CN102914799B - 非等效体波场正演模拟方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种非等效体波场正演模拟方法及装置，该方法包括：根据野外露头分析、成像测井资料和常规测井资料，建立非等效体模型；采用2.5D波场模拟算法对所述非等效体模型进行正演模拟；对正演模拟的结果进行时频分析，以预测储层位置。该方法具有如下优点：1、本发明充分利用了野外露头、成像测井资料、常规测井资料等可靠的信息，建立了准确反映地下地质体的非等效体模型；2、利用2.5D模拟技术，真实的反映出了地震波的传播情况，为下一步分析奠定了基础；3、通过上述资料的时频分析，精准的预测出了储层的有利位置。

Description

非等效体波场正演模拟方法及装置

技术领域

本发明涉及油气田勘探领域，具体地，本发明涉及油田勘探阶段，适用于地震波场传播的认识，碳酸盐岩储层地震响应特征研究以及碳酸盐岩储层有利目标的识别，是对常规建模、波场模拟的一种改进。

背景技术

中国西部奥陶系碳酸盐岩缝洞型油气藏已成为勘探开发的热点，复杂的成岩作用和储集空间演化史导致其特有的以缝洞体为主的储集空间。与传统的碎屑岩储层相比，缝洞型储层有着较强的非均质性，因而如何有效地描述、认识地震波在碳酸盐岩非均质性储层中的传播在地震勘探中显得尤为重要。

缝洞体深埋地下几千米，大小各异，从几厘米到几百米不等，但这些储集体在地震资料上常都表现为“串珠状”响应特征。这种地震响应特征可能是单个溶洞引起的，也可能是多个溶洞的综合效应，还有一种可能是复杂非均质洞缝体内部结构变化引起的这种串珠，而溶洞的大小、形状、充填物的类型不同都会改变地震波的传播，引起不同的响应特征，如何认清这些不同因素对地震响应的影响，一直以来是勘探工作者的重要研究内容之一。

地震波场模拟是众多研究手段中常用的技术之一。姚姚等应用随机介质模型及非均质弹性波波动方程对溶洞型进行了波场正演模拟和理论分析，认为溶洞高度在2-15米时，绕射波垂直分量的振幅受溶洞高度影响较小，水平分量几乎不受影响，何建军等通过模型正演技术对各种常用的地震波动力学属性参数的缝洞特征进行了分析，建立了一套利用地震波场参数识别和划分碳酸盐岩储层缝洞单元的方法。李胜军等2011年利用等效介质模型，通过波场模拟溶洞响应宽度与缝洞体宽度的定量关系，并对响应机理进行了探讨。石油大学的魏建新教授，李凡异博士近年来也通过物理模型，研究了碳酸盐岩洞缝体响应特征与缝洞体形状的关系，并形成了一套缝洞体宽度估算方法，极大提高了人们对碳酸盐岩缝洞储层地震响应的认识，有效的指导了碳酸盐岩储层的预测。

发明人在实现本发明的过程中发现，常规的碳酸盐岩缝洞储层数值模拟是通过建立等效体模型（图1，模型只分储层与围岩），用2D全波场模拟技术进行地震响应特征分析、储层模式判定。由于等效体储层模型可改变的参数只限于模型的大小（高度与宽度）、形状（圆形、椭圆形、方形等）及模型内部充填速度（用于表示充填不同流体)等，而这些模型参数的参数改变很难反映出碳酸盐岩洞缝储层的强非均质性特征。对于物理模拟，由于洞缝体按比例缩小后尺寸非常小，模型的设计也是通过等效体模型来描述碳酸盐岩缝洞储层，同样存在对非均质储层描述不精确的问题。另一方面，2D（二维）模拟是基于平面波理论的，是实际地震勘探的球面波的一种近似，2D模拟结果无论是振幅（图2），还是波形（图3）都与实际地震波场有一定的差异。因此，基于2D模拟的波场分析以及后续的储层预测技术均存在一定的误差。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种非等效体波场正演模拟方法及装置，以提高储层预测的精度。

为达上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种非等效体波场正演模拟方法，所述方法包括：

根据野外露头分析、成像测井资料和常规测井资料，建立非等效体模型；

采用2.5D波场模拟算法对所述非等效体模型进行正演模拟；

对正演模拟的结果进行时频分析，以预测储层位置。

为达上述目的，另一方面，本发明实施例提供了一种非等效体波场正演模拟装置，所述装置包括：

非等效体模型建立单元，用于根据野外露头分析、成像测井资料和常规测井资料，建立非等效体模型；

正演模拟单元，用于采用2.5D波场模拟算法对所述非等效体模型进行正演模拟；

储层预测单元，用于对正演模拟的结果进行时频分析，以预测储层位置。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果在于：

1、本发明充分利用了野外露头、成像测井资料、常规测井资料等可靠的信息，建立了准确反映地下地质体的非等效体模型；

2、利用2.5D模拟技术，真实的反映出了地震波的传播情况，为下一步分析奠定了基础；

3、通过上述资料的时频分析，精准的预测出了储层的有利位置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的常规等效体模型；

图2为现有技术的振幅随偏移距变化曲线图；

图3为现有技术的远场波形对比的示意图；

图4为发明实施例的一种非等效体波场正演模拟方法的整体流程图；

图5为发明实施例的成像测井资料的示意图；

图6为发明实施例的多井参数统计图；

图7为发明实施例的非等效体模型的示意图；

图8为发明实施例的2.5D模拟结果的示意图；

图9为发明实施例的时频分析结果的示意图；

图10为发明实施例的实际应用效果的示意图；

图11为本发明实施例的一种非等效体波场正演模拟装置的功能框图；

图12为本发明实施例的非等效体模型建立单元210的具体功能框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

研究证明，2.5D（2.5维）波场模拟属柱面波，与球面波更加接近，且计算时间相对三维模拟大大减小。针对上述问题，本发明采用以野外露头分析、成像测井资料、常规测井分析相结合的建模方式，建立非等效体模型，并采用2.5D波场模拟算法（后文有详述）对建立的该非等效体模型进行正演模拟，然后对资料进行时频分析，实践证明本发明的方法能够有效地指导实际地震勘探的储层预测，促进了非均质储层预测技术的发展。

为了更好的反映碳酸盐岩洞缝储层的实际特征，发明人在塔里木油田数年的研究分析的基础上，提出了非等效体模型概念。即从实际钻井、测井资料出发，通过统计分析概括出碳酸盐岩洞缝储层的类型及其总体特征，建立碳酸盐岩洞缝储层特有的孔洞、缝及洞缝储层模型，并充填实际测井统计的速度、密度等岩石物理参数，从而建立更接近洞缝强非均质性特征的非等效体模型。

图1为现有技术中的常规等效体模型。如图1所示，其主要考虑缝洞储层的等效速度，未考虑储层内部特征，只能反映整个储层段的情况，而不能真实的反应储层内部结构。

图4为发明实施例的一种非等效体波场正演模拟方法的整体流程图。如图4所示，该方法包括如下步骤：

110、根据野外露头分析、成像测井资料和常规测井资料，建立非等效体模型；

120、采用2.5D波场模拟算法对所述非等效体模型进行正演模拟；正演模拟得到的结果为地震波场；

130、对正演模拟的结果进行时频分析，以预测储层位置。

其中，在一个实施例中，步骤110具体可以包括如下步骤：选择野外露头，根据观测的洞、缝体的大小，以及洞、缝体的宽度和组合关系，形成缝洞模型；收集并分析所述成像测井资料，划分储层类型为洞型、缝型、缝-洞型；收集所述常规测井资料，根据所述常规测井资料确定缝洞体不同位置的弹性参数，以形成非等效体模型。

以下对步骤110进行更为详细的说明：

首先，根据碳酸盐岩非均质储层的情况，选择典型的野外露头，通过大量的考察分析，根据观测的洞、缝体的大小、宽度及组合关系总结缝洞储层内部宏观结构，初步形成缝洞模型的总体形态。其中，上述宽度是指洞、缝体的宽度。

然后，收集含油、气、水等各种特征的成像测井资料，进行统计分析，按种类划分为洞型、缝型、缝-洞型等各种类型（如图5所示），确定碳酸盐岩非均质储层微观分布结构，确定模型内部结构、洞缝大小及洞缝组合情况。

最后，收集常规测井资料（例如测井数据包括纵波、横波、密度、伽马等等），对测井资料中的纵波速度、横波速度、密度，按层段及储层流体（如气、油、水、泥等）情形分类统计（如图6所示，A-R代表不同的井，纵坐标为声波时差），确定模型缝洞体不同位置的弹性参数（速度、密度），形成非等效体模型（如图7所示，其更接近实际地质情况)，从形状、内部结构、弹性参数（例如纵波、横波、密度）最大程度的接近实际碳酸盐岩非均质储层，为下步正演模拟和储层预测奠定良好的基础。

在图7中，横坐标为宽度；纵坐标为长度，背景色代表背景的速度值，例如3500m/s；其中4500m/s、4900m/s、5000m/s为介质的速度；80*60为模型溶洞的尺寸。

等效体：主要考虑缝洞储层的等效速度，未考虑储层内部特征，只能反映整个储层段的情况，而不能真实的反应储层内部结构。其是将研究目标体视为一个整体，对内部不同结构的介质的弹性参数进行平均，最终用单一的结构，一种参数来描述研究目标，淡化了研究目标的内部结构变化，用这种模型进行模拟，得到的结果不能反映研究目标的内部结构变化。

非等效体：根据露头、测井数据的分析，细化到了研究目标的内部结构，抛弃了常规的等效思路，把研究目标内部不同结构体用不同的参数进行描述，最终形成了不同参数和形状表示的研究目标体，与实际研究目标相统一，用这种模型进行模拟，得到的结果能反映出目标体内部结构的变化，进而能为油气的预测提供支持。

在此基础上，采用2.5D弹性波动方程有限差分数值模拟技术进行模拟。2.5D模拟即在弹性参数仅二维方向变化的介质中模拟三维波的传播。相对全三维模拟而言，模型设计相对简单，对相同模型计算量也仅仅是三维模拟的1/5左右，而且2.5D模拟结果相对2D模拟更接近实际3D地震资料，可以更加真实地分析非等效体引起的波场振幅、频率、相位的变化。利用该方法对建立的非等效体模型进行模拟，结果如图8所示，二维模型模拟出了三维波场的传播情况。

然后，如图9所示，对模拟结果进行时频分析，利用频谱信息识别出了有利储层与多次波频段差异，在地震剖面上储层响应与多次波复合在一起不能有效的识别出溶洞的位置，进行频谱分析后，可以看出溶洞反射与多次波不在一个频段内，可以有效识别出溶洞的位置。选择溶洞反射有利频带进行单频显示，单频剖面上即可有效识别出溶洞的具体位置。

根据这种方法确定的有效储层识别技术，对塔里木油田的地震数据进行了分析应用，其中一口已完钻井位出的结果如图10所示，图10为本发明实施例的方法的一种实际应用效果示意图。可以看出，利用本发明的上述方法对储层的预测精度是非常高的。目前，该技术已在多个区块进行应用并取得了较好的效果。

总之，本发明实施例通过对岩石物理、测井、地震资料的有效结合，建立起非等效体模型，并利用效率较高的2.5D模拟算法，结合时频分析技术形成的储层预测技术有效地指导了碳酸盐岩缝洞非均质储层的预测，具有快捷、灵活、实效性强的特点，在碳酸盐岩缝洞型非均质储层定量预测中取得了良好效果。

以下详细描述进行正演模拟的2.5D波场模拟算法的具体内容：

解弹性波方程

$\mathrm{\ρ}\left(x\right)\frac{{\∂v}_i(x,t)}{\∂t}=\frac{{\∂\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ij}}(x,t)}{{\∂x}_j}+f_i(x,t)+\frac{{\∂M}_{\mathrm{ij}}^A(x,t)}{{\∂x}_j}$

$\frac{{\∂\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ij}}(x,t)}{\∂t}=C_{\mathrm{ijkl}}\frac{{\∂v}_k(x,t)}{{\∂x}_l}+\frac{{\∂M}_{\mathrm{ij}}^S(x,t)}{\∂t}$

这里ρ是介质密度，v_i和f_i分别是垂直速度分量和应力，另外，C_ijkl代表介质的刚度张量，σ_ij表示应力张量。最后，和分别表示即时密度张量的对称和非对称分量。这些部分表示体激发的力源或双力偶或偶极型

在2.5D模拟中，假定介质沿一个方向是不变的，通常用x₂表示。基于这种假设，频率域弹性波场和源分布表示如下：

$v_{i(x,t)}=\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}{v}_i(X,k_2,t)\exp \left({\mathrm{ik}}_2{x}_2\right){\mathrm{dx}}_2$

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ij}}(x,t)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ij}}(X,k_2,t)\exp \left({\mathrm{ik}}_2{x}_2\right){\mathrm{dx}}_2$

这里k₂表示与x₂有关的波数，且X≡(x₁,x₃)。v_i(X,k₂,t)和σ_ij(X,k₂,t)分别表示k₂波数域的复数值分量。类似的，源分布也能在波数域表示。为不增加新的表示符号，简单起见，我们用v_i＝v_i(X,k₂,t)，σ_ij＝σ_ij(X,k₂,t)，f_i＝f_i(X,k₂,t)，在任意各向异性弹性介质中，频率域弹性波场和他们的源分布服从下面的方程：

$\mathrm{\ρ}\left(X\right)\frac{{\∂v}_i}{\∂\mathrm{\τ}}=\frac{{\∂\mathrm{\σ}}_{\mathrm{iJ}}}{{\∂X}_J}+{\mathrm{ik}}_2{\mathrm{\σ}}_{i2}+f_i+\frac{{\∂M}_{\mathrm{iJ}}^A}{{\∂X}_J}+{\mathrm{ik}}_2{M}_{i2}^A$

$\frac{{\∂\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ij}}}{\∂\mathrm{\τ}}=C_{\mathrm{ijkL}}\left(X\right)\frac{{\∂v}_k}{{\∂x}_L}+{\mathrm{ik}}_2{C}_{\mathrm{ijkL}}\left(X\right)v_k+\frac{{\∂M}_{\mathrm{ij}}^S}{\∂\mathrm{\τ}}$

这里，大写下标假定值为1和3。这个方程组可以在X和时间上离散并通过有限差分求解。

本发明实施例已实现了各向同性和横向各向同性介质中的算法。各向同性介质中的应力场如下：

$\frac{{\∂\mathrm{\σ}}_{11}}{\∂t}=\mathrm{\λ}(\frac{{\∂v}_1}{{\∂x}_1}+{\mathrm{ik}}_2{v}_2+\frac{{\∂v}_3}{{\∂x}_3})+2\mathrm{\μ}\frac{{\∂v}_1}{{\∂x}_1}+M_{11}^S$

$\frac{{\∂\mathrm{\σ}}_{22}}{\∂t}=\mathrm{\λ}(\frac{{\∂v}_1}{{\∂x}_1}+{\mathrm{ik}}_2{v}_2+\frac{{\∂v}_3}{{\∂x}_3})+{2\mathrm{\μik}}_2{v}_2+M_{22}^S$

$\frac{{\∂\mathrm{\σ}}_{33}}{\∂t}=\mathrm{\λ}(\frac{{\∂v}_1}{{\∂x}_1}+{\mathrm{ik}}_2{v}_2+\frac{{\∂v}_3}{{\∂x}_3})+2\mathrm{\μ}\frac{{\∂v}_3}{{\∂x}_3}+M_{33}^S$

$\frac{{\∂\mathrm{\σ}}_{23}}{\∂t}=\mathrm{\μ}(\frac{{\∂v}_2}{{\∂x}_3}+{\mathrm{ik}}_2{v}_3)+M_{23}^S$

$\frac{{\∂\mathrm{\σ}}_{13}}{\∂t}=\mathrm{\μ}(\frac{{\∂v}_1}{{\∂x}_3}+\frac{{\∂v}_3}{{\∂x}_1})+M_{13}^S$

$\frac{{\∂\mathrm{\σ}}_{12}}{\∂t}=\mathrm{\μ}(\frac{{\∂v}_2}{{\∂x}_1}+{\mathrm{ik}}_2{v}_1)+M_{12}^S$

这里，λ＝λ(X)和μ＝μ(X)为拉梅常数。

对每一个k₂值这个方程用交错网格有限差分求解。对时间导数用二阶近似，对空间导数用高阶近似。用有限差分求解上面的方程之后，检波器处的弹性波场分量x^R按下式计算：

$\left[\begin{array}{c}{v}_i\\ {\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ij}}\end{array}\right]=(x_1^R,t)=\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}\left[\begin{array}{c}{v}_i\\ {\mathrm{\σ}}_{\mathrm{ij}}\end{array}\right](x_1^R,k_2,x_3^R,t)\exp \left({\mathrm{ik}}_2{x}_3^R\right){\mathrm{dk}}_2$

在本发明实施例中，时频分析为现有技术，具体请参阅：1、时频分析技术在中生界储层预测中的应用，作者：陈颖赵德勇王大兴张杰，《低渗透油气田》2009年第1期；2、时频分析技术在地质薄层识别中的应用，作者：许平雷芬丽黄凤林黄世强，《工程地球物理学报》2012年第1期。

本发明的目的在完善正演模拟建模方法，进而实现模型的合理化，改进常规2D模拟反映波场信息不准确的缺点，建立有效预测碳酸盐岩非均质储层的方法。该发明提出了非等效体的概念，利用野外观察、成像测井资料分析、测井资料统计分析相结合的思路，建立了较常规模型更加接近实际地质情况的非等效体模型，结合2.5D模拟技术和时频分析方法，探明了储层在频率域的响应特征，方法简单实用，能有效的预测碳酸盐岩非均质储层的位置。

本发明实施例的优点在于：

1）本发明充分利用了野外露头、成像测井资料、常规测井资料等可靠的信息，建立了准确反映地下地质体的非等效体模型；

2）利用2.5D模拟技术，真实的反映出了地震波的传播情况，为下一步分析奠定了基础；

3）通过上述资料的时频分析，精准的预测出了储层的有利位置。

图11为本发明实施例的一种非等效体波场正演模拟装置的功能框图。如图11所示，该装置包括：

非等效体模型建立单元210，用于根据野外露头分析、成像测井资料和常规测井资料，建立非等效体模型；

正演模拟单元220，用于采用2.5D波场模拟算法对所述非等效体模型进行正演模拟；

储层预测单元230，用于对正演模拟的结果进行时频分析，以预测储层位置。

图12为本发明实施例的非等效体模型建立单元210的具体功能框图。如图12所示，可选地，所述非等效体模型建立单元210包括：

野外露头分析模块211，用于选择野外露头，根据观测的洞、缝体的大小，洞、缝体的宽度及组合关系，形成缝洞模型；

成像测井资料分析模块212，用于收集并分析所述成像测井资料，划分储层类型为洞型、缝型、缝-洞型；

非等效体模型形成模块213，用于收集所述常规测井资料，根据所述常规测井资料确定缝洞体不同位置的弹性参数，以形成非等效体模型。

可选地，所述储层包括：非均质储层。

可选地，所述常规测井资料包括：纵波、横波、密度、伽马。

该装置的工作过程已在前述的方法实施例中详述，故不再赘述。

本发明的装置实施例的优点在于：

1）本发明充分利用了野外露头、成像测井资料、常规测井资料等可靠的信息，建立了准确反映地下地质体的非等效体模型；

2）利用2.5D模拟技术，真实的反映出了地震波的传播情况，为下一步分析奠定了基础；

3）通过上述资料的时频分析，精准的预测出了储层的有利位置。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，或者二者的结合来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件模块或计算机软件产品可以存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。存储介质可以是随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质。

以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种非等效体波场正演模拟方法，其特征在于，所述方法包括：

根据野外露头分析、成像测井资料和常规测井资料，建立非等效体模型；

采用2.5D波场模拟算法对所述非等效体模型进行正演模拟；

对正演模拟的结果进行时频分析，以预测储层位置；

所述根据野外露头分析、成像测井资料和常规测井资料，建立非等效体模型包括：

选择野外露头，根据观测的洞、缝体的大小，以及洞、缝体的宽度和组合关系，形成缝洞模型；

收集并分析所述成像测井资料，划分储层类型为洞型、缝型、缝-洞型；

收集所述常规测井资料，根据所述常规测井资料确定洞、缝体不同位置的弹性参数，以形成非等效体模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储层包括：非均质储层。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述常规测井资料包括：纵波、横波、密度、伽马。

4.一种非等效体波场正演模拟装置，其特征在于，所述装置包括：

非等效体模型建立单元，用于根据野外露头分析、成像测井资料和常规测井资料，建立非等效体模型；

正演模拟单元，用于采用2.5D波场模拟算法对所述非等效体模型进行正演模拟；

储层预测单元，用于对正演模拟的结果进行时频分析，以预测储层位置；

所述非等效体模型建立单元包括：

野外露头分析模块，用于选择野外露头，根据观测的洞、缝体的大小、洞、缝体的宽度及组合关系，形成缝洞模型；

成像测井资料分析模块，用于收集并分析所述成像测井资料，划分储层类型为洞型、缝型、缝-洞型；

非等效体模型形成模块，用于收集所述常规测井资料，根据所述常规测井资料确定洞、缝体不同位置的弹性参数，以形成非等效体模型。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述储层包括：非均质储层。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述常规测井资料包括：纵波、横波、密度、伽马。