CN113589385B - 一种基于地震散射波场分析的储层特征反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地震散射波场分析的储层特征反演方法，属于油气勘探开发领域。所述方法包括：依据井资料或先验地质知识构建基准岩石物理模型，使用地震正演方法计算基准岩石物理模型的地震响应，求取实际地震观测数据与基准岩石物理模型地震响应数据的差，称该差为地震散射波场。通过对该散射波场的分析，能获得实际地质介质相对于基准岩石物理模型的差异。通过调整纵波速度、横波速度、密度、孔渗饱参数、各向异性参数等参数可以构建不同的基准岩石物理模型，进而可获得不同的实际观测数据相对于基准岩石物理模型的散射场。通过对模型参数调整与散射场量变化关系的分析，能实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的反演。

Description

一种基于地震散射波场分析的储层特征反演方法

技术领域

本发明涉及石油地球物理勘探领域，具体是一种基于地震散射波场分析的储层特征反演方法。首先依据井资料或先验地质知识构建基准岩石物理模型，使用地震正演方法计算基准岩石物理模型的地震响应，求取不同的实际观测数据相对于基准岩石物理模型的散射场，进一步通过对模型参数调整与散射场量变化关系的分析，实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的反演。

背景技术

地震数据作为地下地质情况的媒介，一直占有着至关重要的地位。岩石物理是将油藏特征和参数与地震数据连接的桥梁，通过对岩石进行流体置换，可以研究流体成分以及饱和度对等效岩石的纵横波速度、密度等参数的影，得到纵横波速度、密度的变化规律。通过正演模拟，可以分析地层厚度与所含流体对地震响应的影响，总结出不同流体饱和情况下的地震响应特征，建立岩石流体性质和地震响应特征的联系。因此可以从地震响应特征上分析所含流体的性质，为地震资料解释提供一定的依据。

随着油气勘探的不断深入，勘探对象已是复杂非均匀介质。根据散射理论，在非均匀介质中，当地质体的尺度与地震波长可以相比拟时，地震波遇到非均匀地质介质体将发生散射。不同地质介质体会引起不同形式的地震波射波场，因此，可以从散射现象来分析地质介质的岩石物理特性。而非均匀性地质介质往往意味着更多的地质构造运动、油气资源的存在，所以研究复杂非均匀地质介质中的地震波散射变化来实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的反演具有广泛的实用价值。

国内外的很多学者已开展了地震波散射相关的研究，其总体思路是：根据波的传播理论建立非均匀介质的波场函数，通过物理模拟或数值模拟获得散射体的波场记录，然后考虑散射体的尺度、分布密度、形状、散射角、波阻抗及波场能量等对散射场的影响。但是上述研究均是在一系列理想化假设条件的约束下推导出来的近似方程，并没有结合实际地震信号信息，仅仅从近似的方程出发反演实际的复杂地质体属性结构存在很大的困难，以至于难以实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的准确反演。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于地震散射波场分析的储层特征反演方法。首先依据井资料或先验地质知识构建基准岩石物理模型，使用地震正演方法计算基准岩石物理模型的地震响应，求取实际地震观测数据与基准岩石物理模型地震响应数据的差，称该差为地震散射波场。进而通过对模型参数调整与散射场量变化关系的分析，实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的反演。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于地震散射波场分析的储层特征反演方法，该方法包括：

以岩石物理为基础理论估算出基质模量，进一步根据单井的测井解释信息估算单井的横波速度。

对于横波信息缺失的地区，岩石物理建模是目前最常用且精度最高的预测方法。岩石物理学主要研究岩石的力学、流体、孔隙结构及压力等特征及其引起的地球物理响应情况，是联系地下储层参数特征与地震数据的桥梁和纽带。利用岩石物理建模的方法进行横波预测主要是通过对各种岩石物理模型进行研究，通过计算得到岩石的等效弹性参数和基质模量，从而进一步计算岩石的纵横波速度。

基质模量的估算：在大多数测井中，我们通过声波测井能够得到该井的纵波速度。因此我们可以建立目标函数，通过扰动基质模量来得到最佳的基质模量值。

设置目标函数下式所示：

其中，是通过声波时差曲线计算出来的；k和μ分别为Gassmann方程计算出来的饱和储层的体积模量和剪切模量。

根据设置的目标函数，以及测井解释资料来进行内基质模量的估算，当井含有横波速度时，用估算出的横波与实际横波对比，验证方法是否准确，如果没有实际横波，则以纵波和密度来估算。

根据测井资料和地震解释剖面建立单井模型和连井模型，利用变网格波动方程进行正演模拟。

单井模型是正演模型中最简单的一种模型。它的地层结构为水平层状介质反映井旁道周围的信息，储层信息全部来源于测井资料。

一般来说，采用不同的地球物理方法所要求的地质模型也是不同的。在实际地震剖面中，经常会对二维连井线进行处理，这是由于地震剖面上包含有测井的垂向高分辨信息。通过建立连井模型，然后用地震剖面解释结果来填充各个层的速度，有利于正演模型接近于实际地质模型。

变网格有限差分方法：波动方程有限差分正演模拟方法在研究复杂构造、起伏地表等波传播问题上应用较多。随着计算机的进步，有限差分方法己经从声波方程发展到弹性波方程。但是当模型含有低速地表或者高速夹层时，为了计算稳定和消除频散，需要把网格剖分的很细。但是针对深度比较大的地层，这样做既浪费内存空间又需要较长的计算时间。因此本发明研究了变网格有限差分正演数值模拟方法，它的中心思想就是在纵向上，对于层位较为稀疏或者高速层，采用大的网格步长，而对于层位密集或者低速层，采用小的网格步长，这样既节省了机时，又提高了效率。在使用变网格时，应该根据模拟结果精度要求，计算时间要求和内存限制来选用几倍的变网格步长。对于变网格有限差分正演方法，最重要的是过渡带的处理。为了避免人工边界的引入，这里采用对称取值的方法来进行过渡带处理，即多少倍的网格，在小网格内就跳过多少个点，进行插值点的计算。

根据建立的典型的二维正演模型，外推到三维模型，对三维模型进行正演模拟分析。

基于所获得的模型地震响应，求取实际地震观测数据与基准岩石物理模型地震响应数据的差，获得实际地质介质地震响应相对于参考模型地震响应的地震散射波场。

通过对该散射波场的分析，能获得实际地质介质相对于基准岩石物理模型的差异。

通过调整纵波速度、横波速度、密度、孔渗饱参数、各向异性参数等参数可以构建不同的基准岩石物理模型，进而可获得不同的实际观测数据相对于基准岩石物理模型的散射场。

通过对模型参数调整与散射场量变化关系的分析，实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的反演。

此处虽做的主要是地震正演模拟，但研究的是实际地震观测数据与基准岩石物理模型地震响应数据的差，进而利用该地震散射波场变化来实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的反演。

本发明的一种基于地震散射波场分析的储层特征反演方法，具有如下特点，主要表现为：

(1)依据井资料或先验地质知识构建基准岩石物理模型，使用地震正演方法计算基准岩石物理模型的地震响应；

(2)根据所获得的模型地震响应，求取实际地震观测数据与基准岩石物理模型地震响应数据的差，获得实际地质介质地震响应相对于参考模型地震响应的地震散射波场；

(3)通过对提取散射波场的分析，能获得实际地质介质相对于基准岩石物理模型的差异；

(4)通过调整纵波速度、横波速度、密度、孔渗饱参数、各向异性参数等参数可以构建不同的基准岩石物理模型，进而可获得不同的实际观测数据相对于基准岩石物理模型的散射场；

(5)通过对模型参数调整与散射场量变化关系的分析，能实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的反演。

本发明的有益效果是：地震波场记录包含地质介质对地震波动扰动的信息。本发明依据井资料或先验地质知识构建基准岩石物理模型，使用地震正演方法计算基准岩石物理模型的地震响应，求取实际地震观测数据与基准岩石物理模型地震响应数据的差，称该差为地震散射波场。通过对该散射波场的分析，能获得实际地质介质相对于基准岩石物理模型的差异。通过调整纵波速度、横波速度、密度、孔渗饱参数、各向异性参数等参数可以构建不同的基准岩石物理模型，进而可获得不同的实际观测数据相对于基准岩石物理模型的散射场。通过对模型参数调整与散射场量变化关系的分析，能实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的反演。

附图说明

图1为本发明方法的技术路线图；

图2为四川盆地某地雷口坡组水井井旁道地震与正演模拟对比图；

图3为四川盆地某地雷口坡组高产气井旁道地震与正演模拟对比图；

图4为四川盆地某地雷口坡组气井旁道地震与正演模拟对比图；

图5为四川盆地某地雷口坡组过井地震剖面；

图6为四川盆地某地雷口坡组以水井为标定的过井地震散射波场剖面；

图7为四川盆地某地雷口坡组以高产气井为标定的过井地震散射波场剖面；

图8为四川盆地某地雷口坡组以气井为标定的过井地震散射波场剖面；

图9为四川盆地某地雷口坡组不同数据沿层聚类切片图。

具体实施方式

本发明公开了一种基于地震散射波场分析的储层特征反演方法，实际应用中首先依据井资料或先验地质知识构建基准岩石物理模型，使用地震正演方法计算基准岩石物理模型的地震响应，求取实际地震观测数据与基准岩石物理模型地震响应数据的差，称该差为地震散射波场。通过对该散射波场的分析，能获得实际地质介质相对于基准岩石物理模型的差异。通过调整纵波速度、横波速度、密度、孔渗饱参数、各向异性参数等参数可以构建不同的基准岩石物理模型，进而可获得不同的实际观测数据相对于基准岩石物理模型的散射场。通过对模型参数调整与散射场量变化关系的分析，能实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的反演。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例一：某研究区域为各向异性地质储层，此时我们可以构建一个各向同性正演模型，获得各向同性介质对应的模拟地震信号，求取实际地震观测数据与基准岩石物理模型地震响应数据的差，获得对应的地震散射波场，根据所获得的地震散射波差异即可很好的分析该各向异性地质储层的各向异性。

实施例二：以四川盆地某地雷口剖组储层的气井、水井、气水井地震散射波场差异为例。此时我们可以根据气井、水井、气水井的不同分别构建对应的地震正演模型，获得对应的模型地震响应信号。在此基础上，分别计算气井、水井、气水井实际地震信号与模型地震响应信号的差，获得对应的地震散射波场。根据气井、水井、气水井对应的地震散射波场变化来实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的反演。

本发明以实施例二为例进行详细说明，该区域为碳酸盐岩储层，共有三口井资料分别为水井、高产气井、气井。本发明根据不同井的情况构建对应的正演模型，获得对应的模拟地震响应信号，求取实际地震观测数据与基准岩石物理模型地震响应数据的差，获得对应的地震散射波场，根据所获得的地震散射波差异即可实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的反演。具体如下：

以岩石物理为基础理论估算出研究工区的基质模量，通过计算得到岩石的等效弹性参数和基质模量，进一步计算岩石的纵横波速度。

根据测井信息可以估算单井处的横波速度，同时通过扰动基质模量，可以得到该研究工区内的基质模量。我们假设研究工区内同一层位的基质模量是不变的；在深度变化不大的情况下，认为基质模量不变。求出研究工区的等效基质模量之后，就可以根据该区的储层物性参数的变化，得到该研究工区正演模型的速度剖面，为进一步正演模拟奠定基础。

我们通过声波测井能够得到该井的纵波速度，进而建立目标函数，通过扰动基质模量来得到该工区最佳的基质模量值。

建立目标函数下式所示：

其中，是通过声波时差曲线计算出来的；k和μ分别为Gassmann方程计算出来的饱和储层的体积模量和剪切模量。

根据设置的目标函数，以及测井解释资料来进行研究工区内基质模量的估算，在根据以纵波和密度来估算出的横波与实际横波对比。

根据测井资料和地震解释剖面建立单井模型和连井模型，利用变网格波动方程进行正演模拟。

在此基础上，建立单井模型，单井模型是正演模型中最简单的一种模型。它的地层结构为水平层状介质反映井旁道周围的信息，储层信息全部来源于测井资料。

进一步通过建立连井模型，然后用地震剖面解释结果来填充各个层的速度，有利于正演模型接近于实际地质模型。

根据建立的典型的二维正演模型，外推到三维模型，对三维模型进行正演模拟分析。

基于所获得的模型响应信号，求取实际地震观测数据与基准岩石物理模型地震响应数据的差，获得实际地质介质地震响应相对于参考模型地震响应的扰动，称这种扰动为地震散射波场。

基于所获得的地震散射波场，通过对该散射波场的分析，能获得实际地质介质相对于基准岩石物理模型的差异；

通过调整纵波速度、横波速度、密度、孔渗饱参数、各向异性参数等参数可构建不同的基准岩石物理模型，进而可获得不同的实际观测数据相对于基准岩石物理模型的散射场。

通过对模型参数调整与散射场量变化关系的分析，实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的反演。

图2为该区的高产气井(G井)出的正演模拟结果(左)，以及井旁道实际地震数据(中)，两个数据的散射波场变化(右)。可以看出地震散射波场变化体现了储层含气特征。

图3为该区的水井(W井)出的正演模拟结果(左)，以及井旁道实际地震数据(中)，两个数据的散射波场变化(右)。地震散射波场变化说明储层含水使AVO模拟特征更加明显。

图4为该区的气井(G+W井)出的正演模拟结果(左)，以及井旁道实际地震数据(中)，两个数据的散射波场变化(右)。地震散射波场变化相对于高产气井在目的层断的表现又有了不同的差异性特征。

图5为原始数据连井剖面图。可以看出三口井在目的层处地震数据差异性较小，为地质介质岩石物理特性的分析增加了一定的难度。

图6为以高产气井模拟数据为标定，与实际数据求取的地震散射波场的连井剖面图。可以看出地震散射波场沿目的层的差异有所体现，可以较好的分析地质介质的岩石物理特性。

图7为以水井模拟数据为标定，与实际数据求取的地震散射波场的连井剖面图。

图8为以气井模拟数据为标定，与实际数据求取的地震散射波场的连井剖面图。

图9为不同数据的沿层振幅切片图。可以从图9a看出在未做任何处理是振幅切片差异很小，三口井难以区分。而对于地震散射波场的切片求取结果图展现了明显的差异性，且有一定的研究意义。图9b为以高产气井G井位标定的地震散射波场，可以看出水井W与 G井有明显的差异，G+W井位置也有明显的差异。另外三个地震散射波场均体现了相同的特征。

该实施例的结果表明根据所提取的地震散射波差异可以较好的分析水井、高产气井、气井钻遇地质介质的岩石物理特性，进而实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的反演。

本发明实施例的分析结果表明本发明方法可以相对地提取出地震散射波场，提取出的地震散射波场能够有效地刻画出掩盖在反射波能量之下地层散射点精细的地质构造信息，能够反映出地层的裂缝分布和非均匀地质体的边缘特征，可以更加有效地刻画掩盖在常规地震反射波能量之下的微观地层细节特征。此外，地震散射波剖面上同相轴的抖动位置正好代表了地质异常体和不规则地质点的实际位置，这与实际地球介质的非均质性相符合。

通过对提取的散射波场的分析，能获得实际地质介质相对于基准岩石物理模型的差异。通过调整纵波速度、横波速度、密度、孔渗饱参数、各向异性参数等参数可以构建不同的基准岩石物理模型，进而可获得不同的实际观测数据相对于基准岩石物理模型的散射场。通过对模型参数调整与散射场量变化关系的分析，能实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的反演。

以上显示和描述描述了本发明专利的基本原理，主要特征和本发明专利的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明专利不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明专利的原理，在不脱离本发明专利精神和范围的前提下，本发明专利还会有各种变化和改进，这些变化的改进都落入要求保护的本发明专利的范围内。

Claims (1)

1.一种基于地震散射波场分析的储层特征反演方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

（1）依据井资料或先验地质知识构建基准岩石物理模型，使用地震正演方法计算基准岩石物理模型的地震响应；

（2）基于所述的模型地震响应，求取实际地震观测数据与基准岩石物理模型地震响应数据的差，获得实际地质介质地震响应相对于参考模型地震响应的地震散射波场；

（3）基于所述的地震散射波场，通过对该散射波场的分析，能获得实际地质介质相对于基准岩石物理模型的差异；

（4）通过调整参考介质模型的参数可构建不同的基准岩石物理模型，进而可获得不同的实际观测数据相对于基准岩石物理模型的散射场；

（5）通过对模型参数调整与散射场量变化关系的分析，能实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的反演；

所述的地震散射波场是由地下不均匀体的扰动引起的波场的变化，不同尺度和不同组成的非均匀性会引起不同形式的地震散射波场，从这些散射现象来推断非均匀性的分布和性质，因此能够通过研究地震散射波场的变化来实现对实际地质介质岩石物理参数以及油气储层参数的反演。