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波阻抗反演方法在塔河碳酸盐岩储层预测中的应用



第 28 卷  第 4 期 地质科技情报 Vol. 28  No. 4             20 0 9 年    7 月 Geological Science and Technology Informatio n J ul.   2009

波阻抗反演方法在塔河碳酸盐岩储层预测中的应用
蔡成国1a , 顾汉明1a ,1b , 李宗杰2 , 赵

迎月1a
(1. 中国地质大学 a. 地球物理与空间信息学院 ; b. 构造与油气资源教育部重点实验室 , 武汉 430074 ; 2. 中国石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探开发研究院 , 乌鲁木齐 830011)

   波阻抗反演技术是 20 世纪 70 年代开始出现的 一项 地 震 数 据 处 理 与 解 释 技 术 , 至 今 已 广 为 流 行 [ 123 ] 。早期波阻抗反演以基于褶积模型的叠后一 维波阻抗反演为主 ,如 “普通递推法” 稀疏脉冲法” “ 、 和 “以模型为基础的方法” 在 20 世纪 80 年代得到 , 了蓬勃发展[ 426 ] 。1983 年 , Coo ke 等 [ 7 ] 介绍了地震 资料广义线性反演方法 , 从而揭开了波阻抗反演技 术的新篇章 。在 20 世纪 90 年代初期 , 周竹生等[ 8 ] 认为综合利用地质 、 地震和测井资料进行约束反演 可克服单一线性反演方法的缺陷 。20 世纪 90 年代 中期 , 李宏兵 [ 9 ] 提出了一种递推反演与宽带约束反 演相结合的方法 ,该方法解决了利用单道反演方法 不能在根本上消除噪音的困惑 。在此基础上 , 有人 进行了无井多道反演和有井多道反演的研究[ 10211 ] , 使波阻抗反演方法更加完善[ 12214 ] 。 塔河油田主要开发目的层奥陶系的地质条件和 储层地震响应特征复杂 , 因此对储层预测多解性严 重 。受构造 、 岩溶 、 古地理环境等因素的影响 , 碳酸 盐岩缝洞型储层具有下述特点 : 岩石基质均匀 、 致 密 ,孔隙度低 ,渗透性差 ,缝洞空间分布极不均匀 ,且 缝洞中的充填状态和性质各不相同 [ 15216 ] 。塔河油田 奥陶系油气资源潜力大 , 成藏条件好 。碳酸盐岩储 层的基本特征是 : ① 基岩孔隙度 、 渗透率低 , 难以形 成有效的储集空间 ; ② 次生溶蚀孔洞和裂缝是碳酸 盐岩主要的有效储集空间 ,是形成良好储层 ,获得高 产、 稳产的关键 ; ③ 碳酸盐岩储层在纵 、 横向上非均
3 收稿日期 : 2008208229     编辑 : 杨   勇

摘   : 详细分析了约束稀疏脉冲反演、 要 地震特征反演以及随机反演 3 种反演算法及其特点 ,针对塔河油田碳酸盐岩储层进行 了反演试算对比。研究结果表明 ,约束稀疏脉冲反演结果与地震反射资料特征有较好的对应关系 ,但其反演结果分辨率不高。随 机反演能客观地描述碳酸盐岩缝洞型储层非均质性极强的分布特征 , 克服了其他反演结果存在连续性、 成层性的缺陷 , 但该方法 难以求取准确的变差函数。3 种反演结果中 ,地震特征反演结果与井史储层发育段的吻合率最高 , 说明地震特征反演在塔河奥陶 系碳酸盐岩储层预测中仍然是一种较好的方法。 关键词 : 碳酸盐岩 ; 储层预测 ; 约束稀疏脉冲反演 ; 地震特征反演 ; 随机反演 中图分类号 :P631. 414 , TE122. 221   文献标识码 :A    文章编号 :100027849 ( 2009) 0420091205

质性极强 ,好储层的分布规律不清 ; ④ 储层埋藏较深 ( 大都位于 5 000 m 以下 ) , 加之奥陶系顶部地层遭 受过强烈风化剥蚀 ,其地震信号能量弱且杂乱 ,加大 了储层预测难度 。正是由于碳酸盐岩性质的特殊 性 ,导致该地区的储层预测精度一直不高 ,因此亟需 对波阻抗反演技术在塔河南奥陶系碳酸盐岩地层的 适用性进行研究 。 笔者拟采用不同的反演方法进行试验对比研 究 ,优选适用于本区储层特征的反演技术 ,为实际地 震记录的波阻抗等物性参数反演确定合适的反演过 程及控制参数 。

1  基本原理

1. 1 多井约束稀疏脉冲反演

多井约束稀疏脉冲反演是基于稀疏脉冲反褶积 基础上的递推反演方法 ,其基本假设是 : 地下反射稀 疏的出现符合伯努力分布 , 反射系数的大小符合高 斯分布 。从地震道中根据稀疏的原则抽取反射系 数 ,与子波褶积后形成合成地震记录 ; 利用合成地震 记录与原始地震道残差的大小修改参与褶积的反射 系数个数 ,再做合成地震记录 ,如此迭代最终得到一 个最佳逼近原始地震道的反射系数序列 , 从该反射 系数序列求得较合理的相对波阻抗模型 。 全三维的多井约束稀疏脉冲反演是对整个数据 体进行约束优化 ,其最小误差函数是 :

3

(2008ZX050000230401) ; 中国地质大学 基金项目 : 国家重大科技专项子专题 “莺琼盆地高温高压区高精度地震资料采集处理技术研究” ( 武汉) 优秀青年教师资助计划项目 ( CV GQNL0941) ) 作者简介 : 蔡成国 (1978 —  ,男 ,讲师 ,主要从事地球物理正 、 反演和油气储层预测研究 。

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F = L p ( r) + λ q ( s L

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-1 d) + α L 1 (Δ Z) +

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β L 1 (Δ Z - Δ Zin ) +β L 1 (Δ Z - Δ Z x ) in x 式中 : r 为反射系数 ; d 为地震道 ; s 为合成记录 ;λ为 β β 数据不匹配加权因子 ;α、in 、x 为波阻抗趋势因子 ; p 、 为 L 范数因子 ;ΔZ = Z - Z′ Z 为波阻抗 ; Z′ q , 为 波阻抗趋势值 ;in 、 分别表示主测线 、 x 联络测线方 向。 多井约束稀疏脉冲反演得到的相对波阻抗数据 是带限的 ,它缺少地震资料所具有的低频和高频信 息 ,需从井间内插得到的阻抗模型中求取完整的低 频和高频信息来补充相对波阻抗的带限不足 , 从而 得到全频的波阻抗数据体 。 1. 2 地震特征反演 地震特征反演是一种基于模型的 、 地震数据约 束下的测井参数反演技术 。其核心思想是 : 地震道 上各类数据之间是彼此相关的 , 在同一模型层内任 何一道的数据都可以通过其他道的数据加权得到 。 因此 ,利用地震资料解释结果与测井资料相结合生 成一个精细的初始地质模型 , 该模型充分利用了地 质、 测井和地震资料的信息 ,通过对测井数据和地震 数据进行主组分分析 、 模型估算 ,利用井旁合成记录 内插 、 外推产生一个合成记录数据体 ,并通过一定的 约束条件来优化初始模型达到与地震数据的最佳匹 配 ,当合成记录数据体与实际地震数据体之间的误 差满足精度要求时 ,便得到了空间的权值分布 ,形成 权系数体 ,将权系数应用于其他类型的测井曲线上 , 便得到了这种测井曲线的属性数据体 ,如波阻抗 、 层 速度 、 孔隙度等数据体 。 地震特征反演实际上是一种多参数地震反演技 术 ,它可以综合地质 、 地震 、 测井 、 钻井 、 岩心 、 岩屑 、 录井 、 野外露头等各类信息求得的储层参数 ,建立三 维储层特征模型 , 根据地震资料反演出声波 、 密度 、 电阻率 、 自然电位 、 自然伽马 、 孔隙度 、 渗透率 、 含油 饱合度 、 泥质含量等各种地质信息 ,克服了常规地震 反演技术只能反演声波 、 密度和波阻抗 3 种有限信 息的缺陷 ,可以更加有效地进行储层的预测和描述 。 1. 3 随机模拟和随机反演 随机模拟是指以已知的信息为基础 , 以随机函 数为理论 ,应用随机模拟方法 , 产生可选的 、 等概率 的储层模型的方法 。随机函数由一个区域化变量的 分布函数和协方差函数 ( 或变差函数) 来表征 。随机 模拟的基本思想是从一个随机函数 Z ( u) 中抽取多 个可能的实现 , 即人工合成反映 Z ( u) 空间分布的可 供选择的 、 等概率的高分辨率实现 , 记为 { Z ( l) ( u) , u ∈A } , l = 1 , 2 , …, L 代表变量 Z ( u) 在非均质场 A 中空间分布的 L 个可能的实现 。若用观测的实验 数据对模拟过程进行条件限制 , 使得采样点的模拟

值与实测值相同 ( 即忠实于硬数据 ) , 就称为条件模 拟 ; 否则为非条件模拟 。 变量 Z ( u) 可以是类型变量 , 如岩石类型的变 量 ,也可以是储层中的孔隙度 、 渗透率等连续性变 量 。大多数基于随机函数的模拟方法可以联合模拟 几个变量 ,但问题在于推断和模拟交互协方差在计 算机上难以实现 ,其中一个简单替代方法是先模拟 最重要 、 自相关性最好的变量 ( 主要变量) ,然后通过 它们的相关关系来模拟其他相关的变量 。例如在油 藏描述中 ,可以先模拟给定岩相的孔隙度分布 ,因为 孔隙度在空间的变化幅度小 、 自相关性好 ,然后在给 定孔隙度的条件下 , 再模拟渗透率的分布 。变量的 这种相关关系可直接从样品的渗透率和孔隙度的散 点图中推断出 。应用同样的方法 , 可再模拟其他变 量的分布 。

2  在塔河缝洞型储层中的应用效果
2. 1 波阻抗反演的物性基础 对塔河工区 194 口井的测井波阻抗与测井解释

的储层发育段 、 漏失放空段 、 油气产层段资料进行了 对比分析 ( 图 1) 。储层发育段的绝对波阻抗值一般 都小于 1. 57 × 7 kg/ m · s 。其中参与约束反演 10 m/ 的 100 口井中 ,储层发育段与低波阻抗层段吻合程 度好或较好的井有 87 口 , 占 87 % ; 作为检验的 94 口井中 ,储层发育段与低波阻抗层段吻合程度好或 较好的井有 81 口 , 占 86. 2 % 。这说明碳酸盐岩缝 洞型储层的低波阻抗特征明显 。 2. 2 波阻抗反演流程 分别采用约束稀疏脉冲反演 、 随机反演和地震 特征反演方法进行了波阻抗反演试验 , 其反演流程 见图 2 。图中虚线方框里的部分为 3 种方法各异 , 其余的则相同 ,相同的处理过程主要包括以下 4 个 步骤 。 ( 1) 测井曲线编辑 、 校正   受井眼环境等因素影 响 ,个别曲线的个别段发生畸变 , 通过多井 、 多曲线 的分析对比 ,对畸变点和畸变段进行剔除和修补 。 ( 2) 提取子波制作合成记录   反演中的层位标 定通过合成记录实现 , 合成记录的好坏直接影响到 多井约束反演的结果 , 因此合成地震记录是标定地 震资料层位 、 做好地震约束反演的关键 。子波的形 态稳定 ,能量主要集中在子波中央的主瓣上 ,两边的 旁瓣迅速衰减 ( 图 3) 。不仅单井提取的地震子波形 态稳定 ,制作的合成记录与井旁地震道的残差很小 , 而且不同井提取的地震子波一致性也较好 , 为整个 试验工区使用统一子波 ( 平均子波) 奠定了基础 。 ( 3) 层位标定 、 精细解释
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2. 3 3 种反演效果比较

  ( 4) 建立初始模型进行约束反演   利用编辑 、 校 正后的测井曲线 ,根据地质层位准确标定的时深关 系和精细解释的约束层位 , 结合地质方面对地下构 造、 层序的区域认识 ,建立地下储层的初始模型 。反 演的初始波阻抗模型是反演过程中约束地层横向变 化准确性的条件 , 同时 , 它还提供了波阻抗的高频 、 低频成分 。建立尽可能接近实际地质情况的波阻抗 约束模型 ,可以减少反演结果的多解性 。

从连井波阻抗剖面 ( 图 4 ) 上可以看出 : 奥陶系 储层主要发育在风化面以下 60 ms 的时间段内 , 也 就是风化面以下 180 m 左右 。尤其以风化面以下 20~30 ms ,大约 60 ~ 90 m 范围内储层最为发育 。 在这一时窗段内低波阻抗发育 、 平面分布较广 ,横向 上互相连通或互不连通 , 反映了下奥陶统风化面储 层的横向非均质性 ,相当于地表岩溶带 ; 风化面以下 30~60 ms ,大约 90~180 m 深度范围内 , 低波阻抗 层的横向连通性差 , 有时与地表岩溶带的低波阻抗
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图 4  3 种不同反演方法的波阻抗反演结果 Fig. 4  Results of three wave impedance inversion methods
A. 约束稀疏脉冲反演 ;B. 地震特征反演 ;C. 随机反演

层相连通 , 有时为延伸较短 、 相对孤立的低波阻抗 层 ,相当于垂直渗流岩溶带和水平潜流岩溶带 。 波阻抗结果与过井处地震剖面上 “串珠状” 反射 有较好的对应关系 , 且地震剖面上无明显反射特征 的井在其地震剖面上也没有明显的低阻抗异常 。从 3 种方法的反演效果对比可以看出 , 约束稀疏脉冲 反演结果的带宽与原始地震资料接近 , 其分辨率低 于地震特征反演 。但地震特征反演结果在横向上有 成层性 ,与奥陶系缝洞型储层极强的横向非均质性

不符 。随机反演能较好地刻画缝洞的空间形态及其 展布特征 ,但是在某些井位 ( 如 T2 井 ) 与测井数据 不能很好地匹配 。 根据井史储层发育段 ( 储层发育的厚度) , 分段 统计 3 种波阻抗反演方法获得的波阻抗异常 , 从其 对比的吻合情况 ( 表 1 ) 可以看出 , 地震特征反演结 果的吻合率最高 ( 77. 8 %) , 约束稀疏脉冲反演结果 吻合率次之 ( 69. 4 %) , 随机反演结果的吻合率最低 ( 61. 1 %) 。

表1  分段统计 3 种波阻抗反演方法获得的试验区波阻抗异常与井史储层发育段的吻合率
Table 1  Statistic agreement of t he abno rmity wit h t he t hree wave impedance inversion met hods and reservoirs in different sectio ns of t he test area
井名
S1 S3 S6 S7 S8 S9 S10 S12 S13 S14 S16 S18 T 4 下各时窗内 ( ms) 储层低阻抗异常反映 7

初始产量/
( m3 · - 1 ) d

T 4 下井段内储层厚度/ m 7 0~60 15. 0 22. 0 44. 5 17. 5 17. 5 24. 0 / / 33. 5 36. 0 37. 5 40. 5

未建产
141. 8 120. 0 107. 7

未建产
165. 5 264. 0

未建产
160. 0 110. 0

吻合率

    : < 表示吻合 ; ≈表示基本吻合 ; × 注 表示不吻合 ,吻合率 = ( 吻合 + 基本吻合) / ( 吻合 + 基本吻合 + 不吻合) × % 100

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60~120 120~180 0~20 / / < 8. 0 21 × 14. 5 / < 5. 0 12 × 8. 0 / ≈ / / × 6. 5 / < 7. 0 15 ≈ 11. 5 42 ≈ 19. 5 30 × 17. 0 17 < 8. 5 28 ×

约束稀疏脉冲反演 20~40 40~60 × ≈ < × < ≈ < < < < ≈ < < < < ≈ < × × × < × < ≈
69. 4 %

0~20

地震特征反演 20~40 40~60 < × ≈ ≈ < < < < ≈ ≈ < < × < ≈ < ≈ × ≈ < ≈ < ≈ × < < < × × × × < ≈ ≈ < <
77. 8 %

0~20

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× × < ≈ × ≈ ≈ ≈ < × × ×

随机反演 20~40 40~60 ≈ ≈ ≈ × ≈ ≈ < ≈ ≈ ≈ < < < ≈ × × × × × × ≈ × ≈ ≈
61. 1 %

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lems solved using t he leasted2squares criterion[J ] . Reviews of
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3  结论及认识
对于塔河油田碳酸盐岩储层 , 约束稀疏脉冲反 演结果比较符合地震资料的振幅 、 相位 、 频率等特 征 ,反演结果的地层信息与地震反射资料特征有较 好的对应关系 ,但其反演结果分辨率不高 。随机反 演能客观地描述碳酸盐岩缝洞型储层非均质性极强 的分布特征 , 克服了约束稀疏脉冲反演及地震 特征反演在该区的反演结果存在连续性 、 成层性的 缺陷 ,但该方法难以求取准确的变差函数 。地震特 征反演结果与井史储层发育段的吻合率比约束稀疏 脉冲反演及随机反演结果与井史储层发育段的吻合 率都要高 ,说明地震特征反演在塔河奥陶系碳酸盐 岩储层预测中仍然是一种较好的方法 。 参考文献 :
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Application of Wave Impedance Inversion Methods in the Carbonate Reservoir Prediction in Tahe Oilf ield
CA I Cheng2guo 1a , GU Han2ming1a ,1b , L I Zo ng2jie2 , ZHAO Ying2yue1a

( 1a. I nsti t ute of Geo p h ysics an d Geom atics ; 1b. Key L aboratory of Tectonics an d

Pet roleum Resou rces of M i nist ry of E d ucation , Chi na U ni versi t y of Geosciences ,

W uhan 430074 , Chi na; 2 . N ort hw est Pet roleum B u reau , S I N O P EC , U rum qi 830011 , Chi na)

Abstract : This paper discusses t he co nst rained sparse spike inversio n , seismic characteristic inver sio n and stochastic inversio n met hods , analyzes t he algorit hm and t he characteristics of t he t hree met hods in detail and applies t he t hree met hods in t he carbo nate reservoir in Tahe Oilfield. The result s indicate t hat t he co n2 st rained sparse spike inver sio n met hod keep s t he amplit ude , p hase and f requency feat ure , p ro ducing t he re2 sult in accordance wit h seismic reflectio n wave , but showing poor resolutio n. Stochastic inver sio n can o b2 jectively describe t he heterogeneit y reservoir of carbo nate f ract ured2vuggy reservoir s , which overco mes t he fault s of co ntinuit y and st ratificatio n in co nst rained spar se spike inver sio n and seismic characteristic inver2 sio n met hods. However , stochastic inversio n met hod is difficult to o btain accurate variogram. The co m2 pariso n of t he t hree inver sio n met hod result s reveal s t hat seismic characteristic inver sio n met hod matches t he reservoir bet ter t han t he ot her t wo met hods , t hus it is an op timal met hod in carbo nate reservoir p redic2 tio n in Tahe Oilfield. Key words : carbo nate ; reservoir p redictio n ; co nst rained sparse spike inver sio n ; seismic characteristic in2 versio n ; stochastic inver sio n
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