CN102305942B - 基于三参量的非线性avo流体判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三参量的非线性AVO流体判别方法，本发明针对区块储层段的纵、横波速度比，提出了新的表征纵、横波速度和密度变化率特征的三参量AVO分析方法，根据理论模型和实际资料的AVO正演，得出有针对性的、该区块特有的包含速度变化特征的AVO近似方程，再结合本区流体因子进行流体判断，使AVO分析结果更可靠。

Description

基于三参量的非线性AVO流体判别方法

技术领域

本发明涉及一种基于三参量的非线性AVO流体判别方法，属于地震勘探资料处理与解释领域。

背景技术

AVO(Amplitude versus Offset)研究的是地震纵波振幅随偏移距的变化关系，AVO分析和地震反演相结合提供了一种新的流体预测和岩性预测的方法，通过AVO数据的物性参数反演可直接对岩性进行解释、预测地下岩性和流体的化，其理论基础是描述平面纵波在阻抗界面处产生的各种反射波、透射波能量关系的Zoeppritz方程。

由于Zoeppritz方程过于复杂，难以直接看清对反射系数有直接影响的参数。多年来，诸多学者推导了其近似表达式(Wang，1999)，先后有Bortfeld(1961)、Aki & Richards(1980)、Shuey(1985)、Hilterman(1990)和Mallick(1993)等简化关系式，其中最有影响的当Shuey的Zoeppritz方程两项近似，这一简化极大地推动了AVO技术的研究和应用。

上述各种方法在实际应用中都采用纵、横波速度比近于2这一前提假设条件，但这一假设在大部分地区是不成立的，且多没有考虑密度变化。而随着孔隙流体的变化，介质的纵波速度和密度也会随之变化(Mallick，2007)，因此地震纵波振幅随偏移距的变化规律就不能忽略密度的变化特征，这就需要寻找一种表达方式来表述岩层的纵、横波速度和密度的变化特征。

发明内容

本发明的目的在于克服现有流体判别方法存在的上述问题，提供一种基于三参量的非线性AVO流体判别方法，本发明针对区块储层段的纵、横波速度比，提出了新的表征纵、横波速度和密度变化率特征的三参量AVO分析方法，根据理论模型和实际资料的AVO正演，得出有针对性的、该区块特有的包含速度变化特征的AVO近似方程，结合本区流体因子进行流体判断，使AVO分析结果更可靠。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于三参量的非线性AVO流体判别方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、整理Aki&Richards方程，得

$R\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}}\right)(1+{\tan }^2\mathrm{\θ})-4{\mathrm{\γ}}^2\left(\frac{\mathrm{\Δ\β}}{\mathrm{\β}}\right){\sin }^2\mathrm{\θ}-\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\mathrm{\ρ}}[1-4{\mathrm{\γ}}^2{\sin }^2\mathrm{\θ}],$ 其中，γ＝β/α为横、纵波速度比；

b、将a步骤中密度的系数项进行近似处理，得到方程1-4γ²sin²θ＝cos²θ，将得到的方程代入a步骤中的方程，得到

$R\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}}\right)(1+{\tan }^2\mathrm{\θ})-4{\mathrm{\γ}}^2\left(\frac{\mathrm{\Δ\β}}{\mathrm{\β}}\right){\sin }^2\mathrm{\θ}-\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\mathrm{\ρ}}{\cos }^2\mathrm{\θ},$

c、由上式得到地下介质两侧的横、纵波速度和密度的变化率，根据流体判别因子F＝ΔV_S-0.714·ΔV_P，流体判别为：

当ΔF＜0时，表明储集层内的流体为气的可能性较大；

当ΔF≈0时，表明储集层内的流体可能为水或气；

当ΔF＞0时，表明储集层内的流体为水的可能性较大。

所述 $R\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}}\right)(1+{\tan }^2\mathrm{\θ})-4{\mathrm{\γ}}^2\left(\frac{\mathrm{\Δ\β}}{\mathrm{\β}}\right){\sin }^2\mathrm{\θ}-\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\mathrm{\ρ}}{\cos }^2\mathrm{\θ}$ 与Aki &Richards方程近似的误差为ε＝(4γ²-1)sin²θ。

所述b步骤中近似处理是设定横、纵波速度比为0.5。

所述c步骤中，对气水判别方程β＝415+0.714α求导得到流体判别因子ΔF＝Δβ/β-0.714Δα/α，其中，Δα/α为纵波速度变化率，Δβ/β为横波速度变化率。

采用本发明的有益效果在于：

一、本发明针对区块储层段的纵、横波速度比，提出了新的表征纵、横波速度和密度变化率特征的三参量AVO分析方法，并完成了理论模型和实际资料的AVO正演，得出有针对性的、该区块特有的包含速度变化特征的AVO近似方程，使AVO分析结果更可靠。

二、本发明进行实际资料的流体判别分析，使三参量AVO分析结果与实钻吻合较好，能够有效地进行流体判别。

具体实施方式

一种基于三参量的非线性AVO流体判别方法，包括如下步骤：

a、整理Aki&Richards方程，得

$R\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}}\right)(1+{\tan }^2\mathrm{\θ})-4{\mathrm{\γ}}^2\left(\frac{\mathrm{\Δ\β}}{\mathrm{\β}}\right){\sin }^2\mathrm{\θ}-\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\mathrm{\ρ}}[1-4{\mathrm{\γ}}^2{\sin }^2\mathrm{\θ}],$ 其中，γ＝β/α为横、纵波速度比；

b、将a步骤中密度的系数项进行近似处理，得到方程1-4γ²sin²θ＝cos²θ，将得到的方程代入a步骤中的方程，得到

$R\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}}\right)(1+{\tan }^2\mathrm{\θ})-4{\mathrm{\γ}}^2\left(\frac{\mathrm{\Δ\β}}{\mathrm{\β}}\right){\sin }^2\mathrm{\θ}-\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\mathrm{\ρ}}{\cos }^2\mathrm{\θ},$

c、由上式得到地下介质两侧的横、纵波速度和密度的变化率，流体判别因子F＝ΔV_S-0.714·ΔV_P，流体判别为：

当ΔF＜0时，表明储集层内的流体为气；

当ΔF≈0时，表明储集层内的流体为水或气；

当ΔF＞0时，表明储集层内的流体为水。

所述 $R\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}}\right)(1+{\tan }^2\mathrm{\θ})-4{\mathrm{\γ}}^2\left(\frac{\mathrm{\Δ\β}}{\mathrm{\β}}\right){\sin }^2\mathrm{\θ}-\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\mathrm{\ρ}}{\cos }^2\mathrm{\θ}$ 与Aki &Richards方程近似的误差为ε＝(4γ²-1)sin²θ。

所述b步骤中近似处理是设定横、纵波速度比为0.5。

所述c步骤中，对气水判别方程β＝415+0.714α求导得到流体判别因子ΔF＝Δβ/β-0.714Δα/α，其中，Δα/α为纵波速度变化率，Δβ/β为横波速度变化率。

以下对本发明作具体说明：

在实验室进行岩芯速度测定，对实验数据进行分析，理论和试验结果表明：速度与压力有关，正常情况下，应该考虑单一压力状态下速度的相对关系，但由于试验样品非常少，单一压力条件下，难以得到统计规律；而速度随压力的变化而有规律地变化，使得不同围压下纵、横波速度的相对关系具有一定的相似性。虽然数据点分布仍较分散，不能完全区分流体差异(和岩性及组分有关)，但仍有规律可循，即半饱和水砂岩绝大多数分布于数据点的中心位置，以其作为气水判别法则对现有资料而言是相对合理的。据此得到气水判别方程

β＝415+0.714α    (1)

式中，β为横波速度，α为纵波速度。

由研究区岩芯样品的实验室分析数据得到的气水判别方程能够有效地识别含气层段，对公式(1)求导，可得到新的流体判别因子

ΔF＝Δβ/β-0.714Δα/α    (2)

其中，Δα/α为纵波速度变化率，Δβ/β为横波速度变化率。

公式(2)的地球物理含义为：

1)当ΔF＜0时，表明储集层内的流体为气的可能性较大；

2)当ΔF≈0时，表明储集层内的流体可能为水，也可能是气；

3)当ΔF＞0时，表明储集层内的流体为水的可能性较大。

阵列声波测井资料分析结果表明，研究区含气砂岩段的纵、横波速度变化范围大，且与围岩段的速度有重叠现象，利用单一属性难以有效区分流体，而横波速度-密度交会、横波阻抗-密度交会对流体更敏感。

苏里格气田储层段主要分布在盒8段，通过声波阵列测井资料提取的储层段纵、横波速度比曲线显示其值在1.7左右。苏里格气田盒8段纵、横波速度及密度变化率曲线表明，砂岩段密度变化远小于速度变化，各个泥岩段的密度差别不大。

上述典型含气砂岩段测井资料分析表明，致密碎屑岩储层的密度变化相对于其纵、横波速度的变化较小，据此，整理Aki&Richards方程，得

$R\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}}\right)(1+{\tan }^2\mathrm{\θ})-4{\mathrm{\γ}}^2\left(\frac{\mathrm{\Δ\β}}{\mathrm{\β}}\right){\sin }^2\mathrm{\θ}-\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\mathrm{\ρ}}[1-4{\mathrm{\γ}}^2{\sin }^2\mathrm{\θ}]---\left(3\right)$

其中，γ＝β/α为横、纵波速度比。

公式(3)中密度项的系数不仅与入射角有关，也与横、纵波速度比有关，因难以准确判定而无法获得密度项的准确系数。由于密度变化较小，为此在密度的系数项进行近似处理，即假设横、纵波速度比为0.5，则有

1-4γ²sin²θ＝cos²θ

代入方程(3)，有

$R\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}}\right)(1+{\tan }^2\mathrm{\θ})-4{\mathrm{\γ}}^2\left(\frac{\mathrm{\Δ\β}}{\mathrm{\β}}\right){\sin }^2\mathrm{\θ}-\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\mathrm{\ρ}}{\cos }^2\mathrm{\θ}---\left(4\right)$

其与Aki&Richards近似的误差为ε＝(4γ²-1)sin²θ。

理论模型反射系数计算表明，该近似方法具有较高精度。由公式(4)，通过角道集曲线拟合，就可以得到地下介质较准确的横、纵波速度和密度的变化率。

所述三参量是指纵波速度变化率、横波速度变化率和密度变化率。

现有波列测井资料分析结果表明，含气砂岩段的纵、横波速度变化范围大，且与围岩段的速度有重叠现象，利用单一属性难以有效区分孔隙流体，而横波速度-密度交会、横波阻抗-密度交会对流体更敏感；由于沉积环境的差异造成岩石组分、颗粒大小、填隙物变化，现有岩芯样品的实验室测定与分析结果虽不能完全有效地区分孔隙流体，但具有较好的统计规律，与测井、试油结果对比表明，构建的流体判别因子能够有效地识别含气层段。AVO分析采取何种近似方法，其目的都是试图通过对角道集振幅分析寻找流体变化，进而预测有利的勘探或开发目标。

通过对各种炮检距的实际地震波振幅进行曲线拟合，就可以得到纵波、横波剖面及其各种衍生剖面，常见的AVO属性剖面有：

(一)截距(纵波)剖面

当振幅随偏移距变化明显时，常规的CMP叠加剖面不能被近似成自激自收剖面，而纵波反射率剖面克服了这一缺陷，它相当于零炮检距剖面，但较其有更高的分辨率和信噪比，所反映的自激自收特性更适用于常规的纵波反演。含气情况下，其截距剖面上对应的是强振幅-“亮点”异常特征。

(二)梯度和限制梯度剖面

梯度反映的是岩层弹性参数的综合特征，是纵波反射系数变化率的表征量，包含了振幅随偏移距变化的信息，为了描述振幅随偏移距的绝对变化，引入限制梯度的概念。当振幅的绝对值随偏移距增加而增加时，限制梯度就表现为正值，此时，对于典型的砂泥岩沉积层序来讲，往往预示着砂岩含气。

(三)相对泊松比剖面

相对泊松比可根据梯度和截距估算，即Δσ＝4(P+G)/9。该参量反映了岩石泊松比的相对变化，低值指示砂岩，而高值指示泥岩或未固结砂岩。

(四)横波剖面

横波反射系数可根据梯度和截距估算，即R_S＝(R_P-G)/2。由于横波不能在流体中传播，因此，横波剖面实际反映的是岩石骨架的信息。就储层而言，横波反射振幅的横向变化可以反映储层横向物性的变化。在围岩物性参数变化不大的情况下，横波反射振幅值越大，说明储层横波速度与上覆围岩的横波速度差异越大，反映出储层的物性越好；其值越小，储层的横波速度与上覆围岩的横波速度差异越小，表明储层的物性越差。因此，通过横波结合其他属性参数，可以间接地判断储层的横向变化。

本质上，AVO属性剖面作为地震属性的一种特殊形式，反映的是地下波阻抗界面两侧的弹性参数差异。这种差异既可能缘于岩性的变化，也可能是缘于孔隙中所充填流体的不同。

根据上述原理，就可以对AVO角道集数据进行三参量拟合分析，得到刻画岩石物理参数(纵波阻抗、横波阻抗、泊松比)变化率的属性剖面，进而进行流体和岩性的判别。本质上，AVO属性剖面作为地震属性的一种特殊形式，它反映的是地下波阻抗界面两侧的弹性参数差异。这种差异既可能缘于岩性的变化，也可能是缘于孔隙中所充填流体的不同。

根据上述原理，就可以对AVO角道集数据进行三参量拟合分析，得到刻画岩石物理参数(纵波阻抗、横波阻抗、泊松比)变化率的属性剖面，进而进行流体和岩性的判别。

Claims (4)

1.一种基于三参量的非线性AVO流体判别方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、整理Aki&Richards方程，得

$R\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}}\right)(1+{\tan }^2\mathrm{\θ})-{4\mathrm{\γ}}^2\left(\frac{\mathrm{\Δ\β}}{\mathrm{\β}}\right){\sin }^2\mathrm{\θ}-\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\mathrm{\ρ}}[1-{4\mathrm{\γ}}^2{\sin }^2\mathrm{\θ}],$ 其中，γ=β/α为横、纵波速度比；

b、将a步骤中密度的系数项进行近似处理，得到方程1-4γ²sin²θ=cos²θ，将得到的方程代入a步骤中的方程，得到

$R\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{\Δ\α}}{\mathrm{\α}}\right)(1+{\tan }^2\mathrm{\θ})-{4\mathrm{\γ}}^2\left(\frac{\mathrm{\Δ\β}}{\mathrm{\β}}\right){\sin }^2\mathrm{\θ}-\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{\mathrm{\ρ}}{\cos }^2\mathrm{\θ},$

c、由上式得到地下介质两侧的横、纵波速度和密度的变化率，根据流体判别因子ΔF=ΔV_S-0.714·ΔV_P，ΔV_S为纵波速度变化率，ΔV_P为横波速度变化率，流体判别为：

当ΔF<0时，表明储集层内的流体为气；

当ΔF≈0时，表明储集层内的流体为水或气；

当ΔF>0时，表明储集层内的流体为水。

2.根据权利要求1所述的基于三参量的非线性AVO流体判别方法，其特征在于：所述 $R\left(\mathrm{\&theta;}\right)=\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}{\mathrm{\&alpha;}}\right)(1+{\tan }^2\mathrm{\&theta;})-{4\mathrm{\&gamma;}}^2\left(\frac{\mathrm{\&Delta;\&beta;}}{\mathrm{\&beta;}}\right){\sin }^2\mathrm{\&theta;}-\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\&Delta;\&rho;}}{\mathrm{\&rho;}}{\cos }^2\mathrm{\&theta;}$ 与Aki&Richards方程近似的误差为ε=(4γ²-1)sin²θ。

3.根据权利要求1或2所述的基于三参量的非线性AVO流体判别方法，其特征在于：所述b步骤中近似处理是设定横、纵波速度比为0.5。

4.根据权利要求3所述的基于三参量的非线性AVO流体判别方法，其特征在于：所述c步骤中，对气水判别方程β=415+0.714α求导得到流体判别因子ΔF=Δβ/β-0.714Δα/α，其中，Δα/α为纵波速度变化率，Δβ/β为横波速度变化率。