认识、叠前地震振幅和井曲线资料来建立弹性参数的分布,使其能够与我们的输入数据相吻合。反演过程的输入参数包括: 两个或者多个角道集 每一个角道集的子波 微层的几何构造(以微层的倾角体和走向体的形式输入。这些数据能够从 块计算得到) 地震数据和背景模型的可信度信息 背景信息(例如 P 波阻抗、S 波阻抗和密度) 可选的分层体(使我们能够控制每一层的参数)反演得到的输出结果为 P 波阻抗、S 波阻抗和密度体。当我们只使用一个地震属性作为输入的时候,叠前弹性反演此时能够作为一个标准的振幅反演过程,并且输出得到一个单一的波阻抗数据。叠前弹性反演方法对工区研究目的层储层进行反演。反演结果通过钻井标定分析认为,葡萄花组反演结果如下图,P 波阻抗、S 波阻抗(图 1-5) ,可以看出 P 波阻抗不能很好的反映砂泥岩,而横波阻抗则能很好的区分砂泥岩,岩性接触关系清晰,砂岩储层特征明显,能对砂体进行有效追踪。图 1-5 过龙 27 井葡萄花组纵波(左)横波(右)阻抗剖面对比图(4) 结论本次项目通过 理和 常分析,进行含油气性的预测,综合利用叠前地震资料,应用叠前反演技术进行砂岩储层预测;应用二、三维交汇分析技术,确定储层空间展布特征;利用 分析结果,得到储层含油气性分布。1.储层含油气性预测:应用 处理和正演模型分析,进行近远角交汇和叠前属性分析;利用岩石物理分析过程中所建立的油气识别模型,叠前弹性反演结果,进行弹性参数反演,定量预测储层的含油气情况,通过叠前弹性反演的各种属性综合分析储层含油气性。P/能准确预测油气分布,在葡萄花组流体因子预测含油气面积 P/过叠前弹性反演分析,S 波阻抗对薄层砂体的识别精度高于 P 波阻抗;葡萄花组可识别砂岩厚度为大于 2 米。 2、约束稀疏脉冲反演技术:(1)方法原理约束稀疏脉冲反演是建立在褶积理论基础上,采用一个快速的趋势约束的脉冲反演算法,用地震解释层位和约束控制波阻抗范围,脉冲算法产生宽带结果,恢复缺失的高频成分和低频成分。稀疏脉冲算法认为地下的强反射系数界面不是连续的而是稀疏分布的,反射系数是由一系列大的反射系数叠加在高斯分布的小反射系数的背景上构成,从地震道中根据稀疏的原则抽取反射系数,与子波褶积后生成合成记录,利用合成地震记录道与原始道残差修改反射系数,得到更密一些的反射系数序列,再做合成记录,如此迭代,得到一个最佳逼近原始地震道的反射系数序列,然后求得相对波阻抗。再与各井绝对波阻抗曲线拟合的阻抗趋势(低频背景)相加,就得到了绝对波阻抗。约束稀疏脉冲反演目标函数: 其中, 、 λ 是数据匹配权重因子, 大约束之间的波阻抗, p 和 q 是 L 模因子。约束稀疏脉冲反演是测井约束地震道反演,主要受地震信息约束,反演结果是声波阻抗,忠实于地震数据。由于受地震固有频宽的限制,其分辨薄砂层能力差,纵向分辨率稍高于地震数据,但其横向分辨能力强,等同于地震资料。可准确预测厚单砂层,是砂泥薄互层组成的砂层组的响应。此方法得到的波阻抗结果最可信,直接的反映储层空间变化的物理属性,可利用其平面波阻抗属性进行储层预测。约束稀疏脉冲反演是储层预测最为基础的地震反演技术,主要技术环节包22)()()( 括层位标定、子波估计、建立低频模型和波阻抗反演。(2)应用效果到目前为止,约束稀疏脉冲反演已直接或间接地应用在多个区块的储层预测,应用的区块有宋站南深层、杏山-杏山南连片深层、太平屯、杏树岗、肇源、肇源南等等。通过实际应用发现该反演技术在下列情况应用效果较好,在钻井较少的深层勘探区块,直接用约束稀疏脉冲反演的波阻抗结果进行定量的储层预测和描述;在钻井较少的中浅层勘探区块,用约束稀疏脉冲反演的波阻抗结果提取平均属性,用于其它软件进行储层预测。。宋站深层三维工区满覆盖面积 211内仅有 4 口井升深 3 井、升深 201井、宋深 3 井和尚深 1 井,预测主要目标为营城组储层火山岩和沙河子组烃源岩泥岩。通过对区内井测井资料的统计分析,发现火山岩与泥岩的波阻抗值存在一定差异,火山岩的波阻抗值为高值,泥岩的波阻抗为低值,波阻抗可以把二者较好的区分开,且极大部分火山岩单层厚度均大于 50m,即使低于 50m,其围岩阻抗表现低值。根据本区上述自然状况及约束稀疏脉冲反演方法特点,选用约束稀疏脉冲反演方法直接对其进行储层反演预测。图 1 是过宋深 3 井联络线 412 的约稀疏脉冲反演波阻抗剖面图,图中 射层间的红色高阻抗层就是目标火山岩层,射层间的浅蓝色为烃源岩泥岩,纵向上井点处反演剖面与井波阻抗曲线对应很好,并且波阻抗剖面横向上变化特征与地震剖面一致,该区井统计的火山岩波阻抗门槛是 12750g/m/s,泥岩波阻抗门槛是 10800g/m/s,把大于 12750g/m/s 和小于 10800g/m/s 的波阻抗的样点累计并经速度转换,得到深度域火山岩储层预测平面图和烃源岩泥岩预测平面图,统计对比各井点预测与已知岩岩性厚度,预测相对误差低于 10%,这反映了该区储层预测精度较高,应用约束稀疏脉冲反演技术效果较好。太平屯三维工区区内只有 6 口井杏 72、杏 78、太 22、太 3、太 17 和太 14井,其目的层是扶杨油层,由于其为河流相沉积,河道砂单砂层厚度大部分在5m 以下,约束稀疏脉冲反演结果不能反映薄单砂层,只是砂泥薄互层组的反应,无法扣除泥岩的影响,因此砂岩预测精度不高。对于这种情况,在约束稀疏脉冲反演波阻抗结果上提取各目的层平面平均波阻抗属性,再应用其它软件如V 等进行储层预测。图 2 是扶余油层上部波阻抗属性平面图,这些平面属性与砂岩厚度相关系数高达 上,是用 软件进行储层预测的最佳属性。3、地质统计反演技术:(1) 、方法原理 一个集多种随机模拟技术的软件包,是以概率论为其理论基础的。其目的是提供一个或多个在某种概率条件下的,既满足数据的地质统计学特征又满足地质、测井和地震信息的三维储层参数概率模型。数据的地质统计学特征由数据的概率分布图和变异函数描述。由于地质统计模拟是基于概率意义上的随机模拟。为满足概率条件必须有足够多的井资料。软件要求的已知井数不少于 6 口。地质统计学主要的算法是岩性指示模拟和序贯高斯模拟技术(。序贯高斯模拟方法是一种产生来自高斯场模型实现的方法。它基于序贯模拟思想。该方法首先是将研究区域离散为网格系统,然后序贯地处理每一个网格节点。由于每个节点处随机变量是服从条件化的正态分布,因此,网格节点值完全由均值和方差两个参数确定。通过求解克里金方程组就可给出该网格节点处的均值和方差,从而将节点处的正态分布确定下来,并采用相应的抽样方法得到该网格节点处的一个样本。直至全部网格节点计算完毕。需要指出的是:求解克里金方程组时的条件数据包括原始数据,先前已模拟的、落在模拟邻域内所有被模拟的网格节点处的值。序贯高斯模拟方法是一种条件模拟,它保证原始数据和直方图及变异函数都被条件化。在地震储层预测中,每一道就是一个网格节点。在模拟过程中,需要求取的最典型的属性是波阻抗和孔隙度。地质统计学考虑了模拟过程中结果的不唯一因素,故而增加了结果的误差分析。通过用户定义方式在三维地质模型的每个网格节点上计算出的概率密度函数,可以计算出结果数据体。概率密度函数是数据体中能够对不确定性进行正常估算的参数分布规律。地质统计学反演对测井曲线的应用方式,与 它的反演方法截然不同。它反演方法再队测井曲线进行应用过程中,除子波估算外。只有在地震数据中没有低频信息时,在最终的反演结果中才会反映测井曲线的信息。然而地质统计学将重采样后的测井曲线沿井轨迹复制到三维网格点中。在这种方式下,测井曲线被认为是“型的信息,因此,在开展地质统计学反演之前,开展其它类型的常规反演就显得十分重要。只有这样,我们才能够确保曲线和地震数据具有一致性,代表了相同带限的地质模型。因此,地质统计学反演比其它类型的反演具有如下技术优势:1 小井距间的精细尺度内插2 能够进行误差估算,进而评价风险3 改善常规反演结果的分辨率4 能够生成岩性类型数据体,如砂岩和泥岩5 根据波阻抗进行基于岩性的孔隙度估算6 将高分辨率的井数据和低分辨率的地震数据联合应用7 可生成能够直接输入到油藏数值模拟软件的参数文件由于模拟可以拓展到岩石类型(如砂岩、泥岩) ,因此,序列指示模拟(以和序列高斯模拟(时进行。当反演目标的岩性类型可应用油藏特征参数进行区分时,可以选择应用序列指示模拟。当反演区域集中在井控范围内时,应用传统的地质统计学分析方法会取得很好的效果。它能保证输出的模拟结果和输入地震数据的差异在在预先定义的精确程度范围内。反演结果的合成记录与输入数据进行比较,符合程度较差的结果将不被接受。地质统计学反演结果的标准偏差较小,更重要的是:地质统计学反演能够在远离井或井控能力比较弱情况下发挥作用。在两种情况下地质统计学反演的结果将不被接受,而用户只能够选择接受所有与输入数据吻合程度教高的结果,拒绝与输入数据吻合程度低的结果。另外,为了避免陷入求解空间局部最小化问题,有时允许和原始数据不吻合程度增加的情况出现,此时,可以使用模拟退火技术。从液体到固体的平稳冷却过程所需要的温度函数中,模拟退火自身遵循物理守恒。其算法不同既克服了 辨率太低的缺点,又克服了层性过强的缺点,使得 反演结果更为真实地反映了地下地质特征。(2) 、应用效果 投入生产以来,一直发挥着巨大的作用,尤其是在中浅层、薄互层等项目的勘探开发中更是具有其它反演方法无可比拟的优越性。下图是利用 演的一幅伽玛剖面,从图中可清晰地看出地质统计学反演的优点,纵向上对薄层的分辨率较高,同时横向上变化比较自然,符合的地质规律4、随机反演技术:(1)原理方法随机反演技术已 震反演软件为代表。下面简单阐述一下该软件的随机反演原理和方法:机地震反演是通过对测井资料概率密度函数的求取来实现的,概率密度函数的求取是非常容易的事情,同时也是很稳定的,通常情况下,在井多,和井少的情况下,概率密度函数基本是稳定的(见图 1。另一方面,在分层的基础上通过窗口移动的办法,求取分段的方差,即波阻抗可能的分布范围,在井资料较多的情况下,可以直接采用分层统计的极值作为空间约束分布(见图 1。然后采用 核心算法——随机爬山法求取满足以上随机特征又满足地震响应的波阻抗序列。该技术除了可以实现对波阻抗序列的反演以外,还可以通过条件概率密度函数,建立波阻抗以外的其它测井序从而实现对其它储层测井参数的反演(2)应用实例:经过多个地震工区的实际应用,随机反演算法对于刻画厚度 5 米以上扶杨油层的砂体的效果相当好。如图 4 4图 4家北扶杨地层波阻抗剖面 图 4家北扶杨地层上部平均波阻抗平面图 若要准确刻画出厚度 5 米以下的砂体,则在随机反演的基础上再做地质统计反演,来提高反演结果的纵向分辨率,但前提是不能过多的牺牲反演结果的横向分辨率。地质统计反演的结果如图 家北扶杨地层经地质统计反演得出的波阻抗剖面
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