CN103076630B - 一种基于弹性阻抗梯度的油气检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对实际油田勘探中面临的岩性油气检测问题，基于PatrickConnolly提出的弹性波阻抗表达式，建立了弹性阻抗与入射角的线性关系式，并开展最小二乘反演获得弹性阻抗变化梯度属性。该属性消除了入射角对弹性阻抗的影响，克服了基于弹性阻抗间接预测岩性油气的缺点，实现了岩性油气检测的直观表达，并实现预测精度的提高。

Description

一种基于弹性阻抗梯度的油气检测方法

技术领域

本发明属于地震资料的岩性油气检测技术，尤其涉及一种基于弹性阻抗梯度的油气检测方法，设计叠前地震资料弹性阻抗梯度油气检测方法，可应用于油田勘探中岩性及流体检测。

背景技术

基于地震资料的岩性油气检测技术始于上世纪70年代中期的亮点技术，并随之形成一系列以P波和S波反射系数、Vp/Vs、λ、μ等弹性参数为根本的找油气技术。基于弹性阻抗油气检测始于Connolly(1999)。自Connolly发表弹性阻抗论文以来，地球物理学界掀起了弹性阻抗反演研究的热潮，弹性波阻抗包含了丰富的岩性以及流体信息，其概念和理论也随着应用与地震技术本身的发展而不断深入。Whitcombe(2002)等针对弹性阻抗并对Connolly公式进行修正，推导了扩展弹性阻抗方程，并直接用于岩性和流体预测；对弹性阻抗研究作出贡献的还有Duffaut等(2000)提出的横波弹性阻抗，Ezequiel(2003)等推导的任意角转换波弹性阻抗等，并直接用于储层油气区域分布预测。

针对弹性阻抗研究，从2003年开始，我国地球物理学界马劲风、甘利灯、倪逸、王保丽等也开始关注这方面的研究工作，提出了射线弹性阻抗、广义弹性阻抗的概念，并对弹性阻抗的应用潜力等做了大量的分析研究。

但与油气响应有关的不同类型弹性阻抗与地震波入射角相关，不同入射角的弹性阻抗并不能直观的反映油气特征，而其弹性阻抗差异才是油气特征的反映。因而，常常需要借助交会分析手段来间接实现油气预测，一定程度上影响了油气预测的精度。

随着油气勘探开发的不断深入，油气储集体越来越复杂，勘探重点由原来的构造油气藏向岩性油气藏、隐蔽油气藏转移。一方面，由于勘探目标逐渐变深、变小和变得复杂，勘探难度加大，对储层预测的精度要求也越来越高。另一方面，储层预测的最终目的除了判别储层的存在与否，预测储层发育程度的好与坏，同时也需要判定储层中所含流体的性质，流体识别已成为复杂储层预测中遇到的新的挑战和瓶颈问题。

基于弹性阻抗进行岩性油气检测是地震资料直接找油气的重要方向之一，但实际应用中其还与地震波入射角有关，因此，通过分析不同角度弹性阻抗变化，综合考虑随角度变化的弹性阻抗变化特征，提出基于弹性阻抗变化梯度的岩性油气检测技术，直接检测油气层在地震响应上所引起的AVO现象，这不仅具有重要理论意义，而且对实际工区的岩性油气检测具有重要的应用价值。

发明内容

本发明针对实际油田勘探中面临的岩性油气检测问题，基于PatrickConnolly提出的弹性波阻抗表达式，展开弹性阻抗梯度计算公式的推导，建立了弹性阻抗与入射角的线性关系式，由此式反演可以获得弹性阻抗变化梯度。实际应用中通过针对叠前地震资料的特殊处理，在获得弹性阻抗的基础上最终反演出弹性阻抗变化梯度信息。弹性阻抗梯度属性消除了入射角对弹性阻抗的影响，克服了基于弹性阻抗间接预测岩性油气的缺点，实现了岩性油气检测精度的提高。

(1)技术原理

1999年PatrickConnolly首次正式提出了弹性波阻抗(ElasticImpedance，简称EI)的概念，它是对可变入射角波阻抗的一种概括，弹性波阻抗也成为叠前弹性反演的一项重要内容。

Connolly根据Aki-Richards近似的Zoeppritz方程推导出的弹性波阻抗方程EI(θ)是p波速度V_p、s波速度V_s、密度ρ和入射角θ的一个函数，其表达式为：

$\mathrm{EI}\left(\mathrm{\θ}\right)=V_p^{1+{\sin }^2\mathrm{\θ}}{V}_s^{-8K{\sin }^2\mathrm{\θ}}{\mathrm{\ρ}}^{1-4K{\sin }^2\mathrm{\θ}}$

其中， $K=\frac{{\stackrel{\‾}{V_s}}^2}{{\stackrel{\‾}{V_p}}^2}.$

其反演递推公式为

${\mathrm{EI}}_N\left(\mathrm{\θ}\right)={\mathrm{EI}}_0\left(\mathrm{\θ}\right)\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}\frac{1+R_{\mathrm{PP},i}\left(\mathrm{\θ}\right)}{1-R_{\mathrm{PP},i}\left(\mathrm{\θ}\right)}$

其中，EI_N(θ)为入射角为θ的第N层的弹性阻抗，EI₀(θ)为最上面一层的弹性阻抗，R_PP，i(θ)为入射角为θ的第i层的反射系数。

基于上式仿照声波阻抗(AI)反演的相似步骤可以得到弹性阻抗数据。针对反演结果EI(θ)带有角度信息，通过对Connolly弹性阻抗公式两边取对数得到：

$\ln \left(\mathrm{EI}\left(\mathrm{\θ}\right)\right)=\ln (\mathrm{Vp}\·\mathrm{\ρ})+\ln \left(\frac{V_p}{V_s^{8K}\·{\mathrm{\ρ}}^{4K}}\right)\·{\sin }^2\mathrm{\θ}$

由上式可知，ln(EI(θ))和sin²θ呈线性关系，通过最小二乘进行ln(EI(θ))和sin²θ线性关系拟合，所得到的梯度反映了弹性阻抗EI(θ)随角度的变化特征，该参数只与岩石性质(岩性和流体特征)相关，同时消除了角度信息。

一种基于弹性阻抗梯度的油气检测方法，油气特征通过地震波的入射波的弹性阻抗差异反映，所述检测方法通过对入射波的弹性阻抗梯度模型的建立，确定了弹性阻抗与入射角的线性关系式，由此式反演获得弹性阻抗变化梯度。

在对入射角的弹性阻抗反演过程前，为提高实际地震资料叠前道集的信噪比并兼顾反演精度，对目标层深度，计算出采集过程中最大偏移距所对应的入射角度，入射角度由tgθ＝offset/v₀t₀得到，其中，θ为入射角，offset为偏移距，v₀为目标层上覆地层平均速度，t₀为目标层垂直地震反射单程旅行时。最大偏移距所对应的为最大入射角，后进行AVO特征分析，即针对地震叠前道集，分析地震波振幅随偏移距的变化特征，包括振幅随偏移距增大而减小，是为I类AVO；振幅随偏移距增大基本不变，是为II类AVO；振幅随偏移距增大而增大，是为III类AVO，通过部分叠加入射波角度道集，形成角度资料；所述的适当的角度范围[0°-最大入射角，最大入射角由tgθ＝offset/v₀t₀给出。

所述方法包括：

步骤1：叠前地震资料预处理，用于针对前期的常规地震保幅处理工作；

步骤2：部分叠加角度道集形成，用于提高实际地震资料叠前道集的信噪比并兼顾反演精度；

步骤3：弹性阻抗反演步骤，由生成的部分叠加角度道集，进行反演步骤

(31)首先由井资料，包括测井所得到的纵波速度、横波速度及密度资料】建立的井旁道初始模型；

EI(θ)是p波速度V_p、s波速度V_s、密度ρ和入射角θ的一个函数，其表达式为：

$\mathrm{EI}\left(\mathrm{\θ}\right)=V_p^{1+{\sin }^2\mathrm{\θ}}{V}_s^{-8K{\sin }^2\mathrm{\θ}}{\mathrm{\ρ}}^{1-4K{\sin }^2\mathrm{\θ}}$

其中， $K=\frac{{\stackrel{\‾}{V_s}}^2}{{\stackrel{\‾}{V_p}}^2};$

(32)进行井旁道反演；

${\mathrm{EI}}_N\left(\mathrm{\θ}\right)={\mathrm{EI}}_0\left(\mathrm{\θ}\right)\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}\frac{1+R_{\mathrm{PP},i}\left(\mathrm{\θ}\right)}{1-R_{\mathrm{PP},i}\left(\mathrm{\θ}\right)}$

其中，EI_N(θ)为入射角为θ的第N层的弹性阻抗，EI₀(θ)为最上面一层的弹性阻抗，R_PP，i(θ)为入射角为θ的第i层的反射系数；

(33)利用上述公式，采用逐道外推的方法进行非井旁道反演，即将井旁道反演的最终结果作为非井旁道的初始模型，逐道进行反演外推，直至完成所有地震道的非线性约束反演，从而得到不同入射角下的弹性阻抗；

步骤4：弹性阻抗与入射角线性关系建立；

$\ln \left(\mathrm{EI}\left(\mathrm{\θ}\right)\right)=\ln (\mathrm{Vp}\·\mathrm{\ρ})+\ln \left(\frac{V_p}{V_s^{8K}\·{\mathrm{\ρ}}^{4K}}\right)\·{\sin }^2\mathrm{\θ};$

由上式可知，ln(EI(θ))和sin²θ呈线性关系，通过最小二乘进行ln(EI(θ))和sin²θ线性关系拟合得到拟合表达式的截距为ln(Vp·ρ)，斜率为

步骤5：弹性阻抗梯度求取步骤：该步骤基于以上所建立的弹性阻抗与入射角间线性关系式，由该线性关系的梯度值即为弹性阻抗变化梯度其值不包含角度信息，只与岩石性质相关，很好地反映地下岩性及流体特征。

其中，步骤1为叠前地震资料预处理，主要针对前期的常规地震保幅处理工作；包括道编辑、带通滤波、真振幅恢复、静校正、速度分析、剩余静校正、地表振幅一致性补偿、叠前反褶积及动校正。

弹性阻抗梯度是由弹性阻抗导出的一种与油气相关的属性，它提供一种可靠的方法来标定和反演非零偏移距的地震数据，弹性阻抗梯度同时包含了AVO信息，可以解决AVO反演中的子波随偏移距变化的问题。由于弹性阻抗梯度消除了入射角的影响，同时，其包含了横波及密度信息，因此，其与地层岩性及含油气性具有直接精确的对应关系，从而为岩性及流体预测提供了有效的手段。

附图说明

图1本发明的方法流程图；

图2基于测井曲线的弹性阻抗梯度岩性油气响应

图3弹性阻抗梯度与声阻抗岩性油气响应敏感分析

图4弹性阻抗梯度预测含气砂岩分布

将结合具体实施方式加以说明

具体实施方式

步骤1：叠前地震资料预处理，用于针对前期的常规地震保幅处理工作；

步骤2：部分叠加角度道集形成，用于提高实际地震资料叠前道集的信噪比并兼顾反演精度；

步骤3：弹性阻抗反演步骤，由生成的部分叠加角度道集，进行反演步骤

(31)首先由井资料，井资料指由测井所得到的纵波速度、横波速度及密度资料，建立的井旁道初始模型；模型即是指利用上面的测井资料通过下面公式所建立的初始EI值

EI(θ)是p波速度V_p、s波速度V_s、密度ρ和入射角θ的一个函数，其表达式为：

$\mathrm{EI}\left(\mathrm{\θ}\right)=V_p^{1+{\sin }^2\mathrm{\θ}}{V}_s^{-8K{\sin }^2\mathrm{\θ}}{\mathrm{\ρ}}^{1-4K{\sin }^2\mathrm{\θ}}$

其中， $K=\frac{{\stackrel{\‾}{V_s}}^2}{{\stackrel{\‾}{V_p}}^2};$

(32)进行井旁道反演；

${\mathrm{EI}}_N\left(\mathrm{\θ}\right)={\mathrm{EI}}_0\left(\mathrm{\θ}\right)\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}\frac{1+R_{\mathrm{PP},i}\left(\mathrm{\θ}\right)}{1-R_{\mathrm{PP},i}\left(\mathrm{\θ}\right)}$

其中，EI_N(θ)为入射角为θ的第N层的弹性阻抗，EI₀(θ)为最上面一层的弹性阻抗，R_PP，i(θ)为入射角为θ的第i层的反射系数；

(33)利用上述公式，采用逐道外推的方法进行非井旁道反演，即将井旁道反演的最终结果作为非井旁道的初始模型，逐道进行反演外推，直至完成所有地震道的非线性约束反演，从而得到不同入射角下的弹性阻抗；

步骤4：弹性阻抗与入射角线性关系建立；

$\ln \left(\mathrm{EI}\left(\mathrm{\θ}\right)\right)=\ln (\mathrm{Vp}\·\mathrm{\ρ})+\ln \left(\frac{V_p}{V_s^{8K}\·{\mathrm{\ρ}}^{4K}}\right)\·{\sin }^2\mathrm{\θ};$

由上式可知，ln(EI(θ))和sin²θ呈线性关系，通过最小二乘进行ln(EI(θ))和sin²θ线性关系拟合，得到拟合表达式的截距为ln(Vp·ρ)，斜率为

步骤5：弹性阻抗梯度求取步骤：该步骤基于以上所建立的弹性阻抗与入射角间线性关系式，由该线性关系的梯度值即为弹性阻抗变化梯度其值不包含角度信息，只与岩石性质相关，很好地反映地下岩性及流体特征。

其中步骤1为叠前地震资料预处理，主要针对前期的常规地震保幅处理工作；包括道编辑、带通滤波、真振幅恢复、静校正、速度分析、剩余静校正、地表振幅一致性补偿、叠前反褶积及动校正。

附图2左边为常规测井曲线，中间为不同角度下的弹性阻抗，右边为弹性阻抗梯度曲线。图中说明弹性阻抗梯度曲线很好地揭示了测井所解释的油气储层特征。

附图3上图为泥岩与油气砂岩储层的常规纵波阻抗响应特征直方图，下图为泥岩与油气砂岩储层弹性阻抗梯度响应特征直方图。图中说明常规纵波阻抗不能很好区分泥岩与油气砂岩储层，而弹性阻抗梯度则很好地区分了泥岩和油气砂岩储层。

附图4为利用弹性阻抗梯度所预测的目标区含油气砂岩储层厚度平面图。说明弹性阻抗梯度检测油气的可行性及较好的应用效果。

根据技术实现流程，针对澳大利亚AC/P22&AC/L6区块Onnia工区Puffin组开展了一次覆盖面积660平方公里的弹性阻抗梯度反演计算。

Claims (2)

1.一种基于弹性阻抗梯度的油气检测方法，其特征在于，油气特征通过地震波的入射波的弹性阻抗差异反映，所述检测方法通过对入射波的弹性阻抗梯度模型的建立，确定了弹性阻抗与入射角的线性关系式，由此式反演获得弹性阻抗变化梯度；

在对入射角的弹性阻抗反演过程前，为提高实际地震资料叠前道集的信噪比并兼顾反演精度，对目标层深度，计算出采集过程中最大偏移距所对应的入射角度，后进行AVO特征分析,即针对地震叠前道集，分析地震波振幅随偏移距的变化特征，通过部分叠加入射波角度道集，形成角度资料；所述的适当的角度范围为0°角到最大入射角，其中最大入射角由tgθ＝offset/v₀t₀确定，其中，θ为入射角，offset为偏移距，v₀为目标层上覆地层平均速度，t₀为目标层垂直地震反射单程旅行时；所述方法包括：

步骤1：叠前地震资料预处理，用于针对前期的常规地震保幅处理工作；

步骤2：部分叠加角度道集形成，用于提高实际地震资料叠前道集的信噪比并兼顾反演精度；

步骤3:弹性阻抗反演步骤，由生成的部分叠加角度道集，进行反演步骤(31)首先由井资料,包括测井所得到的纵波速度、横波速度及密度资料建立的井旁道初始模型；

EI(θ)是p波速度V_p、s波速度V_s、密度ρ和入射角θ的一个函数，其表达式为：

$EI\left(\mathrm{\θ}\right)=V_p^{1+{\sin }^2\mathrm{\θ}}{V_s}^{-8K{\sin }^2\mathrm{\θ}}{\mathrm{\ρ}}^{1-4K{\sin }^2\mathrm{\θ}}$

其中， $K=\frac{{\stackrel{\‾}{V_s}}^2}{{\stackrel{\‾}{V_p}}^2};$

(32)进行井旁道反演；

${\mathrm{EI}}_N\left(\mathrm{\θ}\right)={\mathrm{EI}}_0\left(\mathrm{\θ}\right)\underset{i=1}{\overset{N}{\Π}}\frac{1+R_{PP,i}\left(\mathrm{\θ}\right)}{1-R_{PP,i}\left(\mathrm{\θ}\right)}$

其中，EI_N(θ)为入射角为θ的第N层的弹性阻抗，EI₀(θ)为最上面一层的弹性阻抗，R_PP,i(θ)为入射角为θ的第i层的反射系数；

(33)利用上述公式，采用逐道外推的方法进行非井旁道反演，即将井旁道反演的最终结果作为非井旁道的初始模型，逐道进行反演外推，直至完成所有地震道的非线性约束反演，从而得到不同入射角下的弹性阻抗；

步骤4：弹性阻抗与入射角线性关系建立；

$ln\left(EI\right(\mathrm{\θ}\left)\right)=ln(Vp\·\mathrm{\ρ})+ln\left(\frac{V_p}{{V_s}^{8K}\·{\mathrm{\ρ}}^{4K}}\right)\·{\sin }^2\mathrm{\θ};$

由上式可知，ln(EI(θ))和sin²θ呈线性关系，通过最小二乘进行ln(EI(θ))和sin²θ线性关系拟合,得到拟合表达式的截距为ln(Vp·ρ)，斜率为 $ln\left(\frac{V_p}{{V_s}^{8K}\·{\mathrm{\ρ}}^{4K}}\right)$

步骤5：弹性阻抗梯度求取步骤：该步骤基于以上所建立的弹性阻抗与入射角间线性关系式，由该线性关系的梯度值即为弹性阻抗变化梯度其值不包含角度信息，只与岩石性质相关，很好地反映地下岩性及流体特征。

2.根据权利要求1所述的一种基于弹性阻抗梯度的油气检测方法，其特征在于，所述方法中所述步骤1为

步骤1：叠前地震资料预处理，主要针对前期的常规地震保幅处理工作；包括道编辑、带通滤波、真振幅恢复、静校正、速度分析、剩余静校正、地表振幅一致性补偿、叠前反褶积及动校正。