CN102012521B - 一种地震储层预测中叠前裂缝的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于地震储层预测领域，针对实际存在的倾斜裂隙问题，设计地震储层预测中叠前裂缝检测方法，可应用于油田勘探中裂缝储层预测的预测。一种地震储层预测中叠前裂缝的检测方法，设计的技术方案只要针对某一个层位的波峰，计算不同偏移距不同方位之间的剩余时差即可，同时将得到的剩余时差进行反演，就可以定量的计算出倾斜裂缝发育的倾角和方位，同时可以很方便的从事后期的成图以及成果分析。

Description

一种地震储层预测中叠前裂缝的检测方法

技术领域

本发明属于地震储层预测领域，针对实际存在的倾斜裂隙问题，设计地震储层预测中叠前裂缝检测方法，可应用于油田勘探中裂缝储层预测的预测。

背景技术

油田勘探中裂缝储层预测的预测，以往的各向异性研究多数停留在HTI、VTI(HTI为具有水平同相轴的横向各向同性介质，VTI为具有垂直同相轴的横向各向同性介质)、正交介质和单斜介质这些相对简单的各向异性介质上，具有倾斜对称轴的横向各向同性介质(即TTI介质)考虑了对称轴的倾角，因此可以与实际介质中倾斜发育的裂隙问题相匹配，随着三维地震勘探技术的逐渐成熟，研究复杂的TTI介质，是地震理论向更高层次发展的必然趋势，也是解决当今高难度油气勘探和高标准油气开发问题的需要。

利用横向各向同性介质来预测裂缝的发育一般都基于动力学原理(即利用振幅的变化来预测裂缝的形态)，常规处理中的运动学信息(即速度和时间)则常常被忽视，许多研究已经发现，非双曲线的时差信息对于向异性参数估算、压制多波、大角度的AVO分析等等方面，已经证实了有很大的应用价值。

如在落矶山脉丘陵地带，由白垩系页岩和砂岩形成的周期性薄层产生的地震各向异性导致潜在的成像难题，由于地层序列不再是水平的，而是相对于表面上冲；又如在新疆塔河油田，也发育着大量的倾斜裂隙。塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层大都位于5300m以下，埋藏深，裂缝、溶洞型储集空间在纵向及横向上的非均质性极强，储层预测与识别评价十分困难。含有裂缝的储层是一种典型的各向异性介质，由岩心资料和超声波裂缝测井资料显示，地下介质中发育着大量的高角度裂缝系统。

利用P波数据提取方位各向异性信息一般都基于裂隙为垂向分布，但实际上发现储层的裂隙常常具有不同的倾角，本发明的目的是利用非双曲线时差信息，研究倾斜裂缝的分布与发育状态，这不仅具有重要理论意义，而且对解决塔河油田及国内外同种类型的碳酸盐岩储层评价问题具有重要的应用价值。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的技术难题，研发了一种地震储层预测中叠前裂缝的检测方法。本发明设计的技术方案回避了受实际地震资料采集中动力学特征的干扰问题，只要针对某一个层位的波峰，计算不同偏移距不同方位之间的剩余时差即可，同时将得到的剩余时差进行反演，就可以定量的计算出倾斜裂缝发育的倾角和方位。

本发明所采用的技术原理为：

Andres Pech和Ilya Tsvankin给出了TTI介质的四次时差系数的表达式，其表达式的具体形式是：

$A_4^{\mathrm{TTI}}=-\frac{2\mathrm{\η}}{t_{p0}^2{V}_{p0}^4}F(\mathrm{\α},\mathrm{\φ},\mathrm{\ν})$

方程中，t_p0是零偏移距纵波双程旅行时，α是从倾向测量的CMP线的方位角，φ是反射界面倾角，V_p0是标志地层上方的纵波平均速度，ν表示裂隙发育的倾角，

表示TTI介质的四次时差系数，F(α，φ，ν)的定义是：

$F(\mathrm{\α},\mathrm{\φ},\mathrm{\ν})=F=\frac{1}{128}[18-24\cos 2\mathrm{\α}+6\cos 4\mathrm{\α}+8\cos (6\mathrm{\φ}-4\mathrm{\ν})+4\cos 2(\mathrm{\α}-2\mathrm{\ν})$

$-4\cos (4\mathrm{\α}-2\mathrm{\ν})+24\cos 2(\mathrm{\φ}-2\mathrm{\ν})+12\cos 2(\mathrm{\α}+\mathrm{\φ}-2\mathrm{\ν})+8\cos 2(\mathrm{\α}+2\mathrm{\φ}-2\mathrm{\ν})$

$+4\cos 2(\mathrm{\α}+3\mathrm{\φ}-2\mathrm{\ν})+\cos 4(\mathrm{\α}-\mathrm{\ν})+32\cos 2(\mathrm{\φ}-\mathrm{\ν})+32\cos 4(\mathrm{\φ}-\mathrm{\ν})-16\cos 2(\mathrm{\α}+\mathrm{\φ}-\mathrm{\ν})$

$(\mathrm{\α}+\mathrm{\ν})-4\cos 2(2\mathrm{\α}+\mathrm{\ν})-16\cos 2(\mathrm{\α}-\mathrm{\φ}+\mathrm{\ν})+4\cos 2(\mathrm{\α}+2\mathrm{\ν})$

$+4\cos 2(\mathrm{\α}-3\mathrm{\φ}+2\mathrm{\ν})+8\cos 2(\mathrm{\α}-2\mathrm{\φ}+2\mathrm{\ν})+12\cos 2(\mathrm{\α}-\mathrm{\φ}+2\mathrm{\ν})]$

当φ＝0时，界面水平，此时的公式变为：

$F(\mathrm{\α},0,\mathrm{\ν})=\frac{1}{128}[(18-24\cos 2\mathrm{\α}+6\cos 4\mathrm{\α})+8(5-4\cos 2\mathrm{\α}-\cos 4\mathrm{\α})\cos 2\mathrm{\ν}$

$+(70+56\cos 2\mathrm{\α}+2\cos 4\mathrm{\α})\cos 4\mathrm{\ν}]$

这时，TTI介质的四次时差系数可以表示为：

$A_4^{\mathrm{TTI}}=\frac{-2\mathrm{\η}}{t_{p0}^2{V}_{p0}^4}F(\mathrm{\α},\mathrm{\ν})$

$=\frac{-1}{64t_{p0}^2{V}_{p0}^4}[(18-24\cos 2\mathrm{\α}+6\cos 4\mathrm{\α})\mathrm{\η}$

$+8(5-4\cos 2\mathrm{\α}-\cos 4\mathrm{\α})\mathrm{\η}\cos 2\mathrm{\ν}+(70+56\cos 2\mathrm{\α}+2\cos 4\mathrm{\α})\mathrm{\η}\cos 4\mathrm{\ν}]$

为了反演的方便，可以令：x₁＝η，x₂＝ηcos2ν，x₃＝ηcos4ν，则得到：

$A_4^{\mathrm{TTI}}=\frac{-2\mathrm{\η}}{t_{p0}^2{V}_{p0}^4}F(\mathrm{\α},\mathrm{\ν})$

$=\frac{-1}{64t_{p0}^2{V}_{p0}^4}[(18-24\cos 2\mathrm{\α}+6\cos 4\mathrm{\α})x_1$

$+8(5-4\cos 2\mathrm{\α}-\cos 4\mathrm{\α})x_2+(70+56\cos 2\mathrm{\α}+2\cos 4\mathrm{\α})x_3]$

反演中的目标函数是：

$F(x_1,x_2,x_3)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\frac{X_{\max }^4}{64t_{p0}^3{V}_{p0}^4}\right[(18-24\cos 2{\mathrm{\α}}_i+6\cos 4{\mathrm{\α}}_i)x_1+8(1-4\cos 2{\mathrm{\α}}_i-\cos 4{\mathrm{\α}}_i)x_2$

${+(70+56\cos 2{\mathrm{\α}}_i+2\cos 4{\mathrm{\α}}_i)x_3]+\mathrm{\Δt}\}}^2$

这里Δt是实际的剩余时差。

解得x₁，x₂，x₃之后，就得到反演的参数：

η＝x₁

${\mathrm{\ν}}_1=\frac{1}{2}{\cos }^{-1}\frac{x_2}{\mathrm{\η}}$

${\mathrm{\ν}}_2=\frac{1}{4}{\cos }^{-1}\frac{x_3}{\mathrm{\η}}$

则ν可以表示为如下：

$\mathrm{\ν}=\frac{{\mathrm{\ν}}_1+{\mathrm{\ν}}_2}{2}=\frac{1}{4}{\cos }^{-1}\frac{x_2}{\mathrm{\η}}+\frac{1}{8}{\cos }^{-1}\frac{x_3}{\mathrm{\η}}$

其中η为各向异性参数，非椭圆率，反映裂缝发育的强度，ν表示裂隙发育的倾角

本发明具体的技术方案如下，

步骤1：资料的预处理步骤：针对前期的常规地震保幅进行处理工作；所述步骤1中资料的预处理步骤包括：资料的预处理针对前期的常规地震保幅处理工作：包括道编辑、带通滤波、真振幅恢复、静校正、速度分析、剩余静校正、地表振幅一致性补偿、叠前反褶积及动校正。

步骤2：对数据进行宏面元抽取过程：

宏面元抽取就是将单一的一个深度点上的叠前地震道集(根据实际地震采集的方法不同而有所差异，通常为二三十道到近百道不等)抽取为若干个相邻的深度点上的叠前地震道集为一个面元的过程。相邻道集的远近多少(即宏面元的大小)可以根据实际情况加以选择。

通过扩大原CMP面元的手段建立CMP宏面元。用于对炮、检相邻的道进行部分叠加提高叠前资料信噪比，能够增强有效信号能量，并保证不同方位叠加次数基本一致；(CMP：共中心点道集)。

该该步骤主要为了考虑实际地震资料的叠前道集由于采集系统和成本的考虑，在叠前时差提取时，总是存在着方位和偏移距不足的因素，因此，为了提高相邻道间信噪比，避免炮检分布不匀带来的弊端，并保证在不同方位上有足够密度的不同炮检距道集分布、较一致的叠加次数，通过扩大原CMP面元的手段建立CMP宏面元。通过该方法技术，可以对炮、检相邻的道进行部分叠加提高叠前资料信噪比，能够增强有效信号能量，并保证不同方位叠加次数基本一致。

步骤3不同方位均匀道集的形成过程：

(1)方位NMO剩余时差标准道选取

标准道的选取要以每个CDP点来考虑，对同一个工区而言，每个CDP点的叠前道集基本是固定的，选择该CDP点的所有叠前道集进行相加，然后求平均值，就可以得到标准道。其中，NMO：动校正  CDP：共深度点道集

平均值的计算方法：Everage＝Sum/Num

(2)方位NMO剩余时差提取

根据(1)中得到的标准道数据，再与不同方位不同偏移距中的宏面元范围内的所有道集进行时差提取计算，进而得到该CDP点的整个宏面元范围内的所有道集的NMO剩余时差；具体过程为：选择好标准道，然后用该标准道作为时差计算的基准，对宏面元范围内的所有道集进行相关计算，当相关系数最大时得到的时差即为该道的剩余时差，依次类推可以计算所有宏面元道集的剩余时差；

相关系数的计算公式：

X，Y分别代表标准道和时差计算道。r为相干系数。

(3)方位NMO剩余时差极坐标二维插值步骤

对步骤(2)得到的方位NMO剩余时差进行二维插值：对于不同方位，不同偏移距的方位NMO时差，选择首先将极坐标下得到的方位(极教)、偏移距(极径)和时差数据值转换到笛卡尔坐标系下，然后在笛卡尔坐标系下对其进行二维插值；

转换方法也就是：

Y＝R*sinθ，X＝R*cosθ

步骤4方位NMO剩余时差反演裂隙参数步骤

反演步骤利用所述方位NMO剩余时差后的二维插值反演得到裂缝的发育强度和发育倾角；

$F(x_1,x_2,x_3)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\frac{X_{\max }^4}{64t_{p0}^3{V}_{p0}^4}\right[(18-24\cos 2{\mathrm{\α}}_i+6\cos 4{\mathrm{\α}}_i)x_1+8(1-4\cos 2{\mathrm{\α}}_i-\cos 4{\mathrm{\α}}_i)x_2$

${+(70+56\cos 2{\mathrm{\α}}_i+2\cos 4{\mathrm{\α}}_i)x_3]+\mathrm{\Δt}\}}^2$

其中Δt是实际的剩余时差；解得x₁，x₂，x₃之后，就得到反演的参数：

η＝x₁

${\mathrm{\ν}}_1=\frac{1}{2}{\cos }^{-1}\frac{x_2}{\mathrm{\η}}$

${\mathrm{\ν}}_2=\frac{1}{4}{\cos }^{-1}\frac{x_3}{\mathrm{\η}}$

则ν可以表示为如下：

其中：η为各向异性参数，非椭圆率，反映裂缝发育的强度，ν表示裂隙发育的倾角；

步骤5输出步骤：将反演得到裂缝的发育强度和发育倾角数据输出：输出η和ν。

所述步骤3(2)，在剩余时差计算的过程中，还包括时窗的选取过程：针对不同的层位和地震频率选择较为精准的时窗大小

所述步骤3(3)，所述笛卡尔坐标系下的二维插值方法为基于三角关系的线性插值；具体做法是以三角形为基础，按Delaunay方法先找出内插点四周的3个点，构成三角形，内插点在三角形内，然后再进行线性内插。

本发明的内容主要是方位道集之间的剩余时差和方位道集的偏移距，偏移距是在野外测量时已经确定，剩余时差则主要是针对同一个cdp点的各个不同偏移距不同方位的道集之间与标准道之间时间差来计算的，因为小偏移距的道集非常稳定，这个标准道主要有小偏移距的道集进行叠加得到，它们之间的相对时差因为偏移距比较小，在此可以忽略不计。

同时，本发明设计的技术方案回避了受实际地震资料采集中动力学特征的干扰问题，只要针对某一个层位的波峰，计算不同偏移距不同方位之间的剩余时差即可，同时将得到的剩余时差进行反演，就可以定量的计算出倾斜裂缝发育的倾角和强度。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图；

图2为通过本发明的方法对某油田某区裂隙各向异性强度发育预测平面图；

图3为通过本发明的方法对某油田某区裂隙角度发育预测平面图。

具体实施方式

步骤1，资料的预处理，主要针对前期的常规地震保幅处理工作

资料的预处理主要针对前期的常规地震保幅处理工作，主要包括道编辑、带通滤波、真振幅恢复、静校正、速度分析、剩余静校正、地表振幅一致性补偿、叠前反褶积及动校正等。

步骤2宏面元抽取步骤

该步骤主要为了考虑实际地震资料的叠前道集由于采集系统和成本的考虑，在叠前时差提取时，总是存在着方位和偏移距不足的因素，因此，为了提高相邻道间信噪比，避免炮检分布不匀带来的弊端，并保证在不同方位上有足够密度的不同炮检距道集分布、较一致的叠加次数，通过扩大原CMP面元的手段建立CMP宏面元。通过该方法技术，可以对炮、检相邻的道进行部分叠加提高叠前资料信噪比，能够增强有效信号能量，并保证不同方位叠加次数基本一致。

步骤3不同方位均匀道集的形成

(1)方位NMO剩余时差标准道选取

标准道的选取要以每个CDP点来考虑，对同一个工区而言，每个CDP点的叠前道集基本是固定的，选择该CDP点的所有叠前道集进行相加，然后求平均值，就可以得到标准道。

(2)方位NMO剩余时差提取

从上一步中得到的标准道，再与不同方位不同偏移距中的宏面元范围内的所有道集进行时差提取计算，进而得到该CDP点的整个宏面元范围内的所有道集的NMO剩余时差。具体的计算方法为：选择好标准道，然后用该标准道作为时差计算的基准，对宏面元范围内的所有道集进行相关计算，当相关系数最大时得到的时差即为该道的剩余时差，依次类推可以计算所有宏面元道集的剩余时差。

在剩余时差计算的过程中，时窗的选取也非常关键；当时窗过大时，NMO剩余时差的计算结果有可能导致误差过大；当时窗过小时，NMO剩余时差的计算结果有可能不精确，进而导致后续的研究导致一定的偏差；因为剩余时差的分布在一定的范围内总是确定的，因此应该针对不同的层位和地震频率选择较为精准的时窗大小。

(3)方位NMO剩余时差极坐标二维插值

由于地震资料采集时的种种限制和不足，得到的方位NMO剩余时差总是相对较少，对于后续的NMO时差验证研究和反演计算而言，方位NMO剩余时差应该是越多越好。因次需要对NMO剩余时差进行二维插值。对于不同方位，不同偏移距的方位NMO时差，在平面上应该是二维极坐标分布的，由于目前对极坐标下的二维插值缺少直接有效的方法，因为选择首先讲极坐标下得到的方位(极教)、偏移距(极径)和时差数据值转换到笛卡尔坐标系下，然后在笛卡尔坐标系下对其进行二维插值。笛卡尔坐标系下的二维插值方法有很多，在这里选择基于三角关系的线性插值。具体做法是以三角形为基础，按Delaunay方法先找出内插点四周的3个点，构成三角形，内插点在三角形内，然后再进行线性内插。

步骤4方位NMO剩余时差反演裂隙参数

最后的反演步骤方位NMO剩余时差可以反演得到裂缝的发育强度和发育倾角。

步骤5 输出步骤

图2和图3为塔河油田某裂缝型储层发育区预测的结果图，图中清晰的预测出裂缝储层的整体发育倾角与发育强度，经过与井中的FMI成像对比分析，吻合率较好。

Claims (4)

1.一种地震储层预测中叠前裂缝的检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤，

步骤1：资料的预处理步骤：针对前期的常规地震保幅进行处理工作；

步骤2：对数据进行宏面元抽取过程：

宏面元抽取过程是将单一的一个深度点上的叠前地震道集抽取为若干个相邻的深度点上的叠前地震道集为一个面元的过程；

通过扩大原CMP面元的手段建立CMP宏面元；用于对炮、检相邻的道进行部分叠加提高叠前资料信噪比，能够增强有效信号能量，并保证不同方位叠加次数基本一致；

步骤3不同方位均匀道集的形成过程：

(1)方位NMO剩余时差标准道选取

标准道的选取要以每个CDP点来考虑，对同一个工区而言，每个CDP点的叠前道集基本是固定的，选择该CDP点的所有叠前道集进行相加，然后求平均值，就可以得到标准道；

(2)方位NMO剩余时差提取

根据(1)中得到的标准道数据，再与不同方位不同偏移距中的宏面元范围内的所有道集进行时差提取计算，进而得到该CDP点的整个宏面元范围内的所有道集的NMO剩余时差；具体过程为：选择好标准道，然后用该标准道作为时差计算的基准，对宏面元范围内的所有道集进行相关计算，当相关系数最大时得到的时差即为该道的剩余时差，依次类推可以计算所有宏面元道集的剩余时差；

其中，相关系数的计算公式：

$r=\frac{\mathrm{\ΣXY}-\left(\mathrm{\ΣX}\right)\left(\mathrm{\ΣY}\right)/N}{\sqrt{\mathrm{\Σ}{X}^2-{\left(\mathrm{\ΣX}\right)}^2/N}\·\sqrt{\mathrm{\Σ}{Y}^2-{\left(\mathrm{\ΣY}\right)}^2/N}}$

X，Y分别代表标准道和时差计算道，r为相干系数；

(3)方位NMO剩余时差极坐标二维插值步骤

对步骤(2)得到的方位NMO剩余时差进行二维插值：对于不同方位，不同偏移距的方位NMO时差，选择首先将极坐标下得到的方位、偏移距和时差数据值转换到笛卡尔坐标系下，然后在笛卡尔坐标系下对其进行二维插值；

其转换方法也就是：

Y=R*sinθ，X=R*cosθ

步骤4方位NMO剩余时差反演裂隙参数步骤

反演步骤利用所述方位NMO剩余时差后的二维插值反演得到裂缝的发育强度和发育倾角；

$F(x_1,x_2,x_3)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\frac{X_{\max }^4}{64t_{p0}^3{V}_{p0}^4}\right[(18-24\cos {2\mathrm{\α}}_i+6\cos {4\mathrm{\α}}_i)x_1+8(1-4\cos {2\mathrm{\α}}_i-\cos {4\mathrm{\α}}_i)x_2$

$+(70+56\cos 2{\mathrm{\α}}_i+2\cos {4\mathrm{\α}}_i)x_3]+\mathrm{\Δt}{\}}^2$

其中Δt是实际的剩余时差；解得x₁，x₂，x₃之后，就得到反演的参数：

η＝x₁

$v_1=\frac{1}{2}{\cos }^{-1}\frac{x_2}{\mathrm{\η}}$

$v_2=\frac{1}{4}{\cos }^{-1}\frac{x_3}{\mathrm{\η}}$

则v表示为如下： $v=\frac{v_1+v_2}{2}=\frac{1}{4}{\cos }^{-1}\frac{x_2}{\mathrm{\η}}+\frac{1}{8}{\cos }^{-1}\frac{x_3}{\mathrm{\η}}$

其中：η为各向异性参数，非椭圆率，反映裂缝发育的强度，v表示裂隙发育的倾角；

步骤5输出步骤：将反演得到裂缝的发育强度和发育倾角数据输出：输出η和v。

2.根据权利要求1所述的一种地震储层预测中叠前裂缝的检测方法，其特征在于，

所述步骤1中资料的预处理步骤包括：资料的预处理针对前期的常规地震保幅处理工作：包括道编辑、带通滤波、真振幅恢复、静校正、速度分析、剩余静校正、地表振幅一致性补偿、叠前反褶积及动校正。

3.根据权利要求1所述的一种地震储层预测中叠前裂缝的检测方法，其特征在于，

所述步骤3(2)，在剩余时差计算的过程中，还包括时窗的选取过程：针对不同的层位和地震频率选择较为精准的时窗大小。

4.根据权利要求1所述的一种地震储层预测中叠前裂缝的检测方法，其特征在于，

所述步骤3(3)，所述笛卡尔坐标系下的二维插值方法为基于三角关系的线性插值；具体做法是以三角形为基础，按Delaunay方法先找出内插点四周的3个点，构成三角形，内插点在三角形内，然后再进行线性内插。

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