CN101634717A - 基于测井和叠前道集地震数据的精细横波阻抗求取技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于测井和叠前道集地震数据的精细横波阻抗求取技术，其特征在于：利用Xu－White方程计算出干燥岩石骨架的弹性模量和饱和流体岩石的模量，在初始横波速度估计的基础上，将常规声波和密度测井作为基准曲线，修正输入弹性参数，得到初步修正的横波阻抗信息；利用纵横波及密度信息合成的叠前道集与野外实际地震道集的振幅随偏移距变化规律和波组对比存在的误差，用一种旋转正交方向基方法，建立反演迭代模型，最后得到横波阻抗曲线；适应性强，操作方便，计算简单容易，抗噪能力强，得到的横波参数稳定，初始由反演参数得到的合成道集与实际地震道集之间几个主要同相轴的位置及幅度变化一致等。

Description

基于测井和叠前道集地震数据的精细横波阻抗求取技术

技术领域

本发明属于地震资料解释领域，是一种综合利用测井和叠前地震数据进行精细横波信息求取的方法。

背景技术

随着石油勘探难度的增大，地质学家希望地震数据能够提供更多的反映岩性及储层性质的信息，而只有纵波和横波阻抗的联合，才能更精确地判断储层岩性，识别储层流体特征。目前大多数横波信息的求取方法有以下几种：一是通过偶极横波测井等技术得到横波测井曲线，由于该方法成本较高、横波测井解释难度较大等诸多原因，实际生产中很少应用。二是通过流体替代理论，认为地下储层由固体和孔隙中所含流体两部分组成，通过建立的理论模型或经验关系式计算，该方法基于很多的假设，并且要求提供很多已知的参数(如干燥岩石的弹性模量、孔隙的扁度、原油密度等)，这些参数很难获得，而且因工区不同而不同。三是通过实验室岩芯测量获得，这种方法一方面是岩芯长度有限，难以实现全井段测量；另一方面是实验室测量时的温度压力等条件和地下真正的条件差别较大，因此该方法测量的结果误差较大。因此，这些方法已经不能满足要求，需要发展更方便、更实用的横波阻抗求取方法。

发明内容

为充分利用地震数据判断储层岩性和识别储层含烃类型，作为油藏地球物理核心技术之一的地震反演也由传统的叠后波阻抗反演发展到目前的叠前弹性阻抗反演，但叠前弹性阻抗反演需要井控位置处的纵波阻抗、横波阻抗等信息。纵波阻抗由常规的测井曲线提供，而横波阻抗资料十分缺乏，为了解决现有横波阻抗估计方法应用条件苛刻、参数选取困难、误差较大等问题，本发明提供了综合利用测井曲线和叠前道集资料求取横波阻抗的技术。

本发明的技术方案是：

基于测井和叠前道集地震数据的精细横波阻抗求取技术，利用Xu-White方程计算出干燥岩石骨架的弹性模量和饱和流体岩石的模量，在初始横波速度估计的基础上，将常规声波和密度测井作为基准曲线，修正输入弹性参数，得到初步修正的横波阻抗信息；利用纵横波及密度信息合成的叠前道集与野外实际地震道集的振幅随偏移距变化规律和波组对比存在的误差，用一种旋转正交方向基方法，建立反演迭代模型，最后得到横波阻抗曲线。

将声波测井和密度测井作为基准曲线，优化模型计算所需的模量和密度参数，分为三个步骤：①利用方程ρ＝(1-φ)V_shρ_c+(1-φ)(1-V_sh)ρ_s+φρ_f反演出砂岩、泥岩及储层流体的密度(其中φ为孔隙度，V_sh为泥质含量，ρ为岩石的总密度，ρ_s、ρ_c、ρ_f分别为砂、泥及孔隙流体的密度)；②将砂岩、泥岩及孔隙流体的模量初值代入饱和流体介质方程，以声波时差曲线为期望输出，得到经过测井数据约束初步修改的横波阻抗曲线；③以野外实际地震道集的振幅随偏移距变化规律为依据，用一种旋转正交方向基方法，建立反演迭代模型，完成横波阻抗曲线修改。

该技术的实现过程是：

1)给出原油及地层水的密度、岩石骨架及岩石基质的体积模量、剪切模量等参数的理论值，结合Xu-White模型计算出干燥岩石和饱和流体状态下地层的纵波速度和横波速度初始值；根据实验室岩芯测量数据，利用交会分析形成纵、横波速度和岩性、孔隙度等的关系量板，得到待分析层段的横波速度初始模型。

2)在初始估计的横波信息的基础上，将常规声波和密度测井作为基准曲线，利用电阻率、伽马、孔隙度等测井曲线构建输入参数和输出参数之间的关系式，修正输入模量及密度等参数，通过非线性最小平方算法反演得到密度、声波时差和横波速度曲线，当重构的声波时差及密度曲线和原测井曲线具有很高的相似系数时，就得到了初步修正的横波阻抗信息。

3)对野外采集的地震叠前道集进行剩余动、静校正和随机噪声消除，形成井控位置处具有较高信噪比的超道集数据。

4)利用声阻抗、横波阻抗及密度合成叠前道集，与实际地震超道集的振幅随偏移距变化规律和波组特征进行对比，得到合成道集与实际超道集的误差；根据该误差，通过旋转正交方向基方法，建立反演迭代模型，修正由测井曲线所得的横波阻抗参数，得到反映地下地质信息的横波曲线。

5)对靶区内的井均按以上的步骤进行处理，最后得到整个工区井控位置处的横波阻抗曲线。

本发明的效果是：适应性强，操作方便，计算简单容易，抗噪能力强，得到的横波参数稳定，初始由反演参数得到的合成道集与实际地震道集之间几个主要同相轴的位置及幅度变化一致等。

附图说明

图1是本发明计算得到的k4井横波阻抗曲线，其中(a)为横波阻抗曲线的对比，其中右起始线为初始横波模型，左起始线为反演曲线；(b)左为反演结果生成的合成道集，中为实际地震道集，右为初始横波模型的合成道集。

图2为本发明中精细横波阻抗求取流程框图。

图3为本发明实施例中L2井反演合成道集与实际地震道集的对比图，其中(a)为实际地震道集图；(b)为合成道集图。

图4为本发明实施例中L2井反演结果与实际井曲线的对比图，其中虚线为井曲线，实线为反演结果。

图5为本发明实施例的弹性阻抗剖面，其中虚线为气层区域。

具体实施方式：

基于测井和叠前道集地震数据的精细横波阻抗求取技术，井控位置处的横波信息在岩性识别和油气水储层的识别中具有重要作用，也是目前国际上流行的叠前弹性阻抗反演的先验信息。井控位置处的横波信息准确与否，直接影响到岩性油气藏描述结果的准确性。首先利用岩石物理模型和常规测井数据和建立初始横波阻抗，再利用叠前地震道集进行精细调整，既降低了单纯利用岩石物理理论估计出的横波信息用于参数选择困难带来的误差，又克服了单纯利用叠前地震数据由于信噪比较低带来的较大偏差。经理论模型和实际数据检验，本技术抗噪能力强，得到的横波参数稳定。

(1)该技术的基本原理

本技术首先利用Xu-White方程计算出干燥岩石骨架的弹性模量和饱和流体岩石的模量，但不需要给定准确的原油密度、干燥岩石骨架的泊松比、地层孔隙的扁度等不易直接获取的参数。由于实际工区情况各异，准确提供这些参数是不可能的。为了获取合适的参数，本发明在初始横波速度估计的基础上，将常规声波和密度测井作为基准曲线，修正输入弹性参数，得到初步修正的横波阻抗信息。由于利用纵横波及密度信息合成的叠前道集与野外实际地震道集的振幅随偏移距变化规律和波组对比存在着误差，因此，本发明利用一种旋转正交方向基方法，建立反演迭代模型，最后得到横波阻抗曲线。其基本原理如下：

首先利用Xu-White方程大致计算出干燥岩石骨架的弹性模量和饱和流体岩石的模量，由于精确计算出这些参数需要已知地下岩石的孔隙扁率、岩石基质和孔隙流体的体积模量及密度等参数，这些参数很难直接获取。为此，将声波测井和密度测井作为基准曲线，优化模型计算所需的模量和密度参数，①利用方程ρ＝(1-φ)V_shρ_c+(1-φ)(1-V_sh)ρ_s+φρ_f反演出砂岩、泥岩及储层流体的密度(其中φ为孔隙度，V_sh为泥质含量，ρ为岩石的总密度，ρ_s、ρ_c、ρ_f分别为砂、泥及孔隙流体的密度。)②将砂岩、泥岩及孔隙流体的模量初值代入饱和流体介质方程，以声波时差曲线为反演目标函数，得到岩石基质组分模量，进而得到经过测井数据约束修改的横波阻抗曲线，完成横波阻抗曲线修改的第一步。

由于地震数据观测面积大，其丰富的旅行时和振幅信息不仅反映了地下地层的构造图像，而且全面反映了地下介质的弹性性质，且与岩石性质和流体直接相关，因此，将由测井曲线计算出的纵、横波阻抗和密度作为先验信息，联合实际地震道集数据进一步反演地层弹性参数，能够得到更符合实际储层情况的地层横波阻抗。

本发明采用一种旋转正交方向基方法进行叠前道集横波阻抗的反演。本方法的优势是在反演过程中不需要计算和存储庞大而复杂的一阶和二阶导数矩阵，而是通过给定用任意n个线性无关的方向作为初始搜索方向组，在每次迭代中用新构造出的方向替换使目标函数值下降最多的那个方向。考虑到在迭代过程中，搜索方向组可能接近线性相关，本发明对搜索方向组进行正交变换，使坐标系旋转，构造出新的正交方向作为搜索方向组，提高了方法的效能。

(2)该技术的实现过程如图2所示：

1)给出原油及地层水的密度、岩石骨架及岩石基质的体积模量、剪切模量等参数的理论值，结合Xu-White模型计算出干燥岩石和饱和流体状态下地层的纵波速度和横波速度初始值。如果有实验室岩芯测量数据，则利用交会分析形成纵、横波速度和岩性、孔隙度等的关系量板，推广到整个地下目的层段，得到待分析层段的横波速度初始模型。

2)由于实际工区情况各异，并且参数随着深度变化也相应改变，准确地提供实验室岩石物理测量数据不易实现。本发明在初始估计的横波信息的基础上，将常规声波和密度测井作为基准曲线，利用电阻率、伽马、孔隙度等测井曲线构建输入参数和输出参数之间的关系式，修正输入模量及密度等参数，通过非线性最小平方算法反演得到密度、声波时差和横波速度曲线，当重构的声波时差及密度曲线和原测井曲线具有很高的相似系数时，就得到了初步修正的横波阻抗信息。

3)对野外采集的地震叠前道集进行剩余动、静校正和随机噪声消除，形成井控位置处具有较高信噪比的超道集数据。

4)利用声阻抗、横波阻抗及密度合成叠前道集，与实际地震超道集的振幅随偏移距变化规律和波组特征进行对比，得到合成道集与实际超道集的误差。根据该误差，通过旋转正交方向基方法，建立反演迭代模型，修正由测井曲线所得的横波阻抗参数，最后得到能够更好地反映地下地质信息的横波曲线。

对靶区内的井均按以上的步骤进行处理，最后得到整个工区井控位置处的横波阻抗曲线，从而解决了常规弹性阻抗反演需要井控位置处的横波阻抗曲线作为先验信息的难题。

图1是用本发明得到的k4井横波阻抗曲线，其中右起始线为初始横波模型，是根据岩石物理和测井曲线初步修正而得，左起始线为利用叠前地震道集得到的最终反演结果。可以看出，反演结果的总体趋势与原始井曲线基本一致，在1.2s处有较大差异。图1(b)左图是利用反演的井曲线得到的叠前合成道集，中图是实际地震道集，右图为由初始横波模型生成的合成地震道集，其中横轴为道数，纵轴为旅行时间，单位：秒。可以发现，初始横波模型所得的合成道集与实际地震道集的吻合度较差，而由反演参数得到的合成道集与实际地震道集之间几个主要同相轴的位置及幅度变化一致(阴影区和箭头所标出的位置)，且1.2s处没有明显的同相轴。

图3是实施例L2井反演合成道集与实际地震道集的对比图，其中a)凹陷过L2井的叠前地震道集，其中1.87s附近(实心箭头所指)为气层，1.95s(空心箭头所指)处为假亮点。L2井已有实测的纵、横波阻抗曲线，对该位置进行叠前反演，是为了检验方法的有效性，然后再对工区内没有横波阻抗的井位利用本方法得到相应的横波阻抗，纵、横波阻抗除以密度即得到纵、横波速度曲线。

图4是L2井位置处反演的纵、横波速度及密度曲线与该井实际测井曲线的对比图，其中实线为反演曲线，虚线为L2的实测井曲线。

图3b)是由反演结果生成的道集，与图3a)的同相轴位置和振幅变化关系都很一致。综合图3和图4可以看出，在1.87s处，纵波阻抗降低，密度明显减小，而横波速度变化微弱，因此实心箭头所指的同相轴是由储层含气所致。而1.95s处的纵横波速度均减小，密度值却较大，故空心箭头所指的同相轴是由岩性变化引起的，并不是由于储层含气引起。

用L2井进行了方法的有效性检验后，利用L3井附近的道集得到了L3井的横波速度曲线(L3井没有实测横波速度曲线)，进一步以这两口井的测井和叠前道集反演结果为先验信息，得到了过这两口井的中角度弹性阻抗剖面，如图5所示。可以看出，L2井有两个气层，下面的含气储层与L3是连通的(图中虚线标出的区域)，而在道集1.95s处的亮点，实际上是由砂泥互层到泥岩的反射造成，并不是储层含气所致。

Claims (3)

1、基于测井和叠前道集地震数据的精细横波阻抗求取技术，其特征在于：利用Xu-White方程计算出干燥岩石骨架的弹性模量和饱和流体岩石的模量，在初始横波速度估计的基础上，将常规声波和密度测井作为基准曲线，修正输入弹性参数，得到初步修正的横波阻抗信息；利用纵横波及密度信息合成的叠前道集与野外实际地震道集的振幅随偏移距变化规律和波组对比存在的误差，用一种旋转正交方向基方法，建立反演迭代模型，最后得到横波阻抗曲线。

2、根据权利要求1所述的基于测井和叠前道集地震数据的精细横波阻抗求取技术，其特征在于：将声波测井和密度测井作为基准曲线，优化模型计算所需的模量和密度参数，分为三个步骤：①利用方程ρ＝(1-φ)V_shρ_c+(1-φ)(1-V_sh)ρ_s+φρ_f反演出砂岩、泥岩及储层流体的密度(其中φ为孔隙度，V_sh为泥质含量，ρ为岩石的总密度，ρ_s、ρ_c、ρ_f分别为砂、泥及孔隙流体的密度)②将砂岩、泥岩及孔隙流体的模量初值代入饱和流体介质方程，以声波时差曲线为期望输出，得到经过测井数据约束初步修改的横波阻抗曲线；③以野外实际地震道集的振幅随偏移距变化规律为依据，用一种旋转正交方向基方法，建立反演迭代模型，完成横波阻抗曲线修改。

3、根据权利要求1所述的基于测井和叠前道集地震数据的精细横波阻抗求取技术，其特征在于：该技术的实现过程是：

1)给出原油及地层水的密度、岩石骨架及岩石基质的体积模量、剪切模量等参数的理论值，结合Xu-White模型计算出干燥岩石和饱和流体状态下地层的纵波速度和横波速度初始值；根据实验室岩芯测量数据，利用交会分析形成纵、横波速度和岩性、孔隙度等的关系量板，得到待分析层段的横波速度初始模型。

2)在初始估计的横波信息的基础上，将常规声波和密度测井作为基准曲线，利用电阻率、伽马、孔隙度等测井曲线构建输入参数和输出参数之间的关系式，修正输入模量及密度等参数，通过非线性最小平方算法反演得到密度、声波时差和横波速度曲线，当重构的声波时差及密度曲线和原测井曲线具有很高的相似系数时，就得到了初步修正的横波阻抗信息；

3)对野外采集的地震叠前道集进行剩余动、静校正和随机噪声消除，形成井控位置处具有较高信噪比的超道集数据。

4)利用声阻抗、横波阻抗及密度合成叠前道集，与实际地震超道集的振幅随偏移距变化规律和波组特征进行对比，得到合成道集与实际超道集的误差；根据该误差，通过旋转正交方向基方法，建立反演迭代模型，修正由测井曲线所得的横波阻抗参数，得到反映地下地质信息的横波曲线。

5)对靶区内的井均按以上的步骤进行处理，最后得到整个工区井控位置处的横波阻抗曲线。

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