CN103728654A - 一种碳酸盐岩油气储层预测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用低频信息进行碳酸盐岩油气储层预测的方法，首先利用弥散—粘滞性波动方程对流体层正演，得到流体层的低频地震反射特征即低频强能量异常；其次将地震信号的单频时频域能量时间序列作为一个新的时间信号对其作用一个混合滤波器，再取瞬时最大时频域能量，这样得到的低频能量既异常突出又具有很高的时间分辨率。以上都是在低频段进行的，低频段的确定是以瞬时谱累加能量的15%—35%对应的频段。本发明利用弥散粘滞性波动方程做正演得出流体储层的低频地震反射特征即低频强能量异常；相比现有的低频技术本发明提取的低频强能量异常不但非常突出，而且具有很高的时间分辨，提高了碳酸盐岩油气储层预测的精度。

Description

一种碳酸盐岩油气储层预测的方法

技术领域

本发明涉及石油天然气地球物理勘探，特别地涉及碳酸盐岩油气储层预测新方法。

背景技术

碳酸盐岩储层蕴含世界油气储量60%以上，因此研究碳酸盐岩油气储层预测方法具有重要的实用价值。碳酸盐岩储层常伴有缝、洞，孔隙发育，相比围岩地震反射特征之一为强振幅，岩体中的流体（油、气）会使得地震信号的频谱向着低频端移动以及发生高频衰减现象（低频衰减得慢）这些现象使得碳酸盐岩储层呈现低频强能量异常，如果能有效地提取“低频强能量异常”，就可以得到碳酸盐岩油气储层的有利区。目前针对储层预测与流体识别，低频信息的利用主要体现在两个方面：一是提取低频单频剖面，比如8hz,15hz等的单频剖面。另一利用是“低频伴影”现象。储层以及储层下方会出现低频能量异常，高频时候储层下方能量异常变弱甚至消失，“低频伴影”已经广被地球物理工作者用于储层预测与流体识别，现有技术中《时频域油气储层低频阴影检测》，作者，陈学华等，2008年《地球物理学报》已有揭示。

发明内容

为了解决上述问题，提供一种碳酸盐岩油气储层预测的方法,其目的在于：现有的低频方法用于碳酸盐岩储层预测，不论是提取单频的低频分量还是运用低频伴影现象，都避开不了低频分量时间分辨率低的问题，不能高精度刻画流体储层的空间展布特征，这是“测不准原理”的必然结果。其次常用的低频伴影现象，实际操作中需要从低频到高频依次提取不同的频率分量步骤繁琐，而且伴影的位置没有定量地确定，多解性强，很不稳定。再次高频衰减引起的吸收系数也可以作为储层预测与流体识别，但是高频吸收系数在整个剖面显得“杂乱”，异常不明显。为了克服上述现有技术的缺陷，本发明从弥散粘滞性波动方程出发，研究流体的低频地震反射特征，有效提取地震信号低频能量异常，同时避开低频分量的低时间分辨率问题，达到提高碳酸盐岩油气储层预测精度的目的。

本发明的技术方案为：一种碳酸盐岩油气储层预测的方法，包括：

（1）确定流体储层的低频响应特征：从弥散粘滞性波动方程确定低频强能量是主频向低频端移动的结果，这是由于流体的流动性和弥散系数之间的关系决定的；

（2）避开低频分量的低时间分辨率，高分辨低频异常强能量自适应提取：将地震信号时频域能量的单频能量时间序列重新看成一组时间信号，在此时间信号上作用一个复合滤波器；

（3）提取地震信号低频能量异常，低频段的选择：在瞬时谱上，油气储层与非储层高频端差异最大的频段是累加谱能量65%—85%对应的频段，本发明将谱累加能量的1—65%到1—35%对应的频率段选择为提取低频强能量异常的默认低频段。

所述的步骤（1）进一步包括：

弥散粘滞性波动方程为的表达式为：

$\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂t}^2}+f\frac{\∂u}{\∂t}-\mathrm{\η}\frac{{\∂}^{3}u}{{\∂z}^2\∂t}-v^2\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂z}^2}=0---\left(1\right)$

其中，u为地震波场，f为弥散系数，表征流体的内摩擦系数，η为粘滞系数，t，z分别为时间和空间坐标；这是个变系数的偏微分方程，结果实际正演的需要，在很小的Δz内波长延拓，这样f，η，v就是常量；下面将此时间，空间域的波动方程转到频率、空间域，转换的算子为如下形式：

$\frac{\∂}{\∂t}\→-\mathrm{iw}---\left(2\right)$

（1）可以写为：

$\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂z}^2}+\left(\frac{w^2+\mathrm{iwf}}{v^2-\mathrm{iw\η}}\right)u=0---\left(3\right)$

在Δz内 $u(z+\mathrm{\Δz})=u\left(z\right)e^{-i{k}_z}---\left(4\right)$

其中k_z=k+iα（5）

$k=\mathrm{sqrt}\left(\frac{w^2{v}^2-{\mathrm{wv}}^{2}f}{v^4+w^2{\mathrm{\η}}^2}\right)---\left(6\right)$

$\mathrm{\α}=\left(\frac{w^3\mathrm{\η}+{\mathrm{wv}}^{2}f}{v^4+w^2{\mathrm{\η}}^2}\right)/2k---\left(7\right)$

频散公式为：

$\frac{v\left(w_r\right)}{v\left(w\right)}=1-\frac{1}{\mathrm{\πQ}}\ln \left(\frac{w}{w_r}\right)---\left(8\right)$

所述的步骤（2）所述的滤波器由局部平均能量滤波器与局部高频滤波器的乘积组成，具体表达式为：

$f\left[x\left(n\right)\right]=\frac{1}{3}[x(n-1)+x\left(n\right)+x(n+1)][x\left(n\right)-x(n-1)+x\left(n\right)-x(n+1)]---\left(9\right)$

对时频域低频段能量每一单频时间序列都作用（9）式，这样得到一个新的地震信号时频域能量，取每一个时刻取最大能量即可。

（4）技术实现的步骤：根据井上信息恰当选择小波基对每一道地震信号s(t)做时频分析,包括：小波变换，广义S变换，得到时频域能量分布，E(t,f)；

（4.1）选择提取低频强能量异常的瞬时低频段，得到E[t,(f₁,f₂)]；

（4.2）对E[t,(f₁-f₂)]每一个单频能量时间序列e(t)带入（9）中的滤波器计算新的时频域能量E[t,(f₁-f₂)]；

（4.3）取新能量E[t,(f₁-f₂)]的瞬时最大值；

（4.4）取下一道返回第(4.1)步骤。

本发明的有益效果在于：本发明利用弥散粘滞性波动方程做正演得出流体储层的低频地震反射特征即低频强能量异常；相比现有的低频技术本发明提取的低频强能量异常不但非常突出，而且具有很高的时间分辨，提高了碳酸盐岩油气储层预测的精度。如图6是现有技术的效果图，如图7是本发明设计的方法预测的油气剖面，将两个气层区分开来，碳酸盐岩储层主要。

附图说明

图1是地质模型图。

图2是弹性正演结果图。

图3是含有流体储层的流体层弥散系数为30hz,粘滞系数为10的正演图。

图4是流体储层与非储层的频谱图。

图5是原始地震剖面示意图。

图6是现有技术20hz单频剖面示意图。

图7是本发明提取的5—20hz内低频能量示意图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步描述本发明。本发明的范围不受这些实施例的限制，本发明的范围在权利要求书中提出。

（1）流体储层的低频响应特征

弥散粘滞性波动方程为的表达式为：

$\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂t}^2}+f\frac{\∂u}{\∂t}-\mathrm{\η}\frac{{\∂}^{3}u}{{\∂z}^2\∂t}-v^2\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂z}^2}=0---\left(1\right)$

其中，u为地震波场，f为弥散系数，表征流体的内摩擦系数，η为粘滞系数，t，z分别为时间和空间坐标。这是个变系数的偏微分方程，结果实际正演的需要，在很小的Δz内波长延拓，这样f，η，v就是常量。下面将此时间，空间域的波动方程转到频率、空间域，转换的算子为如下形式：

$\frac{\∂}{\∂t}\→-\mathrm{iw}---\left(2\right)$

（1）可以写为：

$\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂z}^2}+\left(\frac{w^2+\mathrm{iwf}}{v^2-\mathrm{iw\η}}\right)u=0---\left(3\right)$

在Δz内 $u(z+\mathrm{\Δz})=u\left(z\right)e^{-i{k}_z}---\left(4\right)$

其中

k_z=k+iα（5）

$k=\mathrm{sqrt}\left(\frac{w^2{v}^2-{\mathrm{wv}}^{2}f}{v^4+w^2{\mathrm{\η}}^2}\right)---\left(6\right)$

$\mathrm{\α}=\left(\frac{w^3\mathrm{\η}+{\mathrm{wv}}^{2}f}{v^4+w^2{\mathrm{\η}}^2}\right)/2k---\left(7\right)$

频散公式为： $\frac{v\left(w_r\right)}{v\left(w\right)}=1-\frac{1}{\mathrm{\πQ}}\ln \left(\frac{w}{w_r}\right)---\left(8\right)$

图1为设计的地下介质模型，图2为弹性波正演的结果，图3为弥散粘滞性波动方程的正演结果，图4为含流体层的地震频谱特征，由此可以看出，低频强能量是主频向低频端移动的结果，这是由于流体的流动性造成的和弥散系数f有很大的关系。

（2）高分辨低频异常强能量自适应提取

流体的流动性以及频散引起的主频向低频端移动使得低频端能量增强，常见的方法是提取单频的低频能量，这样提取的单频能量时间分辨率很低，降低了储层预测的精度，为了突出碳酸盐岩储层的低频能量异常，同时避开时频分辨率的“测不准”原理，本发明将地震信号时频域能量的单频能量时间序列重新看成一组时间信号，在此时间信号上作用一个复合滤波器，这个滤波器由局部平均能量滤波器与局部高频滤波器的乘积组成，具体表达式为：

$f\left[x\left(n\right)\right]=\frac{1}{3}[x(n-1)+x\left(n\right)+x(n+1)][x\left(n\right)-x(n-1)+x\left(n\right)-x(n+1)]---\left(9\right)$

对时频域低频段能量每一单频时间序列都作用（9）式，这样得到一个新的地震信号时频域能量，取每一个时刻取最大能量即可。

（3）低频段的选择

在瞬时谱上，油气储层与非储层高频端差异最大的频段是累加谱能量65%—85%对应的频段，本发明将谱累加能量的1—65%到1—35%对应的频率段选择为提取低频强能量异常的默认低频段。具体低频段的选择应当根据井上具体信息。

(4)技术实现的步骤

根据井上信息恰当选择小波基对每一道地震信号s(t)做时频分析（小波变换，广义S变换等），得到时频域能量分布，E(t,f)。

①选择提取低频强能量异常的瞬时低频段，得到E[t,(f₁,f₂)]

②  对E[t,(f₁-f₂)]每一个单频能量时间序列e(t)带入（9）中的滤波器计算新的时频域能量E[t,(f₁-f₂)]

③  取新能量E[t,(f₁-f₂)]的瞬时最大值。

④取下一道返回第一步。

如图1—图4为含流体储层的地震反射特征研究。图1为地质模型,在这里是是地震波的层速度模型图1中的vp就是地震波传播的纵波速度，图2为对图1的弹性波正演，图3是对含有流体储层的正演，图4为含流体地层与不含流体地层频谱分析，流体层处的“低频强能量”特征已经很明显。在上述得到流体层地震反射特征即“低频强能量”基础上，余下的工作是如何有效提取“低频强能量异常”，提取“低频强能量异常”异常的步骤就是上述（4）技术实现的步骤，从而与油气储层联系起来，图7是本发明按照（4）中描述的步骤有效提取“低频强能量异常”而做的碳酸盐岩油气储层预测，与图6中的常规方法相比异常更加明显，而且分辨率高两个气层被分开了，是一种高精度的碳酸盐岩油气储层预测方法。

以上参照附图对本申请的示例性的实施方案进行了描述。本领域技术人员应该理解，上述实施方案仅仅是为了说明的目的而所举的示例，而不是用来进行限制，凡在本申请的教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。

Claims (4)

1.一种碳酸盐岩油气储层预测的方法，其特征在于,包括：

（1）确定流体储层的低频响应特征：从弥散粘滞性波动方程确定低频强能量是主频向低频端移动的结果，这是由于流体的流动性和弥散系数之间的关系决定的；

（2）提取地震信号低频能量异常，高分辨低频异常强能量自适应提取：将地震信号时频域能量的单频能量时间序列重新看成一组时间信号，在此时间信号上作用一个复合滤波器；

（3）避开低频分量的低时间分辨率，低频段的选择：在瞬时谱上，油气储层与非储层高频端差异最大的频段是累加谱能量65%—85%对应的频段，将谱累加能量的1—65%到1—35%对应的频率段选择为提取低频强能量异常的默认低频段。

2.根据权利要求1所述的一种碳酸盐岩油气储层预测的方法,其特征在于，所述的步骤（1）进一步包括：

弥散粘滞性波动方程为的表达式为：

$\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂t}^2}+f\frac{\∂u}{\∂t}-\mathrm{\η}\frac{{\∂}^{3}u}{{\∂z}^2\∂t}-v^2\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂z}^2}=0---\left(1\right)$

其中，u为地震波场，f为弥散系数，表征流体的内摩擦系数，η为粘滞系数，t，z分别为时间和空间坐标；这是个变系数的偏微分方程，结果实际正演的需要，在很小的Δz内波长延拓，这样f，η，v就是常量；下面将此时间，空间域的波动方程转到频率、空间域，转换的算子为如下形式：

$\frac{\∂}{\∂t}\→-\mathrm{iw}---\left(2\right)$

（1）可以写为：

$\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂z}^2}+\left(\frac{w^2+\mathrm{iwf}}{v^2-\mathrm{iw\η}}\right)u=0---\left(3\right)$

在Δz内 $u(z+\mathrm{\Δz})=u\left(z\right)e^{-i{k}_z}---\left(4\right)$

其中k_z=k+iα（5）

$k=\mathrm{sqrt}\left(\frac{w^2{v}^2-{\mathrm{wv}}^{2}f}{v^4+w^2{\mathrm{\η}}^2}\right)---\left(6\right)$

$\mathrm{\α}=\left(\frac{w^3\mathrm{\η}+{\mathrm{wv}}^{2}f}{v^4+w^2{\mathrm{\η}}^2}\right)/2k---\left(7\right)$

频散公式为：

$\frac{v\left(w_r\right)}{v\left(w\right)}=1-\frac{1}{\mathrm{\πQ}}\ln \left(\frac{w}{w_r}\right)---\left(8\right)$

3.根据权利要求1所述的一种碳酸盐岩油气储层预测的方法,其特征在于，所述的步骤（2）所述的滤波器由局部平均能量滤波器与局部高频滤波器的乘积组成，具体表达式为：

$f\left[x\left(n\right)\right]=\frac{1}{3}[x(n-1)+x\left(n\right)+x(n+1)][x\left(n\right)-x(n-1)+x\left(n\right)-x(n+1)]---\left(9\right)$

对时频域低频段能量每一单频时间序列都作用（9）式，这样得到一个新的地震信号时频域能量，取每一个时刻取最大能量即可。

4.根据权利要求3所述的一种碳酸盐岩油气储层预测的方法,其特征在于，具体的技术实现包括：根据井上信息恰当选择小波基对每一道地震信号s(t)做时频分析,包括：小波变换，广义S变换，得到时频域能量分布，E(t,f)；

（4.1）选择提取低频强能量异常的瞬时低频段，得到E[t,(f₁,f₂)]；

（4.2）对E[t,(f₁-f₂)]每一个单频能量时间序列e(t)带入（9）式中的滤波器计算新的时频域能量E[t,(f₁-f₂)]；

（4.3）取新能量E[t,(f₁-f₂)]的瞬时最大值；

（4.4）取下一道返回第(4.1)步骤。

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