CN102736107A - 一种能量约束非均质储层厚度识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种能量约束非均质储层厚度识别系统；首先从测井单井上获取准确的储层数据参数；求取最优子波：构建储层基本小波函数；构建能量约束储层厚度谱的基本函数；

ψ为小波函数，t为时间，b为顶底界面的时差，a为随频率变化的不同时间的尺度参数，c、d为余弦平方镶边衰减函数；井旁地震道能量约束储层厚度谱的建立；三维数据空间厚度预测；借助计算机机器三维显示系统软件，对预测得到储层厚度数据进行立体显示。

Description

一种能量约束非均质储层厚度识别系统

技术领域：

本发明涉及到一种能量约束非均质储层厚度识别系统。

背景技术：

石油勘探的目的是综合利用地球物理勘探、地球化学勘探、地球地质勘探等方法来寻找地下储集的石油、天然气空间分布和内部结构规律，对油气勘探开发具有特别重要的意义。而地球物理勘探方法是运用最为广泛的地震预测技术方法之一。对于我国普遍存在的陆相砂泥岩地层以及碳酸盐岩、火山岩等特殊性储层来说，大多为10米以内的储层。对于储集层厚度的确定，地球物理工作者做了大量深入、细致的工作，也取得了较大的进展，井震联合反演和地质统计建模预测，已大大突破了λ/4的地震分辨率限制，一般可达到3-5m，甚至1-2m。但是，随着预测分辨率的提高，需加入的人为信息也就越来越多，即储层预测中需要测井资料和层位等多种信息约束，而井震标定和层位解释的精度都会直接影响反演结果的精度和效果，造成反演的多解性。另外，反演方法多种多样，用不同的反演方法、不同的预测参数对同一地震数据进行反演，都可能得到不同的反演结果，也会增加反演多解性。

为了克服厚度预测的不确定性及多解性，各大软件研发公司和学者都对地震频谱特征进行过大量的研究。Landmark公司2003年推出了频谱分解技术，该技术应用薄互层地震调谐效应原理，通过短时窗傅立叶变换提取奈奎斯特频率范围内所有离散频率对应的调谐振幅，进而计算调谐厚度，从而研究储集层的横向变化。此方法无需井约束，达到了识别高于常规地震主频分辨薄层的能力。但由于短时窗谱分析具有多极值的现象，使得厚度解释不唯一，解释难度大，从调谐体转为储集层厚度体的成功实例也较少。

为了克服短时窗傅立叶变换由于时窗固定、高低频信息混叠引起谱的多极值现象，有些学者尝试了小波变换，这是因为小波变换既能克服傅氏变换具有时-频域局部性差的特点，也能克服窗口傅氏变换的固定分辨率作信号分析时无快速算法的缺点，小波变换由于具有变时窗特性(低频对应大时窗算子、高频对应小时窗算子)，在时间-频率谱上多解性减少，但其针对性不强，薄层分辨率极限不足，能量团不够集中。预测厚度谱能量团更为集中，横轴直接对应储集层厚度，解释更为直观。

综上所述，现阶段储层厚度预测存在的一些问题：波阻抗反演预测储层具有多解性；频谱分解由其分解特殊性如固定时窗、混叠高低频信息必将导致多极值问题存在，给储层厚度解释带来了难度。只运用单一频率的振幅或波形特征与储层厚度的关系，势必存在多解性。

发明内容：

本发明的目的是提供一种能量约束非均质储层厚度的系统，利用储层顶、底地震响应的偶合特征和能量特征相结合有效地预测储层厚度，定量地预测得到储层厚度及储层的三维空间分布规律，提高储层厚度预测判断的可靠性，降低多解性。

本发明所述的一种能量约束非均质储层厚度的识别系统，它是在测井资料、地震资料分析的基础上，利用储层顶、底地震响应波形和能量特征约束来提高储层厚度预测精度的识别方法系统。特别针对碳酸盐岩溶洞、藻灰岩、火山岩等非均质储层的预测分辨率低、多解性强的两个关键问题考虑更多。其综合研究储层地层的成层特点，充分利用地震波勘探原理和方法，其实质是把地层储层顶、底界面反射系数特征、储层段及其偶合地震响应特征作为一个整体来看待，采用镶边衰减函数来减弱储层顶底边界对偶合地震波形特征的影响，从而研究储层厚度变化与地震响应特征变化规律。通过正反演模型制作提取储层顶底地震反射波形和能量特征来预测储层厚度的方法来代替波阻抗反演方法，可降低井震联合储层预测的多解性。该方法系统提高了储层厚度预测的精度，提高对薄储层的分辨率，一般单层厚度预测可以提高到λ/20～λ/40。

具体内容是通过测井、地震资料分析获取信息来构建储层段及储层顶、底特征的模型关键参数数据如声波、密度及波阻抗等物性资料，随后在镶边衰减函数约束下采用合成地震记录制作、测井地震信息标定(即井震标定)、井震联合提取优化子波等技术，利用已知测井解释的储层厚度构建不同厚度的储层模型以及正演得到其地震响应特征模型库；同时采用余弦平方衰减梯度镶边函数约束，来建立能反映储层地震响应波形特征模型数据库，提高对薄储层预测的精度，实现三维地震数据储层厚度谱预测，其不同于常规方法在于其直接利用地震振幅能量的信息实现储层厚度定量化有效预测。

该非均质储层厚度识别系统实现关系及流程图(图1、图2)如下：

1、数据资料输入单元

该识别系统首先从测井单井上获取准确的储层数据参数；

然后在充分利用地震、测井和录井数据资料的基础上，结合钻井测井资料分析出目的层储层厚度数据及分布规律，同时解释或分析提取储层厚度数据以及储层上下介质的声波、密度和波阻抗储层参数信息，为下一步储层地震响应特征建模提供重要参数。

2、数据资料处理单元

1)最优子波求取：测井地震信息的利用，采用分频标定、合成记录精细标定技术提取准确的子波，同时利用地震地质分层、地震解释层位以及波形特征多种信息的精细标定可得到最佳的时深关系。

2)构建储层基本小波函数：利用数据采集得到储层参数以及井震标定的最佳时深关系对应的波形特征进行研究，基于褶积原理采用反射系数与子波褶积的算法得到合成记录来研究波形特征。首先从最基本的楔状体模型研究入手，为了表达储层段的厚度谱地震响应特征，研究储层厚度变化引起地震响应特征变化及规律，综合考虑地震子波特征对储层顶底及边界波形的影响，构建一系列不同储层厚度变化的地震响应特征波函数，称其为储层厚度谱的基本小波函数。

3)构建能量约束储层厚度谱的基本函数；当基本小波函数随厚度参数从小到大变化时，同时采取顶底不同的衰减梯度特征函数约束，就可以得到一组代表储层厚度由薄到厚的变化特征的基本小波函数。通过不同厚度系列小波函数对包含丰富信息的地震资料进行能量约束相关分析，即可预测储层厚度数值。从而形成各个单井储层地震响应模型数据库。

从实际表达式(1)对比来看，在地震响应顶底镶边衰减梯度函数约束，更能体现储层围岩上下波形对储层地震响应特征的影响，提高地震预测储层的分辨率。在子波与反射系数褶积的基础上增加上段约束函数c和下段约束函数d，采用了不同的衰减梯度方法和不同的镶边衰减时窗函数，从线性衰减、余弦衰减、余弦平方三种不同的衰减函数对比来看，预测结果差异大，说明受边界上下波形影响较大。余弦平方衰减与30ms衰减时窗参数有效地保留了地震波形的特征，对提高储层厚度预测的精度起着重要作用。

${\mathrm{\ψ}}_{a,b}={\left|a\right|}^{-\frac{1}{2}}[\mathrm{c\ψ}\left(\frac{t}{a}\right)-\mathrm{d\ψ}\left(\frac{t-b}{a}\right)]$ 式(1)

以上方程式中各参数可表示为：ψ为小波函数，t为时间，b为顶底界面的时差，a为随频率变化的不同时间的尺度参数，c、d为余弦平方镶边衰减函数(即为cos(x)**2)，且x与距离有关。得到的不同的储层厚度小波函数提取不同厚度的重要能量参数。

从常规的波形相关法与能量约束波形相关分析结果来看，常规波形相关法预测结果存在多点多处高相关系数区，预测不稳定性，这说明简单利用波形相关法预测必将导致多解性的存在。而能量约束法的预测增加更多的储层能量和振幅的信息，预测结果能量团相对比较集中，多解性少，可解释性强，解释误差相对小。

3、数据预测分析单元

1)井旁地震道能量约束储层厚度谱的建立

利用井点处构建的储层地震响应模型数据库来对井旁地震数据进行不同储层厚度响应特征预测分析；采取厚度大优先为原则，同时考虑能量约束波形相关系数优先的原则，得到井旁地震数据的厚度解释谱，即储层厚度谱。通过实现井旁关键地震道储层厚度谱的建立与自动解释；能量约束储层厚度谱的显示数值为能量约束的预测结果显示时放大了10000倍。预测与解释有机结合反映储层厚度变化的厚度谱。图左边为储层测井标示图，图3的中间是楔状理论模型，合成地震记录模型，中间为储层厚度能团，图3右边是储层厚度谱解释谱，最右边柱状图长度可清楚表示出储层的厚度。

2)三维数据空间厚度预测，采用单井处储层厚度预测分析的参数，对整个三维数据体进行预测，从而可预测解释得到储层厚度谱，通过对每一个地震道的预测即解释实现整个数据体厚度预测。

本发明提出了一种新的能量约束储层厚度谱的识别系统，预测厚度谱能量团较为集中，如图3(右边)横轴对应储层厚度由薄到厚变化，纵轴表示为制作模型合成记录或地震的时间，预测精度进一步提高，解释更为直观。

采用模型试算验证的手段对本发明进行科学分析，构建一个理论模型储层厚度为50ms、40ms、30ms、20ms、10ms、5ms、2ms、1ms，其隔层厚度为λ/2、λ/4，制作模型，利用50Hz主频(λ/4＝10ms)模型正演合成地震记录及能量约束储层厚度谱，利用能量相关分析预测能量厚度谱，能量约束预测结果数值放大了100倍。从图中可以看出，不同隔层有不同的地震预测储层厚度的分辨极限，分辨储层厚度与隔层成反比，隔层越厚，储层预测分辨越薄。在能量约束储层厚度谱上可以看出，可分辨的储层厚度与隔层的厚度乘积为λ²/64。一般预测厚度精度可到达λ/20～λ/40。

但对最难分辨的薄互层来说，我们构建一储层模型其参数时间厚度分别为30ms、28ms、…、10ms、8ms、6ms、4ms、2ms、2ms、4ms、6ms、8ms、10ms、…28ms、30ms，同时隔层厚度为29ms、27ms、…、11ms、9ms、7ms、5ms、3ms、1ms、3ms、5ms、7ms、9ms、11ms…27ms、29ms。对于储层时间厚度与隔层只相隔1ms基本相等，可视为连续降低又连续增大模型，储层厚度等于隔层厚度时，储层和隔层薄时上下反射干涉，预测难度大，所以不同厚度的互层模型和储层厚度谱的预测结果，分辨储层厚度不同，从多次试验及模型结果可以看出，预测能分辩最小的时间厚度为8ms，通常来说，常规地震分辨极限10ms(λ/4＝10ms)，再薄就很难预测，所以只能准确预测8ms的储层，50Hz主频对应λ/4＝10ms，即分辨薄层能力得到了一定的提高，预测精度可达λ/5(λ波长)。

能量约束储层厚度谱与常规地震预测方法分辨率对比来看，本次发明厚储层或厚隔层的情况下，储层厚度预测能力得到较大提高，可达到λ²/64，对于最难分辨的薄互层可分辨λ/5，也就是提高了20％，相当主频提高了20％。

总体来说，本次发明的能量约束厚度谱制作方法与常规地震预测分辨能力对比来看效果明显提高，能量约束储层厚度谱中可以看出储层厚度与隔层厚度的乘积λ²/64，或在隔层较厚时能预测更薄储层，一般预测精度可以到达λ/20～λ/40(λ波长)。当储层薄厚度与非储层隔层厚度相等时，地震分辨难度最大，可分辨储层的厚度为λ/5。与常规地震分辨率λ/4相比，提高了20％。这说明本次发明提高了能量约束储层厚度谱预测的精度、可靠性和可解释性，都是前所未有过，取得较为理想的定量预测效果。

4、数据显示解释单元

借助计算机机器三维显示系统软件，对预测得到储层厚度数据进行立体显示。提高厚度数据显示的速度以及地质含义，采用层间目的段的体空间预测，对数据体空间进行解释。

附图说明：

图1是能量约束储层厚度识别系统实现简化关系图

图2是能量约束储层厚度识别系统实现流程图

图3是能量约束储层厚度识别系统具体实施流程图

具体实施方式：

为了使本发明的目的以及技术方案和优点，有一个更为清楚的认识，以下通过实例分析结合进一步详细说明。该技术是一种通过储层厚度谱制作的能量约束非均质储层厚度的识别系统，将其应用于塔里木盆地某碳酸盐岩储层工区，已取得较为明显的应用效果，其具体的实现步骤：

一、测井地震响应特征分析

1.测井资料整理分析

根据该工区钻井情况有H9、H7、H6c、H10、H11、H12、H13等多口井在储层段获得工业油流，储层表现为缝洞特征，对测井曲线分析表现为高声波的储层特征，H9在井段6689.79-6690.79米钻井放空1米，产生气火焰高3-10米，证明储层段缝洞的存在。H7的储层存在于井的底部、H6c为一口斜井。本次研究由于H7钻穿的储层段无声波、而H6c为一口斜井不利于提取地震信息。本次参加预测只用了一口H9井，其他井作为验证井。利用储层段的顶底围岩的声波(波阻抗)参数特征为下一步建模提高参数。如表1，储层顶部的波阻抗16946、底部为17226、储层段为7546。(其波阻抗的单位为：声波m/s*密度g/cc)

表1 H9井时间域模型数据参数提取表

2.井震标定

对H9关键井进行精细标定，利用井震联合提取子波，合成记录的相关系数达到97.9％，得到最佳的时深关系和最优子波，更好地认识目的层储层地震响应特征。为下一步不同储层厚度地震响应模型提供重要的子波参数。

二、构建不同储层厚度地震响应模型库

利用测井分析的储层段的波阻抗值、围岩上下的波阻抗值建立楔状体模型，用理想雷克子波或最优提取的子波与模型反射系数褶积，得到不同厚度的储层地震响应模型，在此基础上加入余弦平方衰减梯度函数约束，形成了最终反映储层地震响应特征模型，建立地震响应特征数据库，为下一步实际地震数据三维预测提供标准模型。

由于地震资料不可能是零相位，通常是混合相位或最小相位子波，对于不同相位的子波进行试验分析，整体波形较为相似，在旁瓣特征有所不同，但考虑能量最高点地震响应特征较为相似。预测结果是较为相似、相对稳定。

三、能量约束储层厚度谱建立

首先在单井处利用地震响应特征对井旁地震道进行储层厚度谱预测，通过自适应调整参数使地震道与合成记录有较为理想的能量匹配关系，通过井点处试算分析预测可以看出，单井预测厚度与井上对应的厚度较好。时间为3ms的储层厚度。

H9井的孔洞的厚度为7.6米，预测得到3ms孔洞厚度速度为4200m/s即为7.3米的孔洞厚度。与测井解释厚度误差较小，较为吻合。能量约束储层厚度谱预测效果较为理想。为下一步整体三维数据预测提供可靠的约束的参数。

四、三维地震数据体储层厚度预测

在精细井震标定的基础上，对目的层段进行三维地震层位T₀₃追踪解释锁定目的层段有利于节省机器运算时间，此方法对层位要求不太高，只有层位在目的层附近就行，通过层位上下时窗移动，同样可预测出储层厚度分布。

从测井资料和解释结果分析，地震预测可行性较高，从其他未参与解释的井对比来看，预测效果较为理想，测井解释H7底部存在溶洞，通过地震预测储层厚度可得到，预测了6.5米，测井厚度为8.2米，过斜井H6c井的剖面，预测了7.3米，测井解释储层厚度为8.9米，有一定的误差，与缝洞的厚度有关，有些是薄层的缝洞，测井解释厚度要大一点。

从反演得到波阻抗剖面与预测结果对比来看，反演剖面上存在许多孔洞假象。而在地震反演剖面上低阻特征较多，存在假洞现象，预测多解性较强，能量约束储层厚度预测与地震叠合的剖面上对碳酸盐岩溶洞反映较为清楚，识别分辨能力较高，可解释性较强，起到较为理想的预测效果。

Claims (1)

1.一种能量约束非均质储层厚度识别系统，其特征在于：包括：

(1)数据资料输入单元

首先从测井单井上获取准确的储层数据参数；利用地震、测井和录井数据资料，结合钻井测井资料分析出目的层储层厚度数据及分布规律，同时解释或分析提取储层厚度数据以及储层上下介质的声波、密度和波阻抗储层参数信息；

(2)数据资料处理单元

1)最优子波求取：利用测井地震信息，采用分频标定、合成记录精细标定提取准确的子波，同时利用地震地质分层、地震解释层位以及波形特征多种信息的精细标定得到最佳的时深关系；

2)构建储层基本小波函数：利用数据采集得到储层参数以及井震标定的最佳时深关系对应的波形特征，基于褶积原理采用反射系数与子波褶积的算法得到合成记录；从最基本的楔状体模型入手，表达储层段的厚度谱地震响应特征，储层厚度变化引起地震响应特征变化及规律，综合考虑地震子波特征对储层顶底及边界波形的影响，构建一系列不同储层厚度变化的地震响应特征波函数，称其为储层厚度谱的基本小波函数；

3)构建能量约束储层厚度谱的基本函数；当基本小波函数随厚度参数从小到大变化时，同时采取顶底不同的衰减梯度特征函数约束，得到一组代表储层厚度由薄到厚的变化特征的基本小波函数；通过不同厚度系列小波函数对包含丰富信息的地震资料进行能量约束相关分析，预测储层厚度数值；从而形成各个单井储层地震响应模型数据库；

${\mathrm{\ψ}}_{a,b}={\left|a\right|}^{-\frac{1}{2}}[\mathrm{c\ψ}\left(\frac{t}{a}\right)-\mathrm{d\ψ}\left(\frac{t-b}{a}\right)]$ 式(1)

方程式(1)中各参数可表示为：ψ为小波函数，t为时间，b为顶底界面的时差，a为随频率变化的不同时间的尺度参数，c、d为余弦平方镶边衰减函数，即为cos(x)**2，且x与距离有关；得到的不同的储层厚度小波函数提取不同厚度的重要能量参数；

(3)数据预测分析单元

1)井旁地震道能量约束储层厚度谱的建立

利用井点处构建的储层地震响应模型数据库来对井旁地震数据进行不同储层厚度响应特征预测分析；采取厚度大优先为原则，同时考虑能量约束波形相关系数优先的原则，得到井旁地震数据的厚度解释谱，即储层厚度谱；通过实现井旁关键地震道储层厚度谱的建立与自动解释；能量约束储层厚度谱的显示数值为能量约束的预测结果显示时放大了10000倍；预测与解释有机结合反映储层厚度变化的厚度谱；

2)三维数据空间厚度预测，采用单井处储层厚度预测分析的参数，对整个三维数据体进行预测，预测解释得到储层厚度谱，通过对每一个地震道的预测即解释实现整个数据体厚度预测；

(4)数据显示解释单元

借助计算机机器三维显示系统软件，对预测得到储层厚度数据进行立体显示；提高厚度数据显示的速度以及地质含义，采用层间目的段的体空间预测，对数据体空间进行解释。

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