CN102707317A - 一种利用地震波吸收衰减特征进行储层分析的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用地震波吸收衰减特征进行储层分析的方法，属于油气及煤层气地震勘探与开发领域。该方法基于地震波吸收衰减理论和地震谱分解技术，针对不同类型的薄储层，采用地震正演模拟技术，通过分析储层厚度与地震振幅、频率的相关关系进行振幅校正，然后在地质层位的约束下，利用地震吸收和衰减属性进行基于地层单元的储层评价分析。该方法实现了利用地震波吸收衰减属性进行储层含气性的评价的目的，在非均质储层评价和描述中，尤其是煤层气等非常规储层的评价和精细描述中具有广泛的应用价值。

Description

一种利用地震波吸收衰减特征进行储层分析的方法

技术领域

本发明属于油气及煤层气地震勘探与开发领域，具体涉及一种利用地震波吸收衰减特征进行储层分析的方法。

背景技术

随着油气勘探开发工作的不断深入，常规油气勘探重点由原来的构造油气臧向岩性油气藏和隐蔽油气藏转移，非常规(煤层气、页岩气和致密砂岩气等)油气的勘探开发日益受到重视。在储层的非均质性和含气性研究中，地层吸收参数被以为是分析储层非均质性和含气性最为敏感、可靠的依据之一。根据测井资料或井中地震的相关资料，可以较为准确地分析储层的吸收衰减特征，但是，对于油气勘探开发而言，钻前预测是至关重要的，随着勘探深度的加大和水平井的实施，必须在开发之前，对储层的特征有较为全面的了解，只有这样，才能有效地降低勘探开发的成本，提高勘探的命中率和经济效益，因此，利用地面地震(包括二维、三维)资料进行储层吸收衰减属性的表征和描述就显得十分重要了。通过对储层的吸收衰减属性的综合分析，应以减少地震属性分析多解性为目的，从而提高在预测储层含气性方面的精度。

现有技术中，US Patent 6982927专利(Method for processing seismicdata to identify anomalous absorption zones，利用地震资料识别异常吸收区带方法，Tanger M.Turhan)，提出了利用地震能量的异常变化特征进行地层异常吸收的分析方法，该技术的实现主要有三个步骤：①利用时频分析方法进行地震资料的谱分解；②通过低频带的滤波计算地层吸收的总体趋势；③与地层吸收的总体趋势进行对比分析，从而确定地层的异常吸收区带。在该发明阐述的整个处理过程中没有考虑储层的特征响应频率，并且没有考虑地层厚度对地震振幅的影响，分析得到的地震振幅异常所反映的吸收异常区带不能直接反映储层的含气性。

US Patent 7243029专利(Systems and methods of hydrocarbon detectionusing wavelet energy absorption analysis，利用子波能量吸收分析技术进行烃类检测的方法和体系，Eugene Lichman，Scott W.Peters和Robert W.Wiley，给出了利用地震子波能量进行烃类检测的方法和具体实现：首先通过对目的层段的地震数据进行一致性处理；然后计算子波能量吸收因子；通过分析吸收因子的空间变化进行储层的烃类检测。目前在地震资料中直接提取地震子波的方法技术很难得到较为准确的时变和空变的地震子波，同时在同一地层的不同部位，由于地震资料的激发和接收的问题，地震子波也有所不同，这种子波的差异与储层含气性没有直接的关系，利用含其他因素的地震子波进行储层的烃类检测存在多解性和不确定性。

US Patent 7555389专利(Creating an Absorption Parameter Model，创建一种吸收参数模型，Maud Cavalca，Robin Fletcher和Alfonso Gonzalez)，较为系统地提出了基于层间Q值估算的有效吸收参数计算模型，通过该技术的应用可以提高地震成像的精度。该发明用于地震处理过程中，对地震波随时间和频率的吸收衰减影响进行补偿，以回避干扰面波能量的影响，消除近地表引起的激发炮间能量差异。使用的阶段和目的，与本发明阐述的方法技术不同，使用目的也不同，主要目标是提高地震成像的质量，从而达到保幅处理的目的。

专利公开号为CN1467509的专利提供了一种时频域大地吸收衰减补偿方法，该方法通过地震信号的均方根振幅来拟合出它的吸收衰减曲线，用计算出的吸收衰减曲线对相应频率段的地震信号进行补偿，对每个频率段进行大地吸收衰减补偿处理，以提高地震数据的成像质量。

利用地震资料进行地层吸收衰减分析的方法技术研究是地震研究的热点之一，进行地层吸收衰减估算，主要有两个用途，其一是在地震处理阶段，提高地震成像质量和精度，其二是地震解释和储层预测阶段，提高非均质储层描述的精度，进行储层的烃类检测和含气性评价，这些方法技术的基础全部是地震波吸收衰减的理论，本发明专利涉及的技术内容主要是利用地震吸收衰减特征进行储层的描述和非常规储层的含气性预测，目前方法技术主要是依据地震振幅的信息进行地层吸收衰减的分析，由于地震振幅在处理过程中存在较多的影响因素，得到的解释结果存在一定的多解性，很难与实际储层的岩性特征和含气性相一致。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种利用地震波吸收衰减特征进行储层分析的方法，克服目前单纯依赖地震振幅进行地层吸收衰减属性分析的多解性，形成在同沉积地层约束条件下，联合运用地震资料的频率和振幅的信息进行储层吸收衰减特征的分析，进而分析储层吸收衰减属性的横向变化和纵向变化，以辅助岩性(和地层)圈闭油气藏和非常规油气藏(煤层气、页岩气等)的精细储层描述和钻前预测，为油气勘探开发优选目标提供可靠的基础性资料。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种利用地震波吸收衰减特征进行储层分析的方法，所述方法基于地震波吸收衰减理论和地震谱分解技术，针对不同类型的薄储层，采用地震正演模拟技术，通过分析储层厚度与地震振幅、频率的相关关系进行振幅校正，然后在地质层位的约束下，利用地震吸收和衰减属性进行基于地层单元的储层评价分析。

所述方法包括：

(1)利用谱分解技术进行地震数据的AVF道集分析

对地震资料进行谱分解的分频处理，得到地震数据的AVF道集，然后在与频率域相关的三维虚拟空间中利用三维可视化技术进行储层的特征响应频率的分析，得到储层的特征响应频率；

(2)结合测井数据进行基于厚度变化的振幅校正

根据钻井揭示的储层厚度的实际情况，通过正演模拟，在所述特征响应频率的分频剖面中进行储层的构造解释，并确定地震振幅校正系数，进行振幅的厚度校正；

(3)与烃类相关的地层拟吸收系数的计算

在振幅的厚度校正后的AVF道集中，针对不同的地层岩石的岩石物理特征，确定合适的拟合关系来进行振幅-频率相关关系分析，进而得到整个数据体中的地层拟吸收系数；

(4)分析储层纵向和横向地层拟吸收系数的变化率进行含气性评价

根据步骤(3)得到的地层拟吸收系数，在地质层位的控制下，通过分析储层拟吸收系数的横向变化率和纵向变化率，来预测储层的含气性；

其中，AVF是指振幅随频率变化。

其中，所述步骤(1)包括以下步骤：

(11)输入适用于目标区的二维或三维地震数据，采用小波变换、广义S变换或正交Herbort变换进行地震数据的谱分解处理，根据该地震数据的谱分解处理的结果生成有效频率段的单频分频剖面或单频数据体；

(12)根据第(11)步得到的单频分频剖面或单频数据体，将同一地震道的不同频率的单频地震道按照频率从小到大重新组合，生成每一地震道的AVF道集，从而在原始地震资料维度的基础上增加了一个频率维度，构建了与频率相关的三维地震数据体或四维地震数据体；

(13)结合本区已有钻井中储层沉积特征和横向连通性的关系，从地震数据体中抽取过井的二维地震分频剖面或三维联井地震分频剖面，利用三维可视化技术进行特征响应频率分析，通过对比分频剖面中储层横向连通性的关系，确定储层的特征响应频率；

所述步骤(2)包括以下步骤：

(21)根据井孔资料揭示的储层实际情况，从测井资料中提取储层的岩石物理参数，包括纵波速度、密度和横波速度，并结合目标区内储层的厚度变化特征，制作地层厚度变化的地质模型，利用弹性波的波动方程的有限差分算法进行地震正演模拟，以确定储层的调谐频率和调谐振幅的特征，再结合储层特征响应频率计算振幅校正因子，并对地震数据体的AVF道集进行厚度校正；

所述步骤(3)包括以下步骤：

(31)在储层特征响应频率分析的基础上，确定用于储层横向追踪的有效频率剖面或数据体，对目标区的储层进行标定，进行储层的层位追踪，建立储层的构造模型，作为储层沿层吸收衰减属性分析的约束条件；

(32)通过基于AVF道集的振幅-频率变化关系分析，建立地层拟吸收系数的转换关系，并根据得到的相关关系计算整个数据体中的地层拟吸收系数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)该方法不仅考虑了储层含气性和地层吸收衰减特征之间的关系，而且同时考虑了振幅和频率特征在地层吸收衰减属性分析中的作用；(2)提出了在计算地层吸收衰减属性分析基础上，以储层构造模型为控制，进行储层吸收衰减属性横向变化率和纵向变化率分析的方法和技术流程，实现了利用地震波吸收衰减属性进行储层含气性的评价的目的；(3)该方法在非均质储层评价和描述中，尤其是煤层气等非常规储层的评价和精细描述中具有广泛的应用价值。

附图说明

图1是本发明方法中基于三维可视化的地震资料的AVF道集分析示意图。

图2-1是本发明中薄储层(1-15米)的地震正演模拟结果

图2-2是本发明中50Hz的单频剖面图。

图2-3是本发明中30Hz的单频剖面图。

图2-4是本发明中70Hz的单频剖面图。

图3-1是本发明中基于AVF道集的振幅-频率的线性关系的拟合结果图。

图3-2是本发明中基于AVF道集的振幅-频率的多项式关系的拟合结果图。

图4是本发明中结合钻井资料在谱分解后的分频剖面上进行储层的空间追踪图。

图5是本发明实施例中某地区的原始地震剖面图。

图6是本发明实施例中与图5对应的基于地震吸收衰减属性预测的储层含气性结果图。

图7是本发明实施例中目标储层的沿层含气性的预测结果。图5、图6是图7中的一条地震测线。

图8是本发明方法的步骤图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种利用地震波吸收衰减特征进行储层分析的方法，该方法基于地震波吸收衰减理论和地震谱分解技术，针对不同类型的薄储层，采用地震正演模拟技术，通过分析储层厚度与地震振幅、频率的相关关系进行振幅校正，然后在地质层位的约束下，利用地震吸收和衰减属性进行基于地层单元的储层评价分析。

所述方法包括：

(1)利用谱分解技术进行地震数据的AVF道集分析

对地震资料进行谱分解的分频处理，得到地震数据的AVF(振幅随频率变化，Amplitude-Variable-Frequency)道集，然后在与频率域相关的三维虚拟空间中利用三维可视化技术进行储层的特征响应频率的分析，得到储层的特征响应频率。

具体来说，地震数据谱分解处理技术(也称之为分频处理或时频分析技术)是利用地震资料计算地层吸收衰减属性的基础，地震波吸收衰减理论表明地层的吸收衰减属性不仅与地震振幅相关，而且与地震频率相关。进行地震吸收衰减属性分析的谱分解处理，可以利用Morlet小波变换、广义S变换或正交Hilbert变换进行地震资料的分频处理，通过分频处理，可以得到地震数据的单频剖面(二维地震)或单频数据体(三维地震)，通过得到单频数据，按照地震道进行组合，就可以得到地震数据的AVF道集，然后利用三维可视化技术在与频率域相关的三维虚拟空间中进行储层的特征响应频率的分析(如图1所示)，得到储层的特征响应频率(用于表示与地层沉积旋回关系的地震频率值)。

(2)结合测井数据进行基于厚度变化的振幅校正

根据钻井揭示的储层厚度的实际情况，通过正演模拟，在特征响应频率的分频剖面中进行储层的构造解释，并确定地震振幅校正系数，进行振幅的厚度校正。

具体来说，不同地质体(砂体和薄煤层)由于厚度和岩性的差异有着不同的特征响应频率，进行地震吸收衰减属性分析，必须消除特殊地质体储层的厚度变化对振幅和频率的影响，因此，需要利用测井资料确定储层的弹性参数进行地震正演模拟，通过对比地震正演模拟的分频处理结果，得到不同频率的最大振幅对应于不同厚度煤层的调谐响应结果(如图2所示)，然后，利用最优化目标函数计算砂层或煤储层的厚度-振幅校正因子，再进行AVF道集的厚度校正，以保证得到的AVF异常信息是地层吸收衰减的实际地震响应，而不包括地层的厚度信息。

(3)与烃类相关的地层拟吸收系数的计算

在振幅校正后的AVF道集中，针对不同的地层岩石的岩石物理特征，确定合适的拟合关系进行振幅-频率相关关系分析。

由于储层的岩石物理性质不同，所含流体性质不同，其地震波的振幅衰减量也不尽相同.当岩石中含有油气，特别是含天然气时，会引起地震波高频成分的衰减，进而使得地震波的振幅衰减量显著增大，因而目的层地震频率和振幅衰减程度能灵敏地反映储层的含气性的变化，因此，可以通过研究储层的地震振幅与频率的相关变化来确定岩性的横向变化和含油气性，圈定油气藏范围。具体步骤如下：首先在校正后AVF道集中，进行振幅和频率相关关系的拟合，根据不同的储层特征，可采用线性拟合或多项式拟合的方式，得到这种关系；然后根据逐道逐点的数据拟合，得到整个数据体的AVF关系式(如图3所示)，然后分别计算其频率截距、振幅截距和曲线系数(线性方程的斜率或多项式的一次、二次系数)，再采用面积比值的方法计算得到地层的拟吸收系数。

(4)分析储层纵向和横向地层拟吸收系数的变化率进行含气性评价

根据地层拟吸收系数计算的结果，在地质层位的控制下，可以通过分析储层拟吸收系数的横向变化率和纵向变化率，预测储层的含气性。

具体来说，根据地震层位解释结果，结合井中储层的标定结果，确定能够反映合适的频率段剖面进行储层的空间追踪(如图4所示)，得到储层的空间展布，然后，分别计算储层地层拟吸收系数的纵向变化率和横向变化率，为储层含气性有利区带(指地下地层中可能含油气的区域)的判识提供一种技术手段，并减少在判识过程中的多解性。

本发明的具体实施步骤如下：

第一步，输入适用于目标区的二维或三维叠后地震数据(二维数据只能进行剖面的处理，得到的是图6的结果，不能得到图7的平面分析结果，若需要进行储层的平面展布的横向预测，需要三维地震资料)，采用小波变换、广义S变换或正交Herbort变换等方法进行地震数据的谱分解(分频)处理，根据该地震数据频谱分析的结果生成有效频率段的单频分频剖面。

第二步，根据第一步得到的单频分频剖面，将同一空间位置(地震道)的不同频率的单频地震道按照频率从小到大重新组合，就能生成每一地震道的AVF道集，从而在原始地震资料维度的基础上增加了一个频率维度，构建了与频率相关的三维数据体(原始资料为二维资料-Y表示地震道，Z表示反射时间，处理以后增加了X表示频率)和四维数据体(原始资料为三维数据-X表示地震测线，Y-表示地震道，Z表示反射时间，处理以后增加了X’表示频率)。

第三步，结合本区已有钻井中储层沉积特征和横向连通性的关系，从地震数据体(此处只考虑地震数据体对应的空间位置，与第二步的分频处理无关。)中抽取过井(过井指在地震剖面穿过的空间位置中有1口以上的钻井。)的二维地震分频剖面或三维联井地震分频剖面(此处的地震分频剖面是利用地震测线或数据体的空间位置，加上第二步得到的AVF道集共同组成的)，利用三维可视化技术进行特征响应频率分析，在三维空间中，X-表示地震道；Y-表示频率范围；Z-表示反射时间，通过对比分频剖面中储层横向连通性的关系，确定储层的特征响应频率。

第四步，根据井孔资料揭示的储层实际情况，从测井资料中提取储层的纵波速度、密度和横波速度等岩石物理参数，并结合目标区内储层的厚度变化特征，制作地层厚度变化的地质模型，利用弹性波的波动方程的有限差分算法进行地震正演模拟，以确定储层的调谐频率和调谐振幅的特征，再结合储层特征响应频率计算振幅校正因子，并对地震数据体的AVF道集进行厚度校正，具体计算振幅校正因子的方法是采用多元线性回归的MLR方法，如下式所示，

${\hat{y}}_i=a_0+a_1{x}_{i1}+...+a_p{x}_{\mathrm{ip}}$

y_i＝a₀+a₁x_i1+...+a_px_ip+e_i

这里x_i1，...，x_ip表示不同频率的地震振幅，a₀，...，a_p是需要估计的校正因子的系数，

表示调谐频率的振幅影响系数，y_i表示校正后的与厚度无关的振幅值，

是第i个振幅数值的误差。

厚度校正只需要将上述计算公式应用于每个AVF道集的每个数据点就可以了。厚度校正消除了地层厚度对AVF道集分析的影响。

第五步，在储层特征响应频率分析的基础上，确定用于储层横向追踪的有效频率剖面或数据体，即选择与储层特征响应频率相对应的频率段的分频剖面或数据体，并利用与储层特征响应频率相匹配的地震子波，制作合成地震记录，对目标区的储层进行标定，进行储层的层位追踪，建立储层的构造模型，作为储层沿层吸收衰减属性分析的约束条件，即根据构造模型中地震层位的三维空间位置进行地层吸收衰减属性分析，而不是仅仅根据反射时间进行分析。

第六步，通过基于AVF道集的振幅-频率变化关系分析，建立地层拟吸收系数的转换关系(有两种转化关系，其一是通过线性拟合的方法，如图3-1所示；其二是通过多项式拟合的方法，如图3-2所示，不同的地区的不同地层可能采用不同的方法)，并根据得到的相关关系计算整个数据体中的地层拟吸收系数。

第七步，根据储层构造模型的约束，沿层分别计算储层的拟吸收系数的纵向变化率和横向变化率(变化率的计算可以用数学上的梯度表示，属于基本的数学方法。)，进而进行储层含气性的预测。拟吸收系数是对地层吸收系数的度量，不直接使用拟吸收系数，而使用变化率，变化率更能体现地层吸收衰减的差异变化，这种变化与含油气性关联更好。

下面以某地区的应用实例来说明本发明的效果。图5是某地区的原始地震剖面，储层由于含气造成了“下凹”现象，关键是需要确定储层含气的纵向分布范围和横向分布范围，通过分析本区储层的地质特点，可以获得储层的特征响应频率，然后在AVF道集分析和振幅厚度校正的基础上，计算了地层拟吸收系数，再在目的储层的构造模型的约束下，通过计算地层拟吸收衰减属性纵向变化率和横向变化率，得到了如图6和图7的处理结果，进而全面描述了储层含气性的纵向展布规律和横向展布规律，评价分析了储层的含气性，为油气开发的储层描述提供了可靠的依据，提高了钻探的成功率。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制性的意义。

Claims (3)

1.一种利用地震波吸收衰减特征进行储层分析的方法，其特征在于，所述方法基于地震波吸收衰减理论和地震谱分解技术，针对不同类型的薄储层，采用地震正演模拟技术，通过分析储层厚度与地震振幅、频率的相关关系进行振幅校正，然后在地质层位的约束下，利用地震吸收和衰减属性进行基于地层单元的储层评价分析。

2.根据权利要求1所述的利用地震波吸收衰减特征进行储层分析的方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)利用谱分解技术进行地震数据的AVF道集分析

对地震资料进行谱分解的分频处理，得到地震数据的AVF道集，然后在与频率域相关的三维虚拟空间中利用三维可视化技术进行储层的特征响应频率的分析，得到储层的特征响应频率；

(2)结合测井数据进行基于厚度变化的振幅校正

根据钻井揭示的储层厚度的实际情况，通过正演模拟，在所述特征响应频率的分频剖面中进行储层的构造解释，并确定地震振幅校正系数，进行振幅的厚度校正；

(3)与烃类相关的地层拟吸收系数的计算

在振幅的厚度校正后的AVF道集中，针对不同的地层岩石的岩石物理特征，确定合适的拟合关系来进行振幅-频率相关关系分析，进而得到整个数据体中的地层拟吸收系数；

(4)分析储层纵向和横向地层拟吸收系数的变化率进行含气性评价

根据步骤(3)得到的地层拟吸收系数，在地质层位的控制下，可以通过分析储层拟吸收系数的横向变化率和纵向变化率，预测储层的含气性；

其中，AVF是指振幅随频率变化。

3.根据权利要求2所述的利用地震波吸收衰减特征进行储层分析的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下步骤：

(11)输入适用于目标区的二维或三维地震数据，采用小波变换、广义S变换或正交Herbort变换进行地震数据的谱分解处理，根据该地震数据的谱分解处理的结果生成有效频率段的单频分频剖面或单频数据体；

(12)根据第(11)步得到的单频分频剖面或单频数据体，将同一地震道的不同频率的单频地震道按照频率从小到大重新组合，生成每一地震道的AVF道集，从而在原始地震资料维度的基础上增加了一个频率维度，构建了与频率相关的三维地震数据体或四维地震数据体；

(13)结合本区已有钻井中储层沉积特征和横向连通性的关系，从地震数据体中抽取过井的二维地震分频剖面或三维联井地震分频剖面，利用三维可视化技术进行特征响应频率分析，通过对比分频剖面中储层横向连通性的关系，确定储层的特征响应频率；

所述步骤(2)包括以下步骤：

(21)根据井孔资料揭示的储层实际情况，从测井资料中提取储层的岩石物理参数，包括纵波速度、密度和横波速度，并结合目标区内储层的厚度变化特征，制作地层厚度变化的地质模型，利用弹性波的波动方程的有限差分算法进行地震正演模拟，以确定储层的调谐频率和调谐振幅的特征，再结合储层特征响应频率计算振幅校正因子，并对地震数据体的AVF道集进行厚度校正；

所述步骤(3)包括以下步骤：

(31)在储层特征响应频率分析的基础上，确定用于储层横向追踪的有效频率剖面或数据体，对目标区的储层进行标定，进行储层的层位追踪，建立储层的构造模型，作为储层沿层吸收衰减属性分析的约束条件；

(32)通过基于AVF道集的振幅-频率变化关系分析，建立地层拟吸收系数的转换关系，并根据得到的相关关系计算整个数据体中的地层拟吸收系数。

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