疊前隨機反演方法及其在薄層預測中的應用

摘 要

摘要：在鉆井數(shù)量相對少的情況下，充分挖掘利用地震信息來為海洋油氣勘探開發(fā)服務則關重要。疊前隨機反演技術是一種將疊前AVA同步反演與隨機模擬理論有機結合的反演方法，不但考
摘要：在鉆井數(shù)量相對少的情況下，充分挖掘利用地震信息來為海洋油氣勘探開發(fā)服務則關重要。疊前隨機反演技術是一種將疊前AVA同步反演與隨機模擬理論有機結合的反演方法，不但考慮了地下地質的隨機特性，而且充分利用了疊前地震資料中與儲層變化特征有關的地質信息，產生多種彈性參數(shù)體的多個等概率的預測結果。該結果既符合輸入數(shù)據(jù)的地質統(tǒng)計學特征，且又受地質模型的約束，真正融合了測井數(shù)據(jù)的垂向分辨率高和地震數(shù)據(jù)橫向分辨率高的優(yōu)勢?；趯δ虾氣田的地質認識，綜合地質、測井和2個限角度疊加地震數(shù)據(jù)體，通過疊前隨機反演技術得到了高分辨率的縱波波阻抗、縱橫波速度比、密度以及泊松比、拉梅常數(shù)等一系列巖石彈性參數(shù)，同時，還直接得到儲層巖性(砂、泥巖等)、物性(孔隙度、含水飽和度等)數(shù)據(jù)體，直觀地展示出儲層的空間分布，薄層砂體和砂泥互層都十分清楚，為該區(qū)沉積微相和儲層非均質性的研究以及開發(fā)風險評價奠定了基礎。
關鍵詞：海洋地震勘探；疊前隨機反演；高分辨率；儲集層；參數(shù)；非均質性
    隨著油氣勘探領域的不斷拓展，巖性地層油氣藏已在我國油氣儲量和產量中都占有非常重要的地位[1]。這就不僅要求得到精確的地下構造成像，更希望獲得巖性和流體分布的成像，彈性參數(shù)在其中起著重要的作用。而常規(guī)測井約束地震反演技術只能反演出縱波波阻抗參數(shù)[2]，自Connolly提出彈性阻抗概念以來[3～4]，彈性阻抗反演技術得到了廣泛應用，2000年以后又出現(xiàn)了疊前AVA同步反演技術，它豐富了巖性和流體識別方法，在縱波波阻抗對砂、泥巖反應不敏感的地區(qū)更具有實用價值。而隨機地震反演技術早在1992年Bortoliand就提出來了，但由于該方法計算過程復雜、運算時間長，起初并沒有得到推廣應用，直到近年來隨著計算機技術的快速發(fā)展，該方法才得到了越來越廣泛的應用。
1方法原理與特色技術
1.1 疊前隨機反演方法原理
隨機地震反演是確定性反演方法和隨機模擬理論相結合的產物，在此只探討基于疊前AVA同步反演和序貫高斯協(xié)模擬技術的疊前隨機反演方法。該方法首先需進行疊前AVA同步反演，即運用稀疏脈沖反演和基于模型反演的思想對多個限角度疊加道集進行測井約束的同時反演，得到縱波波阻抗、橫波波阻抗(或縱橫波速度比)和密度數(shù)據(jù)體，進而計算得出泊松比、拉梅常數(shù)等一系列彈性參數(shù)。然后開展隨機反演，在隨機反演過程中首先劃分每一層的巖性類型(砂、泥巖等)和個數(shù)，接著分別對每一層的每種巖性的多種屬性數(shù)據(jù)進行直方圖統(tǒng)計，確定其分布概率密度函數(shù)，并進行變差函數(shù)的擬合和各屬性數(shù)據(jù)之間相關關系分析。這些統(tǒng)計分析工作首先針對測井曲線去做，得到相應變量縱向上的統(tǒng)計特征，再對疊前AVA同步反演的屬性體進行統(tǒng)計分析，得到橫向上的分布特性。準備好這些基礎數(shù)據(jù)后就可以沿隨機路徑進行序貫高斯協(xié)模擬了。在模擬時，先基于變差函數(shù)用克里金法求取待反演道的概率分布；再按高斯分布隨機采樣形成N個反演道，并生成N個合成記錄；然后逐一與實際地震道進行比較，找出最吻合的合成道，其對應的反演結果即為解；接著將反演結果加入到已知數(shù)據(jù)中，反演下一道，所有道都計算完就為一個實現(xiàn)。這樣就可以得到巖性、物性及多種屬性數(shù)據(jù)的多個等概率的實現(xiàn)。盡管每次實現(xiàn)整體分布相似、細節(jié)各不相同，但都滿足在井點處與測井曲線一致、在井間符合地震數(shù)據(jù)和已知信息的地質統(tǒng)計規(guī)律。
1.2 橫波測井資料擬合
    疊前AVA同步反演方法需要參與計算的每口井上都有橫波速度資料，但實際情況并非所有井都測有橫波資料，因此需要對沒有測量橫波資料的井作橫波速度的預測。關于橫波預測現(xiàn)在有很多種方法，本次研究的橫波擬合采用Xu-White Approx方法完成的。首先選取有橫波資料的參數(shù)井，用Xu-White Approx方法擬合出縱波速度和橫波速度；接著調整巖石物理模型，盡量使擬合的縱、橫波速度與實際測量的曲線吻合，從而確定巖石物理參數(shù)；最后利用上面確定好的巖石物理參數(shù)擬合無橫波資料井的橫波速度。
1.3 遠角度地震數(shù)據(jù)體的時差校正
由于不同角度部分疊加的地震資料之間存在時差，為了保證最后反演結果的質量，需要對地震資料進行時差校正。在校正的過程中，采取了如下步驟：①確定一些校正基準面(如地震解釋層位)，并計算不同角度部分疊加地震數(shù)據(jù)間的相關系數(shù)；②上下移動各基準面之間的地震，分別計算相關系數(shù)，最大相關系數(shù)時的移動量就是所需的校正量；③用計算的校正量對遠角度地震數(shù)據(jù)進行校正，而近角度地震數(shù)據(jù)保持不變。
1.4 分角度子波提取
    子波提取是同步反演流程中要求最嚴格的一步，因為每個子波的形態(tài)、相位譜和頻帶范圍強烈地影響到反演的結果，直接影響儲層性質的判斷。每個限角度疊加地震數(shù)據(jù)的子波估計使用的是相應角度的合成彈性阻抗曲線。通過反演，每個子波都能在振幅、頻率和相位上與各自的地震數(shù)據(jù)體相匹配，這樣才能保證反演屬性體可以很好地用測井數(shù)據(jù)進行刻度、檢測異常。
1.5 數(shù)據(jù)空間結構分析和理論變差函數(shù)擬合
    經典地質統(tǒng)計學通常采用均值、方差等參數(shù)來表征地質參數(shù)的變化特征，但這些量只能概括地質體某一特征的全貌，卻無法反映局部變化特征及特定方向的變化特征，而這些特征對地質研究往往極為重要，為此在地質統(tǒng)計學中引入了一個全新的工具——變差函數(shù)，它能夠反映地質變量的空間變化特征(相關性和隨機性)，特別是它能透過隨機性反映區(qū)域化變量的結構性，因此也稱作結構函數(shù)[5]。
    在地質統(tǒng)計學中變差函數(shù)不僅是許多地質統(tǒng)計學計算的基礎，同時它能獨立地反映區(qū)域化變量的許多重要性質。例如：變程反映變量的影響范圍；變差函數(shù)在原點處的性狀反映變量的空間連續(xù)性；若變差函數(shù)是躍遷型，則基臺值大小反映區(qū)域化變量在該方向上變化幅度的大??；不同方向上的變差圖可反映區(qū)域化變量的各向異性等。在隨機反演中主要是針對測井曲線的變差函數(shù)擬合確定地質體的縱向變程，并通過對確定性反演得到的屬性體進行變差函數(shù)分析來確定地質體的橫向變程。
2 應用實例與效果分析
    南海L氣田主力儲層是低水位期在內陸架環(huán)境中、多次強風暴作用下形成的陸架風暴席狀沙沉積，氣藏分布受構造及砂巖儲層物性雙重因素控制。儲層物性橫向、縱向變化均較快，非均質性強。根據(jù)探井與評價井分析可知，每個井區(qū)Ⅱ氣組內部的每個小層氣體組分差異都很大，而為了制訂更高效的開發(fā)方案，就必須在落實了構造后精細刻畫儲層的非均質性。而地震資料無法分辨該氣組內的砂泥互層，并且砂、泥巖的縱波波阻抗差異又不明顯，無法利用常規(guī)阻抗反演結果進行儲層物性的描述和隔夾層分布的預測，這就有必要利用疊前隨機反演技術來得到高分辨率的儲層巖性、物性的空間展布，解決儲層非均質性問題。
2.1 疊前AVA同步反演
    疊前AVA同步反演以常規(guī)約束稀疏脈沖反演技術為基礎，其算法生成的彈性模型比各個輸入角度疊加道集具有更寬的帶寬。算法中的關鍵參數(shù)之一是λ值，該系數(shù)用于調節(jié)每個角度道集反射系數(shù)序列的稀疏程度和實測波形與合成記錄匹配程度之間的平衡。λ值越小，角道集的反射系數(shù)序列越稀疏，但如果λ值太小，在所建立的模型里將無法提取細小的地質信息；λ值越大，從稀疏反射系數(shù)序列得到的合成記錄與實際地震數(shù)據(jù)之間的符合程度越高，但如果值太大，在模型中會引入地震數(shù)據(jù)的噪音，所以選擇參數(shù)過程需要特別慎重。首先選擇井附近的幾個地震道進行測試反演。在選擇不同的λ值情況下，檢查反演得到的縱波波阻抗、縱橫波速度比和實測的井曲線之間的相關程度，同時關注相應的的合成記錄與實際地震數(shù)據(jù)之間的匹配程度，以及反演剖面的信噪比等因素，經過反復調整最終確定最優(yōu)的λ值。
合并頻率是將低頻趨勢模型和反演結果進行合并時用到的截止頻率。該參數(shù)的選擇依據(jù)是在關注輸入地震數(shù)據(jù)有效帶寬、特別是低頻信息的情況下，盡可能的小一些，以避免最終的反演結果的振幅譜出現(xiàn)缺口。該參數(shù)的選擇過程與選擇值的方式類似。為了使反演結果不與低頻模型差異太大，并且適當提高反演結果的橫向連續(xù)性分別應用了適當?shù)能涄厔菁s束和軟空間約束。最終得到反演結果(如圖1、2所示)。
 
2.2 隨機反演
    由于L氣田井數(shù)目相對較少，為了提高反演結果在空間上的可靠性，算法上選擇了將疊前AVA同步反演結果作為趨勢約束的基于序貫高斯協(xié)模擬技術的隨機反演方法。在此，地震數(shù)據(jù)和井數(shù)據(jù)一樣作為硬數(shù)據(jù)得到重視，反演結果同時符合測井、地震和輸入的數(shù)據(jù)，并且受建立的地質模型的約束。
地質統(tǒng)計分析是隨機反演的前提和基礎，在反演之前，首先對每一層每種巖性用經過環(huán)境校正和歸一化處理之后的測井曲線和疊前AVA同步反演得到的彈性屬性數(shù)據(jù)體進行概率分布統(tǒng)計，建立概率密度函數(shù)，并且要滿足高斯分布；接著，分別運用相同的井曲線和疊前AVA同步反演結果進行縱向、橫向的空間變差分析，確立上述變量空間上的結構關系；然后采用帶趨勢的序貫高斯指示模擬方法模擬出縱波波阻抗、縱橫波速度比和儲層巖性、物性分布。通過多次模擬，得出可能的砂泥分布模式取平均結果(圖3、4)。
 
2.3 應用效果分析
由圖3、4中可見，井點處反演結果與測井曲線吻合度非常高，通過提取井旁道和實際測井曲線作相關擬合，兩者相關系數(shù)均達90%，說明反演結果可靠。
對比圖1～4，可以看出疊前隨機反演結果的垂直分辨率較疊前AVA同步反演結果有很大提高，地震資料無法分辨的L2井區(qū)的兩套薄砂層(圖5)和L3井區(qū)的砂泥互層(圖6)在反演結果中均表現(xiàn)十分清楚。該氣組儲層是低水位期在內陸架環(huán)境中形成的近源風暴席狀沙沉積，分布較穩(wěn)定。而反演結果中儲層橫向連續(xù)性也很好，符合該區(qū)的沉積相分布特征；同時上下層位的接觸關系與原始地震資料也吻合很好，進一步驗證了預測的可靠性。反演成果在該氣田的開發(fā)井設計優(yōu)化中得到了實際應用，并為今后的氣田開發(fā)實施提供了有力的資料，有利于降低開發(fā)風險、提高效率。
3 結論
    巖性油氣藏已成為我國油氣勘探的重要領域，巖性油氣藏勘探對地震技術提出了新的挑戰(zhàn)。它不但要求構造成像，更要求精確的地下巖性和流體分布成像。地下介質的彈性性質與巖性、物性及流體分布直接相關，彈性性質的變化是地震勘探的物理基礎，從地震數(shù)據(jù)中獲取彈性參數(shù)對巖性油氣藏勘探是非常必要的。在這方面疊前地震資料比疊后資料中包含了更為豐富的與儲層變化特征相關的地震信息。
    常規(guī)波阻抗反演只能得出與地震資料分辨率相當?shù)目v波波阻抗信息，而疊前隨機反演能同時反演出高分辨率的縱波波阻抗、橫波波阻抗(或縱橫波速度比)、密度以及泊松比、拉梅常數(shù)等一系列巖石彈性參數(shù)。同時，該方法還能夠直接得到儲層巖性(砂、泥巖等)、物性(孔隙度、含水飽和度等)數(shù)據(jù)體，直觀地反映了儲層的空間分布，為精確的地下巖性、物性和流體成像奠定了更堅實的基礎。
參考文獻
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[5] CHILES J P，DELFINER P.Geostatistics：modeling spatial uncertainty[M].New York：Wiley，1999.
 
(本文作者：孫月成 周家雄 馬光克 郭愛華 王聰 中海石油有限公司湛江分公司)