CN112255673B - 一种基于地震反演的砂体顶界面自动追踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种基于地震反演的砂体顶界面自动追踪方法，解决了现有常规微幅构造识别没有落实的储层砂体顶界面且缺少高效的自动追踪手段的问题。包括以下步骤：通过三维地震反演，获得砂体在三维空间的展布模型；基于砂体的展布情况，进行砂体顶界面的自动追踪；基于砂体顶界面自动追踪方法进行砂体顶界面自动追踪；通过自动追踪的顶界面，得到顶界面三维展布特征；基于顶界面三维空间的展布进行微幅构造识别；进而识别出相对构造高点，从而为剩余油的发现和开发提供依据。该方法针对目的层储层砂体发育特征，建立了基于数字图像处理的砂体顶界面自动追踪技术，用它来反应砂体的微幅构造，用于提高微幅构造识别的精度和效率。

Description

一种基于地震反演的砂体顶界面自动追踪方法

技术领域

本发明涉及油田储层描述领域，特别涉及一种基于地震反演的砂体顶界面自动追踪方法。

背景技术

微幅构造(指的是受构造运动和沉积作用，地层局部产生的略高于临近区域的微小幅度的起伏，一般3～5米)发育是控制开发后期油田剩余油分布的重要因素之一，砂体内的石油受浮力的作用，容易优先运聚到微幅构造发育区域内形成油藏，因此精准预测和描述微幅构造的分布，有利于寻找剩余油，能够带来较大的经济效益。

目前相关的、公开发表的文章和发明专利，主要针对地层界面的起伏进行研究，而没有真正落实到储层砂体顶界面微幅度构造的研究。主要原因是缺少高效的自动追踪手段，手动解释误差和工作量较大。为此，在砂体反演预测模型的基础上，开展砂体顶界面自动追踪技术研发，以此提高砂体顶界面微幅构造的识别精度与效率，实现砂体微幅构造高效、精准表征。

发明内容

本发明在于克服背景技术中存在的现有常规微幅构造识别没有落实的储层砂体顶界面且缺少高效的自动追踪手段的问题，而提供一种基于地震反演的砂体顶界面自动追踪方法。该基于地震反演的砂体顶界面自动追踪方法，针对目的层砂体分布特征，建立了基于数字图像处理的砂体顶界面自动追踪技术，得到砂体顶界面微幅构造特征，适用于任何砂体储层条件下的微幅构造识别；大大提高了砂体顶界面微幅构造的识别精度与效率，实现砂体微幅构造高效、精准表征。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：一种基于地震反演的砂体顶界面自动追踪方法，包括以下步骤：

1)通过三维地震反演，获得砂体在三维空间的展布模型；

2)基于砂体的展布模型，进行砂体顶界面的自动追踪：

所述自动追踪过程主要包括以下步骤：

a、对整个砂体剖面进行腐蚀运算，分离少量连通的砂体；

b、上述将少量连通的砂体分离开后，基于现有砂体的连通关系，识别不同特征砂体；

c、根据步骤b识别出的不同特征砂体，去除离散的不连通的小砂体，保留连通的厚砂体，即目标砂体；

d、对保留的连通目标砂体进行边缘检测，利用边缘检测算法识别步骤c中提取的厚砂体的边界；

e、基于砂体边缘检测结果及识别出的砂体边界，拾取连通砂体顶界面；

f、为检验拾取连通砂体顶界面的准确性，消除腐蚀运算对界面位置的影响后，砂体的顶界面在原始剖面中进行叠加显示；

3)通过步骤(2f)得到的砂体顶界面，进行三维成图，得到顶界面三维展布特征；

4)通过所成的顶界面三维面图，进行微幅构造的识别，进而识别出相对构造高点，从而为剩余油的发现和开发提供依据。

进一步的，所述步骤(2a)对整个砂体剖面进行腐蚀运算是基于图像形态学进行腐蚀运算，其具体步骤为：腐蚀运算的定义如下：

(AθB)(x,y)＝min{A(x+x',y+y')-B(x',y')|(x',y')∈D_B}

其中，A(x,y)代表砂体，B(x’,y’)代表结构砂体，是面积较小的砂体，B砂体的形状可以是线形、矩形、正方形、菱形、椭圆形、圆形、球形等形状，x和x’表示横坐标，y和y’表示纵坐标，D_B表示x’和y’的值域；腐蚀处理的结果是使原来的砂体减小一圈，且保证了少量连通的砂体会分离开。

进一步的，所述步骤(2b)提取特征砂体的方法为，将不连通的砂体确定为不同特征砂体，并用不同灰度表示，即不同灰度代表不同特征砂体。

进一步的，所述步骤(2c)识别厚砂体的方法为，考虑砂体的连通关系及面积大小，通过比较不同特征砂体面积大小，保留面积最大的联通砂体，去除其他的面积较小的零散砂体，保留连通的目标砂体，为下一步砂体顶界面的自动追踪做准备。

进一步的，所述步骤(2d)砂体边缘检测可以分为以下2个步骤：

(1)使用高斯滤波器，以平滑砂体剖面，滤除噪声：

为了平滑砂体，使用高斯滤波器与砂体进行卷积，以减少边缘检测时明显的噪声影响；

高斯滤波器计算公式如下：

其中，x代表横坐标，y代表纵坐标，π≈3.1415926，e表示以底数为欧拉数e的指数函数，σ表示高斯标准差，标准差公式为：公式中x₁,x₂,x₃,……x_N(N为砂体样品个数，i表示第几个数，取1～N)皆为实数，其平均数为μ；

(2)计算砂体的每个位置的梯度强度和方向：

对于滤除噪声、平滑后的砂体进行计算，计算砂体的每个位置的梯度强度和方向；

边缘检测的算子返回水平Gx和垂直Gy方向的一阶导数值，由此便可以确定砂体每个位置的梯度G和方向θ；

θ＝arctan(G_y/C_x)

其中G为梯度强度，θ表示梯度方向，arctan为反正切函数；

应用双阈值检测来确定真实的和潜在的边缘，通过抑制孤立的弱边缘最终完成边缘检测。

进一步的，所述步骤(2f)消除腐蚀运算对界面位置的影响的方法为：

a、计算腐蚀运算前目标砂体与腐蚀运算后目标砂体的厚度差，即得出腐蚀运算使目标砂体减小的厚度；

b、将此厚度差校正到基于腐蚀运算后拾取的目标砂体顶界面上，得到实际位置的目标砂体顶界面；

c、将校正后的目标砂体顶界面在腐蚀运算前的砂体剖面中显示，验证校正结果的准确性。

进一步的，所述步骤(2a)图像形态学进行腐蚀运算的方法为：

⑴用结构砂体B，扫描砂体A的每一个位置；

⑵用B砂体与其覆盖的砂体做“与”操作；

⑶如果都为1，结果砂体A的该位置为1，否则为0。

本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：

(1)较高的精度

砂体微幅构造自动追踪方法避免了手动解释的误差，砂体顶界面的自动追踪的结果与后验井解释结果符合较好，通过示范区43口后验井的统计，自动追踪的砂体顶界面与井点砂体顶界面误差控制在0.1％以内。

(2)较高追踪效率

砂体微幅构造自动追踪方法避免了人工解释耗时耗力的问题，可以在短时间内完成砂体微幅构造的自动追踪，例如，解释870m*900m的三维工区的一个砂体顶界面，人工拾取大约需要2.5小时，而同样的工区，本方法识别出相同砂体顶界面用时约为30分钟，效率提高了5倍。在油田开发后期剩余油描述中具有较大的应用价值。

附图说明：

附图1是砂体微幅构造自动追踪方法流程图；

附图2是本发明实施例北东一区块反演的砂体剖面图；

附图3是本发明结构砂体B对砂体A腐蚀运算的示意图；

附图4是本发明实施例腐蚀运算后砂体剖面图；

附图5是本发明实施例基于砂体的连通关系确定不同砂体特征剖面图；

附图6是本发明实施例拾取的目标连通砂体剖面图；

附图7是本发明实施例砂体边缘检测识别出的砂体边界剖面；

附图8是本发明实施例拾取连通砂体顶界面剖面图；

附图9是本发明实施例拾取的连通砂体顶界面在原始砂体剖面叠加显示图；

附图10是本发明实施例拾取的连通砂体顶界面的三维显示。

具体实施方式

本发明提出了一种基于地震反演的砂体顶界面自动追踪方法，以下就本发明步骤及所能产生的效果，配合附图、实施例详细说明如下。

实施例

以大庆油田典型北东一区块为例，依据地震反演储层砂体三维模型(地震反演是石油地质行业常用的技术,可以用来建立砂体分布模型)，发明砂体顶界面的自动追踪技术，实现精细描述砂体顶界面分布，从而进行微幅构造的表征，进而确定剩余油的挖潜有利部位。如图1所示，基于地震反演的砂体顶界面自动追踪方法，包括以下步骤：

1、通过三维地震反演，获得砂体在三维空间的展布模型；

2、基于获取的砂体展布模型，进行砂体顶界面的自动追踪：

S1、通过获取的砂体在三维空间的展布模型,读取反演的展布模型砂岩数据，本发明实施例中，三维砂体模型的大小为870m*900m*3000ms，在剖面上显示砂体，如图2所示，较厚且连续的砂体为目标砂体(如图2中S砂体)，展布模型上存在厚度较薄且不连续的砂层为非目标砂体，对于上下虽有少部分连通的两个砂体，但是在开发上，考虑到驱油效果，这种连通没有实际意义，但在程序识别中两个砂体是连通的，因此就需要去除上部砂体对自动追踪界面的影响，如图2中箭头所在位置处。

S2、分离少量连通的砂体：为了分离少量连通的砂体,对整个砂体剖面进行腐蚀运算:

基于图像形态学进行腐蚀运算，腐蚀运算的定义如下：

(AθB)(x,y)＝min{A(x+x',y+y')-B(x',y')|(x',y')∈D_B}

其中，A(x,y)代表砂体，B(x’,y’)代表结构砂体，是面积较小的砂体，B砂体的形状可以是线形、矩形、正方形、菱形、椭圆形、圆形、球形等形状，本发明实施例中，定义的结构砂体B是长度为3，角度为60°的线形结构砂体。x和x’表示横坐标，y和y’表示纵坐标，DB表示x’和y’的值域。

B对A进行腐蚀的整个过程如图3所示(黑色区域代表砂体)：⑴用结构砂体B，扫描砂体A的每一个位置；⑵用B砂体与其覆盖的砂体做“与”操作(“与”操作：如果第一个条件为假，则后面的不管真假，结果都为假。即两者同时为“1”，结果才为“1”，否则为“0”)；⑶如果都为1，结果砂体A的该位置为1，否则为0。

腐蚀处理的结果是使原来的砂体减小一圈，且保证了少量连通的砂体会分离开。如图4所示，腐蚀运算后砂体面积缩减，保证了少量连通的砂体会分离开来，如图中箭头所示，上下砂体分离。

S3、上述将少量连通的砂体分离开后，基于现有砂体的连通关系，提取特征砂体，将不连通的砂体确定为不同特征砂体，并用不同灰度表示，即不同灰度代表不同特征砂体，如图5所示。

S4、识别厚砂体：根据步骤3提取的不同特征砂体，考虑砂体的连通关系及面积大小，本发明实施例中，最小连通砂体面积为3m2，最大面积为2774m2，其余连通砂体面积大小介于3～2774m2之间，通过比较不同特征砂体面积大小，保留面积最大的联通砂体，去除其他的面积较小的零散砂体，得到连通的目标砂体，为下一步砂体顶界面的自动追踪做准备。如图6所示。

S5、对保留的连通目标砂体进行边缘检测，利用边缘检测算法识别步骤4中提取的厚砂体的边界。砂体边缘检测可以分为以下2个步骤：

(1)使用高斯滤波器，以平滑砂体剖面，滤除噪声：

为了尽可能减少噪声对边缘检测结果的影响，必须滤除噪声以防止由噪声引起的错误检测。为了平滑砂体，使用高斯滤波器与砂体进行卷积，以减少边缘检测时明显的噪声影响。

高斯滤波器计算公式如下：

其中，x代表横坐标，y代表纵坐标，π≈3.1415926，e表示以底数为欧拉数e的指数函数，σ表示高斯标准差，标准差公式为：公式中x₁,x₂,x₃,……x_N(N为砂体样品个数，i表示第几个数，取1～N)皆为实数，其平均数为μ。

(2)计算砂体的每个位置的梯度强度和方向：

对于滤除噪声、平滑后的砂体进行计算，计算砂体的每个位置的梯度强度和方向。

边缘检测的算子返回水平Gx和垂直Gy方向的一阶导数值，由此便可以确定砂体每个位置的梯度G和方向θ。

θ＝arctan(G_y/G_x)

其中G为梯度强度，θ表示梯度方向，arctan为反正切函数。

应用双阈值检测来确定真实的和潜在的边缘，通过抑制孤立的弱边缘最终完成边缘检测。砂体边缘检测算法识别的砂体边界的结果见图7。

S6、基于砂体边缘检测结果，拾取连通砂体顶界面，即拾取图7中砂体顶部的边界线。拾取的连通砂体顶界面见图8。

S7、由于拾取的砂体界面是在腐蚀运算后的砂体上获得的，现在的界面位置必然与实际界面位置有距离差，因此必须消除腐蚀运算对界面位置的影响。步骤为：

a、计算腐蚀运算前目标砂体与腐蚀运算后目标砂体的厚度差，即得出腐蚀运算使目标砂体减小的厚度，本发明实施例中，厚度差为3；

b、将此厚度差校正到基于腐蚀运算后拾取的目标砂体顶界面上，得到实际位置的目标砂体顶界面；

c、将校正后的目标砂体顶界面在腐蚀运算前的砂体剖面中显示，验证校正结果的准确性。

消除腐蚀运算对界面位置的影响后，砂体的顶界面在原始剖面中进行叠加显示，显示结果见图9。

3、将消除腐蚀运算对界面位置的影响后的连通砂体顶界面进行三维显示，制作顶界面三维面图。

4、通过所成的顶界面三维面图，进行微幅构造的识别，进而识别出相对构造高点，通过顶界面构造的起伏状况，寻找剩余油所在的相对构造高部位，从而为剩余油的发现和开发提供依据。(如图10所示，图中可见A、B、C处为相对高的微幅构造，为寻找剩余油所在的构造高部位。)

通过本实施例区块示范区43口后验井的统计，自动追踪的砂体顶界面与井点砂体顶界面误差控制在0.1％以内。解释870m*900m的三维工区的一个砂体顶界面，人工拾取大约需要2.5小时，而同样的工区，本方法识别出相同砂体顶界面用时约为30分钟，效率提高了5倍。在油田开发后期剩余油描述中具有较大的应用价值。

Claims (2)

1.一种基于地震反演的砂体顶界面自动追踪方法，包括以下步骤：

（1）通过三维地震反演，获得砂体在三维空间的展布模型；

（2）基于砂体的展布模型，进行砂体顶界面的自动追踪：

自动追踪过程包括以下步骤：

a、对整个砂体剖面进行腐蚀运算，分离少量连通的砂体；

所述对整个砂体剖面进行腐蚀运算是基于图像形态学进行腐蚀运算，其具体步骤为：腐蚀运算的定义如下：

(AθB)(x,y)＝min{A(x+x’,y+y’)-B(x’,y’)|(x’,y’)∈D_B}

其中，A(x,y)代表砂体，B(x’,y’)代表结构砂体，是面积较小的砂体，结构砂体B的形状为线形、矩形、正方形、菱形、椭圆形、圆形或球形形状，x和x’表示横坐标，y和y’表示纵坐标，D_B表示x’和y’的值域；

腐蚀处理的结果是使原来的砂体减小一圈，且保证了少量连通的砂体会分离开；

b、将少量连通的砂体分离开后，基于现有砂体的连通关系，识别不同特征砂体；将不连通的砂体确定为不同特征砂体，并用不同灰度表示；

c、根据步骤b识别出的不同特征砂体，去除离散的不连通的小砂体，保留连通的厚砂体，即目标砂体；通过比较不同特征砂体面积大小，保留面积最大的连通砂体，去除其他的面积较小的零散砂体，得到连通的目标砂体；

d、对保留的连通的目标砂体进行边缘检测，利用边缘检测算法识别步骤c中提取的厚砂体的边界；砂体的边缘检测包括：

使用高斯滤波器，以平滑砂体剖面，滤除噪声：为了平滑砂体，使用高斯滤波器与砂体进行卷积，以减少边缘检测时明显的噪声影响；高斯滤波器计算公式如下：

，

其中，x代表横坐标，y代表纵坐标，π≈3.1415926，e表示以底数为欧拉数e的指数函数，σ表示高斯标准差，标准差公式为：

公式中x₁,x₂,x₃,……x_N，N为砂体样品个数，i表示第几个数，取1～N，皆为实数，其平均数为μ；

计算砂体的每个位置的梯度强度和方向：对于滤除噪声、平滑后的砂体进行计算，计算砂体的每个位置的梯度强度和方向；边缘检测的算子返回水平Gx和垂直Gy方向的一阶导数值，由此确定砂体每个位置的梯度G和方向θ；

θ＝arctan(G_y/G_x)

其中G为梯度强度，θ表示梯度方向，arctan为反正切函数；

应用双阈值检测来确定真实的和潜在的边缘，通过抑制孤立的弱边缘最终完成边缘检测；

e、基于砂体边缘检测结果及识别出的砂体边界，拾取连通砂体顶界面；

f、为检验拾取连通砂体顶界面的准确性，消除腐蚀运算对界面位置的影响后，砂体的顶界面在原始剖面中进行叠加显示；

所述消除腐蚀运算对界面位置的影响的步骤为：计算腐蚀运算前目标砂体与腐蚀运算后目标砂体的厚度差，即得出腐蚀运算使目标砂体减小的厚度；

将此厚度差校正到基于腐蚀运算后拾取的目标砂体顶界面上，得到实际位置的目标砂体顶界面；

将校正后的目标砂体顶界面在腐蚀运算前的砂体剖面中显示，验证校正结果的准确性；

（3）通过步骤f得到的校正后的目标砂体顶界面，进行三维成图，制作顶界面三维面图；

（4）通过制作的顶界面三维面图，进行微幅构造的识别，进而识别出相对构造高点，从而为剩余油的发现和开发提供依据。

2.如权利要求1所述的一种基于地震反演的砂体顶界面自动追踪方法，其特征在于：步骤a图像形态学进行腐蚀运算的过程为：用结构砂体B，扫描砂体A的每一个位置；用结构砂体B与其覆盖的砂体做“与”操作；如果都为1，结果砂体A的该位置为1，否则为0。