CN103033846A - 地质相控制的地震反演系统和地震反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种地质相控制的地震反演系统和地震反演方法，包括地质相建立模块，建立在井点位置目的层的地质相；地震相建立模块，建立目的层段平面上的地震相；地质相约束建立模块，建立地质相约束；随机反演模块，选择约束井数，进行地质相控制的随机反演；解析模块，分析解释反演数据体，并进一步细分地质相；以及输出模块，进行反复迭代，得到三维反演数据体并输出该三维反演数据体。该地质相控制的地震反演系统和地震反演方法解决了现有反演方法由于没有考虑到反演工区内地质沉积背景与规律，反演结果往往在横向上与地质沉积规律认识存在一定差异的问题，具有基于地质相控制，可对油藏进行精确描述的优点。

Description

地质相控制的地震反演系统和地震反演方法

技术领域

本发明涉及石油勘探与开发的储层预测领域，特别是涉及到一种地质相控制的地震反演系统和地震反演方法。

背景技术

地震反演是石油勘探与开发中，进行储层横向预测的主要方法与手段。通常，地震反演可分为叠前和叠后反演两大类：叠前反演主要是AVO反演；叠后反演主要是波阻抗反演以及由此衍生的测井曲线的反演。本发明属于叠后反演范畴。目前，国内外应用的叠后反演有以下四类：地震直接反演、测井控制下的地震反演、地震控制下的测井内插外推和测井－地震联合反演。地震直接反演是单纯的利用地震数据直接反演，测井数据没有参入其中，由于受地震固有频率的限制，反演结果的分辨率低；而测井控制下的地震反演（宽带反演）、地震控制下的测井内插外推（随机反演）和测井－地震联合反演（特征反演）这三种方法测井数据参入地震反演整个过程，体现了测井资料对反演不同的约束作用，可突破地震频带限制，获得较高分辨率的反演结果。然而，这些叠后反演方法由于没有考虑到反演工区内地质沉积背景与规律，反演结果往往在横向上与地质沉积规律认识存在一定差异，为此我们发明了一种基于测井－地震－地质相的新的叠后反演方法，解决了以上的问题。

基于地质相控制的反演方法隶属于一种新的叠后反演的方法，在测井－地震联合反演的技术基础上，加入地质相的认识，从而使反演结果更符合地质规律。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于地质相控制的，可对油藏进行精确描述的地质相控制的地震反演系统和地震反演方法。    

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：地质相控制的地震反演系统，该地质相控制的地震反演系统包括：地质相建立模块，用于建立在井点位置目的层的地质相；地震相建立模块，用于建立目的层段的地震相；地质相约束建立模块，该地质相约束建立模块综合该在井点位置目的层的地质相和该目的层的地震相，利用井上的地质相所对应的测井数据，建立地质相约束；随机反演模块，该随机反演模块选择约束井数，进行地质相控制的随机反演；解析模块，该解析模块分析解释反演数据体，并进一步细分地质相；以及输出模块，该输出模块进行反复迭代，得到符合地质沉积规律认识三维反演数据体并输出该三维反演数据体。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该输出模块在进行反复迭代时，该地震相建立模块利用新的地质相分析结果重新建立目的层地震相，建立新的地质相约束，重新进行相控反演，并且重新分析解释反演数据体的地质相。

该地质相建立模块利用测井曲线和录井信息，结合地质上的认识，建立该在井点位置目的层的地质相。

该测井曲线包括自然电位曲线、自然伽玛曲线、声波时差曲线、中子曲线、密度曲线、电阻率曲线、感应测井曲线，该录井信息为在钻井过程中获取的地质岩性信息。

该地震相建立模块在划分地震层序的基础上，利用地震参数特征上的差别，将地震层序划分为不同的地震相区，做出岩相和沉积环境的推断，建立该目的层段的地震相。

该地震参数是涉及层系内部的反射形态和层系本身的几何外形的参数。

该地质相约束建立模块利用测井所确定的地质相与对应的地震相进行一一匹配对比分析，获得整个工区的地质相分布，并在此基础上按井在不同的地质相进行划分建立该地质约束。

该随机反演模块进行地质相控制的该随机反演依据测井数据建立目的层不同相带的概率密度函数。

该随机反演模块在进行初次反演后，利用反演结果按提取平面属性以及对剖面进行进一步的分析，细化分析地震相带。

本发明的目的也可通过如下技术措施来实现：地质相控制的地震反演方法，该地质相控制的地震反演方法包括：步骤一，建立在井点位置目的层的地质相；步骤二，建立目的层段的地震相；步骤三，综合该在井点位置目的层的地质相和该目的层的地震相，利用井上的地质相所对应的测井数据，建立地质相约束；步骤四，选择约束井数，进行地质相控制的随机反演；步骤五，分析解释反演数据体，并进一步细分地质相；以及步骤六，反复迭代，得到三维反演数据体。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在该步骤六中，在进行反复迭代时，返回该步骤二，利用新的地质相分析结果重新建立目的层地震相，建立新的地质相约束，重新进行相控反演，并且重新分析解释反演数据体的地质相。

在该步骤一中，利用测井曲线和录井信息，结合地质上的认识，建立该在井点位置目的层的地质相。

该测井曲线包括自然电位曲线、自然伽玛曲线、声波时差曲线、中子曲线、密度曲线、电阻率曲线、感应测井曲线，该录井信息为在钻井过程中的信息。

在该步骤二中，在划分地震层序的基础上，利用地震参数特征上的差别，将地震层序划分为不同的地震相区，做出岩相和沉积环境的推断，建立该目的层段的地震相。

该地震参数是涉及层系内部的反射形态和层系本身的几何外形的参数。

在该步骤三中，利用测井所确定的地质相与对应的地震相进行一一匹配对比，获得整个工区的地质相分布，并在此基础上按井在不同的地质相进行划分建立该地质约束。

在该步骤四中，该随机反演依据测井数据的概率密度函数。

在该步骤五中，在初次反演后，利用反演结果按提取平面属性以及对剖面进行进一步的分析，细化分析地震相带。

本发明中的地质相控制的地震反演系统和地震反演方法，主要属于地震岩性模拟反演范畴。在进行井控反演时，是沿着地震层位建立约束，而在同一个层位中会有很多不同的地质相，在目的层中，按照地质相来划分井的位置，建立相应的测井约束条件，因此反演结果更加符合地质上的认识，有利于油藏精细描述。

 

附图说明

图1为本发明实施例的地质相控制的地震反演系统的结构图；

图2为本发明实施例的利用地质相控制的进行地震反演的方法流程图；

图3为本发明实施例的利用地质相控制的进行地震反演的参数计算流程图；

图4为本发明具体实施例中石化胜利西部永1工区的平面分布图；

图5为本发明具体实施例中石化胜利西部永1工区的永1、永2、永3、永6、永7、永8井的单井地质相划分图；

图6为本发明具体实施例中石化胜利西部永1工区的西山窑煤上二砂组及西山窑煤下的地质相平面分布图；

图7为本发明具体实施例中石化胜利西部永1工区的根据单井地质相和地质相平面分布建立的测井约束；

图8为本发明具体实施例中石化胜利西部永1工区的常规反演方法的属性平面分布图；

图9为本发明具体实施例中石化胜利西部永1工区的地质相控制的反演的属性分布图；

图10为本发明具体实施例中石化胜利西部永1工区的过永6井的常规反演与相控反演的反演结果对比剖面图；

图11为本发明具体实施例中石化胜利西部永1工区试验区的过inline972线的常规反演与相控反演的反演结果对比剖面图；

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

图1为本发明实施例的地质相控制的地震反演系统的结构图，该地质相控制的地震反演系统包括地质相建立模块10、地震相建立模块11、地质相约束建立模块12、随机反演模块13、解析模块14和输出模块15。图2为本发明实施例的利用地质相控制的进行地震反演的方法流程图，图3为本发明实施例的利用地质相控制的进行地震反演的参数计算流程图。如图1到图3所示，地质相控制的进行地震反演的方法，核心是利用平面地震相与纵向上的单井地质相结合，获得整个工区的地质相分布，从而建立以地质相为基础的测井约束。在此约束的基础上进行随机反演，获得反演结果。并且重新进行平面地震相分析，获得新的地质相分布，重新进行反演，反复迭代，以获得较为真实的地质相分布，减少反演结果的多解性，也为下一步进行油藏精细描述打好基础。其中，地质相指是利用岩心分析、钻井和测井资料，对井点目的层处沉积环境进行分析，确定它是属于那个沉积相带，根据地震资料分辨率要求要划分到沉积亚相。而地震相指是利用地震反射特征、地震属性和波形分类等方法，在三维地震数据体平面上划分不同区间，只有把不同区间赋予不同地质意义，地震相才能转换成地质相。这需要井点处地质相与平面上地震相充分结合和分析，才能把少井条件下地质相在平面上分布情况确定下来。

如图1所示，地质相建立模块10利用测井，录井信息，结合地质上的认识，建立井点位置在目的层的地质相。综合利用多种测井曲线信息，结合录井岩屑及地质上的认识，确认在井点位置目的层的地质相。其中，测井曲线包括有自然电位曲线、自然伽玛曲线、声波时差曲线、中子曲线、密度曲线、电阻率曲线、感应测井曲线等；录井信息主要为在钻井过程中的各种相关信息，是油气勘探开发活动中最基本的技术, 是直接划分岩性、评估油气藏最及时、最直接的手段。

地震相建立模块11通过分析地震数据信息，建立目的层段的地震相。在划分地震层序的基础上，利用地震参数特征上的差别，将地震层序划分为不同的地震相区，然后做出岩相和沉积环境的推断。用来限定地震相单位的基本参数是那些涉及层系内部的反射形态和层系本身的几何外形的有关参数。 

地质相约束建立模块12综合井上的地质相和目的层的地震相，利用井上的地质相所对应的测井数据，来建立地质相约束，其特征在于，利用测井所确定的地质相与对应的地震相进行一一匹配对比，从而获得整个工区的地质相分布。在此基础上，按井在不同的地质相进行划分建立约束。

随机反演模块13选择约束井数，进行地质相控制的随机反演。本随机反演主要考虑测井数据的概率密度函数。大量实际资料研究表明，任何研究工区测井资料(如波阻抗AI)都满足一个相对较稳定的概率分布函数，即给定一个AI，将存在一个P（AI），P为概率。对于离散的情况，如果有波阻抗为AI的采样点总数为M，在AI1到AI2之间的采样点总数为N。那么，在区间AI1到AI2上，波阻抗AI的概率分布函数可以近似为：

  在某一特定的工区，只要采样点M足够多，P(AI)就接近其真实值，AI的概率分布函数总是一定的。根据测井数据，除了可以统计得到AI的概率密度函数外，还可以统计得到AI在不同深度或者时间上值的分布范围。对于某一反演地震道，在AI的概率密度函数以及其值的分布范围约束下，如果能寻找到一个AI序列，使其既满足统计分布规律，又满足地震响应，那么该AI序列就可以作为反演结果。该结果可以通过以下步骤来实现：

第一步：在AI的概率密度函数和AI在不同时间上的分布范围的约束下，随机的抽样，得到一个波阻抗序列AI(t)。

第二步：利用该波阻抗AI(t)求反射系数序列R(t)。

第三步：用反射系数R(t)与子波W(t)褶积求得合成地震记录X(t)。

第四步：利用下式计算合成地震记录X(t)与该位置处的实际观测地震数据X0(t)的相关系数C(X0(t)，X(t))。

第五步：如果相关系数C(X0(t)，X(t))达不到预先期望的值，则把波阻抗AI(t)进行扰动，然后返回到第二步；如果相关系数C(X0(t)，X(t))达到预先期望的值或调整次数达到设定值则该道的地震反演过程结束。

第六步：更换反演道，返回到第一步，直到把所有的道都反演完为止。

第五步中，可以采取两种方式的扰动。一种是“点－点”交换，即将ti处的波阻抗AI(ti)和tj处的波阻抗AI(tj)进行交换，i和j是随机选取的。当利用“点－点”交换调整已经无法使相关系数继续提高时，采用另一种方式调整AI(ti)的大小：

其中, sign为随机符号函数1或－1且随机均匀分布，DX为扰动步长，random为0～1之间均匀分布的随机数，且均值为0.5。

这样，随机爬山法反演的过程受波阻抗值的分布范围约束，会对具体的概率分布做出一定的漂移，或者说修正。由于最终的结果是满足地震响应，因此这种漂移的方向更接近真实的概率分布。所以该方法是一种有效、科学的地震反演方法。

解析模块14对反演数据体分析解释，并进一步细分相带。由于反演结果能够更加直接，有效的反映地震相。因此，在初次反演后，利用反演结果按提取平面属性以及对剖面进行进一步的分析，从而细化分析地震相带。

解析模块14还对所得到的新的地质上的认识重新建立目的层地震相，重新进行相控反演，再进行反演数据体的分析解释。利用新的地震相带分析结果与井的地质相结合分析，得到新的、细化的地质相，重新建立以地质相为基础的测井约束，利用新的测井约束重新进行随机反演。

输出模块15进行反复迭代，得到三维反演数据体并输出该三维反演数据体。经过多次迭代计算后，反演结果越来越接近于实际的地质相结果，大大的减少了反演的多解性，达到油藏精细描述的目的。

图2为本发明实施例的利用地质相控制的进行地震反演的方法流程图，在步骤S101，利用测井，录井信息，结合地质上的认识，建立井点位置在目的层的地质相。综合利用多种测井曲线信息，结合录井岩屑及地质上的认识，确认在井点位置目的层的地质相。其中，测井曲线包括有自然电位曲线、自然伽玛曲线、声波时差曲线、中子曲线、密度曲线、电阻率曲线、感应测井曲线等；录井信息主要为在钻井过程中的各种相关信息，是油气勘探开发活动中最基本的技术, 是直接划分岩性、评估油气藏最及时、最直接的手段。

步骤S102，通过分析地震数据信息，建立目的层段的地震相。在划分地震层序的基础上，利用地震参数特征上的差别，将地震层序划分为不同的地震相区，然后做出岩相和沉积环境的推断。用来限定地震相单位的基本参数是那些涉及层系内部的反射形态和层系本身的几何外形的有关参数。 

步骤S103，综合井上的地质相和目的层的地震相，利用井上的地质相所对应的测井数据，来建立地质相约束，其特征在于，利用测井所确定的地质相与对应的地震相进行一一匹配对比，从而获得整个工区的地质相分布。在此基础上，按井在不同的地质相进行划分建立约束。

步骤S104，选择约束井数，进行地质相控制的随机反演。本随机反演主要考虑测井数据的概率密度函数。大量实际资料研究表明，任何研究工区测井资料(如波阻抗AI)都满足一个相对较稳定的概率分布函数，即给定一个AI，将存在一个P（AI），P为概率。对于离散的情况，如果有波阻抗为AI的采样点总数为M，在AI1到AI2之间的采样点总数为N。那么，在区间AI1到AI2上，波阻抗AI的概率分布函数可以近似为：

  在某一特定的工区，只要采样点M足够多，P(AI)就接近其真实值，AI的概率分布函数总是一定的。根据测井数据，除了可以统计得到AI的概率密度函数外，还可以统计得到AI在不同深度或者时间上值的分布范围。对于某一反演地震道，在AI的概率密度函数以及其值的分布范围约束下，如果能寻找到一个AI序列，使其既满足统计分布规律，又满足地震响应，那么该AI序列就可以作为反演结果。该结果可以通过以下步骤来实现：

第一步：在AI的概率密度函数和AI在不同时间上的分布范围的约束下，随机的抽样，得到一个波阻抗序列AI(t)。

第二步：利用该波阻抗AI(t)求反射系数序列R(t)。

第三步：用反射系数R(t)与子波W(t)褶积求得合成地震记录X(t)。

第四步：利用下式计算合成地震记录X(t)与该位置处的实际观测地震数据X0(t)的相关系数C(X0(t)，X(t))。

第五步：如果相关系数C(X0(t)，X(t))达不到预先期望的值，则把波阻抗AI(t)进行扰动，然后返回到第二步；如果相关系数C(X0(t)，X(t))达到预先期望的值或调整次数达到设定值则该道的地震反演过程结束。

第六步：更换反演道，返回到第一步，直到把所有的道都反演完为止。

第五步中，可以采取两种方式的扰动。一种是“点－点”交换，即将ti处的波阻抗AI(ti)和tj处的波阻抗AI(tj)进行交换，i和j是随机选取的。当利用“点－点”交换调整已经无法使相关系数继续提高时，采用另一种方式调整AI(ti)的大小：

其中, sign为随机符号函数1或－1且随机均匀分布，DX为扰动步长，random为0～1之间均匀分布的随机数，且均值为0.5。

这样，随机爬山法反演的过程受波阻抗值的分布范围约束，会对具体的概率分布做出一定的漂移，或者说修正。由于最终的结果是满足地震响应，因此这种漂移的方向更接近真实的概率分布。所以该方法是一种有效、科学的地震反演方法。

步骤S105，对反演数据体分析解释，并进一步细分相带。由于反演结果能够更加直接，有效的反映地震相。因此，在初次反演后，利用反演结果按提取平面属性以及对剖面进行进一步的分析，从而细化分析地震相带。

步骤S106，对所得到的新的地质上的认识重新建立目的层地震相，重新进行相控反演，再进行反演数据体的分析解释。利用新的地震相带分析结果与井的地质相结合分析，得到新的、细化的地质相，重新建立以地质相为基础的测井约束，利用新的测井约束重新进行随机反演。

步骤S107,反复迭代，得到精确的三维反演数据体。经过多次迭代计算后，反演结果越来越接近于实际的地质相结果，大大的减少了反演的多解性，达到油藏精细描述的目的。

图4为本发明具体实施例中石化胜利西部永1工区的平面分布图；从图中可以看出工区面积比较大（1000km²），有完钻井6口，井距在5-12km，井控程度差。

图5为本发明具体实施例中石化胜利西部永1工区的永1、永2、永3、永6、永7、永8井六口井单井地质相划分图；图中所示为永1到永8的6口井，通过钻井、录井、岩心分析和测井资料分析得到目的层处地质相，不同颜色代表不同相带，图例有相应说明。

图6为本发明具体实施例中石化胜利西部永1工区的西山窑煤上二砂组及西山窑煤下的地质相平面分布图；图中不同颜色代表井点处地质相与平面地震相结合，初步确定地质相分布范围。

图7为本发明具体实施例中石化胜利西部永1工区的根据单井地质相和地质相平面分布建立的测井约束；图中为对永1到永8的6口井纵向上，根据不同地质相带赋予不同约束条件。

图8为本发明具体实施例中石化胜利西部永1工区的常规反演方法的属性平面分布图；图中为利用常规反演方法得到地震属性平面分布图，不同颜色代表不同地质相带。

图9为本发明具体实施例中石化胜利西部永1工区的地质相控制的反演的属性分布图；图中为利用地质相控制下反演方法得到地震属性平面分布图，不同颜色也代表不同地质相带，与图7进行比较可以看出，相带边界刻画更加精细。

图10为本发明具体实施例中石化胜利西部永1工区的过永6井的常规反演与相控反演的反演结果对比剖面图；图中是对同一条地震资料利用常规反演和地质相控制反演2种反演方法，得到反演剖面，从中可以看出相控反演储层（椭圆所示范围）更加清晰，有利于储层追踪解释。

图11为本发明具体实施例中石化胜利西部永1工区试验区的过inline972线的常规反演与相控反演的反演结果对比剖面图；图中是工区南北向一条地震剖面（inline972）两种反演剖面方法对比，可以看到相控反演剖面（左面）中不整合下面储层（箭头所指之处）比常规井控剖面（右面）储层更加清晰，有利于精细描述储层分布范围。

从中石化胜利西部永1工区试验区具体实施例中，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.地质相控制的地震反演系统，其特征在于，该地质相控制的地震反演系统包括：

地质相建立模块，用于建立在井点位置目的层的地质相；

地震相建立模块，用于建立目的层段平面上的地震相；

地质相约束建立模块，该地质相约束建立模块综合该在井点位置目的层的地质相和该目的层平面上的地震相，利用井上的地质相所对应的测井数据，建立地质相约束；

随机反演模块，该随机反演模块选择约束井数，进行地质相控制的随机反演运算；

解析模块，该解析模块分析解释反演数据体，并对以前研究地质相进一步精细刻画； 

输出模块，该输出模块是把精细刻画地质相输出到地质相约束建立模块，建立新的地质相约束，再一次送入随机反演模块，进行反复迭代，一直得到与地质认识规律相一致反演结果，最后输出该三维反演数据体。

2.根据权利要求1所述的地质相控制的地震反演系统，其特征在于，该输出模块在进行反复迭代时，该地震相建立模块利用新的地质相分析结果重新建立目的层平面上的地震相，不断建立新的地质相约束，重新进行相控反演，并且重新分析解释反演数据体的地质相。

3.根据权利要求1所述的地质相控制的地震反演系统，其特征在于，该地质相建立模块利用测井曲线和录井信息，结合地质上的认识，建立该在井点位置目的层的地质相。

4.根据权利要求3所述的地质相控制的地震反演系统，其特征在于，该测井曲线包括自然电位曲线、自然伽玛曲线、声波时差曲线、中子曲线、密度曲线、电阻率曲线、感应测井曲线，该录井信息为在钻井过程中获取的地质岩性信息。

5.根据权利要求1所述的地质相控制的地震反演系统，其特征在于，该地震相建立模块在划分地震层序的基础上，利用地震参数特征上的差别，将地震层序划分为不同的地震相区，做出岩相和沉积环境的推断，建立该目的层段的地震相。

6.根据权利要求5所述的地质相控制的地震反演系统，其特征在于，该地震参数是涉及层系内部的反射形态和层系本身的几何外形的参数。

7.地质相控制的地震反演方法，其特征在于，该地质相控制的地震反演方法包括：

步骤一，建立在井点位置目的层的地质相；

步骤二，建立目的层段的地震相；

步骤三，综合该在井点位置目的层的地质相和该目的层的地震相，利用井上的地质相所对应的测井数据，建立地质相约束；

步骤四，选择约束井数，进行地质相控制的随机反演；

步骤五，分析解释反演数据体，并进一步细分地质相； 

步骤六，反复迭代，得到三维反演数据体。

8.根据权利要求7所述的地质相控制的地震反演方法，其特征在于，在该步骤六中，在进行反复迭代时，返回该步骤二，利用新的地质相分析结果重新建立目的层地震相，建立新的地质相约束，重新进行相控反演，并且重新分析解释反演数据体的地质相。

9.根据权利要求7所述的地质相控制的地震反演方法，其特征在于，在该步骤一中，利用测井曲线和录井信息，结合地质上的认识，建立该在井点位置目的层的地质相。

10.根据权利要求9所述的地质相控制的地震反演方法，其特征在于，该测井曲线包括自然电位曲线、自然伽玛曲线、声波时差曲线、中子曲线、密度曲线、电阻率曲线、感应测井曲线，该录井信息为在钻井过程中获取的地质岩性信息。

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