CN104656136A - 基于实际模型地震模拟指导下的油气储层低频阴影识别技术 - Google Patents

Abstract

基于实际模型地震模拟指导下的油气储层低频阴影识别技术是一种石油地震勘探数据处理与解释技术，它实现了基于地震正演数值模拟指导下的、更加可靠的油气储层低频阴影识别方法。首先利用地质、地震、岩石物理以及含流体介质的孔弹性理论，通过实际地震资料和测井数据等联合驱动建立地质模型，形成频率相关性速度、密度、频率相关性反射系数等多个地球物理参数模型，然后，利用标量弥散粘滞方程计算地质模型的地震模拟记录，分析储层下部低频阴影的存在、其变化的频率或频带，以及其出现位置等规律和特征，以此指导实际地震资料油气储层的低频阴影识别。

Description

基于实际模型地震模拟指导下的油气储层低频阴影识别技术

技术领域

本发明涉及石油地震勘探数据处理与解释领域，是综合利用地质、地震、岩石物理以及含流体介质的孔弹性理论，通过实际地震资料和测井数据等联合驱动建立地质模型，计算地质模型的地震记录，分析油气储层下部低频阴影的存在及其变化特征，以此指导实际地震资料油气储层低频阴影识别的技术。

背景技术

低频阴影是直接位于油气储集层下方的强能量瞬时低频率区域,是直接指示油气储层(HCI，Hydrocarbon Indicator)的几种重要属性之一(Sheriff，2002)。Taner等人(1979)在复数地震道分析时，发现油气藏下方的视频率较低，展示了油气藏下部出现的低频阴影现象。Castagn等人(2003)为揭示低频阴影的存在特征，基于小波匹配追踪算法对地震信号进行时频分解，生成不同频率的共频率道集，利用不同频率瞬时谱能量的差异检测油气储层下部的低频阴影，展示了利用低频阴影检测油气储层的应用价值和重要性。

低频阴影现象常在实际数据解释中观察到，对于其识别的机理目前有一些岩石物理实验和数值分析方面的认识。Ebrom(2004)总结了叠前和叠后地震资料低频阴影现象可能产生的十条机理。利用岩石物理模型实验的方法，Korneev和Goloshubin等人(2004)，对比研究了含饱和流体孔隙介质和不含流体介质的地震响应特征，发现含饱和流体层的反射同相轴出现振幅衰减、低频强振幅及高频能量损失现象，并提出了一种考虑了内摩擦力和粘滞力一维弥散粘滞型波动方程。Liu Yinbin(2004)使用交错堆叠的流体/骨架层状模型模拟薄油气砂岩，认为油气砂岩内部的强非均质性更易使储层底界面反射波出现复杂而显著的频散与多次散射，使底界面的反射波表现为低频而呈现低频阴影特征。贺振华等(2009)将弥散粘滞型波动方程推广到二维，计算储层地质模型的地震记录，并通过对比模型地震记录在不同频率处的瞬时能量谱变化，认为产生低频阴影的原因是由于高频分量被上覆油气储层吸收所致。

在实际应用中，低频阴影是否出现、出现的频率范围、是否与油气储层有关以及其出现的位置等都存在不确定性。在实际的储层地震解释工作中，对于如何确定低频阴影是否存在、在哪些频率的共频率道集上才能准确发现低频阴影的特征，以及低频阴影的出现位置等，需要有可靠的理论方法和技术指导，才能减少低频阴影识别油气储层的多解性，增加油气储层低频阴影检测的可靠性。

发明内容

本发明是要提供一种综合利用地质、地震、岩石物理和含流体介质的孔弹性理论，实现 含流体储层地震正演数值计算的技术，它能用于研究储层流体在正演地震剖面上引发的频散和衰减等地震异常特征以及储层下部低频阴影的变化规律，指导实际地震资料中的含油气储层的低频阴影识别，为地震勘探中储层的油气识别提供支持。

本发明的基于实际模型地震模拟指导下的油气储层低频阴影识别技术，首先基于地震沉积学的思想，对原始地震记录做90度相移，并自动拾取零值点作为岩性地层的参考界面，再综合利用岩石物理数据、测井曲线、测井解释数据、地质、地震和开发数据等，在得到的地层界面基础上建立包含初始速度、密度、粘度及弥散系数等储层物理参数的地质模型，使之更接近真实储层的地质与地球物理特征。

本发明的基于实际模型地震模拟指导下的油气储层低频阴影识别技术，采用动态等效介质理论，利用岩心和岩石物理数据等，计算含饱和流体储层地质模型的频率相关弹性张量矩阵，进而获得各地层的频率相关纵波速度参数，有效刻画纵波速度随储层特性和频率共同变化的物理规律，使储层特性与依赖频率的地震频散和衰减特征建立了直接的对应关系。

本发明的基于实际模型地震模拟指导下的油气储层低频阴影识别技术，采用考虑了储层流体弥散性、流体粘度的波动方程实现，并获得了能适应速度、粘度、弥散系数横向变化的波场延拓算子，模拟出包含频率相关特性的地震正演记录，使正演记录中的地震波场充分反映了储层流体的作用和贡献，刻画油气储层的地震特征。

本发明的基于实际模型地震模拟指导下的油气储层低频阴影识别技术，通过分析模型的地震正演记录，确定低频阴影的出现、变化的频带及其位置等信息，直接指导实际地震资料中油气储层低频阴影的识别。

本发明的基于实际模型地震模拟指导下的油气储层低频阴影识别技术，具有如下优越性：

⑴利用地质、地震、岩石物理、测井曲线、测井解释和开发数据驱动地球物理模型的建立，并结合地震沉积学的思想，使模型的反射界面体现岩性地层的分界面，因此，建立的地质模型更加实际油气储层的特征；

⑵利用标量弥散粘滞方程的波场延拓进行地震正演的数值计算，它考虑了含饱和流体介质的粘滞性和弥散性，并建立了适应速度、粘度和弥散系数等多参数同时横向变化的波场延拓算法，使模拟的地震正演记录包含与储层孔隙流体有关的地震波场信息，有利于分析储层特性对地震响应的影响，以及储层流体与低频阴影特征之间的关系；

⑶生成的频率相关地震正演记录主要反映地震纵波信息，无转换波和层间多次波的干扰和影响，同时不存在因动校拉抻造成的低频效应的干扰，有利于准确确定油气储层流体的特性对地震响应的作用及对应关系。

本发明的具体实现原理如下：

首先是基于地震沉积学的思想建立储层地质模型，综合利用地质与地震数据，通过希尔伯特变换对原始地震记录进行90度相移，使地震振幅数据的过零点主要反映地层岩性分界面，从而可以实现界面的自动追踪。通过自动拾取零值点作为岩性地层的参考界面，地震反射的波峰或波谷分别对应上下相邻的地层。导入测井曲线和测井解释数据、岩石物理和开发数据，沿深度方向对模型各地层赋以物理参数，从而同时形成包含多个地球物理参数的地质模型。

利用包含纵横波速度、密度、孔隙度等参数的测井曲线，测井解释的各层段流体类型及饱和度参数，计算储层孔隙流体的粘度，通过动态等效介质理论(Chapman等，2003)，结合岩芯和岩石物理信息，如渗透率、岩石颗粒尺寸、孔隙扁率、裂缝密度和长度等数据计算各层段的频率相关性弹性张量矩阵，进而获得地质模型中各个层段的频率相关性纵波速度，使地层的弹性参数体现了流体的作用和贡献。

基于Chapman动态等效介质理论(Chapman等，2003)，首先构建频率相关性弹性张量矩阵C(f)，该矩阵的元素C_ijkl按如下计算：

$C_{\mathrm{ijkl}}=C_{\mathrm{ijkl}}^0-{\mathrm{\φ}}_p{C}_{\mathrm{ijkl}}^1-{\mathrm{\ϵ}}_c{C}_{\mathrm{ijkl}}^2-{\mathrm{\ϵ}}_f{C}_{\mathrm{ijkl}}^3$

其中，C⁰是弹性张量矩阵的各向同性背景弹性张量，C¹、C²和C³分别为与岩石孔隙度φ_p、裂隙密度ε_c和裂缝密度ε_f对应的弹性张量校正量。

利用上述测井曲线中的已有参数，如纵波横波速度(已知测量的频率f₀)和密度ρ、岩石孔隙度φ_p和裂隙密度ε_c、已知频率的初始背景弹性张量C⁰(Λ,Μ)，其中弹性常数Λ和Μ如下计算

Λ＝λ₀+φ_p(λ₀,μ₀,f₀)+ε_c(λ₀,μ₀,f₀),

Μ＝μ₀+φ_p(λ₀,μ₀,f₀)+ε_c(λ₀,μ₀,f₀)

其中则可计算频率相关性弹性张量矩阵：

$C_{\mathrm{ijkl}}\left(f\right)=C_{\mathrm{ijkl}}^0(\mathrm{\Λ},M,\mathrm{\ω})-{\mathrm{\φ}}_p{C}_{\mathrm{ijkl}}^1({\mathrm{\λ}}_0,{\mathrm{\μ}}_0,f)-{\mathrm{\ϵ}}_c{C}_{\mathrm{ijkl}}^2({\mathrm{\λ}}_0,{\mathrm{\μ}}_0,f)-{\mathrm{\ϵ}}_f{C}_{\mathrm{ijkl}}^3({\mathrm{\λ}}_0,{\mathrm{\μ}}_0,f)$

其中，f为频率。

得到考虑了模型各地层(包括含流体储层)的频率相关性弹性张量矩阵C(f)，继而可以据此计算各地层频率相关性纵横波速度v_p(f)和v_s(f)。

利用频率相关性纵波速度v_p(f)得到地质模型各界面处依赖频率的反射系数：

$r(x,z,f)=\frac{v_p(x,z+1,f)\mathrm{\ρ}(x,z+1)-v_p(x,z,f)\mathrm{\ρ}(x,z)}{v_p(x,z+1,f)\mathrm{\ρ}(x,z+1)+v_p(x,z,f)\mathrm{\ρ}(x,z)}$

地震正演模拟的数值计算，采用如下标量弥散粘滞方程：

$\frac{{\∂}^{2}u}{\∂t^2}+\mathrm{\ζ}\frac{\∂u}{\∂t}-\mathrm{\η}(\frac{{\∂}^{3}u}{\∂x^2\∂t}+\frac{{\∂}^{3}u}{\∂z^2\∂t})-v^2(\frac{{\∂}^{2}u}{\∂x^2}+\frac{{\∂}^{2}u}{\∂z^2})=0$

其中，u为位移；ζ是弥散衰减参数，单位为Hz；η是流体运动粘度，单位为m²/s；v为波的传播速度，单位为m/s。该方程的计算采用双域相移波场延拓实现：

$\stackrel{\‾}{u}\_(k_x,z+\mathrm{\Δz},\mathrm{\ω})=\stackrel{\‾}{u}(k_x,z,\mathrm{\ω})e^{i{k}_z\left(\mathrm{\ω}\right)\mathrm{\Δz}}$

$u(x,z+\mathrm{\Δz},\mathrm{\ω})=u\_(x,z+\mathrm{\Δz},\mathrm{\ω})e^{\mathrm{iQ}(v_p\left(\mathrm{\ω}\right),\mathrm{\η},\mathrm{\ζ})\mathrm{\Δz}}$

其中，角频率ω＝2πf，z为深度，Δz为深度延拓的步长，垂直波数k_z按如下公式计算：

$k_z={\left[\frac{{\mathrm{\ω}}^2-k_x^2{v}_{p0}^2\left(\mathrm{\ω}\right)-\mathrm{i\ω}{\mathrm{\ζ}}_0-\mathrm{i\ω}{\mathrm{\η}}_0{k}_x^2}{v_{p0}^2\left(\mathrm{\ω}\right)+\mathrm{i\ω}{\mathrm{\η}}_0}\right]}^{\frac{1}{2}}$

其中，v_p0(ω)、ζ₀和η₀分别为平均频率相关性速度、平均弥散系数和平均运动粘度；k_x为x方向的波数；Q(v_p(ω),ζ,η)是关于频率相关性速度、粘度和弥散系数的函数。

通过上述方法得到地质模型及其地震模拟的记录后，对地震记录进行瞬时谱分解，分析储层及其下部瞬时谱能量的变化，确定是否存在低频阴影、低频阴影出现和变化的频率、以及频带范围、低频阴影出现的位置等信息，然后利用这些信息作为指导和参照，分析实际地震资料中与油气储层有关的低频阴影特征。

附图说明

图1是某海上油田的过井地震剖面，其中，图左下方框圈定的放大的局部地震剖面，处于储层段，且标注了电阻率测井曲线和测井解释的油气层位置。

图2是利用本发明的方法，通过实际地震剖面和其它资料联合驱动建立的地质模型，再计算得到的地震模拟记录。其中：图2是与图1对应，从图1的原始地震剖面中提取深度为1780m～2580m(对应时间范围为1.6s～2.15s，即时间厚度为550ms)、横向距离为6400m的地震剖面(道号范围为450～960)的频谱，用于进行联合驱动地质模型的建立，图3是与图2对应的，利用本发明的建模方法得到的物理参数地质模型(仅展示了初始纵波速度参数)，图4是与图3对应的，经过本发明的地震模拟方法数值计算后得到的地质模型的地震记录剖面。

与图4的模拟地震记录剖面对应的，通过对图4进行瞬时谱分解得到的5个频率的瞬时谱振幅剖面，分别是图5的8Hz、图6的12Hz、图7的20Hz、图8的28Hz和图9的36Hz 瞬时谱振幅剖面。

与图1对应的，通过瞬时谱分解得的4个频率的瞬时谱振幅剖面，分别是图10的12Hz、图11的20Hz、图12的28Hz和图13的36Hz瞬时谱振幅剖面。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如下：

⑴输入实际地震剖面，利用地震沉积学的思想，对地震记录进行90度相移运算，将过零值点自动拾取为岩性地层界面，输入包含纵横波速度、密度、孔隙度等参数的测井数据、测井解释的各层段流体类型及饱和度参数、结合岩石物理计算储层孔隙流体的粘度等物理参数，从而综合利用地质、地震、测井曲线、测井解释数据、岩石物理和开发数据联合驱动，建立接近真实储层特征的地质模型；

⑵利用包含纵横波速度、密度、孔隙度等参数的测井曲线，测井解释的各层段流体类型及饱和度参数，结合岩芯和岩石物理信息，如渗透率、岩石颗粒尺寸、孔隙扁率、裂缝密度和长度、储层孔隙流体的粘度等数据，利用动态等效介质理论，计算各层段频率相关性弹性张量矩阵的各个元素，然后以此计算地质模型各层段的频率相关性纵波速度参数，最终获得包含密度、速度、粘度、弥散系数等多个物理参数的地质模型；

⑶利用依赖频率的反射系数公式，对各层段的频率相关性纵波速度和密度参数，沿地质模型的深度方向逐点计算反射系数，获得各层段的随频率变化的反射系数模型；

⑷利用标量弥散粘滞方程，对包含储层流体物理参数的地质模型和依赖频率的反射系数分布模型进行双域波场延拓正演计算，获得地质模型的地震正演记录；

⑸对地质模型的地震正演记录数据进行瞬时谱分解，得到一系列不同频率的瞬时谱剖面，并地震数据成图软件进行可视化显示，分析不同频率的瞬时谱剖面，确定油气储层是否出现低频阴影、低频阴影变化的频率或频带以及其出现的位置等信息。

⑹对实际地震记录进行瞬时谱分解，得到一系列不同频率的瞬时谱剖面，以第⑸步获得的储层低频阴影出现的特征和规律作指导，分析实际地震记录中与油气储层有关的低频阴影，用于油气识别。

本发明的实施实例说明：

图1是原始实际地震记录剖面，其中方框位置是地震记录剖面中位于油气储层段的局部放大图，标注了电阻率测井曲线及解释的油气层段。对图1截取如图2的地震剖面，然后用本发明的方法基于图2的地震剖面和测井曲线等资料联合驱动得到的地质模型的初始纵波速度参数剖面，如图3所示。图4是利用本发明的地震模拟方法数值计算得到的地质模型的地震正演剖面，从图4可见，储层段的地震波场特征与图2的原始地震剖面非常接近，说明本 发明的建立的地质模型和地震模拟数值计算方法能准确地刻画储层地质与地球物理特征。对图4中地质模型的地震正演剖面进行瞬时谱分解后，得到频率为8Hz、12Hz、20Hz、28Hz和36Hz时的瞬时谱剖面(如图5～图9)。通过对比分析图5～图9中的5个频率的瞬时谱剖面可见，在储层位置(箭头标注)的能量都很强，而储层下部的能量(圈形标注)在8Hz和12Hz时较强，但随着频率的增加逐渐减弱，在36Hz时阴影能量彻底消失，表现为典型的低频阴影特征，因此图5～图9说明本发明的方法得到的地震模拟记录能够用于分析储层的低频阴影是否存在、出现变化的频率或频带，以及低频阴影出现的位置等特征和规律。

对图1的原始地震记录剖面做瞬时谱分解，并以图5～图9分析获得的储层低频阴影出现的特征和规律作为指导，选取瞬时谱分解后的12Hz、20Hz、28Hz和36Hz瞬时谱剖面(如图10～图13)。从图5～图9的4个瞬时谱剖面可见，油气储层位置(箭头标注)的瞬时谱能量在各个频率时都很强，而储层下部的能量在12Hz时也较强，显示为明显的低频阴影(圈形标注)，在20Hz时低频阴影减弱，在28Hz时低频阴影更弱，直至36Hz时低频阴影基本消失，这与图图5～图9中地震模拟记录的低频阴影变化规律一致。因此本发明的基于实际模型地震模拟指导下的油气储层低频阴影识别方法能够可靠地指导实际油气储层低频阴影识别。

Claims (4)

1.一种基于实际模型地震模拟指导下的油气储层低频阴影识别方法，其特征在于采用以下具体步骤：                                                输入实际地震剖面，利用地震沉积学的思想，对地震记录进行90度相移运算，将过零值点自动拾取为岩性地层界面，输入包含纵横波速度、密度、孔隙度等参数的测井数据、测井解释的各层段流体类型及饱和度参数、结合岩石物理计算储层孔隙流体的粘度等物理参数，从而综合利用地质、地震、测井曲线、测井解释数据、岩石物理和开发数据联合驱动，建立接近真实储层特征的地质模型； 利用包含纵横波速度、密度、孔隙度等参数的测井曲线，测井解释的各层段流体类型及饱和度参数，结合岩芯和岩石物理信息，如渗透率、岩石颗粒尺寸、孔隙扁率、裂缝密度和长度、储层孔隙流体的粘度等数据，利用动态等效介质理论，计算各层段频率相关性弹性张量矩阵的各个元素，然后以此计算地质模型各层段的频率相关性纵波速度参数，最终获得包含密度、速度、粘度、弥散系数等多个物理参数的地质模型； 利用依赖频率的反射系数公式，对各层段的频率相关性纵波速度和密度参数，沿地质模型的深度方向逐点计算反射系数，获得各层段的随频率变化的反射系数模型； 利用标量弥散粘滞方程，对包含储层流体物理参数的地质模型和依赖频率的反射系数分布模型进行双域波场延拓正演计算，获得地质模型的地震正演记录； 对地质模型的地震正演记录数据进行瞬时谱分解，得到一系列不同频率的瞬时谱剖面，并地震数据成图软件进行可视化显示，分析不同频率的瞬时谱剖面，确定油气储层是否出现低频阴影、低频阴影变化的频率或频带以及其出现的位置等信息； 对实际地震记录进行瞬时谱分解，得到一系列不同频率的瞬时谱剖面，以第步获得的储层低频阴影出现的特征和规律作指导，分析实际地震记录中与油气储层有关的低频阴影，用于油气识别。

2.根据权利要求1所述的一种基于实际模型地震模拟指导下的油气储层低频阴影识别方法，其特征在于：综合利用了地质、地震、岩石物理、测井曲线和测井解释以及含流体介质的孔弹性理论，基于实际地震资料和测井数据等联合驱动建立地质模型，使地质模型更接近实际储层的地质与地球物理特征。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于实际模型地震模拟指导下的油气储层低频阴影识别方法，其特征在于：采用了标量弥散粘滞方程的进行正演模拟，并建立了一种能同时适应速度、粘度和弥散系数横向变化的双域波场延拓算法，能有效模拟储层下部低频阴影的特征。

4.根据权利要求1所述的一种基于实际模型地震模拟指导下的油气储层低频阴影识别方法，其特征在于：通过地质模型的地震模拟记录，分析其低频阴影的出现、变化的频带及其位置等信息，直接指导实际地震资料中油气储层低频阴影的识别。