CN111487692A - 一种盐间页岩油韵律层地震响应特征及储层厚度预测方法 - Google Patents

一种盐间页岩油韵律层地震响应特征及储层厚度预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种盐间页岩油韵律层地震响应特征及储层厚度预测方法，本发明是基于波形的盐间页岩油韵律层高分辨率地震反演算法，通过盐间页岩油韵律层测井数据分析建立地质地球物理模型，然后进行盐间页岩油韵律层高精度地震响应模拟及反射特征分析。本发明的有益效果是：预测得到了目标储层韵律中页岩薄层厚度的空间分布，并且在验证井位置与测井解释真实值具有较高的一致性，验证了方法的有效性；本发明的优势在于该方法在页岩薄层厚度预测中不以区分顶底界面为目的，不受限于传统λ/4或λ/8的地震分辨率，可应用于实际地震资料。

Description

一种盐间页岩油韵律层地震响应特征及储层厚度预测方法
技术领域
本发明涉及石油勘探领域，尤其涉及一种盐间页岩油韵律层地震响应特征及储层厚度预测方法。
背景技术
在薄互层地震识别的研究进展方面，1973年Widess发表在Geophysics上的文章“How thin is a thin bed？”中研究了薄层的调谐效应，给出薄层定量化的具体定义，认为厚度小于入射子波在其介质中传播时波长的四分之一为薄层，小于八分之一波长时复合反射波从波形上不可识别。1979年Neidell等人发表在AAPG Department of Education上的文章“Stratigraphic modeling and interpretation:geophysical principles andtechniques”中定义地震波长的四分之一为调谐厚度，认为薄层的厚度信息包含在振幅而不是波形中。Koefoed通过合成地震模型研究认为，薄层厚度和地震反射复合波的振幅之间存在着准线性关系，同时也考虑了能量传播损失和层间多次波。实际地层为非均匀介质，地震波在地下传播时具有传播效应和层间多次波的调谐干涉效应。当薄层厚度小于1/4波长时，同类技术常利用地震属性对薄层厚度开展研究工作：Kallweit论述了薄层厚度对反射振幅的影响；姚建阳较早研究了在频率域估算地层厚度的方法；刘建华等引入了地震反射的波峰、波谷和过零点进行薄层厚度的估算，提出了基于反射波特征分析估算薄层厚度方法；苏盛甫等利用薄层与厚层能产生不同的波形特征和频率信息，提出了薄层的定量解释方法；汪恩华等通过研究不同地层厚度与其反射系数和反射波频谱的关系，给出一种薄储层厚度计算方法；Liu和Marfurt利用楔形模型对瞬时峰值频率与薄层厚度的关系进行了研究；Sun等给出了薄层地震峰值频率和薄层厚度的解析关系；李雪英等基于波动理论，对多种互层数和单层厚度的等厚薄互层模型进行了正演模拟及分析。从理论上讲，以上方法大都适用于无限均匀介质中含有一个薄夹层的情况，对于本地区研究的韵律层结构的薄互层不完全适用。因此，由于潜江盆地盐间页岩油储层的地质结构为韵律层背景下的页岩薄层，现有地震分辨率受限于及反演技术难以精确识别和描述盐间页岩油储层的空间展布及储层品质，常规拓频处理和地质统计反演等技术很难解决韵律背景下的页岩薄层厚度预测问题，主要原因在于韵律层复杂的调谐干涉效应，使得传统的基于单一薄层模型的振幅调谐厚度理论不适用，单纯拓频处理技术也不能区分薄层的顶、底界面反射。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种盐间页岩油韵律层地震响应特征及储层厚度预测方法，为电缆运行与维护提供有效、可靠的数据支撑。
本发明提供的技术方案是：一种盐间页岩油韵律层地震响应特征及储层厚度预测方法，包括如下步骤：
1)提取工区范围内的地震数据和井测井数据，对数据进行分析；
2)对1)中工区内目标层韵律地震数据进行分析；
3)利用1)中的井的测井数据和2)中的地震数据进行井震标定，明确目标层韵律的地震响应特征，对过井地震剖面分析目标层地震反射特征的横向变化；
4)以3)中的明确了目标层位置中井的测井数据为基础，在实际韵律结构的背景下设计目标层韵律的地质地球物理模型，计算并分析目标韵律中页岩薄层的速度、厚度参数变化时的地震响应，形成反演算法的模型空间；
5)求取1)中的目标层实际地震反射波形与4)中模型空间中地震波形的最佳匹配，并将该模型对应的厚度参数作为输出，将该方法应用于工区地震数据，得到目标层韵律页岩薄层厚度的空间分布；
6)对5)得到的目标层厚度与实际数据对比，进一步证实预测方法的有效性。
优选，工区范围内井数为15口。
进一步优选，所述1)中统计得参数有：所有井的纵波速度Vp、密度、总波阻抗Ip、目标层厚度H以及反射系数Rpp，并观察其规律。
进一步优选，所述2)中地震数据包括：地震反射振幅、纵、横波速度数据，提取工区地震数据目标层的均方根地震反射振幅，均方根计算公式如下：
Figure BDA0002469792000000031
其中n表示采样点数，Xi表示每个采样点对应的振幅大小，i＝1,2,3,……,n；目标层韵律的纵、横波速度通过地震反演方法得到。
进一步优选，所述3)的井震标定方法是通过传播矩阵方法得到的地震记录，根据非弹性薄互层反射系数的各向异性传播矩阵理论方法，反射、透射系数向量r＝[RPP,RPS,TPP,TPS]T的计算公式如下：
Figure BDA0002469792000000032
ip＝iω[βP1,γP1,-ZP1,-WP1]T
Figure BDA0002469792000000033
Figure BDA0002469792000000034
其中，其中iP为p波入射向量，A1、A2为上、下层传播矩阵且分别与上下层介质的物性有关，
Figure BDA0002469792000000035
为薄互层总厚度，ω为入射波频率；同时，变量γ、β、W和Z的下标P、S分别对应准纵波、准横波，1、2分别对应上、下层介质。
进一步优选，所述5)中的目标层的地质地球物理模型是以实际测井数据为基础构建的。
进一步优选，所述6)中使用波形匹配的方法，是一种充分利用反射波形中振幅及相位信息，探讨地震反射波对韵律结构背景下页岩薄层厚度的预测方法，该方法在页岩薄层厚度预测中不以区分顶底界面为目的，不受限于传统λ/4或λ/8的地震分辨率。
本发明提供了一种盐间页岩油韵律层地震响应特征及储层厚度预测方法，本发明是基于波形的盐间页岩油韵律层高分辨率地震反演算法，通过盐间页岩油韵律层测井数据分析建立地质地球物理模型，然后进行盐间页岩油韵律层高精度地震响应模拟及反射特征分析。本发明的有益效果是：预测得到了目标储层韵律中页岩薄层厚度的空间分布，并且在验证井位置与测井解释真实值具有较高的一致性，验证了方法的有效性；本发明的优势在于该方法在页岩薄层厚度预测中不以区分顶底界面为目的，不受限于传统λ/4或λ/8的地震分辨率，可应用于实际地震资料。
附图说明
图1为本发明方法技术方案流程图；
图2为工区内A井的测井数据、目标层韵律层位及地震反射系数图；
图3为目标层韵律井中参数统计表；
图4为工区内A井的高精度井震标定图；
图5为工区内A井的地震剖面图；
图6为根据A井设计的地震地质模型图；
图7为针对图6地震地质模型德地震相应图；
图8为基于波形的目标层韵律页岩薄层厚度地震预测结果图；
图9为目标层韵律页岩薄层厚度地震预测结果的测井验证图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种盐间页岩油韵律层地震响应特征及储层厚度预测方法，包括如下步骤：
1)提取工区范围内的地震数据和15口井测井数据，对数据进行分析，统计所有井的纵波速度Vp、密度、总波阻抗Ip、目标层厚度H以及反射系数Rpp，并观察其规律；
2)对1)中工区内目标层韵律地震数据进行分析，包括地震反射振幅、纵、横波速度数据，提取工区地震数据目标层的均方根地震反射振幅；均方根计算公式如下：
Figure BDA0002469792000000051
其中n表示采样点数，Xi表示每个采样点对应的振幅大小，i＝1,2,3,……,n；目标层韵律的纵、横波速度通过地震反演方法得到；
3)利用1)中的15口井的测井数据和2)中的地震数据进行井震标定，明确目标层韵律的地震响应特征，对过井地震剖面分析目标层地震反射特征的横向变化；
由于干涉、调谐现象的存在，来自薄互层的反射地震波呈现复合波型。常规单一界面模型的反射系数可由Zoeppritz方程计算。而具有层状结构模型的地震反射波特征不仅与入射角度、物性差异有关，还与入射波频率、地层厚度、薄互层结构、地层的不均匀性因素有关。根据传播矩阵理论(Carcione，2001)，对于P波入射，地层的反射、透射系数向量r＝[RPP,RPS,TPP,TPS]T由下式计算：
Figure BDA0002469792000000052
其中，矩阵A1与A2分别为与上、下层介质物性参数有关的传播矩阵；Bα(α＝1，...，N)为具有N层结构的中间薄互层的传播矩阵；iP为P波入射向量，与入射介质物性参数有关；同时，上述矩阵和向量都是入射波频率、波慢度的函数。传播矩阵A1和A2分别为：
Figure BDA0002469792000000061
Figure BDA0002469792000000062
其中i为虚数单位，ω为入射波频率，
Figure BDA0002469792000000063
为薄互层总厚度；同时，变量β、γ、W和Z的下标P、S分别对应准纵波、准横波，1、2分别对应上、下介质，去掉下标简写各自表达式为
Figure BDA0002469792000000064
Figure BDA0002469792000000065
W＝p55(γsx+βsz)
Z＝βp13sx+γp33sz
式中，p.v.意为取复数的主值。对于γ，符号“+”对应qP波(即准P波)，符号“-”对应qS波(即准S波)。并且，sx为水平波慢度，sz为垂直波慢度：
Figure BDA0002469792000000066
E＝{[(p33-p55)cos2θ-(p11-p55)sin2θ]2+(p13+p55)2sin2 2θ}1/2
Figure BDA0002469792000000067
Figure BDA0002469792000000071
Figure BDA0002469792000000072
sz表达式符号约定为：
(+,-)：向下传播qP波，(+,+)：向下传播qS波
(-,-)：向上传播qP波，(-,+)：向上传播qS波
传播矩阵Bα＝T(0)T-1(hα)，其中
Figure BDA0002469792000000073
并且P波入射向量
ip＝iω[βPl，γPl，-ZPl，-WP1]T
由薄0系数向量r＝[RPP,RPS,TPP,TPS]T，即相应反射波的频变反射系数Rf。将频变反射系数与频率域的地震子波Wf相乘可得相应反射波的振幅谱Uf，即：
Uf＝Wf×Rf
对Uf做反傅里叶变换则可以获得时间域的反射波波形ut，
Figure BDA0002469792000000074
其中f表示角频率，i为虚数单位，t为时间；
4)以3)中的明确了目标层位置的15口井的测井数据为基础，在实际韵律结构的背景下设计目标层韵律的地质地球物理模型，计算并分析目标韵律中页岩薄层的速度、厚度等参数变化时的地震响应，形成反演算法的模型空间，针对选取的工区中15口井数据建立地质地球物理模型，每口井中假设目标层韵律中页岩的速度Vp相对于原始井中测量值的变化分别为-15％，-10％，-5％，0％，5％，10％，15％七种情况，并且在每种情况下，页岩薄层厚度H相对于原始测量值的变化分别为-60％，-40％，-20％，0％，20％，40％，60％，80％，100％九种情况。因此，针对每口井设计的模型考虑页岩薄层速度和厚度共63种可能变化情况，并且认为这些情况能够覆盖井周围一定区域目标层韵律中页岩属性的可能变化，更进一步，通过传播矩阵方法针对每个模型计算相应的高精度合成地震记录，观察地震反射波形的振幅和相位随页岩属性的变化；
5)求取1)中的目标层实际地震反射波形与4)中模型空间中地震波形的最佳匹配，并将该模型对应的厚度参数作为输出，将该方法应用于工区地震数据，得到目标层韵律页岩薄层厚度的空间分布；
输入实际地震数据，求取目标层实际地震反射波形与模型空间中地震波形的最佳匹配，并将该模型对应的参数(如页岩薄层速度、密度)作为输出。目标函数如下所示，其中xm为叠前地震数据道，M为地震数据道数，对于本研究应用的叠后地震数据，对应M＝1；目标函数中v＝[Vp,H]为待求参数；目标函数的计算过程为求取实际地震数据与模拟数据的最大相关。在页岩薄层速度Vp通过地震反演方法得到的情况下，目标函数中的待反演参数为页岩薄层厚度H。
Figure BDA0002469792000000081
将该方法用于工区地震数据，得到目标层韵律页岩薄层厚度的空间分布。传统的薄层厚度地震预测方法一般以单一薄层作为模型，在页岩中地震波长为60m的情况下，薄层分辨率受限于λ/4(15m)或λ/8(7.5m)。而本研究的方法直接由测井数据建立模型，适用于韵律背景下的薄互层模型，地震反射特征能够反映2m厚的页岩薄层；
6)对5)得到的目标层厚度与实际数据对比，验证方法的有效性,为验证反演方法有效性，选取15口井中部分井将作为模型井，将其它井作为验证井，应用本研究的地震反演方法预测验证井中的页岩薄层厚度，计算模型井和验证井位置预测的页岩薄层厚度与测井解释的真实值的平均误差和平均绝对误差，验证方法的有效性。
实施例
如图2所示，图2是工区内A井的测井数据、目标层韵律层位及地震反射系数图，通过观察可以得到A井的纵波速度Vp、密度、总波阻抗Ip、目标层厚度H以及反射系数Rpp信息。
图3是目标层韵律井中参数统计表，统计结果显示，工区中页岩纵波速度Vp具有较大的变化范围，从较低值2.6km/s到较高值5.6km/s；密度位于2.3-2.6g/cm3之间，变化范围不大；因此，与之相应的纵波阻抗具有较大的变化范围，为6.0-14.6km/s×g/cm3。潜34-10韵律中，薄层盐岩变化范围较小的速度和密度使其波阻抗也较为稳定(9.2km/s×g/cm3)，因此盐岩/泥岩界面的地震反射系数主要取决于页岩波阻抗的变化，反射系数数值可正可负，数值范围变化较大，表明工区中潜34-10韵律的地震响应特征随空间位置变化明显，位于背斜构造上井位置附近，地震反射系数具有绝对值较高的负值；而在井11附近，地震反射系数几乎为零；在盆地内部其它井位置附近，地震反射系数呈高低变化的正值。
根据步骤4的方法，计算盐间韵律层的高精度合成地震记录，用于目标层地震响应特征分析，并为进一步基于波形的储层厚度预测研究做准备。如图4所示为工区A井的高精度井震标定结果，地层范围包括潜32底部、整个潜33、潜33x及潜34层段，以及潜41顶部，图中标出了目标层潜34-10韵律的测井解释位置，以及该目标层在地震记录上对应的反射波形。可以观察到，不同井位上潜34-10韵律的地震响应存在显著变化，与地震波形的相位不存在简单的对应关系，其原因可能是对于不同的构造区域，目标层34-10韵律的地震响应与韵律层结构、薄层页岩的速度与厚度密切相关。
图5是工区内A井的地震剖面图。图中标出由地震层位解释给出的潜34段顶底反射层位，以及潜34-10韵律的地震反射层位。从图中可以观察到，过井剖面中潜34-10韵律地震反射波形的振幅和相位都存在明显的横向变化。分析可知，目标层地震反射动力学特征变化的原因，在于页岩薄层速度、厚度的随空间位置的变化。
图6是根据A井设计的地震地质模型图。展示了以A井为例展示的潜34-10韵律中页岩的速度Vp相对于原始井中测量值的变化分别为-6％，，潜34-10韵律中页岩薄层厚度H相对于原始测量值的变化分别为-60％，-40％，-20％，0％，20％，40％，60％七种情况时的地质地球物理模型的设计过程。
图7是图6中地震地质模型对应的地震响应图。
图8是基于波形的目标层韵律页岩薄层厚度地震预测结果图。输入实际地震数据，求取目标层实际地震反射波形与模型空间中地震波形的最佳匹配，目标函数如下所示：
Figure BDA0002469792000000101
其中xm为叠前地震数据道，M为地震数据道数，对于本研究应用的叠后地震数据，对应M＝1；目标函数中v＝[Vp,H]为待求参数；目标函数的计算过程为求取实际地震数据与模拟数据的最大相关。在页岩薄层速度Vp通过地震反演方法得到的情况下，目标函数中的待反演参数为页岩薄层厚度H。将该方法用于工区地震数据，得到目标层韵律页岩薄层厚度的空间分布。
图9是目标层韵律页岩薄层厚度地震预测结果的测井验证图。除图中第一口井外，模型井和验证井位置预测的页岩薄层厚度与测井解释的真实值具有较高的一致性，平均误差为0.0166，平均绝对误差为0.1045，验证了方法的有效性。但是受限于地震数据信噪比，以及井位较少，不能包含整个工区的地质信息，出现误差较大的情况。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种盐间页岩油韵律层地震响应特征及储层厚度预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)提取工区范围内的地震数据和井测井数据，对数据进行分析；
2)对1)中工区内目标层韵律地震数据进行分析；
3)利用1)中的井的测井数据和2)中的地震数据进行井震标定，明确目标层韵律的地震响应特征，对过井地震剖面分析目标层地震反射特征的横向变化；
4)以3)中的明确了目标层位置中井的测井数据为基础，在实际韵律结构的背景下设计目标层韵律的地质地球物理模型，计算并分析目标韵律中页岩薄层的速度、厚度参数变化时的地震响应，形成反演算法的模型空间；
5)求取1)中的目标层实际地震反射波形与4)中模型空间中地震波形的最佳匹配，并将该模型对应的厚度参数作为输出，将该方法应用于工区地震数据，得到目标层韵律页岩薄层厚度的空间分布；
6)对5)得到的目标层厚度与实际数据对比，进一步证实预测方法的有效性。
2.根据权利要求1所述得一种盐间页岩油韵律层地震响应特征及储层厚度预测方法，其特征在于，工区范围内井数为15口。
3.根据权利要求1所述得一种盐间页岩油韵律层地震响应特征及储层厚度预测方法，其特征在于，所述1)中统计得参数有：所有井的纵波速度Vp、密度、总波阻抗Ip、目标层厚度H以及反射系数Rpp，并观察其规律。
4.根据权利要求1所述的一种盐间页岩油韵律层地震响应特征及储层厚度预测方法，其特征在于，所述2)中地震数据包括：地震反射振幅、纵、横波速度数据，提取工区地震数据目标层的均方根地震反射振幅，均方根计算公式如下：
Figure FDA0002469791990000021
其中n表示采样点数，Xi表示每个采样点对应的振幅大小，i＝1,2,3,……,n；目标层韵律的纵、横波速度通过地震反演方法得到。
5.根据权利要求1所述的一种盐间页岩油韵律层地震响应特征及储层厚度预测方法，其特征在于，所述3)的井震标定方法是通过传播矩阵方法得到的地震记录，根据非弹性薄互层反射系数的各向异性传播矩阵理论方法，反射、透射系数向量r＝[RPP,RPS,TPP,TPS]T的计算公式如下：
ip＝iω[βP1,γP1,-ZP1,-WP1]T
Figure FDA0002469791990000023
Figure FDA0002469791990000024
其中，其中iP为p波入射向量，A1、A2为上、下层传播矩阵且分别与上下层介质的物性有关，
Figure FDA0002469791990000025
为薄互层总厚度，ω为入射波频率；同时，变量γ、β、W和Z的下标P、S分别对应准纵波、准横波，1、2分别对应上、下层介质。
6.根据权利要求1所述的一种盐间页岩油韵律层地震响应特征及储层厚度预测方法，其特征在于，所述5)中的目标层的地质地球物理模型是以实际测井数据为基础构建的。
7.根据权利要求1所述的一种盐间页岩油韵律层地震响应特征及储层厚度预测方法，其特征在于，所述6)中使用波形匹配的方法，是一种充分利用反射波形中振幅及相位信息，探讨地震反射波对韵律结构背景下页岩薄层厚度的预测方法，该方法在页岩薄层厚度预测中不以区分顶底界面为目的，不受限于传统λ/4或λ/8的地震分辨率。
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