CN104035132A - 一种探测地下裂缝性储层中裂缝方位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种探测地下裂缝性储层中裂缝方位的方法，依次包括以下步骤：(一)在时间域反射PS波分方位偏移叠加数据体上确定裂缝性储层所在的时窗；(二)测量时窗内每个方位每道信号的Hurst指数；(三)把各个方位的Hurst指数进行归一化，绘制到方位坐标系中，构成近似椭圆或心形形状，由椭圆的长轴或心形的对称轴指示出裂缝的方位。本发明基于目标地层各个方位的反射PS波的偏移叠加记录，提取非线性地震属性，由非线性地震属性的方位特征指示出裂缝的方位，解决了倾斜裂缝的方位的描述问题，也可统一垂直缝与倾斜缝的方位预测流程，为石油天然气勘探与生产提拱了更精细的裂缝方位信息。

Description

一种探测地下裂缝性储层中裂缝方位的方法

技术领域

本发明涉及石油、天然气地震勘探领域中一种地面地震勘探技术，应用于地下地层中裂缝方位的探测。

背景技术

自二十世纪80年代兴起了利用地震信号的非线性特征研究地下地层裂缝的新方法，主要使用了分形、混沌、耗散和突变等非线性理论。利用这些理论分析方法从地震数据中提取的一些新信息称为非线性地震属性。前人应用非线性地震属性方法预测裂缝取得了较多的成功案例(戴勇，致密碎屑岩储层裂缝地震预测与评价方法研究[D]，成都理工大学，2007)。非线性地震属性方法的核心过程是提取研究的地下目标地层的反射纵波的偏移叠加记录的非线性地震属性，如突变参数、关联维等，并直接用于描述地下地层中裂缝的分布区带，较为成功地指示了裂缝的存在性。但未能更细致地描述出裂缝的产状，如裂缝的延伸方向、缝面的倾角、裂缝的张开度等。

随着全方位勘探技术的发展，目前已经可得到地下目标地层中，各个方位的反射纵波的偏移叠加记录。对各个方位的反射纵波的偏移叠加记录分别提取振幅属性。在目标地层中的裂缝面是垂直的状态下，由各个方位的反射纵波的偏移叠加记录的振幅属性，在方位坐标系中可构成一个近似的椭圆，由椭圆的长轴可指示出裂缝的方位(XieChunhui等，Pre-stackfracturedetectionusingwide-azimuthP-waveattributes，83stAnnualInternationalMeeting,SEG,ExpandedAbstracts，2013，3216～3220)。

但是，当目标地层中的裂缝缝面倾斜时，经实验表明上述方位坐标系中近似的椭圆特征被破坏，不再能明确裂缝的方位。在上述研究中还缺乏对裂缝性储层中倾斜裂缝的方位探测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种探测地下裂缝性储层中裂缝方位的方法。该方法基于目标地层各个方位的反射PS波的偏移叠加记录，提取非线性地震属性，由非线性地震属性的方位特征指示出裂缝的方位。从而解决了倾斜裂缝的方位的描述问题，也可统一垂直缝与倾斜缝的方位预测流程，为石油天然气勘探与生产提拱了更精细的裂缝方位信息，克服了现有技术存在的缺陷。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

随着多分量勘探技术的发展，可得到目标地层各个方位的反射PS波的偏移叠加记录。经实验表明对各个方位的反射PS波的偏移叠加记录分别提取非线性地震属性。当目标地层中的裂缝缝面垂直时，由各个方位的反射PS波的偏移叠加记录的非线性地震属性在方位坐标系中可构成一个近似的椭圆。由椭圆的长轴可指示出裂缝的方位。当目标地层中的裂缝缝面倾斜时，由各个方位的反射PS波的偏移叠加记录的非线性地震属性在方位坐标系中可构成一个近似的心形，由心形的对称轴可指示出裂缝的方位。从而解决了倾斜裂缝的方位的描述问题，也可统一垂直缝与倾斜缝的方位预测流程。

一种探测地下裂缝性储层中裂缝方位的方法，依次包括以下步骤：

(1)在时间域反射PS波分方位偏移叠加数据体上确定裂缝性储层所在的时窗。

反射PS波数据体是由针对地下裂缝性储层在地面布设的反射PS波接收装置接收到的炮记录，经信号处理加工后得到的。接收装置是从业人员熟知的二维或三维观测系统。炮记录是从业人员熟知的原始反射PS波记录。PS波信号的处理加工为从业人员熟知的手段，如去噪、静校正、动校正、反褶积、叠前时间偏移、叠加等等。叠加方式分为8个接收方位，选择反射PS波的偏移距范围，或者入射角范围，将选择范围内的反射纵波进行叠加。接收方位是以正北方向为0度，顺时针旋转方向为正方向的360度方位里布设的地面测线的方位。偏移距是接收点位置与激发点位置之间的距离。入射角是与偏移距对应的入射纵波与裂缝性储层顶界面法线的夹角。时间域是指数据体的纵坐标为时间轴。时窗是时间轴上的一个闭区间。时窗的确定是以裂缝性储层顶界面与底界面的层位为参照设定的。层位是由从业人员熟知的储层层位拾取得到的。

时间域反射PS波分方位偏移叠加数据体上裂缝性储层所在的时窗是据实际地区地下地层的地质情况而确定的，不同的勘探工区是完全不同的。时窗设置方式包括了3种。方位划分类型有4个扇区至36个扇区。

(2)测量时窗内每个方位每道信号的Hurst指数。

Hurst指数由Hurst(1965)提出的重标度极差分析(即标准差与极差的比，记为R/S)时间序列的分析方法求得。其基本过程是：

对于地震序列{x_t}，t＝1，2，…，n，n是地震序列{x_t}的样点数目。定义其均值序列为：

${<\stackrel{\&OverBar;}{x}>}_{\mathrm{\&tau;}}=\frac{1}{\mathrm{\&tau;}}\underset{t=1}{\overset{\mathrm{\&tau;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_t,\mathrm{\&tau;}=\mathrm{1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,n---\left(1\right)$

其中τ表示地震序列的n个样点内，任一个样点数。

累积离差A(t,τ)为：

$A(t,\mathrm{\&tau;})=\underset{u=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}(x_u-<\stackrel{\&OverBar;}{x}>),1\&le;t\&le;\mathrm{\&tau;}---\left(2\right)$

极差R(τ)为：

$R\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\underset{1\&le;t\&le;\mathrm{\&tau;}}{\max }A(t,\mathrm{\&tau;})-\underset{1\&le;t\&le;\mathrm{\&tau;}}{\min }A(t,\mathrm{\&tau;}),\mathrm{\&tau;}=\mathrm{1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,n---\left(3\right)$

标准差S(τ)为：

$S\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\left[\frac{1}{\mathrm{\&tau;}}\right]\underset{t=1}{\overset{\mathrm{\&tau;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(x_t-<\stackrel{\&OverBar;}{x}>{\mathrm{\&tau;}}^2)}^{1/2},\mathrm{\&tau;}=\mathrm{1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,n---\left(4\right)$

基于Hurst分析R(τ)/S(τ)(＝R/S)的统计规律关系式

R/S∝(τ/2)^H (5)

式中H称为Hurst指数(或间歇性指数)。

采用在双对数坐标系中直线拟合的方法求出H值。

(3)把各个方位的Hurst指数进行归一化，绘制到方位坐标系中，构成近似椭圆或心形形状。由椭圆的长轴或心形的对称轴指示出裂缝的方位。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：基于目标地层各个方位的反射PS波的偏移叠加记录，提取非线性地震属性，由非线性地震属性的方位特征指示出裂缝的方位。从而解决了倾斜裂缝的方位的描述问题，也可统一垂直缝与倾斜缝的方位预测流程，为石油天然气勘探与生产提拱了更精细的裂缝方位信息。

具体实施方式

一种探测地下裂缝性储层中裂缝方位的方法，依次包括以下步骤：

(1)在时间域反射PS波分方位偏移叠加数据体上确定裂缝性储层所在的时窗。裂缝性储层反射PS波数据体的接收、处理，及裂缝性储层的顶、底层位采用从业人员熟知的、通用的、常规的工序获得。偏移距范围是0米至1万米之间的一个闭区间。角度范围是与偏移距范围对应的纵波入射角范围。时窗分3种设定方式。

1、基于裂缝性储层顶层，向上扩展30～100ms，向下扩展30～100ms。

2、基于裂缝性储层底层，向上扩展30～100ms，向下扩展30～100ms。

3、基于裂缝性储层顶层，向上扩展0～100ms，或者向下扩展0～100ms。基于裂缝性储层底层，向上扩展0～100ms，或者向下扩展0～100ms。

方位是以正北方向为0度，顺时针旋转方向为正方向的360度方位。常用的方位划分类型有4个扇区至36个扇区。

(2)测量时窗内每个方位每道信号的Hurst指数。

Hurst指数由Hurst(1965)提出的重标度极差分析(R/S)时间序列分析方法求得。其基本过程是：

对于地震序列{x_t}，t＝1，2，…，n。n是地震序列{x_t}的样点数目。定义其均值序列为

${<\stackrel{\&OverBar;}{x}>}_{\mathrm{\&tau;}}=\frac{1}{\mathrm{\&tau;}}\underset{t=1}{\overset{\mathrm{\&tau;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_t,\mathrm{\&tau;}=\mathrm{1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,n---\left(1\right)$

τ可取5至n的整数。累积离差A(t,τ)为：

$A(t,\mathrm{\&tau;})=\underset{u=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}(x_u-<\stackrel{\&OverBar;}{x}>),1\&le;t\&le;\mathrm{\&tau;}---\left(2\right)$

极差R(τ)为：

$R\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\underset{1\&le;t\&le;\mathrm{\&tau;}}{\max }A(t,\mathrm{\&tau;})-\underset{1\&le;t\&le;\mathrm{\&tau;}}{\min }A(t,\mathrm{\&tau;}),\mathrm{\&tau;}=\mathrm{1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,n---\left(3\right)$

标准差S(τ)为：

$S\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\left[\frac{1}{\mathrm{\&tau;}}\right]\underset{t=1}{\overset{\mathrm{\&tau;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(x_t-<\stackrel{\&OverBar;}{x}>{\mathrm{\&tau;}}^2)}^{1/2},\mathrm{\&tau;}=\mathrm{1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,n---\left(4\right)$

基于Hurst分析R(τ)/S(τ)(＝R/S)的统计规律关系式：

R/S∝(τ/2)^H (5)

式中H称为Hurst指数(或间歇性指数)。

采用在双对数坐标系中直线拟合的方法求出H值。在计算过程中可选取任一线段的斜率作为Hurst指数。

(3)把各个方位的Hurst指数进行归一化，绘制到方位坐标系中，构成近似椭圆或心形形状。由椭圆的长轴或心形的对称轴指示出裂缝的方位。

Claims (5)

1.一种探测地下裂缝性储层中裂缝方位的方法，依次包括以下步骤：

(一)在时间域反射PS波分方位偏移叠加数据体上确定裂缝性储层所在的时窗；

(二)测量时窗内每个方位每道信号的Hurst指数；

(三)把各个方位的Hurst指数进行归一化，绘制到方位坐标系中，构成近似椭圆或心形形状，由椭圆的长轴或心形的对称轴指示出裂缝的方位。

2.根据权利要求1所述的一种探测地下裂缝性储层中裂缝方位的方法，其特征在于，所述步骤(一)中，时间域反射PS波分方位偏移叠加数据体上裂缝性储层所在的时窗是据实际地区地下地层的地质情况而确定的，时窗设置方式包括了3种，方位划分类型有4个扇区至36个扇区。

3.根据权利要求2所述的一种探测地下裂缝性储层中裂缝方位的方法，其特征在于，所述时窗分以下3种设定方式：

1)、基于裂缝性储层顶层，向上扩展30～100ms，向下扩展30～100ms；

2)、基于裂缝性储层底层，向上扩展30～100ms，向下扩展30～100ms；

3)、基于裂缝性储层顶层，向上扩展0～100ms，或者向下扩展0～100ms，基于裂缝性储层底层，向上扩展0～100ms，或者向下扩展0～100ms；

方位是以正北方向为0度，顺时针旋转方向为正方向的360度方位，偏移距范围是0米至1万米之间的一个闭区间，角度范围是与偏移距范围对应的纵波入射角范围。

4.根据权利要求1所述的一种探测地下裂缝性储层中裂缝方位的方法，其特征在于，所述Hurst指数由重标度极差分析(即标准差与极差的比，记为R/S)时间序列分析方法求得。

5.根据权利要求4所述的一种探测地下裂缝性储层中裂缝方位的方法，其特征在于，所述重标度极差分析(R/S)时间序列分析方法是基于下式：

R/S∝(τ/2)^H

式中H称为Hurst指数，采用在双对数坐标系中直线拟合的方法求出H值，在计算过程中可选取任一线段的斜率作为Hurst指数。