CN107272064A - 碳酸盐岩缝洞体内部结构的刻画方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳酸盐岩缝洞体内部结构的刻画方法，该方法包括：基于已有地质知识，获得缝洞体对应的地震资料；以及对于地震资料，运用频谱分解，应用高频信息来刻画缝洞的内部结构。

Description

碳酸盐岩缝洞体内部结构的刻画方法

技术领域

本发明涉及地震勘探中的对碳酸盐岩溶蚀缝洞型的储集体的刻画，尤其涉及一种碳酸盐岩缝洞体内部结构的刻画方法。

背景技术

碳酸盐岩溶蚀性储层，主要由成岩后期的大气淡水、有机酸溶蚀、深部热液溶蚀改造形成，经过改造之后碳酸盐岩底层内部形成的常见洞穴、孔、缝等溶蚀空间是油气的有利储层，将这些类型的储层统一简称为缝洞型储层。

实际情况下的碳酸盐岩缝洞型储层的内部结构较为复杂，它与碳酸盐岩地层基岩的近于水平层状的反射波响应不同，主要为强能量的“串珠状”绕射波特征，由于该类储集体现有的地震地质采集条件，导致地震分辨率普遍偏低。由于储层本身的非均质性，从地震剖面上只能观察其外部轮廓，通过正演认识，地震体刻画的视体积明显大于实际模型。现有振幅梯度、能量、相干、结构张量等叠后属性，但能量体、振幅梯度仅能刻画强能量体(能量高于周围围岩)，并且仅能刻画其地震响应的外部轮廓，无法实现储层的精细刻画。结构张量属性是近两年来应用较好的一类属性，虽然该属性能有效地刻画地震异常(消除基岩同相轴背景)，包括断裂溶蚀杂乱反射、串珠反射等，但这些属性无法在根本上达到精细刻画的效果，只能在外部轮廓及形态上对连续反射波之外的地震异常进行刻画。波阻抗反演一致被认为是一种对储层预测精度较高的方法，在碳酸盐岩缝洞型储层的刻画应用中具有较好的效果，主要特点是波阻抗反演能提高储层的纵向分辨率，能够确定储层的顶底面，而且在满足一定的条件下能刻画纵向叠置的多套缝洞体，实现了储层的纵向结构刻画，但波阻抗反演针对的对象仅是层状结构，对于具有典型横向结构特征的碳酸盐岩缝洞型储层的横向分辨率无任何贡献。目前对于碳酸盐岩缝洞型储层的横向结构刻画的研究较少，研究缝洞体横向结构(即横向分割或者横向分段)、提高资料横向分辨率是目前碳酸盐岩缝洞储层精细刻画的关键。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的碳酸盐岩缝洞体内部结构的刻画方法。

根据本发明内容，提供了一种碳酸盐岩缝洞体内部结构的刻画方法，包括：

基于已有地质知识，获得缝洞体对应的地震成像资料；以及

对于地震成像资料，运用频谱分解，应用高频信息来刻画缝洞体的内部结构。

本发明提供的碳酸盐岩缝洞体内部结构的刻画方法，提出频谱分解的高频信号能提高缝洞体内部结构刻画能力，提高横向分辨率。

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示出了根据本发明实施例的碳酸盐岩缝洞体内部结构的刻画方法的流程图；

图2示出了不同频率及反射组合褶积地震道与4种分频的对比图；

图3(a)-(g)示出了正演及各种属性、波阻抗反演、频谱分解验证本发明效果的示意图；

图4示出了40米横向宽度的缝洞模型正演与不同频率的单频频谱图；

图5示出了不同尺寸溶洞模型0-40米横向间距振幅属性与50Hz频谱的对比图；

图6示出了小尺寸、中-大尺寸串珠响应特征的地震剖面的对比图；

图7示出了低频10Hz与高频60Hz频谱的平面叠合图；

图8(a)-(b)示出了某井碳酸盐岩中-大尺寸缝洞型储层地震剖面与50Hz频谱的对比图。

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。

根据施工地区的地震条件，定义的中-大尺寸(大于十六分之一波长)缝洞，地震响应的缝洞体横向宽度明显大于其真实横向宽度，而且真实缝洞型的内部结构可能单一或较为复杂，地震响应的“串珠”异常无法判断其内部结构。由于地震波对地质体响应过程中还存在绕射波偏移归位不聚焦、相互干涉作用，进一步制约了横向分辨率，无法判断地震异常对应怎样的内部地质结构(缝洞组合)。考虑到这些，提出本发明。

图1示出了根据本发明实施例的碳酸盐岩缝洞体内部结构的刻画方法的流程图。如图1所示，该方法包括下述步骤S110-步骤S120。

步骤S110：基于已有地质知识，获得缝洞体对应的地震资料。

通过研究地震-地质的对应关系，获取碳酸盐岩缝洞型储层刻画研究的基础资料。

步骤S120：对于地震资料，运用频谱分解，应用高频信息来刻画缝洞的内部结构。

对于已获得的地震资料，运用频谱分解，并通过匹配追踪算法来应用高频信息，横向缝洞边界及横向分割。其中，缝洞体包括大于四分之一波长的大尺寸缝洞、波长在十六分之一波长和四分之一波长之间的中尺寸缝洞以及小于十六分之一波长的小尺寸缝洞以及两两相邻的多个缝洞组合。另外，由于小尺寸缝洞地震响应处于高频率段而无低频成分，来识别小尺寸缝洞储层。

运用频谱分解能提供地震资料应用中的三种用途。第一，利用频谱分解的高频信号能进一步精细刻画中-大尺寸缝洞型储集体的横向宽度，逼近实际横向宽度；第二，对于相隔太近的两个孤立的中-大尺寸的缝洞体，在地震资料上无法辨别容易被误认为是一个地质体，高频信号能提高刻画缝洞横向结构的能力；第三，对于小尺寸小缝洞，根据小尺寸缝洞体的地震响应处于高频段而无低频成分，而其他的中-大尺寸缝洞及围岩拥有低频信息，针对这一差异来区分小尺寸缝洞。

本发明的碳酸盐岩缝洞体内部结构的刻画方法，利用频谱分解的高频频谱落实缝洞体的横向边界或者宽度，提高中-大尺寸缝洞横向分辨率，极大程度地提高了刻画精度。对于近距离两两相邻的缝洞体的绕射波偏移归位不聚焦、相互干涉导致的地震全频信息无法分辨的情况，通过高频频谱可提高分辨率进而实现缝洞横向组合关系的刻画；对于小尺寸缝洞表现为高频频谱而缺低频特点，利用频谱差异可区分小尺寸缝洞。

验证本发明的优越性：

为了研究地震-地质的对应关系，获取碳酸盐岩缝洞型储层刻画研究的基础资料，根据现有的地质认识设计多种缝洞结构模型，利用三维地震数字模拟进行采集，之后对获取的正演数据进行叠前深度偏移处理，获得缝洞体对应的地震成像资料。

对正演获得的地震成像资料开展多种属性(包括振幅梯度、能量、相干、结构张量等)提取试验，通过各种属性来研究缝洞内部结构的刻画，同时对结果参照原始设计的地质模型进行对比，寻找刻画中-大尺寸缝洞内部结构刻画的有利方法。

通过大量的试验研究表明，如果运用地震资料的全频信息，不管是由第一菲涅尔带半径，还是由瑞利判据推导的分辨率来计算地震的横向分辨率，都只能刻画预测碳酸盐岩缝洞型储层的外部轮廓。研究人员通常采用频率参数为地震主频，极少研究地震包含的不同频率成分信息分别对地震菲涅尔带半径的影响。第一菲涅尔带半径表达式：

或

其中λ为波长，h为界面深度,Va为均匀介质的速度或非均匀介质的平均速度，t为双程反射时间，f为信号频率或子波主频。

通过上式可以看出频率制约了其横向分辨率，当频率挑高后，第一菲涅尔带半径响应减小，横向分辨率提高。

运用频谱分解，应用高频信息刻画缝洞体的边界及横向分割，提高缝洞的横向预测精度。

在整个发展阶段内影响力较大的有短时傅立叶、小波、广义S变换以及最新的匹配追踪算法四种方法。为了验证这四种方法的差异，简单设计了地震褶积道，如图2所示，从上至下主要分为四种结构，上部为同一反射系数与10hz、40hz的两个子波，其次是两个相邻的两个反射系数分别与30hz的子波，第三是两个相邻的两个反射系数分别与30、40hz的子波褶积，最后为单一频率30Hz的子波与单一反射系数，通过这样设计的地震单道通过四种典型的分频方法产生频谱图，可以看出匹配追踪算法的分辨率、收敛性较高。

匹配追踪是近些年来提出的一种基于时频原子分解的匹配追踪算法，将非平稳信号自适应地分解为一组时频原子基的线性组合，可以在二维时频平面获得能量聚集性很高的时频表示。通过多年来的不断地改进，匹配追踪算法在实际地震数据的分析和解释上取得了良好的应用成果。理想的信号分解方式应该是根据信号的特点，自适应地选择基函数来分解信号，这对于具有时域和频域局部化特征的地震信号来说尤其重要。而匹配追踪算法正是具有此优点的信号分解方法，该算法通过创建超完备的时频原子库，将信号在时频原子库中进行展开，从而实现信号的自适应分解。时频原子库是一系列时频原子的集合，常用的时频原子是通过窗函数的伸缩、平移等操作。匹配追踪算法的分解机理是将信号分解为某一方向的分量及垂直于该方向的分量，即通过向量的内积运算完成。信号f＝〈f,g_γ0〉g_γ0+R(f)，其中〈，〉表示内积运算，R(f)是信号f在g_γ0方向投影后的残差信号。由于g_γ0、R(f)是两两正交，因此f²＝〈f,g_γ0〉²+R(f)²，为了使残差能量R(f)最小，必须〈f,g_γ0〉最大。匹配追踪算法采用迭代算法，开始时设R₀(f)＝f，迭代到第n次时，残差信号为R_n(f)，选择g_γn属于原子库，使g_γn与R_n(f)最匹配，即R_n(f)被分解为R_n(f)＝〈R_n(f)，g_γn〉g_γn+R_n+1(f)，重复此分解过程，直到残差能量小于容许值，信号最终被分解成一系列时频原子的线性叠加。通过上述方法可知，匹配追踪算法是一种基于子波库扫描的信号自适应分解方法，该方法的时频谱具有最高的分辨率。

运用匹配追踪算法分频，对多个碳酸盐岩缝洞模型进行高、中、低频段的单频体进行试验，分析频率与地质体的对应关系，确定在地震有效频带内高频信息刻画横向尺度与实际正演缝洞模型基本一致，符合率达90％以上。

对于单个、两两相邻的多个缝洞组合产生的地震综合响应，无法通过肉眼及属性提高资料的分辨率，根据现有的认识通常只能猜测为单个或者多个缝洞集合体的地震响应，但通过匹配追踪算法分解的高频信息能够反应其内部结构，提高对缝洞体的预测精度。本发明的发明人研究认为低频成分仅是反映外部轮廓(包括单个缝洞或者多个缝洞组合)，而高频信息能够较为真实的对应地质体，该研究成果已经通过多个三维正演模型验证。

以往刻画的中、大尺寸类型的缝洞体(缝洞体的振幅高于围岩，缝洞体外部轮廓频率低于围岩或者基本相当)主要应用振幅明显高于其他地质体响应的振幅差异进行刻画，但对于地震响应的体积较小、能量弱的小尺寸缝洞型储集体，常规的振幅、振幅变化率、波阻抗反演及其它类型属性难以刻画及拾取。但地震上响应的强能量的中-大尺寸含有低频成分，小尺寸缝洞基本达到地震资料高频率段(60Hz附近)无低频信息，根据唯有小尺寸缝洞无低频信号这一差异可区分小尺寸缝洞。

例如塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩缝洞型油藏现有地震资料的品质条件，地震资料有效频带大约为5-70Hz，主频28Hz，用正演成果开展试验分析总结之后，运用50—60Hz频段内的频谱刻画中-大尺寸缝洞的横向边界，以及刻画地震全频信息无法分辨的两两相邻的缝洞体，均取得了明显的效果。

图3(a)-(g)示出了正演及各种属性、波阻抗反演、频谱分解验证本发明效果的示意图，如图3(a)-(f)所示，通过U形管道的正演结果以及各种属性、波阻抗反演均无法到达满意效果，唯有图3(g)的频谱分解后的高频50Hz频谱能提高地震资料的横向分辨率，刻画U形管道的形态，且U形管道两端特征十分明显，边界或者宽度基本接近原始模型。

图4示出了40米横向宽度的缝洞模型正演与不同频率的单频频谱图，如图4所示，设计缝洞模型的宽度为40米，从图4中可以看出通过地震模型正演成像的地震资料横向宽度明显大于40米，这是由于地震绕射波偏移归位不收敛，地震本身的横向分辨率的限制导致成像尺寸放大失真，缝洞体宽度预测受阻。但通过频谱分解的高频频谱能够明显降低误差，提高横向预测精度，在50Hz-70H频段，能量的核心宽度接近实际模型宽度，通过试验统计出频谱分解的高频频谱的预测精度为90％以上。

图5示出了不同尺寸溶洞模型0-40米横向间距振幅属性与50Hz频谱的对比图，如图5所示，溶洞尺寸分别为20*20m、40*40m、80*80m三组，溶洞模型间距分别为0m、20m、40m、80m四类，共计12种模型。通过正演成像，运用振幅属性与50Hz频谱进行对比分析，溶洞间距在20-40米时，地震原本资料及振幅属性无法提供真实的缝洞结构，只能显示缝洞体调谐后的整体外部轮廓。但是通过50Hz频谱就能提高原有资料的分辨率，消除外部低频轮廓，展现内部几何结构特征，区分左右相邻缝洞体，并且刻画的横向宽度与实际模型宽度基本一致。

图6示出了小尺寸、中-大尺寸串珠响应特征地震剖面的对比图，如图6所示，左边地震响应为弱能量小尺寸“串珠”(小尺寸缝洞)，纵向上表现为有高频但无低频；右边强能量中-大尺寸“串珠”具有低频成分。

图7示出了低频10Hz与高频60Hz频谱的平面叠合图，如图7所示，具有低频频谱且能量较强(高于围岩地层背景)的缝洞体为中-大尺寸的缝洞体，具有高频(60Hz)但无低频频谱(10Hz)的缝洞体为小尺寸缝洞体。图7中通过两种频谱能量的叠合可知，低频10Hz(图中与由b所示的颜色相同的颜色区域)为中-大尺寸缝洞体的平面发育分布区域，高频60Hz(图中与由a所示的颜色相同的颜色区域)为小尺寸缝洞的发育分布区域。

图8(a)-(b)示出了某井碳酸盐岩中-大尺寸缝洞型储层地震剖面与50Hz频谱的对比图，从图8(a)缝洞体地震时间剖面可以看出，现有的地震资料上存在相邻的缝洞体，由于距离较近，绕射波偏移归位不收敛、相互干涉形成单一的地震响应异常，地震分辨率不够而无法分辨，给储层预测及精细刻画带来困难。从图8(b)缝洞体50Hz频谱剖面可以清晰地看出，奥陶系中-下统顶面(剥蚀面)以下发育缝洞型储层，通过匹配追踪频谱分解后，50Hz频谱显示该井下部存在左右相邻的两个主要缝洞体。

本发明应用地震资料涵盖的高频信号提高资料的横向分辨率，优选出匹配追踪算法分解频谱，通过频谱分解后，地震频带内的高频信息对中-大尺寸(大于1/16波长)的缝洞进行精细刻画，走出了第一菲涅尔带概念的束缚。研究表明，在地震原始资料条件的情况下，应用分解的高频信号刻画的中-大尺寸的缝洞横向宽度与实际宽度能达到90％以上的可信度；其次对于相邻20米-40米间距缝洞产生的地震绕射波偏移归位不收敛、以及相互干涉导致无法分辨的资料，利用分解的高频信号能有效的挑高地震横向分辨率，清晰的刻画储层横向发育规律；再次，对于地震上能识别的串珠，介于地震能够识别且小于1/16波长之间的小尺寸缝洞，地震响应的体积较小、能量较弱，常规的振幅、振幅变化率、波阻抗反演及其它类型属性难以刻画及拾取，依据小尺寸缝洞体的地震响应处于高频段而无低频成分，而其他的中-大尺寸缝洞及围岩有低频信息，通过频率差异能区分及刻画小尺寸缝洞储层。

本发明忽略地震采集参数及处理方法、参数对缝洞成像的影响，面对现有地震资料横向分辨率的不足，在解释工作中应用技术手段提高资料的横向分辨率，还原“串珠”内部的原始缝洞宽度及横向缝洞组合规律，以实现缝洞的精细刻画。本发明能够进一步落实缝洞体的横向边界或宽度，在满足一定的条件下能够区分两两相邻的缝洞体，对缝洞型储层的内部结构刻画上补充了横向分割性刻画，弥补了缝洞结构横向规律刻画的缺陷

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应该被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明实施操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，或者将一个步骤分成多个步骤执行。

以上对本发明的方法和具体实施方法进行了详细的介绍，并给出了相应的实施例。当然，除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种碳酸盐岩缝洞体内部结构的刻画方法，其特征在于，包括：

基于已有地质知识，获得缝洞体对应的地震资料；以及

对于所述地震资料，运用频谱分解，应用高频信息来刻画缝洞体的内部结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，应用高频信息进一步包括：通过匹配追踪算法来应用高频信息。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，应用高频信息进一步包括：应用高频信息刻画缝洞体的边界及横向分割。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述缝洞体进一步包括大于四分之一波长的大尺寸缝洞、波长在十六分之一波长和四分之一波长之间的中尺寸缝洞以及小于十六分之一波长的小尺寸缝洞。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述缝洞体进一步包括两两相邻的多个缝洞组合。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对于小尺寸缝洞，根据小尺寸缝洞体的地震响应处于高频段而无低频成分，来识别小尺寸缝洞储层。