CN103257362B - 基于压噪密度差异反演的碳酸盐岩高效井预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为石油勘探领域中一种基于压噪密度差异反演的碳酸盐岩高效井预测方法,经研究证实,偏移距的范围和噪音是影响密度反演效果最重要的因素。本发明在叠前反演过程中引入有效的压噪处理,即使在噪音比较高和没有远偏移距地震资料的情况下,也能取得满意的密度反演效果,尤其是对于深层油气勘探尤为适用。在塔中深层碳酸盐岩油气勘探中应用表明,反演出的密度差异属性只对油气富集程度高的储层敏感,而对含油气饱和度比较低的储层、含水储层以及泥质充填储层均并不敏感,并且密度差异属性与单井的累计产量近似呈线性关系,因此可以一定程度上表示储层的产油气潜力,能够评价储层是否具有商业开采价值,从而实现碳酸盐岩高效井的预测。

Description

基于压噪密度差异反演的碳酸盐岩高效井预测方法
技术领域
本发明属于石油勘探领域,涉及在叠前AVO反演过程中引入压噪处理,有效克服噪音和偏移距的范围对反演结果的影响,利用反演的密度差异属性实现碳酸盐岩高效井的预测。
背景技术
密度参数是描述油气藏特征的重要参数之一,它与地层的孔隙度、孔隙内流体性质、流体饱和度以及骨架的矿物成分密切相关,尤其是能够预测流体的含气饱和度,因此密度信息极具实际应用价值。目前利用叠前反演从地震数据中获取密度信息已成为一个重要的研究方向(Onizawa,2002;Roderick,2003;Kabir,2006;Li,2006)。
由于Zoeppritz方程计算步骤十分复杂,计算工作量十分巨大,不适合于海量地震数据的反演,因此在实际反演过程中大多采用Zoeppritz方程的近似公式。1992年Gidlow等人按照纵波阻抗反射系数、横波阻抗反射系数和密度反射系数对经典的Ak-Richard近似方程进行了重新整理,得到如下的Gidlow三项Zoeppritz近似方程:
R pp ( θ ) = ( 1 + tan 2 θ ) R p - 8 ( v s v p ) 2 R s sin 2 θ + [ 4 ( v s v p ) 2 sin 2 θ - tan 2 θ ] R p    (式1)
其中, R p = 1 2 Δ v p p v p p = 1 2 Δ I p I p R s = 1 2 Δ v s p v s p = 1 2 Δ I s I s R p = 1 2 Δp p
式中:θ表示分界面的入射角和透射角的平均角度;Δvp,Δvs,Δρ分别表示界面上、下地层的纵波速度差、横波速度差和密度差;vp,vs,ρ分别表示界面上、下地层的纵波速度、横波速度和密度的平均值;Rp表示纵波阻抗反射系数;Rs表示横波阻抗反射系数;Rρ表示密度反射系数,其中Rρ可描述上下介质的密度差异变化特征。
前人研究已证实,对密度参数求取敏感的主要是中、远偏移距的地震资料,因此利用叠前AVO反演来获取密度信息需要大偏移距的地震数据(Tarantola,1986;Behural,2007;Khare,2007)。但是由于动校正拉伸及随偏移距的调谐效应,使得大偏移距地震资料同相轴畸变严重、品质差、信噪比低(Carmen,2007;石玉梅,2010)。并且由于叠前AVO反演问题是病态的,在数据含噪音情况下,密度反演与速度反演相比具有更强的不稳定性,因此利用随偏移距变化的振幅数据来反演密度参数难度很大(Debski and Tarantola,1995;Roy,2008)。尤其是针对深层油气勘探来说,由于缺乏可靠的远偏移距地震资料,叠前AVO反演主要应用近偏移距的叠前数据,导致密度的反演结果极其不稳定,因此很难在实际中得到有效的应用,在叠前反演中密度参数也常常被忽略。
发明内容
针对密度反演存在很强的不稳定性,本发明对常规叠前AVO反演方法进行改进,在反演过程中引入有效的压噪处理操作,提出一种压噪密度差异反演方法,经证实该反演方法具有良好的稳定性和抗噪能力,即使在噪音比较高和没有远偏移距地震资料的情况下,也能取得满意的密度反演效果,尤其是对于深层油气勘探尤为适用。并且反演出的密度差异属性与单井的累计生产情况具有很好的对应关系,可作为一种比较可靠的高效井预测方法,能够有效预测具有商业开采价值的含油气区。
本发明实现上述目的的具体实施方案如下:
步骤1:对地震资料进行叠前保幅偏移,抽取共反射点(CRP)道集。
步骤2:根据地震采集的最大偏移距和目的层深度,确定主要目的层段能够完整接收的最大入射角度和受干扰波影响的最小入射角度,通过对角度道集扫描,将CRP道集数据分为M个部分角度叠加道集,M≥3。
步骤3:以步骤2得到的M个部分角度叠加道集作为输入,利用本发明所提出的压噪密度差异反演方法提取出密度差异属性(Rρ)。
步骤4:利用已钻井所揭示的储层流体性质和实际油气生产情况对反演结果进行标定,以验证反演的效果。
步骤5:将已钻井的累计折算油当量与提取的密度差异属性进行交汇,形成高效井预测累计产量图版。
步骤6:利用建立的高效井预测累计产量图版对未钻井进行分析,评价储层有无商业开采价值,预测是否达到高效井的标准。
本发明所提供的压噪密度差异反演方法的基本原理如下:对Gidlow近似公式进行改进,加入有效的压噪处理操作,实现对密度差异参数的准确求取。
首先将Gidlow近似公式简化为:
AX=Rpp   (式2)
其中, A = sec 2 θ 1 - 8 ( V s V p ) 2 sin 2 θ 1 4 ( V s V p ) 2 sin 2 θ 1 - tan 2 θ 1 . . . . . . . . . sec 2 θ M - 8 ( V s V p ) 2 sin 2 θ M 4 ( V s V p ) 2 sin 2 θ M - tan 2 θ M , X = R p R s R ρ , R pp = R pp ( θ 1 ) . . . R pp ( θ M )
在Gidlow近似公式中存在4个未知量,其中3个为待求解未知量(Rp,Rs,Rρ),1个为背景未知量(Vs/Vp)。通过测试研究认为,Vs/Vp值的改变对只对Rs的求解产生影响,而Rp和Rρ的值均不发生变化。因此将Gidlow近似方程中背景未知量Vs/Vp设为常数(一般为0.5),将Gidlow近似公式转化为线性方程组,只要满足输入的角度叠加道集的个数M≥3,利用线性方法就可以求解出Rρ,而不影响计算精度。
则Gidlow近似公式转化为:
BX=Rpp   (式3)
其中, B = sec 2 θ 1 - 2 sin 2 θ 1 sin 2 θ 1 - tan 2 θ 1 . . . . . . . . . sec 2 θ M - 2 sin 2 θ M sin 2 θ M - tan 2 θ M
对矩阵B进行奇异值分解:B=SVD,式中S是M行3列正交矩阵;V是3行3列对角矩阵,对角元素是正值或0;D是3行3列正交矩阵。根据奇异值分解的方法求解B的广义逆,进而解上述方程可得:
X=(BTB)-1BTRpp=DTV-1STRpp   (式4)
并引入压噪因子NI,使求解的方程转化为:
X=DT(V+NI)-1STRpp   (式5)通过上述操作可以起到稳定反演过程的作用,可以在噪音比较高和没有远偏移距地震资料的情况下,也能比较准确求取密度反射系数Rρ,而Rρ可表示为密度的差异,即上下介质密度参数的变化特征。
本发明的特色是:传统研究认为利用常规叠前AVO反演来求取密度参数必须要使用大偏移距的地震数据,但是由于动校正拉伸及随偏移距的调谐效应,使得大偏移距地震资料往往同相轴畸变严重、品质差、信噪比低,地震资料品质很差。并且叠前AVO反演问题是病态的,密度反演具有很大的不稳定性,在地震资料信噪比比较低的情况下,很难对密度参数进行可靠估计,导致在实际油气勘探中密度信息很难得到有效的应用,在叠前反演中密度参数也常常被忽略。而本发明对常规叠前AVO反演进行改进,在反演过程中引入有效的压噪处理,经证实该方法具有良好的稳定性和抗噪能力,即使在噪音比较高和没有远偏移距地震资料的情况下也能够准确反演密度参数,尤其是对于缺乏高质量大偏移距地震数据的深层油气勘探尤为适用。
本发明中利用压噪密度差异反演来对碳酸盐岩高效井预测的原理是:利用研究区各井试油及生产动态数据对密度差异属性进行标定发现,反演出的密度差异属性只对油气富集程度较高(即高效井)的储层敏感,而对油气富集程度不高(有效井和低效井)的储层、含水储层以及泥质充填储层并不敏感,各井的累计产量数据与密度差异属性呈良好的近似线性关系,尤其是高效井均表现为高的密度差异属性,因此反演出的密度差异属性可以一定程度上表示碳酸盐岩储层的产油气潜力。利用研究区已钻井的累产数据和反演的密度差异属性进行交汇,可以建立高效井预测累计产量图版,能够评价待钻井储层是否具有商业开采价值,从而实现碳酸盐岩高效井的预测。
本发明的适用条件:由于地下介质储层中多种因素均可导致密度的变化,如储层的孔隙度、油气充填性质以及流体充填的饱和度等,因此利用本发明反演出的压噪密度差异属性进行高效井预测,需要将研究区内所有井的油气累计产量与目标层段内的密度差异属性进行交汇,建立高效井预测累计产量图版。如果密度差异属性与研究区内各井所揭示的储层流体性质及累计产量具有很好的对应关系,表明研究区内储层的含油气饱和度和影响密度变化的主要影响因素,真养才能用于碳酸盐岩高效井的预测。随着研究区内各井累计产量的不断变化,高效井预测累计产量图版也会不断更新,更加趋于合理,并且图版只适合于研究区使用,不同研究区应根据各自的单井累计产量和密度差异属性分别建立不同的图版。
附图说明
图1基于压噪密度差异反演的碳酸盐岩高效井预测方法流程示意图;
图2利用实际测井曲线建立正演模型示意图;
图3利用Zoeppritz方程正演合成叠前道集示意图;
图4在不同噪音、不同偏移距情况下Rρ的反演误差分析(常规叠前AVO反演)示意图;
图5加入50%随机噪音时不同偏移距范围对Rρ反演结果的影响(常规叠前AVO反演)示意图;
图6在不同噪音、不同偏移距情况下Rρ的反演误差分析(压噪密度差异反演)示意图;
图7加入50%随机噪音时不同偏移距范围对Rρ反演结果的影响(压噪密度差异反演)示意图;
图8(a)塔里木盆地塔中地区某区块鹰山组顶沿层均方根振幅属性示意图;
图8(b)塔里木盆地塔中地区某区块鹰山组顶沿层密度差异属性示意图;
图9塔里木盆地塔中地区某区块各典型井的压噪密度差异反演结果过井剖面示意图;
图10塔里木盆地塔中地区某区块利用密度差异属性预测高效井累计产量图版示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明具体实施方式。
图1为本发明的基于压噪密度差异反演的碳酸盐岩高效井预测方法流程示意图:
步骤1:对地震资料进行叠前保幅偏移,抽取共反射点(CRP)道集。
步骤2:根据地震采集的最大偏移距和目的层深度,确定主要目的层段能够完整接收的最大入射角度和受干扰波影响的最小入射角度,通过对角度道集扫描,将CRP道集数据分为N(N≥3)个部分角度叠加道集。
步骤3:以得到的N(N≥3)个部分角度叠加道集作为输入,利用本发明所提出的压噪密度差异反演方法提取出密度差异属性(Rρ)。
步骤4:利用已钻井所揭示的储层流体性质和实际油气生产情况对反演结果进行标定,以验证反演的效果。
步骤5:将已钻井的累计折算油当量与提取的密度差异属性进行交汇,形成高效井预测累计产量图版。
步骤6:利用建立的高效井预测累计产量图版对未钻井进行分析,评价储层有无商业开采价值,预测是否达到高效井的标准。
图2是利用实际测井曲线建立的正演模型。由于密度反演具有很强的不稳定性,因此对密度反演的不确定性进行分析,进而提高反演的精度及可靠性是密度反演必须要解决的问题。选取塔里木盆地塔中地区一口高产油气井的测井曲线进行正演模拟,讨论密度参数反演效果的主要影响因素。首先将该井的纵波、横波和密度曲线进行时深转换,将深度域的测井曲线转换到时间域,并进行2ms的地震重采样,建立该井的正演模型。
图3利用Zoeppritz方程进行正演模拟,计算纵波入射到不同弹性参数的地层分界面上的响应,并用零相位40Hz雷克子波进行褶积,合成叠前道集。
图4是利用常规叠前AVO反演(Gidlow近似方程)对上述正演模型进行反演,测试在不同噪音、不同偏移距情况下Rρ的反演效果。通过测试认为,利用Gidlow近似方程,在不含噪音的情况下偏移距的范围对Rρ的求取基本不产生影响,只要入射角个数满足大于等于3,即使在偏移距很小的情况下仍可准确求取Rρ,与真实值之间的偏差也是由于Gidlow近似方程的计算误差导致。在叠前道集中分别加入1%、5%、25%、50%的随机噪音,以观察在不同噪音情况下,利用不同偏移距范围地震资料反演时Rρ的计算误差。从图4中可以看出,即使加入很小的随机噪音,只利用近偏移距资料反演的密度反射系数Rρ也会存在很大的误差。由于密度信息的提取主要依赖于远偏移距资料,因此随着偏移距范围的增加Rρ的计算误差将会逐渐减小,在此加大偏移距的范围一定程度上起到了稳定密度反演的作用。针对信噪比比较高的地震资料,在不考虑由于动校正拉伸及随偏移距变化的调谐效应导致远偏移距数据资料同相轴畸变的情况下,理论上利用大偏移距地震资料是可以准确求取密度参数的。但是随着噪音的加大,针对信噪比比较低的地震资料,即使利用远偏移距地震资料求取的密度参数也存在很大的误差。
图5是利用常规叠前AVO反演加入50%随机噪音时,不同入射角(偏移距)范围情况下密度差异参数Rρ的反演效果,随着入射角的逐渐增大Rρ的计算误差逐渐减小,但是即使在最大入射角为60??的情况下,其反演结果虽然能够一定程度上反映Rρ的变化趋势,但是也存在着较为明显的计算误差。
图6是利用本发明压噪密度差异反演对正演模型进行反演,测试在不同噪音、不同偏移距情况下Rρ的反演效果。可见经过压噪处理后与常规叠前AVO反演结果相比,Rρ的反演效果得到了明显改善,在加入不同随机噪音时密度差异参数Rρ的反演结果与实际值之间误差均明显减小,并且在入射角比较小(近偏移距)的情况下计算Rρ的变化趋势仍与真实值基本一致。
图7是利用压噪密度差异反演加入50%随机噪音时,不同入射角(偏移距)范围情况下密度差异参数Rρ的反演效果,当最大入射角为30??时反演结果就能够很好反映Rρ的变化趋势,证明了该反演方法具有良好的稳定性和抗噪能力,即使在噪音比较高和没有远偏移距地震资料的情况下,也能取得令人满意的密度反演效果。在实际地震反演中,尤其针对深层油气勘探而言,所利用的地震资料多为近偏移距资料。例如塔里木盆地塔中地区适合叠前反演的角道集最大入射角多为30??左右,因此可以利用本发明所提出的反演方法对密度参数进行求取。
图8(a)和图8(b)分别是塔里木盆地塔中地区某区块目的层沿层均方根振幅属性和反演出的密度差异属性,二者之间存在着明显的差异,均方根振幅属性表示了碳酸盐岩地层内部由于储层的存在而造成的地球物理响应特征,而这一特征与岩性、物性、流体性质等储层参数之间的关系十分复杂,产生的异常并非完全由储集空间内流体所引起,预测结果在很多情况下与实际生产情况存在偏差,而密度差异属性与各井的实际生产情况更加吻合。X1井正位于均方根属性预测最为有利的储层发育位置,在地震剖面上也显示为较好“片状反射”,该井试油获得高产工业油气流,按照传统的思路认为该井应该属于成功井,但是该井在实际生产过程中由于储层不十分发育,导致没有建成油气产能,在经济价值方面应该属于失利井。而在密度差异属性上X1井显示为弱的密度变化特征,与该井的实际生产情况相吻合。研究区内横贯东西的主干河道在地震资料上反映明显,均方根振幅属性比较容易识别,但是在密度差异属性图上河道消失。针对碎屑岩油气勘探来说,河道一般预示着河道砂体比较发育,往往是井位部署最为有利的位置。但是对于碳酸盐岩来说,如果是地下暗河表示储层比较发育,但如果是地表河道则预示着泥砂充填比较严重,虽然在地震剖面上表现为强振幅的反射特征,但由于储集空间都被泥砂等风化残积物所充填,储层并不发育,密度差异属性很好的表现了这一特征,因此在实际井位部署时应予以注意。
图9为该区块各典型井的压噪密度差异反演结果的过井剖面。经过多年的研究和生产实践,已经确定了依据叠后地震资料的“串珠状反射”和“片状反射”是优质碳酸盐岩储层的主要反射特征,目前研究区内的井位基本是按照这一原则所部署。很多井都是在完井试油过程中见工业油气流,但实际生产效果却不理想,高产但不稳产的现象比较普遍。研究区内有高效井、有效井和低效井,更有高产但未建产的工业油气流井,另外还有部分产水井和泥质充填井,因此叠后地震资料并不能成为井位部署的主要依据。其中,高效井定义为以1年为单位累计折算油当量大于2.4万吨,有效井大于1.6万吨,而小于1.6万吨的为低效井。而各井的油气充填性质和累计生产情况与密度差异属性却存在很好的对应关系,如高效井表现为很强的Rρ反射特征(密度差异变化特征),有效井Rρ稍弱,而低效井、未建产井、产水井和泥质充填井均表现为弱的Rρ反射特征。
图10为该区块利用密度差异属性预测高效井累计产量图版。通过已钻井揭示研究区属于凝析油气藏,在该类油气藏中气和油分别以凝析气和凝析油的状态互溶存在,气与油之间的性质相近,而与水之间的差异明显。当碳酸盐岩缝洞储层中富含油气时会表现为强烈的密度变化特征,而当储层内油气富集程度不高或是充填水和泥时,密度变化特征并不敏感。相关理论研究已经证实,纵波速度随含气饱和度增加而降低,并且以非线性的方式响应含气饱和度,即当地层流体中加入微量的气体(含气饱和度约小于10%)将引起地层纵波速度急剧下降,而当含气饱和度大于30%以后,纵波速度的变化将变得较为缓慢;而密度与含气饱和度之间近似呈线性关系,随含气饱和度的增加,密度逐渐减小(王尚旭,2005;陈建江,2007)。依据叠后地震资料的亮点技术只能判断储层是否存在;或者是利用叠前弹性属性以及属性之间的交汇来识别储层内流体的充填性质(油气、水、泥),但无法评价油气是否具有商业价值。而利用密度信息可以比较可靠描述储层的含气饱和度,进而预测储层的产油气能力。图中可以看出,研究区内各井的累计折算油当量与密度差异属性近似呈线性关系,也进一步验证了压噪密度差异反演结果与地质特征的一致性。因此利用压噪密度差异反演方法提取的Rρ可以一定程度上表示储层的产油气潜力,进而能够评价储层是否具有商业开采价值,可作为高效井位部署的一项重要的参考指标。
以上具体实施方式仅用于说明本发明,而非用于限定本发明。

Claims (1)

1.基于压噪密度差异反演的碳酸盐岩高效井预测方法,其特征在于,所述方法具体实施步骤如下:
步骤1:对地震资料进行叠前保幅偏移,抽取共反射点CRP道集;
步骤2:根据地震采集的最大偏移距和目的层深度,确定主要目的层段能够完整接收的最大入射角度和受干扰波影响的最小入射角度,通过对角度道集扫描,将CRP道集数据分为M个部分角度叠加道集,M≥3;
步骤3:首先将Gidlow近似公式简化为:
AX=Rpp   (式1)
其中, A = sec 2 θ 1 - 8 ( V s V p ) 2 sin 2 θ 1 4 ( V s V p ) 2 sin 2 θ 1 - tan 2 θ 1 . . . . . . . . . sec 2 θ M - 8 ( V s V p ) 2 sin 2 θ M 4 ( V s V p ) 2 sin 2 θ M - tan 2 θ M X = R p R s R ρ R pp = R pp ( θ 1 ) . . . R pp ( θ M )
式中:M为部分角度叠加道集的个数,θ表示分界面的入射角和透射角的平均角度;vp、vs分别表示界面上、下地层的纵波速度和横波速度的平均值;Rp表示纵波阻抗反射系数;Rs表示横波阻抗反射系数;Rρ表示密度差异属性;
将Gidlow近似方程中背景未知量Vs/Vp设为0.5,将Gidlow近似公式转化为线性方程组,只要满足输入的角度叠加道集的个数M≥3,利用线性方法就可以求解出Rρ;
Gidlow近似公式转化为:
BX=Rpp   (式2)
其中, B = sec 2 θ 1 - 2 sin 2 θ 1 sin 2 θ 1 - tan 2 θ 1 . . . . . . . . . sec 2 θ M - 2 sin 2 θ M sin 2 θ M - tan 2 θ M
步骤4:对系数矩阵B进行奇异值分解:B=SVD,式中S是M行3列正交矩阵;V是3行3列对角矩阵,对角元素是正值或0;D是3行3列正交矩阵,根据奇异值分解的方法求解B的广义逆,进而解上述方程可得:
X=(BTB)-1BTRpp=DTV-1STRpp   (式4)
并引入压噪因子NI,使求解的方程转化为:
X=DT(V+NI)-1STRpp   (式5)
步骤5:将步骤2得到的M个部分角度叠加道集作为输入,利用线性方法求解出密度差异属性Rρ
步骤6:将已钻井的累计折算油当量与提取的密度差异属性进行交汇,建立高效井、有效井和低效井的地球物理定量评价标准,形成高效井预测累计产量图版,利用密度差异属性Rρ定量估算待钻井产量,评价储层有无商业开采价值,预测是否达到高效井的标准。
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