基于匹配追蹤算法子波分解技術(shù)在薄互層儲層預(yù)測中的應(yīng)用

何胡軍,王秋語,程會明

(1.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院,四川成都 610059;2.中國石化勝利油田 地質(zhì)科學(xué)研究院,山東東營 257015)

基于匹配追蹤算法子波分解技術(shù)在薄互層儲層預(yù)測中的應(yīng)用

何胡軍1,王秋語2,程會明2

(1.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院,四川成都 610059;2.中國石化勝利油田 地質(zhì)科學(xué)研究院,山東東營 257015)

薄互層儲層砂體預(yù)測技術(shù)的研究已成為國內(nèi)、外各油田的重要研究課題,并已取得較多研究成果。但多數(shù)利用地震資料進行薄互層預(yù)測技術(shù),均基于單一地震子波與地震反射系數(shù)函數(shù)的褶積假設(shè),實際上地震子波在穿過不同物理特性地層時,其形狀會發(fā)生不同變化,導(dǎo)致該假設(shè)與實際情況尚有一定距離,致使薄互層儲層預(yù)測的精度降低。這里主要論述的是基于匹配追蹤算法子波分解技術(shù)識別薄互層儲層。通過研究表明,該技術(shù)能較好地分辨出儲層在空間的展布規(guī)律,識別薄互層儲層,為油藏的地質(zhì)及地球物理解釋提供有力的支持。

匹配追蹤;子波;薄互層;分解與重構(gòu);地震數(shù)據(jù)體

0 前言

隨著勘探開發(fā)的不斷深入,勘探開發(fā)目標逐步轉(zhuǎn)向薄互層。因此,薄互層儲層砂體預(yù)測技術(shù)已成為國內(nèi)、外各油田的重要研究課題。多年來,地球物理學(xué)家對利用地震資料解決薄層問題開展了廣泛的研究,并取得了顯著成就[1～14],為利用地震資料對薄層的研究奠定了理論和方法基礎(chǔ)。但多數(shù)利用地震資料進行薄互層預(yù)測技術(shù)均是基于單一地震子波的假設(shè),而在實際中,地震子波在穿過不同物理特性的地層時,其形狀會發(fā)生不同的變化,導(dǎo)致這個假設(shè)與實際情況尚有一定的距離。因為在現(xiàn)實中,由于地層在橫向上有變化,地震子波在穿過不同物理特性的地層后,由于不同地層對地震子波的響應(yīng)不同,會使地震子波的形狀發(fā)生不同的變化。如儲層和非儲層,含油氣儲層段和不含油氣儲層段的地震響應(yīng)不同。因此,這種單子波褶積模型并不符合實際情況。作者主要是利用基于匹配追蹤(M P算法)對A區(qū)塊地震道數(shù)據(jù)進行子波分解,并在此基礎(chǔ)上,對該地區(qū)砂泥巖薄互層儲層展布進行預(yù)測。

1 子波分解原理及過程實現(xiàn)

1.1 多子波地震道模型

地震資料解釋的基本模型,是單一地震子波與地層反射系數(shù)序列的褶積。常規(guī)的地震信號處理和解釋中所用的褶積、反褶積,以及地震波阻抗反演等,都是基于單一地震子波的假設(shè)(Sheriff、RobertE,1999年)。而實際地震波的頻率會隨著深度的增加而降低,而且同一地震數(shù)據(jù),不同類型的儲層和非儲層,含油氣層和不含油氣地層,對地震信號(子波)的響應(yīng)也不同,與之相應(yīng)的地震信號(子波)的形狀或頻率也不同,從而導(dǎo)致這一假設(shè)與實際情況尚有一定的距離[16]。為此,前人設(shè)計了一個多子波地震道模型[15～18]。在該模型中,地震子波的每一次反射,其形狀都可能會發(fā)生改變。在每次反射時,其形狀都可能不同。因此,每個地震道就是所有這些反射的對應(yīng)組合疊加,即:

式中 ωn(t)為第n個反射層的地震子波;rn(t)為對應(yīng)的反射系數(shù)序列;b(t)為噪音項。

與常規(guī)單一子波地震道模型相比較,該模型中的地震子波形狀是隨傳播時間和空間的變化而變化的,即多子波地震道模型中的地震子波形狀不是固定不變的。而是隨實際地層情況,以及含油性變化而變化的。因此,多子波地震道模型更符合地震波傳播的實際情況。

1.2 子波分解過程實現(xiàn)——M P算法

子波分解是把一個地震道分解成不同能量的地震子波的集合,具體實現(xiàn)過程是將輸入的地震數(shù)據(jù)體中所給定的數(shù)據(jù)段,分解成不同能量的子波分量,而不同能量的子波分量是基于輸入地震數(shù)據(jù)段通過統(tǒng)計計算而得到的。

作者在本文的子波分解過程的實現(xiàn),主要采用的是基于信號自適應(yīng)分解的匹配追蹤方法(M P算法)。匹配追蹤算法是由M allat和Zhang于1993年首次提出的,該方法是一種迭代尋優(yōu)的優(yōu)化算法,是將信號S(t)分解成一簇時頻原子的線性表達。這些原子選自高冗余度的函數(shù)字典中,且最好地符合S(t)內(nèi)在結(jié)構(gòu)。該方法已在圖像壓縮、信號處理等復(fù)雜系統(tǒng)研究領(lǐng)域中,取得了令人矚目的成就。

在利用匹配追蹤算法對地震道子波進行分解之前,首先要建立一個用來分解地震道子波的基本函數(shù)庫,這個函數(shù)庫要求能把地震道成份從時、頻二域充分地分開。M allat[19]為此提出一種既與小波變換有聯(lián)系,又與頻率直接相關(guān)的Gabor型時～頻原子,定義如下:

式中 τn起位移作用;an起尺度伸縮作用;eiωnt起調(diào)節(jié)作用。

先從函數(shù)庫中選出與給定信號S(t)最匹配的g0(t),就是其與S(t)的內(nèi)積[S(t),g0(t)]是所有庫成員與S(t)內(nèi)積最大的一個。把S(t)分解成:

式中 RS(t)是第一次匹配后的殘余。

再對RS(t)做類似匹配,從庫中再選出對RS(t)最匹配的另一個基本函數(shù)g1(t),于是有:

RS(t)=[RS(t),g1(t)]g1(t)+R2S(t)(4)式中 R2S(t)為第二次匹配后的殘余。

重復(fù)該步驟,對殘余部份不斷進行匹配。第n次匹配后有:

當信息空間維數(shù)有限時,可以證明式(6)的極限形式是:

把n次匹配結(jié)果依次回代,便可得分解式:

利用上面的公式,即可對地震道子波進行匹配追蹤分解,并利用迭代法不斷尋找出最佳匹配。當剩余值降到低于預(yù)定閥值時,便可終止迭代[20]。

2 應(yīng)用實例

2.1 研究區(qū)域地質(zhì)概況

A區(qū)塊位于東營市墾利縣境內(nèi),處于新、老黃河口間的沼澤帶及海上0m～15m水深范圍內(nèi),是典型的灘海油田。儲層埋深淺,在600 m～900 m之間,為典型辮狀河的河流沉積體系,砂泥巖薄互層,單層厚度薄,單層厚0.8 m～12.0 m。受辮狀河沉積特點控制,砂體橫向變化快,展布規(guī)模小。該區(qū)塊由于位于新、老黃河口之間的潮間帶,地震資料野外采集受地表條件影響,地震資料的信噪比低,分辨率不高。在該區(qū)塊,利用常規(guī)反演和地震常規(guī)屬性識別追蹤儲層難度大。

2.2 多子波地震道分解與質(zhì)量控制

匹配追蹤算法子波分解質(zhì)量控制原則:用分解得到的不同能量子波集進行地震道重構(gòu),如果重構(gòu)的地震道與原始地震道基本相同,其誤差完全可以忽略,這個分解就正確,否則分解結(jié)果不正確。

在以上原則的基礎(chǔ)之上,利用匹配追蹤算法對A區(qū)塊的地震資料進行子波分解,分解成不同能量的地震子波的集合,并利用該子波集對地震道進行重構(gòu)。對重構(gòu)后的地震剖面與其原始剖面進行對比分析(見下頁圖1)。若子波分解重構(gòu)剖面與原始剖面特征基本一致,說明利用匹配追蹤算法對地震道進行分解正確,可以用于后續(xù)研究。

2.3 利用子波集進行儲層預(yù)測

基于不同類型的儲層和非儲層,含油氣層和不含油氣地層,對地震信號(子波)的響應(yīng)不同。因此,在地質(zhì)與地層解釋中,同一地震子波分解分量反映了相應(yīng)地質(zhì)層段相似的地震巖相特征?；诖?在地震道分解的基礎(chǔ)上,結(jié)合鉆井資料,分析目的層段儲層對應(yīng)的地球物理響應(yīng)特征,篩選對應(yīng)的子波組合對地震道進行重構(gòu),并使重構(gòu)后的地震數(shù)據(jù)體主要只包含儲層信息,而非儲層的信息相應(yīng)減少。在此基礎(chǔ)上,對重構(gòu)后的地震數(shù)據(jù)體提取線性相似地震波,將重構(gòu)后的數(shù)據(jù)體分解成多個分量。在通常情況下,第一分量反映覆蓋地區(qū)目的層段最大一級的地質(zhì)和地層特征,描述了不同地層和地質(zhì)屬性的最大一級區(qū)塊分布。第二分量則反映該地區(qū)次一級的地質(zhì)巖性或巖相分類;更高一級的分量以此類推。

圖2為目的層段地震子波分解與重構(gòu)后,提取的地震道子波分解平面圖。基于重構(gòu)后的數(shù)據(jù)體主要為反映目的層段儲層的地質(zhì)信息,因此,確定第一分量反映的信息更接近真實儲層展布情況,圖2中黑線框代表第一分量儲層最發(fā)育區(qū)域。

圖1 重構(gòu)地震剖面與原始剖面對比圖Fig.1 The comparison of reconstruction seism ic section and o riginal seism ic section

圖2 地震數(shù)據(jù)體子波分解圖Fig.2 W avelet decomposition of seism ic data vo lum e

2.4 應(yīng)用效果分析

在A區(qū)塊利用匹配追蹤算法對地震道進行子波分解,重構(gòu)主要反映儲層信息地震數(shù)據(jù)體。在此基礎(chǔ)上,對該區(qū)塊薄互層儲層進行預(yù)測,部署一批開發(fā)井。通過對實鉆厚度和預(yù)測厚度進行對比分析(見表1),整體預(yù)測效果均較好,預(yù)測厚度和實鉆厚度平均相對誤差僅為15%,鉆井成功率達100%,為該區(qū)塊的開發(fā)奠定了堅實基礎(chǔ)。截止目前,該區(qū)已建成年產(chǎn)14.9×104t產(chǎn)能,取得了較好的開發(fā)效果。

表1 預(yù)測與實鉆油層厚度對比表Tab.1 The comparison of thicknessof the p rediction and actual drilling

3 結(jié)論

基于匹配追蹤算法的子波分解技術(shù),是一種針對地震資料解釋中可能存在的目標地質(zhì)異常體,對地震數(shù)據(jù)體進行子波分解與重構(gòu),可以達到檢測和突顯目標地質(zhì)體目的方法。該方法可以較好地分辨出儲層在空間的展布規(guī)律,識別薄互層儲層。在勝利油田A區(qū)塊針對橫向變化迅速的辮狀河河流相薄互層的應(yīng)用結(jié)果,驗證了該方法用于直接檢測薄互層含油氣儲層展布方面的有效性,為油藏的地質(zhì)及地球物理解釋提供了有力的支持。

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A

1001—1749(2010)06—0641—04

2010-05-17 改回日期:2010-10-13

何胡軍(1976-),男,工程師,博士,從事油氣田開發(fā)地質(zhì)研究工作。