王 棟,賀振華,王 瓏,楊海濤,趙 堯,符志國

(1.中國石油天然氣集團公司川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司,四川成都610213;2.中國石油天然氣集團公司山地地震技術試驗基地,四川成都610213;3.成都理工大學地球物理學院,四川成都610059)

王棟,賀振華,王瓏,等.多波聯(lián)合反演技術在SC盆地PLN地區(qū)油氣勘探開發(fā)中的應用研究[J].石油物探,2017,56(6):-873

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多波聯(lián)合反演技術在SC盆地PLN地區(qū)油氣勘探開發(fā)中的應用研究

王 棟1,2,3,賀振華3,王 瓏1,2,楊海濤1,2,趙 堯1,2,符志國1,2

(1.中國石油天然氣集團公司川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司,四川成都610213;2.中國石油天然氣集團公司山地地震技術試驗基地,四川成都610213;3.成都理工大學地球物理學院,四川成都610059)

多波聯(lián)合反演是多波地震勘探的重要環(huán)節(jié)之一。從多波聯(lián)合反演的基本原理出發(fā),研究了該方法的特點及技術流程,并將該技術應用于SC盆地PLN地區(qū)某工區(qū)多波資料處理。首先對參與反演的子波提取方法進行了對比與選擇;然后利用近、中、遠3個角度域的子波進行連井線和全工區(qū)數(shù)據(jù)反演;最后利用該地區(qū)速度與孔隙度、速度與含氣飽和度擬合公式得到孔隙度和含氣飽和度預測結果。對多波聯(lián)合反演與單一縱波反演在有效儲層預測方面的實際應用效果進行了對比,結果表明,多波聯(lián)合反演可以增加對反演結果的約束條件,降低單一縱波反演的多解性,提高反演精度,對儲層的識別更加客觀可靠,可以有效提高油氣儲層預測的準確性。

多波地震勘探;子波提取;多波聯(lián)合反演;速度;孔隙度;含氣飽和度

隨著地震采集儀器精度的提高和地震數(shù)據(jù)處理技術的進步,多波多分量地震勘探技術得到了迅速發(fā)展和廣泛應用。多波聯(lián)合反演是多波地震勘探的重要環(huán)節(jié)之一。STEWART[1]將SMITH等[2]提出的PP波加權疊加方法推廣到聯(lián)合反演,首次給出了實用的縱橫波聯(lián)合反演方法,并得到了縱、橫波速度比等彈性參數(shù)。LARSEN等[3]在STEWART[1]研究的基礎上討論了同時反演縱、橫波阻抗的方法。楊紹國等[4]、李錄明等[5]、雍楊等[6]、王明春等[7-8]、黃中玉等[9]對聯(lián)合反演公式進行了研究,進一步利用多波信息聯(lián)合反演出巖性參數(shù)及更多的彈性參數(shù),據(jù)此對巖性進行有效識別。但是,由于在常規(guī)反演過程中增加了橫波參數(shù),反演算法更加復雜,對橫波資料品質(zhì)的要求更高,因此,學者們不斷研究推出新的思路、優(yōu)化算法及高質(zhì)量橫波資料處理方法。VEIRE等[10]討論了利用奇異值分解技術(SVD)進行縱橫波聯(lián)合三參數(shù)反演的方法,給出了該方法在實際數(shù)據(jù)處理中的應用效果。陳天勝等[11]提出了一種基于方向加速度最優(yōu)化和縱橫波速度比值掃描的縱橫波聯(lián)合反演方法。張春濤等[12]對縱橫波聯(lián)合反演方法的研究及應用進行了總結。HU等[13]利用縱波和轉(zhuǎn)換波聯(lián)合反演來估算密度比和速度比,并在反演過程中根據(jù)貝葉斯理論加入先驗信息,以改善反演的不適定性。侯棟甲等[14]進一步研究了基于貝葉斯理論的VTI介質(zhì)疊前多波聯(lián)合反演技術。杜啟振等[15]提出了基于橫縱波速度比值迭代的縱橫波聯(lián)合反演方法。張廣智等[16]提出了縱橫波聯(lián)合疊前自適應MCMC反演方法。黃中玉等[17]提出正交各向異性介質(zhì)中的多方位三維轉(zhuǎn)換波疊前時間偏移方法。尋超等[18]提出并利用多方向矢量中值濾波方法進行多分量地震數(shù)據(jù)的去噪處理。隨著研究的不斷深入,多波聯(lián)合反演技術被廣泛應用于各大勘探工區(qū),取得了良好的效果。如ZHANG等[19]對Pikes Peak油田3C-2D地震數(shù)據(jù)體進行了縱橫波聯(lián)合反演;王興建等[20]利用縱橫波聯(lián)合反演技術對蘇里格含氣性進行了檢測;程冰潔等[21]、黃躍等[22]對川西地區(qū)3C-3D地震數(shù)據(jù)體進行了聯(lián)合反演;付雷等[23]利用縱波和轉(zhuǎn)換波聯(lián)合反演技術對松遼盆地北部地區(qū)油氣藏分布進行了預測;李昂等[24]將縱、橫波聯(lián)合反演方法應用于海拉爾盆地貝39井區(qū)儲層描述。

SC盆地PLN地區(qū)須家河組主要為陸相地層,沉積環(huán)境復雜,埋藏時間較長,砂巖儲層致密化程度高,在測井曲線上呈“三低”特征(低孔隙度、低飽和度、低電阻率)。目前常用的地震反演預測技術雖然可以部分解決該區(qū)有效儲層的厚度及橫向分布預測問題,但因反演技術的局限性以及該區(qū)儲層的非均質(zhì)性較強,預測成果存在多解性。同時,利用伽馬反演技術進行巖性預測的結果存在較多爭議。

常規(guī)反演過程中,縱波參數(shù)來源于實際縱波資料,而橫波參數(shù)是由縱波參數(shù)和該地區(qū)的經(jīng)驗關系公式計算得到的,并不是實測的結果,勢必與縱波存在一定的相關性。因此,常規(guī)反演并沒有真正同時利用PP波與PS波的實測信息,從而忽略了縱橫波阻抗、縱橫波速度和地質(zhì)體密度之間內(nèi)在的聯(lián)系。事實上,縱波速度與橫波速度之間存在著線性關系(如Castagna泥巖公式[25]),縱波速度與地質(zhì)體密度之間也存在著密切聯(lián)系(如Gardner公式[26])。忽略縱波阻抗、橫波阻抗與密度之間的內(nèi)在聯(lián)系,將直接降低反演結果的精度和可靠性,最終影響儲層預測、巖性判斷、流體識別的準確性。本文通過多波聯(lián)合反演技術的應用,獲得SC盆地PLN地區(qū)縱波速度、橫波速度、密度、縱橫波速度比、泊松比以及拉梅常數(shù)等巖石物理參數(shù),為該區(qū)儲層和流體預測提供更為可靠的依據(jù)。

1 方法原理

多波聯(lián)合反演仍然沿用縱波反演框架,只是在反演目標函數(shù)上增加了轉(zhuǎn)換橫波誤差項,可以用(1)式表示:

(1)

式中:m表示待求解的模型目標參數(shù),J(m)表示目標函數(shù);SPP表示PP波合成記錄,DPP表示PP波地震記錄;E(SPP-DPP)表示PP波誤差能量函數(shù)項,E(SPS-DPS)為PS波誤差能量函數(shù)項。極小化目標函數(shù)即求解一組模型的參數(shù)使得合成記錄與地震記錄的誤差為最小。

Zoeppritz方程描述了精確的反射系數(shù)與地層彈性參數(shù)的關系[27],但該方程為隱式方程,不利于求解。FATTI等[28]對縱波與轉(zhuǎn)換波反射系數(shù)公式進行了簡化,使縱波、轉(zhuǎn)換波反射系數(shù)成為與速度、密度、入射角有關的函數(shù)。基于褶積模型,利用反射系數(shù)與地震子波合成地震記錄,則反射振幅成為入射角的函數(shù),即:

為增強反演解的穩(wěn)定性,利用以下對數(shù)線性關系進行約束:

對于多個入射角的道集,可將PP波、PS波地震記錄表示為:

(6)

將公式(6)進一步表示成:

(7)

2 技術流程

多波聯(lián)合反演的技術流程如圖1所示?？梢钥?/p>

出,多波聯(lián)合反演需要輸入6類數(shù)據(jù),分別為:縱波角度道集數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換波角度道集數(shù)據(jù)、縱波子波、轉(zhuǎn)換波子波、初始縱橫波速度及密度模型、測井速度及密度曲線。其中,初始縱橫波速度模型可以利用縱、橫波疊前時間偏移速度建立,初始密度模型利用密度測井曲線建立。測井曲線在反演過程中用于井控處理。

多波聯(lián)合反演的關鍵是子波的求取。子波形態(tài)的不同,會直接影響反演的結果。目前常用的子波求取方法有理論計算子波、地震資料提取子波和井震聯(lián)合提取子波,需要將不同子波的反演結果與測井結果進行對比,選擇適合工區(qū)實際的子波提取方法。其次是利用目的層段的測井曲線計算擬合對數(shù)線性關系的系數(shù)k,m。最后是進行連井數(shù)據(jù)試驗反演,判斷反演結果的準確性,完成整個工區(qū)數(shù)據(jù)體的反演計算。

圖1 多波聯(lián)合反演技術流程

3 實際應用效果分析

3.1 多波聯(lián)合反演技術在PLN地區(qū)的應用

在進行多波聯(lián)合反演之前,通常需要對縱波、轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)進行層位標定、層位對比解釋、層位匹配以及相應的巖石物理參數(shù)分析。PLN地區(qū)影響儲層預測精度的主要因素是難以區(qū)分低速泥巖和低速含氣砂巖。由于轉(zhuǎn)換橫波主要反映巖性變化,流體對其影響很小,因此,利用轉(zhuǎn)換波的特點并結合縱波資料,可以有效地進行巖性識別,去除泥巖的影響。

由于PLN地區(qū)須家河組儲層物性橫向變化較大,理論子波不適合該地區(qū)數(shù)據(jù)反演,因此需要對子波提取的方法進行比較和分析。具體做法是將提取的子波和利用測井曲線計算得到的波阻抗褶積,再計算與實際地震道的相關系數(shù),如果相關系數(shù)高,說明子波合理,反之則不合理。

圖2對比了井震結合方法與地震道統(tǒng)計方法提取子波的效果。其中圖2a是利用井震結合方法提取的子波制作的過41井、206井合成地震記錄(藍色)與實際地震記錄(紅色)對比結果,41井的相關系數(shù)為0.82,206井的相關系數(shù)為0.73;圖2b是采用地震道統(tǒng)計方法得到的子波制作的過41井、206井合成地震記錄(藍色)與實際地震記錄(紅色)對比結果,41井的相關系數(shù)為0.64,206井的相關系數(shù)為0.56?？梢钥闯?井震結合方法提取子波整體相關系數(shù)較高,故該方法更適合本工區(qū)數(shù)據(jù)反演。

在多波聯(lián)合反演過程中,需要考慮反演的時效性。通常的做法是將偏移后道集分成近、中、遠3個角度域,每個角度域提取一個子波,并通過目的層AVO正演分析確定最大角度的取值(圖3)。由圖3可以看出,在偏移距4300m左右,轉(zhuǎn)換波反射系數(shù)接近于0,在5000m以后,縱波反射系數(shù)出現(xiàn)畸變,因此最大偏移距選為4200m,此時的入射角為42°。

圖2 不同子波提取方法比較(藍色為合成地震記錄,紅色為實際地震記錄) a 井震結合方法; b 地震道統(tǒng)計方法

圖3 縱橫波AVO反射系數(shù)分析

將偏移后的縱波、轉(zhuǎn)換波道集抽取為角度道集,按照14°的間隔分為3個角度域,采用井震結合全局尋優(yōu)方法提取每個角度域的子波,如圖4和圖5所示?？梢钥闯?縱波子波主頻為45Hz左右,轉(zhuǎn)換波子波主頻為25Hz左右。利用提取的子波對PLN地區(qū)三維三分量資料連井線進行多波聯(lián)合反演試驗,再利用得到的阻抗和密度計算出相應的縱波速度和橫波速度,如圖6和圖7所示。縱波和橫波速度反演剖面均層次清晰,形態(tài)自然,與研究區(qū)河流相沉積砂包泥的地質(zhì)特征和測井資料吻合。

將縱、橫波速度反演結果與實際測井曲線進行對比,如圖8所示?？梢钥闯?多波聯(lián)合反演得到的橫波速度曲線較單一縱波反演與實際測井曲線的趨勢一致性更好,從而更能反映地層在縱向上的物性變化,揭示巖性和儲層的分布。

由于縱波速度受流體影響較大,因此在有利巖性和儲層分布區(qū)域內(nèi),可以利用反演得到的縱波速度擬合儲層孔隙度和含水(氣)飽和度等參數(shù)。將研究區(qū)測井孔隙度和含水飽和度與砂巖縱波速度進行交會分析,如圖9所示,色標為泥質(zhì)含量。通過數(shù)據(jù)擬合得到孔隙度和含水(氣)飽和度與速度的關系:

圖4 縱波(a)、轉(zhuǎn)換波(b)角度道集

圖5 縱橫波不同角度域子波及頻譜 a 縱波子波; b 轉(zhuǎn)換波子波; c 縱波子波頻譜; d 轉(zhuǎn)換波子波頻譜

圖6 PLN地區(qū)連井線縱波速度聯(lián)合反演

(6)

(7)

圖7 PLN地區(qū)連井線橫波速度聯(lián)合反演

圖8 縱、橫波速度反演結果與測井曲線對比 a 111井; b 107井

圖9 測井孔隙度(a)和含水飽和度(b)與砂巖縱波速度交會分析

圖10為利用為多波聯(lián)合反演得到的縱波速度由公式(6)計算得到的連井線孔隙度預測結果,可見優(yōu)質(zhì)儲層分布與井對應良好。圖11為由公式(7)所示流體飽和度與縱波速度的擬合關系得到的含氣(水)飽和度預測剖面,高含氣部位與氣井對應關系較好。儲層和流體預測結果均表明,多波聯(lián)合反演能夠較好地刻畫目標層地質(zhì)情況。

為了提高多波聯(lián)合反演的儲層厚度預測精度,通常在地震數(shù)據(jù)基礎上加入測井資料對其進行約束,即增加了高頻信息。研究區(qū)目的層主要為薄互層砂體,將多波聯(lián)合反演的結果與實際測井資料進行對比,如表1所示?？梢钥闯?在該區(qū)已知5口井中,多波聯(lián)合反演得到的目標層段總儲層厚度與實際鉆井情況更加接近,整體效果優(yōu)于單一縱波預測結果,預測符合率達到100%,厚度預測誤差小于5m,孔隙度預測誤差小于1.0%,含氣飽和度預測誤差小于0.5%。

圖10 連井線孔隙度預測

圖11 連井線含氣(水)飽和度預測

井名油氣產(chǎn)量/(104t)測井解釋厚度/m縱波預測厚度/m多波預測厚度/m測井解釋孔隙度，%縱波預測孔隙度，%多波預測孔隙度，%測井解釋含氣飽和度，%縱波預測含氣飽和度，%多波預測含氣飽和度，%9井氣：0．318水：36．00010．87．09．07．17．47．2455548107井氣：52．00017．020．018．08．18．58．2585560111井干井0．54．02．06．16．36．2404040128井干井10．17．511．06．56．56．5495050113井氣：19．50010．68．011．07．67．87．7615056

在上述研究的基礎上,對全區(qū)數(shù)據(jù)進行反演計算,得到了縱波阻抗、橫波阻抗和密度的三維數(shù)據(jù)體,如圖12所示。

利用反演得到的阻抗和密度,計算出縱、橫波速度,再利用研究區(qū)速度與含水飽和度擬合公式(7)計算出含水飽和度。圖13為目的層含氣(水)飽和度預測平面圖,圖中含氣飽和度大于44%的紅色-黃色為含氣飽和度高的含氣有利區(qū),綠色為含氣飽和度中等的含氣較有利區(qū),藍色為含氣飽和度低的含氣不利區(qū)?？梢钥闯?大部分工業(yè)氣井都處于含氣飽和度大于44%的紅色-黃色含氣有利區(qū)。利用試驗區(qū)塊內(nèi)5口測試井資料(未參與反演),對含氣性預測結果的準確性進行了評價,如表2所示。5口驗證井中有4口井與鉆井吻合,符合率80%,唯有002-2-X1井測試為干井,在圖上卻處于含氣性較高的有利區(qū)。綜合前文所述中參與反演的5口井,共計10口井中有9口井與鉆井吻合,符合率90%。

圖12 縱橫波阻抗、密度多波聯(lián)合反演數(shù)據(jù)體 a 縱波阻抗; b 橫波阻抗; c 密度

圖13 PLN地區(qū)目的層預測的含氣飽和度平面分布

3.2 與單一縱波反演方法效果對比

將多波聯(lián)合反演的縱橫波阻抗與單一縱波反演的結果進行了對比,如圖14所示。整體面貌上兩者較為一致,但是聯(lián)合反演結果的分辨率有所提高(圖14 中紅色圓圈處所示)。兩種方法反演的縱波阻抗差異相對較小,但聯(lián)合反演的橫波阻抗縱、橫向?qū)哟蚊黠@變得更加清晰,表明橫波振幅信息發(fā)揮了較大作用。

圖15對比了多波聯(lián)合反演與單一縱波反演的橫波速度剖面。圖15a中橢圓處單一縱波反演的結果為橫波速度降低,意味該處存在巖性變化,而此處多波聯(lián)合反演結果則相反,橫波速度變化不大,說明不存在巖性變化(圖15b)。若基于圖15a所示反演結果進行孔隙度計算,橢圓處目標體將作為非儲層被去除,如圖16a所示。若基于圖15b所示反演結果進行孔隙度計算,則橢圓處目標體將作為高孔儲層被保留,如圖16b所示。與實際鉆井結果進行對比(該井為日產(chǎn)52×104m3的高產(chǎn)氣井)可知,多波聯(lián)合反演結果所表現(xiàn)出的高孔儲層特征更加符合實際情況。同時,單一縱波反演的結果有大量泥巖沒有被去除;而多波聯(lián)合反演則很好地去除了泥巖等非儲層的影響,有效地提高了儲層預測的精度。

表2 PLN地區(qū)含氣性預測結果準確性評價

圖14 多波聯(lián)合反演與單一縱波反演縱、橫波阻抗對比 a 單一縱波反演縱波阻抗; b 多波聯(lián)合反演縱波阻抗; c 單一縱波反演橫波阻抗; d 多波聯(lián)合反演橫波阻抗

圖15 多波聯(lián)合反演與單一縱波反演的橫波速度剖面對比 a 單一縱波反演; b 多波聯(lián)合反演

圖16 多波聯(lián)合反演與單一縱波反演的孔隙度剖面對比 a 單一縱波反演; b 多波聯(lián)合反演

4 結束語

多波聯(lián)合反演由于利用實際轉(zhuǎn)換橫波資料增加了對反演結果的約束條件,因此,能獲得較高精度的反演參數(shù),去除泥巖等非儲層的影響,顯著提高了反演結果的可靠性和精度。多波聯(lián)合反演技術在SC盆地PLN地區(qū)的應用有效地降低了單一縱波反演預測的多解性,較好地刻畫了目的層的地質(zhì)情況,為須家河組致密砂巖氣藏的預測提供了可靠的依據(jù)。

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(編輯：戴春秋)

Applicationofmulti-wavejointinversioninexplorationanddevelopmentofoilandgasinthePLNareaofSCBasin

WANG Dong1,2,3,HE Zhenhua3,WANG Long1,2,YANG Haitao1,2,ZHAO Yao1,2,FU Zhiguo1,2

(1.GeophysicalProspectingCompany,CNPCChuanqingDrillingEngineeringLimitedCompany,Chengdu610213,China;2.MountainGeophysicalTechnologyTestCenter,CNPC,Chengdu610213,China;3.CollegeofGeophysics,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China)

Multi-wave joint inversion is an important step in multi-wave seismic exploration.In this paper,the basic principle and technical process of multi-wave joint inversion are introduced,and the technique is applied to process multi-wave data from the SC basin.In the process of application,this study initially compares and selects the wavelet extraction method.Subsequently,the inversion of the well profile and the entire work area was carried out using the obtained wavelet in the near,middle,and far angles.Then,the prediction porosity and gas saturation were estimated by the velocity and porosity,and velocity and gas saturation fitting formula,respectively.Finally,the multi-wave joint inversion and the single P-wave inversion were compared with respect to the effective reservoir prediction.The results showed that multi-wave joint inversion could increase the constraints on inversion,reduce the multi-solution of the single P-wave inversion,improve the inversion accuracy,and make the reservoir identification more objective and reliable,thus effectively improving the accuracy of oil and gas reservoir prediction and development.

multi-wave seismic exploration,wavelet extraction,multi-wave joint inversion,velocity,porosity,gas saturation

2017-02-08;改回日期2017-05-08。

王棟(1984—),男,碩士,工程師,現(xiàn)從事多波地震勘探技術研究工作。

國家科技重大專項(2011ZX05019-008)和國家自然科學基金項目(41374111)共同資助。

This research is financially supported by the National Science and Technology Major Project of China (Grant No.2011ZX05019-008) and the National Natural Science Foundation of China (Grant No.41374111).

P631

A

1000-1441(2017)06-0863-11

10.3969/j.issn.1000-1441.2017.06.012