約束稀疏脈沖波阻抗反演在油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

1、約束稀疏脈沖波阻抗反演在油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用 朱金富 , 于炳松 , 姚紀(jì)明 , 聶保鋒 , 阮壯(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 , 北京 100083摘要 :綜合研究區(qū)地質(zhì) 、 地震 、 測(cè)井 、 錄井等各類(lèi)信息 , 從測(cè)井約束稀疏脈沖波阻抗的反演技術(shù)的 基本原理出發(fā) , 探討了反演過(guò)程中測(cè)井資料的標(biāo)準(zhǔn)化處理 、 地震子波的提取 、 時(shí)深關(guān)系的轉(zhuǎn)化以及初始 波阻抗模型的建立等四個(gè)主要的技術(shù)環(huán)節(jié) 。 綜合分析了研究區(qū)雙陽(yáng)組二斷重點(diǎn)圈閉區(qū)塊砂體的發(fā)育和 分布情況 , 探討了同一構(gòu)造圈閉上不同井位失利的原因 , 。 關(guān)鍵詞 :稀疏脈沖 ; 波阻抗反演 ; 子波 ; 波阻抗模型隨著油氣田

2、勘探開(kāi)發(fā)難度的不斷增大 , 油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中的精細(xì)油氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)顯得越來(lái)越重要 。這一背景下 ,的發(fā)展和完善 , ,合運(yùn)用地震 ,。 目前油氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)常用的方法有波形振幅法 、 波阻抗反演法 、 頻譜分析法等 1,2。 約束稀疏脈沖波阻抗反演法是從反射地震資料導(dǎo)出的一項(xiàng)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)反演技術(shù) 3, 它把測(cè)井和地震資料結(jié)合起來(lái) , 充分利用了測(cè)井資料縱向分辨率高 、 地震剖面橫向分辨率高這兩大優(yōu)點(diǎn) , 因此反演出的波阻抗剖面集地震剖面的橫向連續(xù)可追蹤性 、測(cè)井資料垂向高分辨率性以及地質(zhì)剖面的直觀性于一體 , 提高了含油砂體縱向風(fēng)辨率和橫向展布范圍的精度 , 為精細(xì)的油氣儲(chǔ)層研究提供可靠的信息 , 為勘探開(kāi)

3、發(fā)指出有利方向 。1約束稀疏脈沖波阻抗反演的基本原理約束稀疏脈沖波阻抗反演是基于稀疏脈沖反褶積的遞推反演方法 , 其基本假設(shè)是地層的強(qiáng)反射系數(shù)是稀疏的 , 即地層反射系數(shù)由一系列疊加于高斯背景上的強(qiáng)軸組成 。 該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是能獲得寬頻帶的反射系數(shù) , 能較好地解決地震記錄的欠定問(wèn)題 , 從而使波阻抗反演得到的數(shù)據(jù)更趨于真實(shí) 4,5。從算法上 , 約束稀疏脈沖波阻抗反演的計(jì)算流程可分為三步 :111反射系數(shù)反演采用最大似然反褶積進(jìn)行反射系數(shù)的反演 , 最大似然反褶積對(duì)地層的假設(shè)認(rèn)為 :地層的反射系數(shù)是由較大的反射界面的反射和具有高斯背景的小反射疊加組合而成 , 導(dǎo)出一個(gè)最小目標(biāo)函數(shù) :J =

4、 R 2 2LK =1r 2(K +N 22LK =1n 2(K -2M L n ( -2(L -M L n (1- (1 式 中 , R 2和 N 2分別為反射系數(shù)和噪音的均方 值 ; r (K 和 n (K 表示第 K 個(gè)采樣點(diǎn)的反射系數(shù)和噪 音 ; M 表示反射層數(shù) ; L 表示采樣總數(shù) ; 表示給定 反 射系數(shù)的似然值 。 通過(guò)多次迭代 , 求取反射系 數(shù) 6。112根據(jù)反射系數(shù)的反演結(jié)果 , 結(jié)合阻抗趨勢(shì)計(jì)算 一個(gè)初始的波阻抗根據(jù)最大似然反褶積計(jì)算得到的反射系數(shù) , 結(jié) 合初始阻抗模型 , 采用遞推算法 , 反演得到初始的波 阻抗模型 :Z (i =Z (i -1 1-R (i (2

5、為第 i (i 為第 i 層的 1算出的初始波阻抗進(jìn)行調(diào)整 , 包括對(duì)反射系數(shù)的調(diào) 整 。 目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)為 :F =L p (r +L q (s -d +-1L 1 Z (3 式中 , r 為反射系數(shù)序列 ; Z 為與阻抗趨勢(shì)的 差序列 ; d 為地震道序列 ; s 為合成地震道序列 ; 為 殘差權(quán)重因子 ; 為趨勢(shì)權(quán)重因子 ; p 、 q 為 L 模因子 。 具體的 , 方程 3第一項(xiàng)反映了反射系數(shù)的絕對(duì)值和 , 第二項(xiàng)反映了合成聲波記錄與原始地震數(shù)據(jù)的差 值 , 第三項(xiàng)為趨勢(shì)約束項(xiàng) 。 可以看出 , 約束稀疏脈沖反演是基于地震道的 反演 , 它的實(shí)質(zhì)就是在阻抗趨勢(shì)的約束下 , 用最少數(shù) 目

6、的反射系數(shù)脈沖達(dá)到合成記錄與地震道的最佳匹 配 。2約束稀疏脈沖波阻抗反演流程約束稀疏脈沖波阻抗反演流程如圖 1所示 , 首 先對(duì)地震資料詳細(xì)分析 , 提取地震子波 , 并對(duì)地震層 位進(jìn)行精細(xì)解釋 , 以保證建立正確的地層格架模型 。 在對(duì)測(cè)井資料分析過(guò)程中 , 首先對(duì)測(cè)井曲線做標(biāo)準(zhǔn) 化分析 , 結(jié)合提取的地震子波 , 制作精細(xì)的合成記 錄 , 以保證時(shí)間域深度域相互轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性 。 在地 層格架模型的基礎(chǔ)上 , 結(jié)合合成記錄 , 建立初始波阻 抗模型 。 以三維地震資料為基礎(chǔ) , 利用地震子波和初 始波阻抗模型的約束條件 , 進(jìn)行波阻抗反演 , 最后得 出精細(xì)的反演資料 。圖 1約束稀疏脈沖

7、波阻抗反演流程3主要技術(shù)環(huán)節(jié)約束稀疏脈沖波阻抗反演實(shí)質(zhì)上是地震測(cè)井 聯(lián)合反演 , 是以測(cè)井資料豐富的高頻信息和完整的 低頻成分來(lái)補(bǔ)充地震有限帶寬的不足 , 是用已知地 質(zhì)信息和測(cè)井資料作為約束條件反演得到高分辨率 411內(nèi)蒙古石油化工 2008年第 14期 收稿日期 :2008-03-15作者簡(jiǎn)介 :朱金富 (1978- , 男 , 漢族 , 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) (北京 在讀博士 , 研究方向 :含油氣盆地沉積學(xué) 。的地層波阻抗資料 。 因此 , 在對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層進(jìn)行測(cè)井約 束地震反演之前 , 對(duì)其基礎(chǔ)資料進(jìn)行綜合分析和測(cè) 井資料的校正是必要的 , 也是必需的 。 只有根據(jù)研究 區(qū)域?qū)嶋H資料情況和地質(zhì)特

8、點(diǎn)選擇合適的反演方 法 , 建立盡可能接近實(shí)際地層情況的波阻抗模型 , 這 樣才能提高反演結(jié)果的精度 , 使反演結(jié)果真實(shí)可 靠 7。 約束稀疏脈沖波阻抗反演主要有 4個(gè)技術(shù)環(huán) 節(jié) 。 3. 1測(cè)井資料標(biāo)準(zhǔn)化處理由于測(cè)井資料是在不同的時(shí)間和條件下利用不 同的儀器進(jìn)行測(cè)量的 8, 因此存在隨機(jī)誤差和系統(tǒng) 誤差 。 為了減少或消除這些誤差 , 必須對(duì)測(cè)井資料進(jìn) 行標(biāo)準(zhǔn)化處理 , 主要包括環(huán)境校正 、 深度校正和刻度 校正等 。 測(cè)井資料的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)際上是刻度標(biāo)準(zhǔn)化 , 其 過(guò)程就是選擇分布穩(wěn)定的巖性 , 個(gè)點(diǎn) 。 , 性 、 電性大致相同 。 3. 2子波的提取是反演的關(guān)鍵步驟 9。 首先利用地 震資

9、料和測(cè)井資料提取子波的振幅譜和相位譜 (圖 2 , 然后利用振幅譜和相位譜的信息合成一個(gè)理論 雷克子波 。 用理論子波合成的記錄進(jìn)行層位標(biāo)定 。 若 標(biāo)定不符時(shí) , 需重新修改時(shí)深關(guān)系和提取子波 , 用新 的子波制作合成記錄 , 重新修正井的時(shí)深關(guān)系 。 如此 反復(fù) , 直至得到相位振幅譜變化穩(wěn)定的子波 , 同時(shí)得 到與井旁道相關(guān)性最好的合成記錄 。由于是多井反演 , 同一個(gè)工區(qū)地震資料的相位 在時(shí)間和空間上的變化是不會(huì)太大的 。 根據(jù)此原則 , 如果子波的變化太大 , 則認(rèn)為所提取的子波不合理 。 子波長(zhǎng)度根據(jù)資料的信噪比 、 頻率特征等因素 , 通過(guò) 反復(fù)試驗(yàn)來(lái)確定 。 3. 3時(shí)間域 -

10、深度域關(guān)系的確定地震 -地質(zhì)層位標(biāo)定是地震解釋和反演的基 礎(chǔ) 10。合成地震記錄是把地震資料和測(cè)井資料聯(lián)系 起來(lái)的橋梁 , 其目的是利用測(cè)井資料的高分辨率精 確標(biāo)定各巖性界面在地震剖面上的反射位置 。 層位 標(biāo)定的準(zhǔn)確與否將直接影響到反演的結(jié)果 。根據(jù)鉆井地質(zhì)分層 , 利用測(cè)井井旁地震子波并 參考研究區(qū)速度 , 制作井的合成地震記錄 (圖 3 。在 標(biāo)定的過(guò)程中 , 要充分利用測(cè)井曲線和地質(zhì)認(rèn)識(shí) , 對(duì) 個(gè)別井進(jìn)行改造 , 以達(dá)到最大限度的對(duì)應(yīng) ; 同時(shí)對(duì)目 的層的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析 , 使相關(guān)系數(shù)大于 70%。 按 標(biāo)定后的時(shí)間 -深度關(guān)系進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換 , 同時(shí)對(duì)各 井的時(shí)深關(guān)系曲線進(jìn)行了交匯

11、對(duì)比 , 以便取得研究 區(qū)正確的時(shí)深轉(zhuǎn)換關(guān)系 。圖 2研究區(qū)地震波頻譜特征3. 4初始波阻抗模型的建立初始波阻抗模型建立的過(guò)程 , 實(shí)際上就是把橫 向上連片變化的地震界面信息與高分辨率的測(cè)井波 阻抗信息相結(jié)合的過(guò)程 , 它是反演過(guò)程中相當(dāng)重要 的一步 11。測(cè)井資料在縱向上詳細(xì)揭示了巖層的波 阻抗變化細(xì)節(jié) , 地震資料則連續(xù)記錄了波阻抗界面 的深度變化 , 二者的結(jié)合 , 為精確地建立空間波阻抗 模型提供了必要的條件 。初始模型的橫向分辨率取決于地震層位解釋的 精細(xì)程度 , 縱向分辨率受地震采樣率的限制 , 為了能 較多地保留測(cè)井的高頻信息 , 反映薄層的變化細(xì)節(jié) , 通常要對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行加密

12、采樣 。 加密地震道采樣 率雖然沒(méi)有給地震數(shù)據(jù)增加任何新的信息 , 卻使得 測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)按地震采樣率重新采樣后不會(huì)失去薄層信 息 , 為地震反演提供了一個(gè)高分辨率的約束條件 。 4應(yīng)用實(shí)例劉 3井區(qū)位于伊通地塹五星構(gòu)造帶上 , 其中雙 陽(yáng)組是研究區(qū)主要的產(chǎn)油層位 。 在對(duì)研究區(qū)進(jìn)行精 細(xì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)之前 , 我們首先對(duì)研究區(qū)不同層位的各 井 油 氣 顯 示 情 況 作 了 統(tǒng) 計(jì) , 其 中 在 雙 陽(yáng) 組 二 段 (E 2S 2 , 劉 2井在 2921. 42930m (E 2S 2 深處 , 獲得 0. 33噸 日原油 , 而劉 1井 , 劉 5井在該層段均沒(méi)有 油氣顯示 。 在對(duì)整個(gè)研究區(qū)進(jìn)行

13、波阻抗反演的同時(shí) , 在局部構(gòu)造圈閉上 , 利用約束稀疏脈沖波阻抗反演 技術(shù) , 分析同一有利圈閉上不同井位失利的原因 。通過(guò)精細(xì)的構(gòu)造解釋 , 利用變速成圖技術(shù) , 得出 研究區(qū)雙陽(yáng)組二段頂部構(gòu)造圖 , 從構(gòu)造圖上可以清 晰的看出 :劉 2井和劉 1井 , 劉 5井位于同一個(gè)構(gòu)造 圈閉上 , 即劉 1斷背斜 (圖 4 。 通過(guò)統(tǒng)計(jì)研究區(qū)雙陽(yáng) 組二段各井的產(chǎn)油情況 , 雖然劉 2井 , 劉 1井 , 劉 5井 均在同一個(gè)有利的構(gòu)造圈閉上 , 但是僅有劉 1井在 該層段有油氣顯示 。為了分析劉 1井和劉 5井失利的原因 , 利用約束 稀疏脈沖波阻抗反演技術(shù)對(duì)雙陽(yáng)組二段的砂體變化 作了進(jìn)一步的分析

14、 , 得到 L 1 L 5 L 2連井波阻抗 反演剖面 (圖 5 , 發(fā)現(xiàn) L 2井的含油砂層在橫向上變 化很快 。 在劉 2井含油砂體平面分布圖上 , 該砂體的 分布也很局限 (圖 6 。 由反演剖面可以看出 , 劉 1井 和劉 5井均不在劉 2井含油砂體上 ( 圖 4 , 這是造成 劉 1井和劉 5井失利的原因 。由此可見(jiàn) , 約束稀疏脈 沖波阻抗反演為精細(xì)的油氣儲(chǔ) 層 研 究 提 供 可 靠511 2008年第 14期 朱金富等約束稀疏脈沖波阻抗反演在油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用的信息 , 為下一步的勘探開(kāi)發(fā)提供了有利的方向 。5結(jié)論測(cè)井約束稀疏脈沖波阻抗反演之前 , 必須對(duì) 研究區(qū)的地震資料和測(cè)井

15、資料進(jìn)行處理和校正 , 進(jìn) 行子波提取是反演的關(guān)鍵步驟 。合成地震記錄的標(biāo)定是聯(lián)系地震資料和測(cè)井 數(shù)據(jù)的紐帶 , 是進(jìn)行時(shí)間域深度域相互轉(zhuǎn)換的關(guān) 鍵 。測(cè)井約束稀疏脈沖波阻抗反演 , 結(jié)合了測(cè)井 資料縱向分辨率高和地震剖面橫向分辨率高的信 息 , 不僅能反映橫向上砂體的展布范圍 , 也大大提高 了砂體的縱向分辨率 。在沉積相研究和構(gòu)造圈閉研究的指導(dǎo)下開(kāi)展 測(cè)井約束稀疏脈沖波阻抗反演 , 將使精細(xì)的儲(chǔ)層預(yù) 測(cè)結(jié)果更加符合地質(zhì)規(guī)律 , 對(duì)同一圈閉范圍內(nèi)不同 砂體的分布規(guī)律刻畫(huà)更加清晰 , 為油氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提 供了可靠信息 , 為研究區(qū)的勘探開(kāi)發(fā)提供有利方向 。參考文獻(xiàn) 1潘元林 . 油氣地質(zhì)地球物理

16、綜合勘探技術(shù)M . 北京 :地震出版社 , 1998.2 M itchum J r R M . V a il P R . T hom p son M .Seis m ic stra tig rap hy and g l oba l changes of sea level :T he depo siti ona l sequence a s a ba sic un it fo r stra tig rap h ic ana lysis A . Payl on C E . Seis m ic stra tig rap h ic app lica ti on s of hyd roca rbon

17、exp l o ra ti on AA PG M e m o ri C . L ondon :Geo l og ica lSociety Sp ecia l Pub lica ti on . 1997. 26:5362.3劉雯 1林場(chǎng)油氣田開(kāi)發(fā)地震技術(shù) M . 北京 :石油工業(yè)出版社 , 1992.4安鴻偉 , 李正文 , 李仁甫等 . 稀疏脈沖波阻抗反演在 YX 油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用 J . 石油物探 , 2002, (1 :5657.5 Pebecca B L , R ick D . A n in terp reters gu ideto understand ing and w o rk i

18、ng w ith seis m ic -derived acou stic i m p edance da ta J . T helead ing edge , 2002, (3 :246255. 6黃緒德 . 反褶積與地震道反演 M . 北京 :石油工業(yè)出版社 , 1992, 5658.7李慶忠 . 走向精確勘探的道路 M . 北京 :石油工業(yè)出版社 , 1993, 110154. 8魯紅 , 李建民 , 劉情山等 . 進(jìn)行聲波冊(cè)竟資料校正的一種方法 J 1大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā) , 1996, 15(1 :7173.9梁光河 . 地震子波提取方法研究 J . 石油物探 , 1998. 37(1

19、 :3139.10郝銀全 , 潘懋 , 李忠權(quán)等 . J a son 多井約束反演技術(shù)在油汽儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用 J . 成都 理工大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 , 2004, 31(3 :297300.11王波 . 測(cè)井約束地震反演技術(shù)分析及其應(yīng)用J . 斷塊油氣田 , 2006, 31(5 :2324.Appl i ca ti on of Restr i cti on Sparse Sp ite I nversi on i n Reservo i r Esti m a teZH U J in -f u , YU B ing -song , YA O J i -m ing , N IE B ao -f

20、 eng , RUA N Z huang(Sta te Key L abo ra to ry of Geo l og ica l P rocesses and M inera l R esou rces ,Ch ina U n iversity of Geo sciences , B eijing , 100083Abstract :O n the basis of info r m ati on in geo logy , seis m and logging , by the p rinci p le of Jason inversi on , th is article discusses four p ivo tal techniques , such as stand