CN106842313B - 基于方位叠前地震数据的各向异性参数反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明的基于方位叠前地震数据的储层各向异性参数反演方法，包括将叠前全方位地震数据转化为分方位部分角度叠加数据；测井资料预处理；基于岩石物理模型的各向异性参数估算；针对方位各向异性特征的弹性阻抗计算；基于方位弹性阻抗的井震标定以及方位角度子波提取；方位各向异性弹性阻抗数据体反演；基于方位各向异性弹性阻抗数据的各向异性参数提取，得到任意采样点处的纵波速度、横波速度、密度和各向异性参数。本发明根据泥页岩裂缝储层引起的地震数据方位差异和AVO效应，建立起针对方位各向异性特征的叠前弹性阻抗反演方法，获得反映泥页岩裂缝性储层特征各向异性参数，解决了泥页岩裂缝储层各向异性参数反演的问题。

Description

基于方位叠前地震数据的各向异性参数反演方法

技术领域

本发明涉及非常规油气资源地球物理勘查数据处理技术领域，具体是一种基于叠前方位地震数据的各向异性参数反演方法。

技术背景

由于非常规油气资源所带来的经济效益以及对世界能源格局的改变，油气勘探的目标已逐步转向致密砂岩、泥页岩等非常规储层。在我国，泥页岩等非常规油气资源丰富，经济价值巨大，另一方面，生产周期长也是页岩气等非常规储层的显著特点，这就意味着其开发利用价值大。由于泥页岩等非常规储层往往发育近垂直排列的裂缝，根据Thomsen各向异性理论可将这种储层等效为HTI介质。叠前地震反演是储层预测的有效手段，基于弹性阻抗的叠前地震反演方法经过20多年的发展，在反演理论和方法方面得到了长足的发展，由于该方法在稳定性和抗噪性方面的优势，使得该方法在实际应用中得到广泛的关注和应用。目前该方法在各向同性介质中取得了较好的应用效果，在复杂介质方面的应用还有待进一步研究。由于泥页岩等裂缝储层所等效的HTI介质具有方位各向异性，表述介质反射透射性质的参数从各向同性介质的3个扩展到6个，此外，HTI介质不仅具有反射系数随入射角变化的AVA特性，而且不同方位的反射系数也存在一定的差异。因此，对于HTI介质的各向异性参数反演方法不仅在参数数量上比各向同性介质的情况要复杂，且在地震数据采集、处理等方面也比各向同性介质的要求高很多。目前，泥页岩裂缝储层等非常规储层各向异性参数反演方法尚处于起步阶段，基于方位叠前地震数据的各向异性参数反演方法的稳定性和可靠性还有待进一步讨论。因此，需要探索合理的各向异性参数叠前地震反演方法，为泥页岩裂缝储层等非常规储层的各向异性预测奠定基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于叠前方位地震数据的各向异性参数反演方法，主要针对泥页岩等发育裂缝的非常规储层，解决各向异性参数反演较为困难的问题。

本发明的技术方案为：

基于叠前方位地震数据的各向异性参数反演方法包括：(1)针对各向异性特征的叠前方位地震数据预处理，将叠前全方位地震数据转化为分方位部分角度叠加数据；(2)测井资料预处理；(3)基于岩石物理模型的各向异性参数估算；(4)针对方位各向异性特征的弹性阻抗计算；(5)基于方位弹性阻抗的井震标定以及方位角度子波提取；(6)方位各向异性弹性阻抗数据体反演；(7)基于方位各向异性弹性阻抗数据的各向异性参数提取，得到任意采样点处的纵波速度、横波速度、密度和各向异性参数。

上述方案进一步包括：

(1)针对各向异性特征的叠前方位地震数据预处理，将叠前全方位地震数据转化为分方位部分角度叠加数据。首先根据全方位数据体的方位信息，将全方位数据体转化为部分方位叠加的偏移距域叠前数据体(即将某方位角附近的不同方位相同偏移距的数据叠加起来，得到该方位的叠前数据体)；然后根据各个方位的动校正速度数据，将各方位的叠前偏移距域的地震数据转换成叠前角度域的地震数据体，根据方位地震数据的品质，对个方位的地震数据进行部分角度叠加，得到各个方位的部分角度叠加数据体。方位部分角度叠加数据体不仅考虑了振幅随入射角变化的AVA信息，有利于烃类检测，而且还考虑了由于裂缝引起的方位各向异性导致的地震数据的方位差异，有利于裂缝储层的各向异性、地应力等的检测。

(2)测井资料预处理主要包含如下几方面：1)测井资料环境校正，测井的实际工作环境与仪器的理想环境相差甚远，因此需根据仪器相应的环境校正图版，从测井数据中去掉环境因素的影响。2)去野值，由于测井数据在采集过程中受仪器、环境等的影响，采集得到的测井数据往往存在野值(不符合参数实际物理意义的值)，因此需要将这些不符合实际情况的参数剔除；3)曲线的标准化，由于测井时间不集中、仪器型号不统一等因素的影响，往往会导致同一地区相同岩性的某参数差别较大，为此需对测井曲线进行标准化，将同一类型的不同测井曲线按同一标准进行校正；4)时深关系校正，测井数据一般是在深度域测量的，而地震数据一般是时间域的，为了有效的将测井数据用于反演，需要确定井的时深关系，一般可以根据纵波时差(声波积分)、Checkshot、VSP、测井分层和地震层位标定等来确定较为合理的时深关系；

(3)基于岩石物理模型的各向异性参数估算。在进行各向异性参数反演中，需要各向异性参数测井曲线提供反演的约束条件，同时为反演结果的准确性提供一种验证。但在实际测井中，很难直接测量地层的各向异性参数，因此需要根据岩石物理模型估计储层各向异性参数。在进行各向异性参数估算时，需要已知的测井资料有孔隙度、泥质含量、含水饱和度、密度、纵波速度以及裂缝密度。根据Schoenberg提出的线性滑动理论，可以根据裂缝密度(e)与裂缝参数(法向弱度Δ_N和切向弱度Δ_T)的关系得到裂缝参数测井曲线，其转换关系如下式所示：

其中：k′和μ′是裂隙中充填物的体积模量和剪切模量，a是裂隙纵横比，e为裂缝密度。通过对比Schoenberg提出的线性滑动理论和Thomsen理论，以刚度矩阵为桥梁，可建立Thomsen各向异性参数与裂缝参数之间的联系，其表达式如下：

δ^(V)＝-2g[(1-2g)Δ_N+Δ_T]

ε^(V)＝-2g(1-g)Δ_N

其中，δ^(V)、ε^(V)、γ^(V)为各向异性参数。

因此，当测井曲线提供孔隙度、泥质含量、含水饱和度、密度、纵波速度以及裂缝密度参数时，可根据裂缝储层岩石物理模型计算储层各向异性参数曲线。

(4)针对方位各向异性特征的弹性阻抗计算。根据测井资料提供纵波速度、横波速度、密度以及估算得到的各向异性参数测井曲线，可根据下式所示的方位弹性阻抗方程，计算井所在位置的各方位、各入射角的方位弹性阻抗伪测井曲线。方位弹性阻抗伪测井曲线可为井震标定提供更为可靠的参照标准，同时，可结合层位信息建立目标区域的方位弹性阻抗模型，为反演提供低频成分以及约束条件。

其中：a(θ)＝(1+tan²θ)

b(θ)＝-8k²sin²θ

c(θ)＝1-4k²sin²θ

θ为入射角，

为方位角；α、β、ρ分别为纵波速度、横波速度、密度；α₀、β₀、ρ₀分别为纵波速度、横波速度、密度的均值；δ^(V)、ε^(V)、γ^(V)为泥页岩裂缝介质(可等效为HTI介质)各向异性参数。

(5)基于方位弹性阻抗的井震标定以及方位角度子波提取。根据步骤(4)得到的井旁道方位弹性阻抗数据，结合方位弹性阻抗与方位反射系数之间的关系(如下式所示)，可得到井所在位置的相应方位、相应入射角的反射系数曲线。根据褶积模型，选取合适的地震子波与反射系数褶积，便可得到井所在位置的各方位、各入射角的合成地震记录。通过与井旁道相对应的方位地震记录对比，调整测井时深关系以及子波的相位和振幅，使得合成地震记录与实际地震数据匹配效果最佳，此时，即可输出最为合理的各方位、各角度的地震子波以及测井时深关系。

其中，

为测井曲线中第n个点处的反射系数值，

分别为第n+1和第n个点处的方位弹性阻抗值。

(6)方位各向异性弹性阻抗数据体反演。在进行方位各向异性弹性阻抗反演之前，先利用方位部分角度叠加地震资料、井旁道相对应的方位弹性阻抗值、解释的地震层位作为控制进行外推，建立各个方位、各个角度的方位弹性阻抗地质体模型。利用提取的各方位角度子波、各方位的部分角度叠加地震数据体以及建立的方位弹性阻抗地质体模型，结合基于贝叶斯理论的反演方法(其目标函数如下)，通过求解目标函数的最小值，便可得到各方位、各入射角的方位弹性阻抗数据体。

F(m)＝F_G(m)+F_Cauchy(m)+F_EI(m)

其中：F_G(m)表示合成地震记录与实际地震数据的拟合程度；F_Cauchy(m)为柯西约束项，表示待反演参数的稀疏程度；F_EI(m)为模型约束项，用来控制反演结果的稳定性和准确性。

(7)基于方位各向异性弹性阻抗数据的各向异性参数提取。从方位弹性阻抗数据体中提取裂缝储层岩石物理参数(α、β、ρ、δ^(V)、ε^(V)、γ^(V))是叠前方位弹性阻抗反演中至关重要的一环，本专利采用直接提取的方法以减小间接计算带来的累积误差。对方位弹性阻抗方程进行线性化处理，并考虑同一岩石物性参数在各采样点出对应的系数a(θ)、b(θ)、c(θ)、d(θ)、e(θ)、f(θ)相同且不随时间变化，因此对六个方位角或入射角不同的方位弹性阻抗数据体，可得到如下方程组：

通过井旁道弹性阻抗值和已知井的纵波速度、横波速度、密度和各向异性参数数据带入上式便可到36个常系数数据。将它们联合反演得到的各方位、各角度弹性阻抗数据体带入上述方程组便可得到任意采样点处的纵波速度、横波速度、密度和各向异性参数。

本发明的有益效果为：

本发明在Thomson各向异性理论和HTI介质方位反射系数特征的研究基础上，根据裂缝储层叠前方位地震资料和泥页岩裂缝储层引起的地震数据方位差异和AVO效应，利用弹性阻抗反演的技术路线，建立起针对方位各向异性特征的叠前弹性阻抗反演技术，获得反映泥页岩裂缝性储层特征各向异性参数，解决了泥页岩裂缝储层各向异性参数反演的问题，对于指导裂缝储层的各向异性程度检测、地应力预测等具有极其重要的意义。

附图说明

图1基于叠前方位地震数据各向异性参数反演流程图。

图2方位部分角度叠加地震数据；其中(a)～(f)对应的方位角和入射角分别为θ＝8°,

θ＝16°,

θ＝24°,

θ＝8°,

θ＝16°,

θ＝24°,

图3方位弹性阻抗反演剖面；其中(a)～(f)对应的方位弹性阻抗依次为EI(8°,15°)、EI(16°,15°)、EI(24°,15°)、EI(8°,105°)、EI(16°,105°)、EI(24°,105°)。

图4裂缝储层各向异性参数反演结果；其中(a)δ^(V)反演结果；(b)ε^(V)反演结果；(c)γ^(V)反演结果。

具体实施方式

以胜利油田某泥页岩裂缝储层工区的各向异性参数反演方法来说明该发明的具体技术方案。

一种基于叠前方位地震数据的各向异性参数反演方法，所述的方法如下：

(1)针对各向异性特征的叠前方位地震数据预处理。

主要是将叠前全方位地震数据转化为分方位的角度数据。首先根据全方位数据体的方位信息，将工区全方位地震数据体按方位角进行划分，分别将方位角为0～30°、30°～60°、60°～90°、90°～120°、120°～150°、150°～180°的相同偏移距的地震数据进行叠加，得到方位角分别为15°、45°、75°、105°、135°、165°的各方位按偏移距排列的叠前数据体。然后根据各个方位的叠加速度，将各方位叠前偏移距域地震数据转化成叠前角度域地震数据体，选取合适的角度范围叠加得到各方位入射角分别为8°、16°、24°的部分角度叠加数据体(如图2所示，为方位角为15°、105°，入射角为8°、16°、24°的方位部分角度叠加数据)。

(2)测井资料预处理。

1)测井资料环境校正，根据各测井仪器提供的环境校正图板，将测井曲线校正到合理的范围上；2)去野值，剔除由于环境、仪器等因素导致的不符合实际情况的各测井数据的野值；3)曲线的标准化，消除由于测井时间、测井仪器不同导致的同一类型的测井曲线相差较大的情况，对声波时差、横波时差、密度等参数进行标准化处理，使之在统一在各自合理的标准上；4)时深关系校正，将深度域的测井数据与时间域的地震数据进行合理的匹配，这里使用声波记分法，即根据测井提供的声波时差计算各深度点对应的时间，建立各井的时深关系。

(3)基于岩石物理模型的各向异性参数估算。

根据测井资料提供的声波时差、横波时差、密度、泥质含量、裂缝密度等曲线，估算个矿物成分及对应的弹性模量。结合Schoenberg提出的线性滑动理论，可根据裂缝密度等计算得到裂缝参数测井曲线，所述公式如下：

其中：k′和μ′是裂隙中充填物的体积模量和剪切模量，a是裂隙纵横比，e为裂缝密度。通过对比Schoenberg提出的线性滑动理论和Thomsen理论，以刚度矩阵为桥梁，可建立Thomsen各向异性参数与裂缝参数之间的联系，其表达式如下：

δ^(V)＝-2g[(1-2g)Δ_N+Δ_T]

ε^(V)＝-2g(1-g)Δ_N

其中，δ^(V)、ε^(V)、γ^(V)为各向异性参数。

(4)针对方位各向异性特征的弹性阻抗计算。

根据测井资料提供纵波速度、横波速度、密度以及估算得到的各向异性参数测井曲线，可根据下式所示的方位弹性阻抗方程，计算方位角为15°、45°、75°、105°、135°、165°，入射角分别为8°、16°、24°的方位弹性阻抗伪测井曲线。方位弹性阻抗伪测井曲线可为井震标定提供更为可靠的参照标准，同时，可结合层位信息建立目标区域的方位弹性阻抗模型，为反演提供低频成分以及约束条件。

其中：a(θ)＝(1+tan²θ)

b(θ)＝-8k²sin²θ

c(θ)＝1-4k²sin²θ

θ为入射角，

为方位角；α、β、ρ分别为纵波速度、横波速度、密度；α₀、β₀、ρ₀分别为纵波速度、横波速度、密度的均值；δ^(V)、ε^(V)、γ^(V)为各向异性参数。

(5)基于方位弹性阻抗的井震标定以及方位角度子波提取。

根据步骤(4)得到的井旁道方位弹性阻抗数据，结合方位弹性阻抗与方位反射系数之间的关系(如下式所示)，可得到井所在位置的相应方位、相应入射角的反射系数曲线。根据褶积模型，选取合适的地震子波与反射系数褶积，便可得到井所在位置的各方位、各入射角的合成地震记录。通过与井旁道相对应的方位地震记录对比，调整测井时深关系以及子波的相位和振幅，使得合成地震记录与实际地震数据匹配效果最佳，此时，即可输出最为合理的各方位、各角度的地震子波以及测井时深关系。

其中，

为测井曲线中第n个点处的反射系数值，

分别为第n+1和第n个点处的方位弹性阻抗值。

(6)方位各向异性弹性阻抗数据体反演。

在进行方位各向异性弹性阻抗反演之前，先利用方位部分角度叠加地震资料、井旁道相对应的方位弹性阻抗值、解释的地震层位作为控制进行外推，建立各个方位、各个角度的方位弹性阻抗地质体模型。利用提取的各方位角度子波、各方位的部分角度叠加地震数据体以及建立的方位弹性阻抗地质体模型，结合基于贝叶斯理论的反演方法(其目标函数如下)，通过求解目标函数的最小值，便可得到各方位、各入射角的方位弹性阻抗数据体(如图3所示，方位角分别为15°和105°，入射角分别为8°、16°、24°的方位弹性阻抗反演结果)。

F(m)＝F_G(m)+F_Cauchy(m)+F_EI(m)

其中：F_G(m)表示合成地震记录与实际地震数据的拟合程度；F_Cauchy(m)为柯西约束项，表示待反演参数的稀疏程度；F_EI(m)为模型约束项，用来控制反演结果的稳定性和准确性。

(7)基于方位各向异性弹性阻抗数据的各向异性参数提取。

从方位弹性阻抗数据体中提取裂缝储层岩石物理参数(α、β、ρ、δ^(V)、ε^(V)、γ)是叠前方位弹性阻抗反演中至关重要的一环，本专利采用直接提取的方法以减小间接计算带来的累积误差。对方位弹性阻抗方程进行线性化处理，并考虑同一岩石物性参数在各采样点出对应的系数a(θ)、b(θ)、c(θ)、d(θ)、e(θ)、f(θ)相同且不随时间变化，因此对六个方位角或入射角不同的方位弹性阻抗数据体，可得到如下方程组：

通过井旁道弹性阻抗值和已知井的纵波速度、横波速度、密度和各向异性参数数据带入上式便可到36个常系数数据。将它们联合反演得到的各方位、各角度弹性阻抗数据体带入上述方程组便可得到任意采样点出的纵波速度、横波速度、密度和各向异性参数。各向异性参数的反演结果如图4所示。

Claims (1)

1.一种基于方位地震数据的各向异性参数反演方法，其特征在于包括：(1)针对各向异性特征的叠前方位地震数据预处理，将叠前全方位地震数据转化为分方位部分角度叠加数据；(2)测井资料预处理；(3)基于岩石物理模型的各向异性参数估算；(4)针对方位各向异性特征的弹性阻抗计算；(5)基于方位弹性阻抗的井震标定以及方位角度子波提取；(6)方位各向异性弹性阻抗数据体反演；(7)基于方位各向异性弹性阻抗数据的各向异性参数提取，得到任意采样点处的纵波速度、横波速度、密度和各向异性参数；

具体包括以下步骤：

(1)将叠前全方位地震数据转化为分方位部分角度叠加数据包括：首先根据全方位数据体的方位信息，将全方位数据体转化为部分方位叠加的偏移距域叠前数据体；然后根据各个方位的动校正速度数据，将各方位的叠前偏移距域的地震数据转换成叠前角度域的地震数据体，根据方位地震数据的品质，对各方位的地震数据进行部分角度叠加，得到各个方位的部分角度叠加数据体；

(2)测井资料预处理包括：1)测井资料环境校正，根据仪器相应的环境校正图版，从测井数据中去掉环境因素的影响；2)去野值，将采集得到的测井数据中存在不符合参数实际物理意义的参数剔除；3)曲线的标准化，将同一类型的不同测井曲线按同一标准进行校正；4)时深关系校正，根据纵波时差、Checkshot、VSP、测井分层和地震层位标定来确定较为合理的时深关系；

(3)基于岩石物理模型的各向异性参数估算是根据岩石物理模型估计储层各向异性参数，在进行各向异性参数估算时，利用测井资料中的孔隙度、泥质含量、含水饱和度、密度、纵波速度以及裂缝密度，根据Schoenberg线性滑动理论，裂缝密度e与裂缝参数的法向弱度Δ_N和切向弱度Δ_T的关系得到裂缝参数测井曲线，其转换关系如下式所示：

其中，k′和μ′是裂隙中充填物的体积模量和剪切模量，a是裂隙纵横比，e为裂缝密度，以刚度矩阵为桥梁，建立Thomsen各向异性参数与裂缝参数之间的联系，其表达式如下：

δ^(V)＝-2g[(1-2g)Δ_N+Δ_T]

ε^(V)＝-2g(1-g)Δ_N

其中，δ^(V)、ε^(V)、γ^(V)为各向异性参数；

(4)针对方位各向异性特征的弹性阻抗计算是利用测井资料中纵波速度、横波速度、密度以及估算得到的各向异性参数，根据下式所示的方位弹性阻抗方程，计算井所在位置的各方位、各入射角的方位弹性阻抗伪测井曲线，同时，结合层位信息建立目标区域的方位弹性阻抗模型，为反演提供低频成分以及约束条件，

其中，

a(θ)＝(1+tan²θ)

b(θ)＝8k²sin²θ

c(θ)＝1-4k²sin²θ

θ为入射角，

为方位角；α、β、ρ分别为纵波速度、横波速度、密度；α₀、β₀、ρ₀分别为纵波速度、横波速度、密度的均值；δ^(V)、ε^(V)、γ^(V)为各向异性参数；

(5)基于方位弹性阻抗的井震标定以及方位角度子波提取是根据步骤(4)得到的井旁道方位弹性阻抗数据，结合方位弹性阻抗与方位反射系数之间的关系如下式所示，得到井所在位置的相应方位、相应入射角的反射系数曲线；根据褶积模型，选取合适的地震子波与反射系数褶积，得到井所在位置的各方位、各入射角的合成地震记录；通过与井旁道相对应的方位地震记录对比，调整测井时深关系以及子波的相位和振幅，使得合成地震记录与实际地震数据匹配效果最佳，此时，即可输出最为合理的各方位、各角度的地震子波以及测井时深关系；

其中，

为测井曲线中第n个点处的反射系数值，

分别为第n+1和第n个点处的方位弹性阻抗值；

(6)方位各向异性弹性阻抗数据体反演包括：在进行方位各向异性弹性阻抗反演之前，先利用方位部分角度叠加地震资料、井旁道相对应的方位弹性阻抗值、解释的地震层位作为控制进行外推，建立各个方位、各个角度的方位弹性阻抗地质体模型；利用提取的各方位角度子波、各方位的部分角度叠加地震数据体以及建立的方位弹性阻抗地质体模型，结合基于贝叶斯理论的反演方法，其目标函数如下，通过求解目标函数的最小值，便可得到各方位、各入射角的方位弹性阻抗数据体；

F(m)＝F_G(m)+F_Cauchy(m)+F_EI(m)

其中：F_G(m)表示合成地震记录与实际地震数据的拟合程度；F_Cauchy(m)为柯西约束项；F_EI(m)为模型约束项；

(7)基于方位各向异性弹性阻抗数据的各向异性参数提取：从方位弹性阻抗数据体中直接提取裂缝储层岩石物理参数α、β、ρ、δ^(V)、ε^(V)、γ^(V)，对方位弹性阻抗方程进行线性化处理，利用同一岩石物性参数在各采样点出对应的系数a(θ)、b(θ)、c(θ)、d(θ)、e(θ)、f(θ)相同且不随时间变化，对六个方位角或入射角不同的方位弹性阻抗数据体，得到如下方程组，

通过井旁道弹性阻抗值和已知井的纵波速度、横波速度、密度和各向异性参数数据带入上式便可到36个常系数数据，将它们联合反演得到的各方位、各角度弹性阻抗数据体带入上述方程组得到任意采样点处的纵波速度、横波速度、密度和各向异性参数。

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