CN104675392B - 一种基于叠前多参数降维的储层岩性识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于叠前多参数降维的储层预测方法，属于石油勘探领域。本方法包括：在沉积相带约束下进行叠前地震反演，获取弹性参数反演数据体；对弹性参数进行优选，得到优选敏感参数，对所述优选敏感参数进行降维，获得降维后的新参数与原参数间的函数关系；将所述降维后的新参数与原参数间的函数关系应用到相应叠前反演数据体，得到岩性识别数据体；利用岩性识别数据体进行判别，达到储层岩性识别的目的。本发明方法明显提高了储层预测精度，使储量计算结果精度更高，计算结果更为可靠，有效降低了勘探风险。
Description
技术领域
本发明属于石油勘探领域，具体涉及一种基于叠前多参数降维的储层岩性识别方法。
背景技术
目前国内外发展了多种储层预测方法，如基于叠后地震资料的地震相分析、地震属性分析以及地震反演等，是油藏描述中应用最为广泛的勘探技术。长期以来，叠后反演方法在实际应用中取得了较好的效果，如申请号为201110171068.2的专利公开了一种地震反演数据预测储层的方法，实现了基于模型反演得到的波阻抗或速度数据进行岩性或储层预测的一种新手段，但只是针对井眼附近储层和相邻的非储层在波阻抗曲线上能得到区分时的情况。而通过测井资料的分析发现利用波阻抗进行岩性识别存在较大难度，即不同岩性波阻抗数据分布范围存在较大的叠合时，该方法可能存在应用方面的局限性。这主要是因为叠后反演结果仅为单一的波阻抗数据体，仅利用波阻抗进行岩性识别已经不能满足高精度储层预测的要求。相对叠后地震反演，叠前地震反演利用叠前地震资料上更为丰富的振幅信息，理论上可反演出多种能更好地反映储层岩性、物性、流体变化规律参数体，能更可靠地揭示地下储层岩性、物性、展布情况及含油气性。但是结合实际情况来看，大多数情况下仅利用叠前反演得到的多种弹性参数中的一种或几种进行储层预测，未能充分利用叠前反演的优势。尽管Per Avseth等在专著《Quantitative Seismic Interpretation》第四章中给出了利用岩石物理解释模板(纵横波速度比与波阻抗双参数解释模板)进行定量地震解释的实例，但实例中给出的是储层的孔隙度大于16％时的情况，这与川东北地区致密砂岩储层的实际情况有较大出入。目前在致密砂岩储层识别与定量预测方面尚未建立一套较为可行的方法流程，结合现有地质、地震及测井上的认识，认为主要存在如下几个问题：
(1)目的层岩性复杂，包括泥岩、石英砂岩、岩屑砂岩、砾岩以及钙屑砂岩，钙屑砂岩储层的地球物理响应特征与其它岩性岩石的地球物理响应特征无明显差异，利用地震属性分析技术进行储层预测效果不理想；
(2)不同岩性之间的波阻抗差异不大，且尽管不同岩性的弹性参数(包括泊松比、体积模量，拉梅常数与密度乘积、弹性波阻抗等描述岩石性质的参数)叠合范围较波阻抗的叠合范围要小，但依旧不满足高精度储层岩性识别的要求；
(3)目的层孔隙度较低，其中目的层中亚段平均孔隙度仅为3.2％，属于致密砂岩储层，目前尚未发展出行之有效的用于描述致密砂岩的岩石物理解释模板，利用岩石物理解释模板进行多参数岩性识别在理论上并不完全成熟，致密砂岩定量地震振幅解释缺乏足够的应用方面实例。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于叠前多参数降维的储层岩性识别方法。通过叠前多参数的降维方法得到对储层岩性更为敏感的新参数，将降维过程中的函数关系应用到叠前反演结果，计算得到该新参数数据体来完成储层岩性识别的目的，降低油气勘探成本和风险。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于叠前多参数降维的储层岩性识别方法，包括：
在沉积相带约束下进行叠前地震反演，获取弹性参数反演数据体；
对弹性参数进行优选，得到优选敏感参数，对所述优选敏感参数进行降维，获得降维后的新参数与原参数间的函数关系；
将所述降维后的新参数与原参数间的函数关系应用到相应叠前反演数据体，得到岩性识别数据体；
利用岩性识别数据体进行判别，达到储层岩性识别的目的。
所述在沉积相带约束下进行叠前地震反演，获取弹性参数反演数据体是这样实现的：
根据地震属性分析以及地震相分析结果精细刻画沉积相变线，确定目的层有利沉积相宏观展布情况，结合地质、测井资料完成相控建模工作，为叠前反演提供测井、地质约束条件，进而通过叠前地震反演获得弹性参数反演数据体，所述弹性参数反演数据体包括纵波阻抗、横波阻抗、纵横波速度比、密度参数、泊松比、体积模量、拉梅系数和弹性阻抗反演数据体。
所述对弹性参数进行优选，得到优选敏感参数，对所述优选敏感参数进行降维，获得降维后的新参数与原参数间的函数关系是这样实现的：
对弹性参数进行直方图统计分析以及交会分析，优选出对储层岩性敏感的参数，即为所述优选敏感参数；
对所述优选敏感参数再次进行两两交会分析，确定对储层岩性最为敏感的新参数，并确定新参数与原参数之间的函数关系。
所述对所述优选敏感参数再次进行两两交会分析，确定对储层岩性最为敏感的新参数，并确定新参数与原参数之间的函数关系是这样实现的：
(1)首先对两个优选敏感参数进行交会得到交会图，从交会图中找到能够将不同岩性的分布区域划分开的斜直线；
(2)以斜直线与横轴之间的夹角θ为旋转角度进行坐标系旋转，将原坐标系转换为新坐标系，新坐标系中的横轴与所述斜直线平行，新坐标系中的纵轴与所述斜直线的法向方向平行；
原坐标系转换为新坐标系是利用公式(1)和公式(2)实现的：
x′=x×cosθ+y×sinθ (1)
y′=y×cosθ+x×sinθ (2)
其中，x、y为原坐标系中的坐标；x′、y′为新坐标系的坐标。
(3)顺时针旋转时，降维算法采用公式(1)，逆时针旋转时，降维算法采用公式(2)，这样求得新参数与原参数之间的函数关系；
(4)对优选的敏感参数和新参数重复步骤(1)至步骤(3)进行两两降维，最终得到一个参数以及该参数与原参数间的函数关系。例如优选后的参数为A、B、C、D，则可通过A和B降维得到X，C和D降维得到Y，最后X和Y继续降维得到最终的一个参数Z。
将所述降维后的新参数与原参数间的函数关系应用到相应叠前反演数据体，得到岩性识别数据体是这样实现的：
以所述降维后的新参数与原参数间的函数关系为基础，以所述反演得到的相应弹性参数反演数据体(函数关系中所涉及到的弹性参数数据体，如上述的A、B、C、D参数对应的叠前反演得到的数据体)为输入，采用公式(1)或公式(2)计算得到新参数数据体，即岩性识别数据体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过叠前多参数降维的方法，构建对储层岩性更为敏感的参数，并在相控地质建模的基础上开展叠前地震反演，计算得到降维后的参数数据体，从而明显提高了储层预测精度，使储量计算结果精度更高，计算结果更为可靠，有效降低了勘探风险，大幅提升了致密砂岩储层的勘探经济效益。
附图说明
图1为本发明方法的步骤框图；
图2为不同弹性参数交会图
图3-1为常规弹性参数交会；
图3-2为降维后曲线与原曲线交会；
图4为不同测井曲线与降维后曲线对比图；
图5-1为近角度弹性阻抗；
图5-2为远角度弹性阻抗；
图5-3为利用近、远角度弹性阻抗降维后计算得到的新数据体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
本发明原理上利用不同敏感弹性参数之间的函数关系对原参数进行数学转换得到新参数，以此类推，通过不断转换，达到多种敏感弹性参数降维为一个参数的目的，从而综合各参数对地质体的地球物理响应特征，提高预测精度。
本发明的具体实现方法为：
(1)弹性参数优选：不同工区不同地质条件下，对岩性敏感的弹性参数(包括纵波阻抗、横波阻抗、泊松比、体积模量、杨氏模量、不同角度弹性波阻抗等参数)不尽相同。因此，针对目的层，根据地质、测井、录井、试气等资料，利用交会图及直方图统计的方法优选出对岩性敏感的弹性参数。弹性参数曲线是井上弹性参数值，弹性参数反演数据体是三维数据体，弹性参数是对岩石物理特征描述的参数。
(2)多参数降维：对优选出的敏感弹性参数进行两两交会分析，通过两参数之间的函数关系将两个参数综合为一个参数，降维后的新参数为降维前两参数的函数，以此类推，可达到多参数最终降维为一个参数的目的，该参数综合了多参数对地质体识别的能力，对岩性的敏感程度更高。
(3)储层岩性识别：
①在沉积相带约束下进行叠前地震反演，反演可获得纵波阻抗、横波阻抗、纵横波速度、泊松比、体积模量、拉梅系数、弹性阻抗等数据体，将步骤(2)中降维过程中获得的新参数与原参数的函数关系应用到相应的叠前反演数据体，便可得到新参数数据体，即岩性识别数据体；
②利用岩性识别数据体进行判别，达到储层岩性识别的目的。
由图1可知，本发明包括以下步骤：
①根据地震属性分析以及地震相分析结果精细刻画沉积相变线，确定目的层沉积相宏观展布情况，结合地质、测井资料完成相控建模工作，为叠前反演提供地质约束条件，进而通过叠前地震反演获取如纵波阻抗、横波阻抗、纵横波速度比、密度参数、泊松比、体积模量、拉梅系数、弹性阻抗等多个弹性参数反演数据体；
②对测井曲线以及由纵、横波速度、密度测井曲线计算得到的岩石弹性参数利用直方图统计分析以及交会分析技术，优选对储层岩性敏感的参数(优选的准则是单参数能将储层与围岩大致分开，或能在交会图上储层与围岩呈现分离的趋势)，然后对岩性敏感的参数再次进行两两交会分析，通过多弹性参数降维的方法确定对储层岩性最为敏感的新参数，并确定新参数与原参数之间的函数关系；
③以步骤②中的降维过程中得到的新参数与原参数的函数关系为基础，以步骤①中反演得到的相应数据体为输入，计算得到新参数数据体，即岩性识别数据体；
④利用岩性识别数据体进行判别，达到储层岩性识别的目的。
图2为叠前弹性参数两两交会结果(交会图中纵横轴代表不同参数，不同颜色及形状代表不同岩性)。利用测井纵、横波速度以及密度曲线计算得到的纵、横波阻抗以及其它岩石弹性参数进行两两交会，以岩性测井解释曲线作为色标，通过对比储层岩性数据点与围岩岩性数据点的分布区域，这些参数对岩性的识别能力(识别能力也就是代表目标数据点的颜色/形状与其它颜色/形状之间的叠合或分离程度)便可直接地观察到，通过优选便可确定下一步用于叠前多参数降维的参数(图中AI、SI、Poisson's Ratio、MuRho，LambdaRho、E、K分别为纵波阻抗、横波阻抗、泊松比、剪切模量与密度乘积、拉梅系数与密度乘积、杨氏模量、体积模量)。
图3-1和图3-2为本发明的创新点，即叠前多参数降维的方法原理，具体实施方法为：
①首先对优选出的岩性敏感参数1与参数2进行交会(图3-1)，从该图可看出，参数1与参数2在纵轴及横轴方向都无法完全将岩性区分开，但沿图中斜直线可以将不同岩性的分布区域划分开——圆形的储层岩性数据分布于斜直线左上方，其它岩性数据点分布于斜直线右下方。
②采用数学上的坐标系转换方法——以斜直线与横轴之间的夹角(θ)为旋转角度进行坐标系旋转，便可将图3-1中的坐标系转换为如图3-2所示的新坐标系(旋转后的坐标系横轴与斜直线平行，纵轴与该斜直线法向方向平行)，两坐标系的转换关系如式1、2所示(x、y为原坐标系中的坐标；x′、y′为相应新坐标系的坐标)
x′=x×cosθ+y×sinθ (1)
y′=y×cosθ+x×sinθ (2)
③顺时针旋转方向时，式1为降维算法，逆时针旋转时，式2为降维算法，这样利用新旧坐标系之间的数学转换关系，就可以求出新参数与原参数的函数关系式，
通过对比图3-1和3-2可知，降维后的新弹性参数(纵轴方向)对岩性的识别能力较原参数有明显提高，以图中的直线为参考线可明显将圆形的储层岩性数据点与其它岩性数据点区分开。
图4为曲线显示降维后的新参数曲线与原测井曲线以及岩石弹性参数对岩性的识别能力，通过与岩性柱状图一一对比可见尽管存在部分测井曲线和岩石弹性参数与岩性存在对应关系，但降维后的新曲线与岩性的对应更为一致，且新曲线在钙屑砂岩段与其它岩性在数值上差异更为明显。
图5-1至图5-3为应用上述方法开展储层岩性识别的实例。图5-1及5-2为在沉积相带约束下开展叠前弹性波阻抗反演得到的近、远角度弹性阻抗数据体。通过对测井曲线以及岩石弹性参数优选，发现近、远角度弹性阻抗交会图上存在如图3-1所示的斜直线可将储层岩性与围岩岩性区分开。若近、远入射角度分别取0度和30度，根据如式3所示的弹性阻抗计算公式(式中)，则近、远角度弹性阻抗如式4、式5所示。图3-1中的斜直线所表达的近、远角度弹性阻抗关系如式6所示。绕原点沿逆时针方向对原坐标系进行旋转，旋转角度为斜直线与纵轴的夹角。新参数计算方法如式(7)所示，新参数与原参数1的交会图(图3-2)上可见当新参数数值大于250时，纵轴方向便可将储层岩性(圆形数据)与围岩岩性区分开，达到储层岩性识别的目的。图5-3为将叠前弹性波阻抗反演得到的近、远角度弹性阻抗代入降维算法式(7)后计算得到的新参数数据体。对比图5-1、5-2和5-3可知，叠前反演得到的近、远角度弹性阻抗数据体所提取的平面图，反演结果与实钻井试气结果以及测井解释储层厚度都存在一定程度的不吻合；而利用两个弹性波阻抗数据体计算得到的降维后的新参数数据体提取的平面图则与实钻井试气结果以及测井解释储层厚度非常吻合，这说明了该技术在储层岩性识别上的优势，通过试验证明该技术具有较大的实际应用价值，拥有良好的推广应用前景。
EI(00)=ρVp (4)
EI(00)=7.2552×EI(300)+1517.16 (6)
EI_new=EI(00)×cos(arctan(7.2552))-EI(300)×sin(arctan(7.2552)) (7)
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (2)
1.一种基于叠前多参数降维的储层岩性识别方法，其特征在于：所述方法包括：
在沉积相带约束下进行叠前地震反演，获取弹性参数反演数据体；
对弹性参数进行优选，得到优选敏感参数，对所述优选敏感参数进行降维，获得降维后的新参数与原参数间的函数关系；
将所述降维后的新参数与原参数间的函数关系应用到相应叠前反演数据体，得到岩性识别数据体；
利用岩性识别数据体进行判别，达到储层岩性识别的目的；
其中，所述弹性参数反演数据体包括纵波阻抗、横波阻抗、纵横波速度比、密度参数、泊松比、体积模量、拉梅系数和弹性阻抗反演数据体；
其中，所述对弹性参数进行优选，得到优选敏感参数，对所述优选敏感参数进行降维，获得降维后的新参数与原参数间的函数关系是这样实现的：
对弹性参数进行直方图统计分析以及交会分析，优选出对储层岩性敏感的参数，即为所述优选敏感参数；
对所述优选敏感参数再次进行两两交会分析，确定对储层岩性最为敏感的新参数，并确定新参数与原参数之间的函数关系；
所述在沉积相带约束下进行叠前地震反演，获取弹性参数反演数据体是这样实现的：
根据地震属性分析以及地震相分析结果精细刻画沉积相变线，确定目的层有利沉积相宏观展布情况，结合地质、测井资料完成相控建模工作，为叠前反演提供测井、地质约束条件，进而通过叠前地震反演获得弹性参数反演数据体；
所述对所述优选敏感参数再次进行两两交会分析，确定对储层岩性最为敏感的新参数，并确定新参数与原参数之间的函数关系是这样实现的：
(1)首先对两个优选敏感参数进行交会得到交会图，从交会图中找到能够将不同岩性的分布区域划分开的斜直线；
(2)以斜直线与横轴之间的夹角θ为旋转角度进行坐标系旋转，将原坐标系转换为新坐标系，新坐标系中的横轴与所述斜直线平行，新坐标系中的纵轴与所述斜直线的法向方向平行；
原坐标系转换为新坐标系是利用公式(1)和公式(2)实现的：
x'＝x×cosθ+y×sinθ (1)
y'＝y×cosθ+x×sinθ (2)
其中，x、y为原坐标系中的坐标；x'、y'为新坐标系的坐标；
(3)顺时针旋转时，降维算法采用公式(1)，逆时针旋转时，降维算法采用公式(2)，这样求得新参数与原参数之间的函数关系；
(4)对优选的敏感参数和新参数重复步骤(1)至步骤(3)进行两两降维，最终得到一个参数以及该参数与原参数间的函数关系。
2.根据权利要求1所述的基于叠前多参数降维的储层岩性识别方法，其特征在于：将所述降维后的新参数与原参数间的函数关系应用到相应叠前反演数据体，得到岩性识别数据体是这样实现的：
以所述降维后的新参数与原参数间的函数关系为基础，以所述反演得到的相应弹性参数反演数据体为输入，采用公式(1)或公式(2)计算得到新参数数据体，即岩性识别数据体。
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