疊前地震同步反演方法及應(yīng)用

方中于, 朱江梅, 李 勇, 黃麗娜, 李佳勝

(1.成都理工大學(xué) 地球物理學(xué)院,成都 610059; 2.中海油能源發(fā)展物探技術(shù)研究所，廣東 湛江 524027)

W地區(qū)珠海組儲層砂巖內(nèi)部物性、含油氣性變化快，這些變化制約了該地區(qū)的開發(fā)，因此開展儲層物性預(yù)測尤為重要。疊前地震反演的目的是為了獲得可靠的縱波速度(波阻抗)、橫波速度(波阻抗)及密度等彈性參數(shù)，以預(yù)測儲層的巖性特征和流體特征。這個問題在國外有多位專家進行過討論，Simmons和Backus在1996年對P波反射系數(shù)(RP)、橫波反射系數(shù)(RS)和密度反射系數(shù)進行了反演研究[1]，Buland和More在2003年使用了Bayesian AVO反演方法[2]。Rasmussen和Daniel P. Hampson等人建立了疊前地震反演新方法[3,4]，它直接反演縱波阻抗(速度)、橫波阻抗(速度)及密度，并試圖將其方法擴展到轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)反演方面。疊前地震反演在國內(nèi)有專家開展了一定程度研究[5-8]，但仍處于單參數(shù)反演階段。由單純疊后反演轉(zhuǎn)入疊前反演，提高了反演結(jié)果的可信度和精度，并取得一些成果。

疊前地震同步反演方法是利用不同檢距道集數(shù)據(jù)以及測井數(shù)據(jù)的疊前、疊后聯(lián)合反演方法，可同時得到縱橫波速度(波阻抗)及密度等參數(shù)，這種新方法在反演過程中考慮了vP、vS和密度之間的關(guān)系，提高了儲層巖性和流體的識別能力。本文將疊前地震同步反演方法應(yīng)用于W地區(qū)珠海組儲層的物性及含油氣性預(yù)測中，利用獲得的地震特征參數(shù)對珠海組儲層進行綜合判別，取得了較好的效果。

1 儲層地震特征參數(shù)疊前同步反演方法

疊前地震同步反演方法是一種基于模型的疊前反演方法，疊前地震同步反演可獲得可靠的P波速度(vP)、S波速度(vS)和密度(ρ)等參數(shù)，以達到直接預(yù)測儲層的巖性特征和流體特征的目的。

1.1 疊前地震同步反演中的正演模型

在零偏移距情況下，反射系數(shù)Ri近似式可寫為[4]

(1)

式中:ZP為P波阻抗,ZP=ρvP;RP,i為第i層和第i+1層之間分界面的反射系數(shù)。式(1)可寫成矩陣形式

(2)

式中：LP,i=ln(ZP,i)為P波阻抗的自然對數(shù)。

褶積模型可表示為下面的矩陣形式

(3)

式中:Ti為地震道的第i個樣值，Wj為地震子波的第j個樣值。聯(lián)合(2)式和(3)式，可得疊前地震同步反演中的正演模型，即

(4)

式中:W為式(3)中的地震子波矩陣，D為式(2)中的導(dǎo)數(shù)矩陣或微分算子。

1.2 疊前地震同步反演方法

J.L.Fatti在G.C.Smith等人研究的基礎(chǔ)上，將Aki-Richards公式改寫為[9]

RPP(θ)=C1RP+C2RS+C3RD(5)

式中:C1=1+tan2θ;C2=-8r2tan2θ;r=vS/vP;C3=-0.5tan2θ+2r2sin2θ;θ為入射角。

式(5)中P波、S波和密度反射系數(shù)可表示為

(6)

(7)

RD=Δρ/ρ(8)

聯(lián)合式(4)與式(5)，得到

W(θ)C3DLD(9)

式中:LS=lnZS=ln(ρvS),LD=lnρ,W(θ)依賴于入射角度。

考慮到LP與LS以及LP與LD之間的關(guān)系

lnZS=klnZP+KC+ΔLS(10)

lnZD=mlnZP+mC+ΔLD(11)

則式(9)變?yōu)?/p>

W(θ)C3ΔLD(12)

(13)

由式(13)可知，ΔLS和LD是希望的流體異常。為了解式(12),求得LP,ΔLS和ΔLD，首先建立初始化的解。

[LPΔLSΔLD]T=[lnZP00 0]T(14)

式中ZP0是初始波阻抗模型。然后，采用共軛梯度法即可求解。

疊前地震同步反演主要技術(shù)環(huán)節(jié)包括：測井巖石物理分析，層位標定，分角度子波提取，不同子波均衡角度部分疊加數(shù)據(jù)體之間振幅、頻率和相位差異，疊前初始模型建立以及疊前同步反演等。疊前同步反演流程如圖1所示。

2 W地區(qū)珠海組儲層地震特征參數(shù)剖面與可靠性評價

圖2是應(yīng)用地震疊前同步反演方法所獲得的珠海組儲層地震特征參數(shù)剖面，它們分別是P波阻抗(速度)剖面、S波阻抗剖面、密度剖面及vP/vS剖面(圖中色標標出了各參數(shù)值的變化范圍)。圖3是疊前地震同步反演的P波阻抗、S波阻抗、密度與驗證井W9-1-1測井相應(yīng)曲線對比圖。圖中紅色曲線和藍色曲線分別為反演的曲線和測井曲線。由圖3可看出，反演的曲線在形態(tài)、變化特征和分辨率等方面均可與測井曲線相對比，具有較好的一致性，其相關(guān)系數(shù)最低值為0.820，最高值為0.940。與W9-3-1、W9-1-1和W9-6-1井測井參數(shù)值及變化范圍對比可以發(fā)現(xiàn)，珠海組儲層P波阻抗值變化范圍為9 700～10 450，表現(xiàn)為中高值；S波阻抗值變化為6 350～5 200，表現(xiàn)為中高值；密度<2.5，其變化范圍為2.42～2.45，密度偏低；vP/vS<1.70，其變化范圍為1.60～1.66，vP/vS偏低。這種儲層地震特征參數(shù)特征揭示了珠海組儲層的品質(zhì)。

圖1 疊前同步反演流程圖Fig.1 The pre-stacked simultaneous inversion flowchart

圖2 珠海組儲層地震特征參數(shù)剖面Fig.2 The seismic characteristic parameter profile of the Zhuhai Formation reservoir(A) 連井疊前P波阻抗預(yù)測剖面; (B)連井疊前S波阻抗預(yù)測剖面;(C)連井疊前S波密度預(yù)測剖面; (D)連井疊前vP/vS預(yù)測剖面

3 W地區(qū)珠海組儲層預(yù)測

圖4是在井控(W9-3-1,W9-1-1和W9-6-1井)下將反演的地震特征參數(shù)剖面(圖2)轉(zhuǎn)換成珠海組巖性剖面。對比圖4與圖2可看出，珠海組儲層砂巖具有相對高的橫波速度、低密度和低vP/vS值等特征，儲層砂巖發(fā)育，形成了良好的儲集空間。

圖5是利用圖4與圖2預(yù)測出的珠海組有利儲層剖面。依據(jù)在該地區(qū)砂巖越發(fā)育儲層品質(zhì)越好，在圖5上可劃出珠海組儲層有利優(yōu)質(zhì)儲層段，如表1所示。由表1可知,珠海組第二段有利優(yōu)質(zhì)儲層層段多于珠海組第三段的有利優(yōu)質(zhì)儲層層段。在W9-2-1井和W9-1-1井珠海組有利優(yōu)質(zhì)儲層段日產(chǎn)天然氣分別為0.72×106m3和0.46×106m3，也為W9-1-3新井證實。

表1 珠海組有利儲層段表Table 1 Favourable reservoir of the Zhuhai Formation

圖3 疊前反演的縱波、橫波阻抗和W9-1-1井上縱波、橫波阻抗比較圖Fig.3 Comparison between P and S wave impedance of the pre-stacked inversion and P and S wave impedance of Well W9-1-1

圖4 珠海組儲層巖性預(yù)測剖面Fig.4 Lithologic prediction profile of the Zhuhai Formation reservoir

圖5 珠海組有利儲層預(yù)測剖面Fig.5 Favorable reservoir prediction profile of Zhuhai Formation

4 結(jié)束語

疊前地震同步反演方法是一種新的反演方法，可同時反演多種參數(shù)，具有多功能的特點，這是對疊前反演的一種新發(fā)展。疊前同步反演方法又是一種聯(lián)合反演方法與技術(shù)，它充分發(fā)揮了疊前、疊后的各自優(yōu)勢，增強了反演方法的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，有效地提高了所反演參數(shù)的可靠性和精度。應(yīng)用這種反演方法獲得的地震特征參數(shù)對W地區(qū)珠海組儲層的巖性和有利儲層段進行的預(yù)測與評價，其預(yù)測結(jié)果與實鉆結(jié)果比較吻合，揭示出儲層的砂巖發(fā)育與儲層品質(zhì)之間的關(guān)系，為W地區(qū)珠海組儲層預(yù)測提供了技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)。

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