CN105277982B - 一种泥页岩总有机碳含量地震预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种泥页岩总有机碳含量地震预测方法，属于石油天然气勘探领域。本方法包括：(1)地质、测井、地震数据准备；(2)对泥页岩岩心总有机碳含量地球化学分析化验数据以及测井曲线和岩石弹性参数曲线进行统计分析，优选与总有机碳含量测试数据含量相关程度高的测井曲线或岩石弹性参数曲线，建立总有机碳含量计算模型；(3)利用地震反演技术获得总有机碳含量计算模型所需的曲线反演数据体；(4)基于步骤(2)中的总有机碳含量计算模型以及步骤(3)中的曲线反演数据体计算泥页岩总有机碳含量数据体。

Description

一种泥页岩总有机碳含量地震预测方法

技术领域

本发明属于石油天然气勘探领域，具体涉及一种泥页岩有机碳含量地震预测方法。

背景技术

近两年，以页岩油气为代表的非常规油气资源逐渐成为石油天然气勘探领域的热点。页岩油气勘探开发过程中，泥页岩的总有机碳含量(Total OrganicCarbon，简称TOC)是评价页岩油气藏成藏地质条件的关键参数，富含有机质泥页岩发育是页岩油气获得商业性高产的基础。国内外学者在过去的三十余年针对泥页岩TOC开展了大量的研究工作。如Passey等人1990年在他们的论文《Apractical model for organic richness from porosity and resistivity》中提出了用于评价泥页岩总有机碳含量的ΔlgR法，该方法将适当刻度的孔隙度曲线叠合于电阻率曲线之上，在有机质含量少的非烃源岩段两条曲线重合，而富含有机质的泥页岩段两条曲线则存在一定的幅度差。Passey等人认为这种幅度差表征了泥页岩有机碳含量的变化，大幅度差对应着高有机碳含量。尽管还存在一些后人对ΔlgR法的改进形式，并且不断发展出了新的泥页岩TOC评价方法，如申请号为20130682620.3的专利介绍了一种有机碳含量的评价方法，该方法尽管提高了地层中有机碳含量的计算精度，但仅对井点位置附近做出评价，并不能预测有机碳含量横向变化。上述方法均属于测井评价或实验室测试评价的范畴，关于页岩气TOC地震预测技术的相关研究较少，然而对于地下泥页岩的识别能力以及描述其横向厚度展布变化的准确性对钻井风险评价有非常大的影响。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)常规的泥页岩岩心地球化学分析化验得到的TOC数据尽管可以准确地评价泥页岩勘探潜力，但这样的分析只能给出局部区域的泥页岩岩石性质方面的信息，不能反映泥页岩横向展布特征的变化；

(2)泥页岩TOC数据与波阻抗相关性较差，常规波阻抗反演结果难以反映泥页岩TOC的变化；

(3)现有地震预测方法只能定性地预测泥页岩TOC变化，并没有定量预测出泥页岩TOC数值变化。

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，提供一种泥页岩总有机碳含量地震预测方法，利用地震技术预测泥页岩总有机碳含量以及泥页岩厚度横向展布特征。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种泥页岩总有机碳含量地震预测方法，包括：

(1)地质、测井、地震数据准备；

(2)对泥页岩岩心总有机碳含量地球化学分析化验数据以及测井曲线和岩石弹性参数曲线进行统计分析，优选与总有机碳含量测试数据含量相关程度高的测井曲线或岩石弹性参数曲线，建立总有机碳含量计算模型；

(3)利用地震反演技术获得总有机碳含量计算模型所需的曲线反演数据体；

(4)基于步骤(2)中的总有机碳含量计算模型以及步骤(3)中的曲线反演数据体计算泥页岩总有机碳含量数据体，完成对泥页岩总有机碳含量横向变化规律的描述以及泥页岩厚度的预测。

所述步骤(1)中的地质数据包括录井、试气以及泥页岩岩心总有机碳含量地球化学分析化验数据；

所述测井数据包括偶极子声波测井或全波列声波测井资料，至少包括纵波时差、横波时差、密度测井曲线以及经泥页岩岩心总有机碳含量地球化学分析化验数据刻度的总有机碳含量测井解释曲线；

所述地震数据包括经叠后或叠前偏移处理的成果数据以及经过面向叠前地震反演的处理手段处理后的叠前地震道集数据；所述面向叠前地震反演的处理手段至少包括随机噪音衰减、同相轴拉平、AVO特征补偿。

所述步骤(2)是这样实现的：

第一步，通过交会分析确定与总有机碳含量测井解释曲线相关系数最高的测井曲线或岩石弹性参数曲线，即第一曲线；

第二步，依次将第一曲线与其它任一测井曲线或岩石弹性参数曲线组成曲线对，针对每一曲线对利用最小二乘法确定的最佳匹配函数计算拟合总有机碳含量曲线，并计算其与总有机碳含量测井解释曲线的相关系数，相关系数最高的则为第二曲线；

第三步，按照第二步所述方法继续寻找第三曲线、第四曲线直到第N曲线；

进一步，在上述过程中，为避免过拟合的问题，利用盲井验证的方法确定曲线数目，即依次使用每一口井作为验证井，利用其它井确定的曲线数目及最佳匹配函数计算验证井的拟合总有机碳含量曲线，计算该曲线与总有机碳含量测井解释曲线之间的误差；在获得每一口井作为验证井时的误差后，平均验证误差最低的曲线组合以及最佳匹配函数即为总有机碳含量计算模型：

TOC＝f(Log₁，Log₂，…，Log_n) (1)

式中，TOC为总有机碳含量；Log_i为第i条测井曲线或岩石弹性参数曲线；f为TOC与测井曲线或岩石弹性参数曲线之间的函数关系。所述函数关系包括线性关系、多项式关系、指数关系或对数关系；不同地区根据实际资料情况选用与总有机碳含量相关程度最高的函数关系。

所述步骤(3)是这样实现的：

输入纵波速度、横波速度、密度测井曲线、叠前地震道集和基于叠后数据通过构造解释获得的地震层位数据；

利用叠前地震反演技术获得纵波速度、横波速度、密度数据体，并进一步利用这三个数据体计算总有机碳含量计算模型所需的测井曲线和岩石弹性参数数据体，即获得所述曲线反演数据体。

所述步骤(4)是这样实现的：将步骤(3)得到的各个测井曲线和岩石弹性参数数据体代入到式(1)所示的总有机碳含量计算模型中，计算得到总有机碳含量数据体，实现对泥页岩总有机碳含量横向变化规律的描述以及泥页岩厚度的预测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过本发明所述技术方法的实施，能够完成对优质泥页岩横向展布情况进行精细描述，有效减少了页岩油/气井钻井风险，降低了页岩油/气勘探成本，提升了页岩油/气勘探经济效益。

附图说明

图1为本发明方法的步骤框图；

图2为TOC计算模型计算的拟合TOC曲线与TOC测井解释曲线交会图；

图3为TOC反演连井剖面；

图4为本发明预测的TOC平面图；

图5为本发明预测的优质泥页岩厚度图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明原理上是以泥页岩岩心TOC地球化学分析化验数据以及测井曲线统计分析为基础，优选与TOC数据相关程度高的测井曲线或岩石弹性参数曲线，并进一步获得TOC计算模型；以优选得到的曲线为目标，利用地震反演技术获得目标曲线数据体，代入TOC计算模型便可完成TOC数据体的计算，进而达到利用地震技术预测泥页岩TOC的目的。

如图1所示，具体实现方法为：

(1)地质、测井、地震数据准备：地质数据包括录井、试气以及泥页岩岩心TOC地球化学分析化验数据；测井数据包括偶极子声波测井或全波列声波测井资料，至少包括纵波时差、横波时差、密度测井曲线以及针对泥页岩的TOC测井解释数据；地震资料包括经叠后或叠前偏移处理的成果数据以及经过随机噪音衰减、同相轴拉平、AVO特征补偿等面向叠前地震反演的处理手段处理后的叠前地震道集数据。其中，地质数据用于为泥页岩TOC测井解释提供刻度；测井资料主要用于TOC敏感曲线优选以及叠前地震反演，为反演提供约束模型；叠后地震数据主要用于断层、层位的解释；叠前地震道集数据主要用于叠前地震反演，获得纵波速度、横波速度、密度数据体。

(2)敏感曲线优选：针对泥页岩目的层段，以地质、测井、录井、试气等资料为基础，首先，通过交会分析确定与TOC测井解释曲线相关系数最高的测井曲线或岩石弹性参数曲线，即第一曲线；其次，依次将第一曲线与其它任一测井曲线或岩石弹性参数曲线组成曲线对，利用最小二乘法确定的最佳匹配函数计算拟合TOC曲线，并计算其与TOC测井解释曲线的相关系数，相关系数最高的则为第二曲线；再次，按照第二步所述方法继续寻找第三曲线、第四曲线、…、第N曲线；在上述过程中，为避免过拟合的问题，利用盲井验证的方法确定曲线数目，即依次使用每一口井作为验证井，利用其它井确定的曲线数目及最佳匹配函数计算验证井的拟合TOC曲线，计算该曲线与TOC测井解释曲线之间的误差。在获得每一口井作为验证井时的误差后，平均验证误差最低的曲线组合以及最佳匹配函数即为TOC计算模型：

TOC＝f(Log₁，Log₂，…，Log_n) (1)

式中，Log_i为第i条测井曲线或岩石弹性参数曲线，f为TOC与测井曲线或岩石弹性参数曲线之间的函数关系(即利用最小二乘法确定的最佳匹配函数)，所述函数包括线性关系、多项式关系、指数关系、对数关系等，不同地区可根据实际资料情况利用最小二乘法确定曲线数目以及与TOC相关系数最高的函数关系。

(3)敏感曲线数据体预测：利用叠前地震反演技术可获得纵波速度、横波速度、密度数据体，利用这三个数据体可进一步计算TOC计算模型所需测井曲线或岩石弹性参数数据体：

叠前反演输入数据包括：①纵波速度、横波速度、密度测井曲线，用于为反演提供低频约束模型；②叠前地震道集，由于地震道集资料品质一般，需经过随机噪音衰减、同相轴拉平、AVO特征补偿等处理来提高信噪比和分辨率，恢复泥页岩储层真实AVO响应；③基于叠后数据通过构造解释获得的地震层位数据，主要用于低频模型的建立。利用上述数据通过叠前地震反演可获得纵波速度、横波速度、密度数据体，可进一步计算得到TOC计算模型所需测井曲线或岩石弹性参数数据体。

(4)泥页岩TOC预测：利用式(1)所示的TOC计算模型以及步骤(3)所述反演数据体计算得到TOC数据体，通过提取目的层泥页岩段TOC数据体平面图，便可了解泥页岩TOC横向变化规律，并可进一步以某个TOC值为门槛值提取优质泥页岩厚度，完成泥页岩发育情况的描述。

本发明方法的一个实施例如下:

①地质、测井、地震数据准备：地质数据包括录井、试气以及泥页岩岩心总有机碳含量地球化学分析化验数据；测井数据包括偶极子声波测井或全波列声波测井资料，至少包括纵波时差、横波时差、密度测井曲线以及针对泥页岩的TOC测井解释数据；地震资料包括经过常规叠后/叠前偏移处理的成果数据以及经过随机噪音衰减、同相轴拉平、AVO特征补偿等面向叠前地震反演的处理手段处理后的叠前地震道集数据。

②对泥页岩岩心TOC测试数据以及测井曲线和岩石弹性参数曲线进行统计分析，优选与TOC数据相关程度高的测井曲线或岩石弹性参数曲线，建立TOC计算模型；

③利用叠前地震资料上更加丰富的能够反映地层岩性、油气的振幅、频率等信息，开展叠前地震反演获得纵波速度、横波速度、密度数据体，并进一步计算TOC计算模型所需曲线数据体。

④利用步骤②所述计算模型以及步骤③所述曲线数据体计算TOC数据体，完成对泥页岩TOC横向变化情况的预测。

图2为利用TOC计算模型计算得到的拟合TOC曲线与实测TOC曲线之间的交会图。TOC计算模型为：

TOC＝-5.83×10^-3×μρ²+2.94×10^-6×V_S ²-5.58 (式2)

式中，V_S为横波速度，单位m/s；μρ为剪切模量×密度，单位GPa×g/cm³。

图3为利用式(2)及叠前地震反演结果计算得到的TOC连井剖面。其中，利用叠前地震技术反演可获得纵波速度(V_P)、横波速度(V_S)以及密度数据体(ρ)；利用μρ＝(ρ×V_S)²可计算得到μρ数据体；将μρ和V_S数据体代入式(2)便可计算得到TOC数据体。

图4为利用式2及叠前地震反演结果计算并编制的TOC含量等值线图，可见由JY1井、JY2井、JY3井、JY4井所控制的构造主体部位TOC均大于2％，说明研究区富含有机质泥页岩发育，页岩气成藏地质条件优越。

图5为本发明预测的优质泥页岩厚度图，提取厚度时以TOC>1％作为门槛值，由泥页岩厚度图可知研究区JY1井、JY2井、JY井3、JY4井所控制的构造主体部位泥页岩厚度分布稳定且均大于50米，较厚的泥页岩是商业性高产的基础。

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 (4)

1.一种泥页岩总有机碳含量地震预测方法，其特征在于：所述方法包括：

(1)地质、测井、地震数据准备；

(2)对泥页岩岩心总有机碳含量地球化学分析化验数据以及测井曲线和岩石弹性参数曲线进行统计分析，选择与总有机碳含量测井解释曲线相关程度高的测井曲线或岩石弹性参数曲线，建立总有机碳含量计算模型；

(3)利用地震反演技术获得总有机碳含量计算模型所需的曲线反演数据体；

(4)基于步骤(2)中的总有机碳含量计算模型以及步骤(3)中的曲线反演数据体计算泥页岩总有机碳含量数据体；

所述步骤(2)是这样实现的：

第一步，通过交会分析确定与总有机碳含量测井解释曲线相关系数最高的测井曲线或岩石弹性参数曲线，即第一曲线；

第二步，依次将第一曲线与其它任一测井曲线或岩石弹性参数曲线组成曲线对，针对每一曲线对利用最小二乘法确定的最佳匹配函数计算拟合总有机碳含量曲线，并计算所述拟合总有机碳含量曲线与总有机碳含量测井解释曲线的相关系数，相关系数最高时对应的测井曲线或岩石弹性参数曲线则为第二曲线；

第三步，按照第二步所述方法继续寻找第三曲线、第四曲线直到第N曲线；

利用盲井验证的方法确定曲线数目，即依次使用每一口井作为验证井，利用其它井确定的曲线数目及最佳匹配函数计算验证井的拟合总有机碳含量曲线，计算该曲线与总有机碳含量测井解释曲线之间的误差；在获得每一口井作为验证井时的误差后，平均验证误差最低的曲线组合以及最佳匹配函数即为总有机碳含量计算模型：

TOC＝f(Log₁，Log₂，…，Log_n) (1)

式中，TOC为总有机碳含量；Log_i为第i条测井曲线或岩石弹性参数曲线；f为TOC与测井曲线或岩石弹性参数曲线之间的函数关系；所述函数关系包括线性关系、多项式关系、指数关系或对数关系；不同地区根据实际资料情况选用与总有机碳含量相关程度最高的函数关系。

2.根据权利要求1所述的泥页岩总有机碳含量地震预测方法，其特征在于：所述步骤(1)中的地质数据包括录井、试气以及泥页岩岩心总有机碳含量地球化学分析化验数据；

所述测井数据包括偶极子声波测井或全波列声波测井资料，至少包括纵波时差、横波时差、密度测井曲线以及经泥页岩岩心总有机碳含量地球化学分析化验数据刻度的总有机碳含量测井解释曲线；

所述地震数据包括经叠后或叠前偏移处理的成果数据以及经过面向叠前地震反演的处理手段处理后的叠前地震道集数据；所述面向叠前地震反演的处理手段至少包括随机噪音衰减、同相轴拉平、AVO特征补偿。

3.根据权利要求1所述的泥页岩总有机碳含量地震预测方法，其特征在于：所述步骤(3)是这样实现的：

输入纵波速度、横波速度、密度测井曲线、叠前地震道集和基于叠后数据通过构造解释获得的地震层位数据；

利用叠前地震反演技术获得纵波速度、横波速度、密度数据体，并进一步利用这三个数据体计算总有机碳含量计算模型所需的测井曲线和岩石弹性参数数据体，即获得所述曲线反演数据体。

4.根据权利要求3所述的泥页岩总有机碳含量地震预测方法，其特征在于：所述步骤(4)是这样实现的：将步骤(3)得到的各个测井曲线和岩石弹性参数数据体代入到式(1)所示的总有机碳含量计算模型中，计算得到总有机碳含量数据体。