CN107219553B - 基于gr分频反演的暗河充填预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GR分频反演的暗河充填程度预测方法。其中方法包括：利用Marr小波分频技术对原始地震数据进行分频处理，得到不同频段的分频数据体并从分频数据体分别提取不同频段的分频属性，根据储层不同厚度下振幅与频率关系构建核函数，利用支持向量机进行多次学习，建立分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系，将不同频段分频属性与测井曲线的非线性映射关系合成到一起得到GR分频反演体，根据测井解释结果确定不同充填程度暗河样本对应的GR峰值分布概率，确定GR分频反演体的暗河充填程度。本方案能够得到分辨率较高的反演结果，能够直接预测未钻井区域储层的泥质充填情况，可提高开发调整井建产率，为油田开发方案制定提供技术支持。

Description

基于GR分频反演的暗河充填预测方法

技术领域

本发明涉及石油勘探地震储层预测技术领域，具体涉及一种基于GR分频反演的暗河充填预测方法。

背景技术

碳酸盐岩缝洞型油藏储集空间多样,其中暗河型溶洞发育规模较大，是缝洞储层的主要油气富集空间，目前常用的暗河充填预测方法有测井识别法、地震属性预测法和地震阻抗反演法。

测井识别法是通过常规、成像测井技术结合钻井、试油资料等综合评价其充填程度及有效性。通过声波数值模拟，得到不同充填程度的正演数据，寻找声波参数与洞穴充填程度的关系，再将其规律应用到实际中，可有效地指导实际测井资料对洞穴型储层充填程度的评价(洞穴充填程度的声波测井数值模拟与定量评价，赵军等，应用基础与工程科学学报，2013年)。利用溶洞充填物对应GR值和电阻率等电性特征识别充填程度和充填物类型(塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层古溶洞充填特征与垂向物性分布，邹婧芸，延安大学学报，2014年)。基于不同充填物洞穴储层测井响应特征分析，构建Vsh－RS交会图版进行洞穴充填物性质，提高了洞穴型储层充填程度的测井评价精度(塔河油田碳酸盐岩洞穴型储层充填性质常规测井表征，苏俊磊，地球物理学进展，2015年)。

地震属性预测法是利用充填溶洞与未充填溶洞的地震响应特征差异，优选对洞穴充填的敏感地震属性来预测洞穴充填性质。依据溶洞不同充填物的地震响应特征(强振幅、低速和调谐性)，采用频率差异分析新技术，提取振幅-频率新属性来预测溶洞充填性质(溶洞充填物判识的频率差异分析技术，唐文榜等，石油与天然气地质，2002年)。利用缝洞体内部与围岩的波阻抗差异导致串珠反射能量不同，确定洞穴不同的充填物类型(正演模拟碳酸盐岩缝洞型储层反射特征，马灵伟等，石油地球物理勘探，2015年)。结合岩心实测的充填程度样本，利用振幅属性计算碳酸盐岩缝洞型储层充填程度的方法(计算碳酸盐岩缝洞型储层充填程度的方法，邢翔等，发明专利，2015年)。

地震反演法是建立在测井资料解释基础上，将波阻抗数据体转化为储层参数数据体，进而利用波阻抗反演方法预测溶洞充填性质。结合溶洞的地震反射特征和振幅变化率强度，利用充填溶洞的高阻抗特征，预测部分充填溶洞和完全充填溶洞(碳酸盐岩溶洞型储层综合识别及预测方法，王光付，石油学报，2008)。沿地震解释层位提取地震反演波阻抗平面图，获取缝洞储层内充填物与充填程度信息，结合岩心测试样本，建立样本与地震波阻抗反演的函数关系，进而计算地震反射区缝洞储层的充填程度(地震反演过程中计算碳酸盐岩缝洞型储层充填程度的方法，邢翔等，发明专利，2015年)。

碳酸盐岩缝洞型油藏储集空间多样，其中暗河型溶洞发育规模较大，是缝洞储层的主要油气富集空间，目前常用的暗河充填预测方法由测井识别法、地震属性预测法和地震阻抗反演法。

测井识别法通过常规、成像测井技术结合钻井、试油资料等综合评价其充填程度及有效性。该方法可以准确计算洞穴型储层充填程度，但该方法只适用于实钻测井数据，只能在井钻位置解释纵向上洞穴充填，不能横向预测井控范围外的储层充填性质。

地震属性预测法是利用充填溶洞与未充填溶洞的地震响应特征差异，优选对充填的敏感地震属性来预测洞穴充填性质。其中地震属性影响因素较多，储集体类型和充填物对其影响极大，其预测结果并没有明确的地质含义，需要结合井震标定以及对研究区的地质认识，对预测结果进行判断、甄别。

地震反演法是建立在测井资料解释基础上，将波阻抗数据体转化为储层数据体，进而利用波阻抗反演方法预测溶洞填充性质。井数较少时采用稀疏反演方法，该方法需要先求一个子波,实际计算很难准确地提取子波，而提取的子波形态对反演结果影响很大。井较多时以模型反演为主，该反演依赖一个初始模型，初始模型无法代表复杂的地层接触关系，反演结果存在多解性。由于碳酸盐岩缝洞储层具有强非均匀性，反演地质模型不能代表强非均质储层的实际地质模型，反演结果无法克服多解性，充填预测结果与实际情况存在较大差异。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种利用地震数据有效频带的低频、中频、高频信息，得到分辨率较高的暗河充填预测方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于GR分频反演的暗河充填预测方法，包括：

对原始地震数据进行频谱分析，确定地震资料的有效频带范围，利用Marr小波分频技术对原始地震数据进行分频处理，得到不同频段的分频数据体，从不同频段的分频数据体分别提取不同频段的分频属性；

建立储层不同厚度下振幅与频率之间的关系；

把不同频段的分频属性作为输入数据，井点GR数值作为输出数据，根据储层不同厚度下振幅与频率之间的关系构建核函数，利用支持向量机进行多次学习，建立分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系；

将不同频段的分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系合成到一起，得到GR分频反演体；

根据未充填暗河、半充填暗河GR峰值及全充填暗河GR峰值的测井解释结果，获得不同充填程度暗河样本对应的GR峰值分布概率，从而确定GR分频反演体的暗河充填程度。

进一步的，所述分频属性包括瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率。

进一步的，所述核函数公式如下：

K(x,x_i)＝[(x·x_i)+1]^d

其中K(x,x_i)为核函数；x·x_i为内积运算；x为输入向量，x_i为第i个输入向量；d为多项式分类器。

进一步的，所述测井解释结果具体为：未充填暗河、半充填暗河GR峰值小于或等于50API，全充填暗河GR峰值大于50API。

本发明通过产生不同频段的分频数据体并提取对应的分频属性，建立储层不同厚度下振幅与频率之间的关系，优选对暗河充填敏感的目标储层特征曲线GR，利用支持向量机建立分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系，将不同频段的分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系合成到一起，得到GR分频反演体，根据未充填暗河、半充填暗河GR峰值及全充填暗河GR峰值的测井解释结果，获得不同充填程度暗河样本对应的GR峰值分布概率，从而确定GR分频反演体的暗河充填程度，最终确定暗河充填程度。本发明利用地震数据有效频带的中、低、高频信息，减少反演的不确定性，从而得到分辨率较高的反演结果，解决了测井识别和地震属性预测的局限性以及地震反演法在强非均质性溶洞储集体难以适用的问题，由于本发明无需子波提取和初始模型，克服了常规地震反演方法的多解性，并且比常规地震反演具有更高的分辨率，更能准去反应无井区暗河充填程度，减少了钻井钻遇充填暗河的风险和提高油井建产率，从而可以提高碳酸盐岩缝洞油藏开发效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一种基于GR分频反演的暗河充填程度预测方法的流程图；

图2示出了塔河油田65口直井统计的半填充、全填充暗河的GR值概率直方图；

图3a示出了塔河油田过Line515测线的10Hz分频数据体剖面示意图；

图3b示出了塔河油田过Line515测线的30Hz分频数体据剖面示意图；

图3c示出了塔河油田过Line515测线的60Hz分频数据体剖面示意图；

图4a示出了不同频率下振幅与厚度的调谐曲线示意图；

图4b示出了不同时间厚度下振幅随频率变化的关系示意图；

图5示出了分频属性与GR曲线非线性映射关系示意图；

图6示出了基于GR分频反演的暗河充填预测剖面示意图；

图7示出了基于GR分频反演的暗河充填预测平面示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在介绍本发明的具体方案之前，首先介绍确定目标储层特征曲线为GR曲线的原因。碳酸盐岩暗河型缝洞储层往往被砂泥充填，砂泥充填程度与测井GR值高低存在对应关系，GR对泥质充填暗河敏感。例如依据塔河油田65口直井统计不同类型储层GR值分布范围表明未充填暗河、半充填溶洞GR峰值<50API，全充填溶洞GR峰值>50API，因此利用GR峰值分布可以确定暗河型缝洞储层的充填程度。

图1示出了本发明提供的基于GR分频反演暗河充填预测方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：

步骤S100，对原始地震数据进行频谱分析，确定地震资料的有效频带范围，利用Marr小波分频技术对原始地震数据进行分频处理，得到不同频段的分频数据体，从不同频段的分频数据体分别提取不同频段的分频属性。

分频反演比常规反演有更高分辨率的原因是分频反演是一种全频带的约束反演，能合理、有效利用地震数据中相对低频和相对高频的成分，选择合理的滤波器更能发挥相对低频和相对高频的优势。首先对原始地震数据进行频谱分析，确定地震资料的有效频带范围，利用Marr小波分频技术将原地震数据分成低频、中频、高频的分频数据体。依据频段范围设计低截频、中截频和高截频的滤波器，然后对三个频段的分频数据体分别提取分频属性，其中分频属性包括瞬时振幅、瞬时频率和瞬时相位。

Marr小波在频率域和时间域的形态与Ricker子波一致，Ricker子波是一种最常用的零相位子波，广泛应用于地震模型计算、层位标定以及反演中，因而Marr小波具有很强的物理意义。Marr小波为高斯函数的二阶导数，Marr小波的母函数公式如下：

时间域：

频率域：

利用Marr小波模拟不同频率的Ricker子波对地震信号进行分频处理，可以得到低频、中频、高频的分频数据体及其对应的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率属性。

步骤S200，建立储层不同厚度下振幅与频率之间的关系。

根据不同频段的瞬时振幅，利用振幅随频率变化的非线性关系，建立储层不同厚度下振幅与频率之间的关系。

步骤S300，把不同频段的分频属性作为输入数据，井点GR数值作为输出数据，根据储层不同厚度下振幅与频率关系构建核函数，利用支持向量机进行多次学习，建立分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系。

支持向量机是统计学理论基础上，提出的一种新的模式识别方法，对于求解高维模式识别问题、小样本及线性和非线性等问题持有独特的特点。

支持向量机是将多个输入向量，映射到一个多维的特征空间，其中多个输入向量分别为不同频段的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率，选择合适的核函数，将输入空间线性不可分问题在特征空间转化为线性可分问题来解决。

核函数公式如下：

K(x,x_i)＝[(x·x_i)+1]^d (3)

其中K(x,x_i)为核函数；x·x_i为内积运算；x为输入向量，x_i为第i个输入向量；d为多项式分类器。

步骤S400，将不同频段的分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系合成到一起，得到GR分频反演体。

由于本发明利用Marr分频技术对原始地震数据进行分频处理，得到了不同频段的分频数据体，提取了对应的分频属性，利用支持向量机多次学习后，分别可以得到不同频段的分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系，而在进行充填程度预测的时候又需要将不同频段的分频属性与测井GR曲线的非线性关系合成为一个整体，从而得到完整的GR分频反演体。

步骤S500，根据未充填暗河、半充填暗河GR峰值及全充填暗河GR峰值的测井解释结果，获得不同充填程度暗河样本对应的GR峰值分布概率，从而确定GR分频反演体的暗河充填程度。

例如，分析塔河油田65口直井的测井解释结果，可以得到不同类型储层GR值分布概率，未填充暗河、半填充暗河GR峰值<50API，全填充暗河GR峰值>50API，根据此结果可以得到GR分频反演体的暗河充填程度。

本发明通过产生不同频段的分频数据体并提取对应的分频属性，建立储层不同厚度下振幅与频率之间的关系，优选对暗河充填敏感的目标储层特征曲线GR，利用支持向量机建立分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系，将不同频段的分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系合成到一起，得到GR分频反演体，根据未充填暗河、半充填暗河GR峰值及全充填暗河GR峰值的测井解释结果，获得不同充填程度暗河样本对应的GR峰值分布概率，从而确定GR分频反演体的暗河充填程度，最终确定暗河充填程度。本发明利用地震数据有效频带的中、低、高频信息，减少反演的不确定性，从而得到分辨率较高的反演结果，解决了测井识别和地震属性预测的局限性以及地震反演法在强非均质性溶洞储集体难以适用的问题，由于本发明无需子波提取和初始模型，克服了常规地震反演方法的多解性，并且比常规地震反演具有更高的分辨率，更能准去反应无井区暗河充填程度，减少了钻井钻遇充填暗河的风险和提高油井建产率，从而可以提高碳酸盐岩缝洞油藏开发效果。

图2示出了本发明提供的基于GR分频反演的暗河充填预测方法实施例一，塔河油田65口直井统计的半填充、全填充暗河的GR值概率直方图，利用塔河油田65口直井统计GR峰值分布范围，确定暗河半充填、暗河全充填的GR峰值概率分布概率，依据测井GR曲线对暗河充填程度的敏感性，确定目标储层特征曲线是测井GR曲线。

依据65口直井统计不同类型储层GR值分布范围表明未充填暗河、半充填暗河GR峰值<50API，全充填暗河GR峰值>50API。

图3a示出了塔河油田过Line515测线的10Hz分频数据体剖面示意图。

图3b示了出塔河油田过Line515测线的30Hz分频数体据剖面示意图。

图3c示了出塔河油田过Line515测线的60Hz分频数据体剖面示意图。

对原始地震数据进行频谱分析，确定地震资料的有效频带范围10Hz-60Hz，利用Marr小波模拟对原始地震数据进行分频处理，可以得到10Hz低频、30Hz中频、60Hz高频的分频数据体，依据频段范围设计低截频10Hz、中截频30Hz和高截频60Hz的滤波器，然后对三个频段的分频数据体分别提取瞬时振幅、瞬时频率和瞬时相位。

图4a示出了不同频率下振幅与厚度的调谐曲线示意图。

图4b示出了储层不同厚度下振幅随频率变化的关系示意图。

依据不同频段的的瞬时振幅，利用振幅随频率变化的非线性关系，建立储层不同厚度下振幅与频率之间的关系。

图5示出了分频属性与测井GR曲线耦合建立映射关系示意图。

把不同频段的分频属性作为输入数据，井点GR数值作为输出数据，根据储层不同厚度下振幅与频率关系构建核函数，利用支持向量机进行多次学习，建立分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系，将不同频段的分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系合成到一起，得到GR分频反演体。

其中支持向量机是统计学理论基础上，提出的一种新的模式识别方法，对于求解高维模式识别问题、小样本及线性和非线性等问题持有独特的特点。

支持向量机是将多个输入向量(不同频段的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率)映射到一个多维的特征空间，选择合适的核函数可将大多数输入空间线性不可分问题在特征空间转化为线性可分问题来解决，非常适合处理非线性问题。

本发明利用Marr分频技术对原始地震数据进行分频处理，得到了10Hz、30Hz和60Hz的分频数据体，并且提取了分频数据体对应的分频属性，利用支持向量机多次学习后，可以得到10Hz的分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系、30Hz的分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系以及60Hz的分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系，而在进行充填程度预测的时候又需要将不同频段的分频属性与测井GR曲线的非线性关系合成为一个整体，从而得到完整的GR分频反演体。

图6示出了基于GR分频反演的暗河充填预测剖面示意图，根据未充填暗河、半充填暗河GR峰值及全充填暗河GR峰值的测井解释结果，获得不同充填程度暗河样本对应的GR峰值分布概率，从而确定GR分频反演体的暗河充填程度。

分析塔河油田65口直井的测井解释结果，可以得到不同类型储层GR值分布概率，未填充暗河、半填充暗河GR峰值<50API，全填充暗河GR峰值>50API，根据此结果可以得到GR分频反演体的暗河充填程度

图7示出了基于GR分频反演的暗河充填预测平面示意图，GR分频反演预测结果与测井解释、地质认识规律符合，研究区东部及南部充填程度高、研究区西部充填程度低。

本发明专利2015-2016年成功应用于塔里木盆地塔河油田6-7区奥陶系碳酸盐岩缝洞油藏，基于GR分频反演的暗河充填预测与完钻井吻合率高达88％，降低了新井钻遇完全充填暗河风险，为塔河油田6-7区油田开发调整方案提供了可靠的技术支持。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (3)

1.一种基于GR分频反演的暗河充填程度预测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

对原始地震数据进行频谱分析，确定地震资料的有效频带范围，利用Marr小波分频技术对原始地震数据进行分频处理，得到不同频段的分频数据体，从不同频段的分频数据体分别提取不同频段的分频属性；

根据不同频段的瞬时振幅，利用振幅随频率变化的非线性关系，建立储层不同厚度下振幅与频率之间的关系；

把不同频段的分频属性作为输入数据，井点GR数值作为输出数据，根据储层不同厚度下振幅与频率之间的关系构建核函数，利用支持向量机进行多次学习，建立分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系；

将不同频段的分频属性与测井GR曲线的非线性映射关系合成到一起，得到GR分频反演体；

根据未充填暗河、半充填暗河GR峰值及全充填暗河GR峰值的测井解释结果，获得不同充填程度暗河样本对应的GR峰值分布概率，从而确定GR分频反演体的暗河充填程度；

其中，所述核函数公式如下：

K(x,x_i)＝[(x·x_i)+1]^d

其中K(x,x_i)为核函数；x·x_i为内积运算；x为输入向量，x_i为第i个输入向量；d为多项式分类器。

2.根据权利要求1述的方法，其特征在于，所述分频属性包括：瞬时振幅、瞬时频率和瞬时相位。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测井解释结果具体为：未充填暗河、半充填暗河GR峰值小于或等于50API，全充填暗河GR峰值大于50API。