CN106199711A - Co2驱油地震频散属性提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种CO₂驱油地震频散属性提取方法，该CO2驱油地震频散属性提取方法包括：步骤1，通过广义S变换谱分解提取注CO₂前后两期资料的若干单频剖面；步骤2，注气前后地震道集时频分析，综合测井曲线和井旁道提取地震子波；步骤3，两期地震资料谱均衡处理，去除子波叠影的影响，恢复地层反射系数频散效应；步骤4，根据构建的频散属性提取方程，基于阻尼最小二乘提取纵波速度频散属性剖面。该CO2驱油地震频散属性提取方法能够从速度频散属性的角度检测注CO₂气后的动态影响范围，利用速度频散的角度去解释CO₂驱油的地震反射特征，进而落实注CO₂气后的目标油藏影响范围。

Description

CO2驱油地震频散属性提取方法

技术领域

本发明涉及地震资料解释领域，特别是涉及到一种CO₂驱油地震频散属性提取方法。

背景技术

根据岩石物理分析,CO₂注入地层驱油的过程中会发生速度频散，而速度频散是由于地震波传播过程中相速度随频率发生变化的现象，所以考虑含CO₂气情况下速度频散的现象，进行速度频散属性的提取就很有必要。为此我们发明了一种新的CO₂驱油地震频散属性提取方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用速度频散的角度去解释CO₂驱油的地震反射特征，进而落实注CO₂气后的目标油藏影响范围的CO₂驱油地震频散属性提取方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：CO₂驱油地震频散属性提取方法，该CO₂驱油地震频散属性提取方法包括：步骤1，通过广义S变换谱分解提取注CO₂前后两期资料的若干单频剖面；步骤2，注气前后地震道集时频分析，综合测井曲线和井旁道提取地震子波；步骤3，两期地震资料谱均衡处理，去除子波叠影的影响，恢复地层反射系数频散效应；步骤4，根据构建的频散属性提取方程，基于阻尼最小二乘提取纵波速度频散属性剖面。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，首先对CO₂驱油两期资料进行频谱分析确定其频率变化范围，进行广义S变换谱分解，分解为若干个若干单频剖面，为之后的谱均衡处理打下基础。

在步骤2中，在注气后高频段信息相比低频段反射衰减明显，频带宽度变窄。

在步骤3中，频变纵波反射系数公式为：

$r(t,f)=\frac{v_{p2}{\mathrm{\ρ}}_2-v_{p1}{\mathrm{\ρ}}_1}{v_{p2}{\mathrm{\ρ}}_2+v_{p1}{\mathrm{\ρ}}_1}=\frac{1}{2}\[\frac{{\mathrm{\Δv}}_p}{v_p}(t,f)+\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\ρ}}\left(t\right)\]---\left(1\right)$

其中，r(t,f)为频变反射系数，t,f分别表示时间和频率，v_p为纵波速度，v_p2为上层纵波速度，v_p1为下层纵波速度，ρ₂为上层密度，ρ₁为下层密度，Δv_p为上下层速度差，Δρ为上下层密度差，v_p＝(v_p1+v_p2)/2，ρ＝(ρ₁+ρ₂)/2，Δv_p＝v_p1-v_p2，Δρ＝ρ₁-ρ₂；

根据平稳地震记录褶积模型，即自激自收的地震记录等价于地震子波和反射系数的褶积，其在频率域相当于反射系数谱和子波谱的乘积，即：

r(t,f)*w(t,f)＝s(t,f) (2)

其中,r(t,f)为反射系数，w(t,f)为子波，s(t,f)为地震记录；

将地震记录频谱展宽，即去除“子波叠影”的影响，进而恢复仅由复杂地下介质引起的声波反射信息，假设地层反射系数符合高斯白噪分布，则谱均衡具体过程为

$r(t,f)=\frac{s(t,f)}{w(t,f)+\mathrm{\ϵ}}---\left(3\right)$

其中，ε为正无穷小量，主要用来提高谱均衡过程的稳定性；

通过子波的频域响应确定谱均衡系数，再分别对广义S变换谱分解后的剖面进行谱均衡处理。

在步骤4中，将式(3)中r(f)在f₀处泰勒展开，忽略掉二阶以及二阶以上高阶项，得到：

$r(t,f)\≈r(t,f_0)+\frac{\∂\[r(t,f)\]}{\∂f}df---\left(4\right)$

由于密度不会随着频率的变化而发生变化，因此密度对频率的偏导数忽略不计，将(1)式代入：

$r(t,f)-r(t,f_0)=\frac{1}{2}\frac{\∂\frac{{\mathrm{\Δv}}_p}{v_p}}{\∂f}(f-f_0)---\left(5\right)$

从而

$\left\{\begin{array}{c}r(t,f_1)-r(t,f_0)=\frac{1}{2}\frac{\∂\frac{{\mathrm{\Δv}}_p}{v_p}}{\∂f}(f_1-f_0)\\ .\\ .\\ .\\ r(t,f_J)-r(t,f_0)=\frac{1}{2}\frac{\∂\frac{{\mathrm{\Δv}}_p}{v_p}}{\∂f}(f_J-f_0)\end{array}\right.---\left(6\right)$

令为速度反射系数随频率的变化梯度，则针对上述超定方程求解，采用阻尼最小二乘的方法进行求取，并利用共轭梯度算法求解反演方程，进而提高计算效率。

本发明中的CO₂驱油地震频散属性提取方法，涉及含煤层地震资料目标处理方法以及缝洞型储层预测方法，主要用于对CO₂驱油的速度频散属性的提取，该方法具有独创性。广义S变换可以进行谱分解。谱均衡用来去除子波效应，从而考虑反射系数的影响。速度频散属性提取则是提取了一种对CO₂驱油过程比较敏感的速度频散属性，从而分析CO₂驱油产生的效应，进行差异性检测。

附图说明

图1为本发明的CO₂驱油地震频散属性提取方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中注CO₂前连井地震剖面的示意图；

图3为本发明的一具体实施例中注CO₂后连井地震剖面的示意图；

图4为本发明的一具体实施例中G89-4井井旁道注气前后时频分析的示意图；

图5为本发明的一具体实施例中G89-S3井井旁道注气前后时频分析的示意图；

图6为本发明的一具体实施例中注气前提取的频散属性剖面的示意图；

图7为本发明的一具体实施例中注气后提取的频散属性剖面的示意图；

图8为本发明的一具体实施例中注气前注气层顶部下10-75ms沿层切片的示意图；

图9为本发明的一具体实施例中注气后注气层顶部下10-75ms沿层切片的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的CO₂驱油地震频散属性提取方法的流程图。

1)通过广义S变换谱分解提取注CO₂前后两期资料的若干单频剖面。首先对CO₂驱油两期资料进行频谱分析确定其频率变化范围，进行广义S变换谱分解，分解为若干个若干单频剖面，为之后的谱均衡处理打下基础。图2为本发明的一具体实施例中注CO2前连井地震剖面的示意图，注气位置为椭圆框中所示。图3为本发明的一具体实施例中注CO2后连井地震剖面的示意图；从图3可以看出，注气后地震剖面上看不到明显变化。

2)注气前后地震道集时频分析，综合测井曲线和井旁道提取地震子波。图4和图5为过G89-4(注气井)、G89-S3井旁道地震数据注气前后时频分析结果。分析可得，G89-4注气井位置(图4中矩形框指示区域)在注气后高频段信息相比低频段反射衰减较明显，频带宽度明显变窄；G89-S3井(图5中矩形框指示区域)为生产井，同样注气后相比注气前频带宽度变窄，为纵波速度频散属性提取奠定数据基础。

3)两期地震资料谱均衡处理，去除“子波叠影”的影响，恢复地层反射系数频散效应。

谱均衡处理公式为：

$r(t,f)=\frac{v_{p2}{\mathrm{\ρ}}_2-v_{p1}{\mathrm{\ρ}}_1}{v_{p2}{\mathrm{\ρ}}_2+v_{p1}{\mathrm{\ρ}}_1}=\frac{1}{2}(\frac{{\mathrm{\Δv}}_p}{v_p}+\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\ρ}})---\left(1\right)$

其中，r(t,f)为反射系数，为纵波速度，v_p2为上层纵波速度，v_p1为下层纵波速度，ρ₂为上层密度，ρ₁为下层密度，Δv_p为上下层速度差，Δρ为上下层密度差，v_p＝(v_p1+v_p2)/2，ρ＝(ρ₁+ρ₂)/2，Δv_p＝v_p1-v_p2，Δρ＝ρ₁-ρ₂。

Robinson(1953,1956)提出了平稳地震记录褶积模型，即自激自收的地震记录等价于地震子波和反射系数的褶积，其在频率域相当于反射系数谱和子波谱的乘积，即：

r(t,f)*w(t,f)＝s(t,f) (2)

其中,r(t,f)为反射系数，w(t,f)为子波，s(t,f)为地震记录。由于地震子波模糊了地层反射系数的信息，因此有必要将地震记录频谱展宽，即去除“子波叠影”的影响，进而恢复仅由复杂地下介质引起的声波反射信息。假设地层反射系数符合高斯白噪分布(地层滤波作用视为线性时不变系统)，则谱均衡具体过程可以阐述为

$r(t,f)=\frac{s(t,f)}{w(t,f)+\mathrm{\ϵ}}---\left(3\right)$

其中，ε为无穷小量，主要用来提高谱均衡过程的稳定性。

通过子波的频域响应确定谱均衡系数，再分别对广义S变换谱分解后的剖面进行谱均衡处理。

4)根据构建的频散属性提取方程，基于阻尼最小二乘提取纵波速度频散属性剖面。

将式(3)中r(f)在f₀处泰勒展开，忽略掉二阶以及二阶以上高阶项，得到

$r(t,f)\≈r(t,f_0)+\frac{\∂\[r(t,f)\]}{\∂f}df---\left(4\right)$

由于密度不会随着频率的变化而发生变化，因此密度对频率的偏导数可以忽略不计，将(1)式代入：

$r(t,f)-r(t,f_0)=\frac{1}{2}\frac{\∂\frac{{\mathrm{\Δv}}_p}{v_p}}{\∂f}(f-f_0)---\left(5\right)$

从而

$\left\{\begin{array}{c}r(t,f_1)-r(t,f_0)=\frac{1}{2}\frac{\∂\frac{{\mathrm{\Δv}}_p}{v_p}}{\∂f}(f_1-f_0)\\ .\\ .\\ .\\ r(t,f_J)-r(t,f_0)=\frac{1}{2}\frac{\∂\frac{{\mathrm{\Δv}}_p}{v_p}}{\∂f}(f_J-f_0)\end{array}\right.---\left(6\right)$

令为速度反射系数随频率的变化梯度，则针对上述超定方程求解，本发明采用阻尼最小二乘的方法进行求取，同时对算法进行了优化，计算效率更高。

本发明中的CO₂驱油地震频散属性提取方法，首先对CO₂驱油两期资料进行广义S变换谱分解，分解为若干个若干单频剖面；对充CO₂气前的目标储层段做频谱分析，提取其子波，分别对两期资料做谱均衡处理，消除“子波叠影”现象；最后提取速度频散属性，进行两期资料对比分析。本发明得到的最终注CO₂前后两期资料速度频散属性数据体。经对比研究可以发现，本发明能够从速度频散属性的角度检测注CO₂气后的动态影响范围，利用速度频散的角度去解释CO₂驱油的地震反射特征，进而落实注CO₂气后的目标油藏影响范围。

下面是本发明的具体应用实例：

将本发明应用于某工区注CO₂前后两期资料，进行纵波速度频散属性提取。最终得到如图6和图9所示。图6和图7为提取的频散属性剖面，储层在注气后的频散属性剖面上有明显变化，注气后资料储层处的频散属性值明显变大，表明实钻井位在CO₂注入以后会引起明显的振幅衰减和频散现象，因此可以利用本属性对CO₂驱影响范围进行动态监测。从图6可以看出，注气前油藏下方的速度频散因子较小。从图7可以看出，注气后油藏下方的速度频散因子异常增大，与气层引起的“低频阴影”现象相对应。

图8和图9为注气层顶部下10-75ms沿层切片，可以看出,注气前注气区域频散因子较小,在注气井区，速度频散属性值明显变高，进而落实注CO₂气后目标油藏的动态影响范围。

上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员还可以做出这样或那样的容易变化方式，诸如等同方式，或明显变形方式。上述的变化方式均应在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.CO₂驱油地震频散属性提取方法，其特征在于，该CO₂驱油地震频散属性提取方法包括：

步骤1，通过广义S变换谱分解提取注CO₂前后两期资料的若干单频剖面；

步骤2，注气前后地震道集时频分析，综合测井曲线和井旁道提取地震子波；

步骤3，两期地震资料谱均衡处理，去除子波叠影的影响，恢复地层反射系数频散效应；

步骤4，根据构建的频散属性提取方程，基于阻尼最小二乘提取纵波速度频散属性剖面。

2.根据权利要求1所述的CO₂驱油地震频散属性提取方法，其特征在于，在步骤1中，首先对CO₂驱油两期资料进行频谱分析确定其频率变化范围，进行广义S变换谱分解，分解为若干个若干单频剖面，为之后的谱均衡处理打下基础。

3.根据权利要求1所述的CO₂驱油地震频散属性提取方法，其特征在于，在步骤2中，在注气后高频段信息相比低频段反射衰减明显，频带宽度变窄。

4.根据权利要求1所述的CO₂驱油地震频散属性提取方法，其特征在于，在步骤3中，频变纵波反射系数公式为：

$r(t,f)=\frac{v_{p2}{\mathrm{\ρ}}_2-v_{p1}{\mathrm{\ρ}}_1}{v_{p2}{\mathrm{\ρ}}_2+v_{p1}{\mathrm{\ρ}}_1}=\frac{1}{2}\[\frac{{\mathrm{\Δv}}_p}{v_p}(t,f)+\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\ρ}}\left(t\right)\]---\left(1\right)$

其中，r(t,f)为频变反射系数，t,f分别表示时间和频率，v_p为纵波速度，v_p2为上层纵波速度，v_p1为下层纵波速度，ρ₂为上层密度，ρ₁为下层密度，Δv_p为上下层速度差，Δρ为上下层密度差，v_p＝(v_p1+v_p2)/2，ρ＝(ρ₁+ρ₂)/2，Δv_p＝v_p1-v_p2，Δρ＝ρ₁-ρ₂；

根据平稳地震记录褶积模型，即自激自收的地震记录等价于地震子波和反射系数的褶积，其在频率域相当于反射系数谱和子波谱的乘积，即：

r(t,f)*w(t,f)＝s(t,f) (2)

其中,r(t,f)为反射系数，w(t,f)为子波，s(t,f)为地震记录；

将地震记录频谱展宽，即去除“子波叠影”的影响，进而恢复仅由复杂地下介质引起的声波反射信息，假设地层反射系数符合高斯白噪分布，则谱均衡具体过程为

$r(t,f)=\frac{s(t,f)}{w(t,f)+\mathrm{\ϵ}}---\left(3\right)$

其中，ε为正无穷小量，主要用来提高谱均衡过程的稳定性；

通过子波的频域响应确定谱均衡系数，再分别对广义S变换谱分解后的剖面进行谱均衡处理。

5.根据权利要求4所述的CO₂驱油地震频散属性提取方法，其特征在于，在步骤4中，将式(3)中r(f)在f₀处泰勒展开，忽略掉二阶以及二阶以上高阶项，得到：

$r(t,f)\≈r(t,f_0)+\frac{\∂\[r(t,f)\]}{\∂f}df---\left(4\right)$

由于密度不会随着频率的变化而发生变化，因此密度对频率的偏导数忽略不计，将(1)式代入：

$r(t,f)-r(t,f_0)=\frac{1}{2}\frac{\∂\frac{{\mathrm{\Δv}}_p}{v_p}}{\∂f}(f-f_0)---\left(5\right)$

从而

$\left\{\begin{array}{c}r(t,f_1)-r(t,f_0)=\frac{1}{2}\frac{\∂\frac{{\mathrm{\Δv}}_p}{v_p}}{\∂f}(f_1-f_0)\\ .\\ .\\ .\\ r(t,f_J)-r(t,f_0)=\frac{1}{2}\frac{\∂\frac{{\mathrm{\Δv}}_p}{v_p}}{\∂f}(f_J-f_0)\end{array}\right.---\left(6\right)$

令为速度反射系数随频率的变化梯度，则针对上述超定方程求解，采用阻尼最小二乘的方法进行求取，并利用共轭梯度算法求解反演方程，进而提高计算效率。