黏滯彌散正演模擬與譜反演精細描述技術在渤海X油田中的應用

熊 煜，李福強，周連德，高磊，譚輝煌

(中海石油(中國)天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

黏滯彌散正演模擬與譜反演精細描述技術在渤海X油田中的應用

熊 煜，李福強，周連德，高磊，譚輝煌

(中海石油(中國)天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

X油田位于渤海南部海域，其主力層位A砂體厚度達28 m，但A砂體南部受上覆氣層B砂體影響，地震資料響應較弱，難以從井出發(fā)開展A砂體橫向展布規(guī)律研究。通過黏滯彌散正演模擬后認為子波調(diào)諧與上覆氣層能量的屏蔽吸收是影響A砂體成像的主要因素，因此，需利用譜反演方法恢復地震資料能量。譜反演方法的成功應用，將氣層覆蓋區(qū)域內(nèi)的A砂體地震資料反射強度恢復到與氣層覆蓋區(qū)域之外砂體地震反射相當?shù)某潭?，基本消除了由于上覆氣層的存在而產(chǎn)生的子波調(diào)諧干擾，應用譜反演結果很好地指導了開發(fā)井位部署。

渤海油田；黏滯彌散正演；譜反演；河流相沉積

X油田位于黃河口凹陷南部斜坡帶上，構造附近的輸導砂體和次級斷層比較發(fā)育。X油田含油層系主要發(fā)育于新近系明化鎮(zhèn)組下段，該段儲層為淺水三角洲背景下的水下分流河道砂體，巖性為中-細粒砂巖。

該油田受河流相沉積的影響，儲層普遍較薄，其中只有A砂體的儲層厚度達到28 m，該砂體探明儲量是油田探明儲量的二分之一。但A砂體南部受上覆氣層B影響，地震資料響應較弱，難以開展A砂體南部的儲層橫向展布規(guī)律研究。通過黏滯彌散正演模擬[1-3]分析后認為：由于受到子波調(diào)諧與上覆氣層能量屏蔽吸收的雙重影響，氣層下覆區(qū)域的儲層反射減弱明顯。本文應用譜反演方法[4-5]將氣層覆蓋區(qū)域內(nèi)的A砂體地震資料反射強度恢復到與氣層覆蓋區(qū)域之外相當?shù)某潭?，基本消除了由于上覆氣層的存在而產(chǎn)生的子波調(diào)諧干擾。

1 黏滯彌散正演

1.1 黏滯彌散正演模擬方法

Goloshubin和Korneev(2004)等人考慮到孔隙介質(zhì)中流體的黏滯性和彌散性兩種特性，提出了一維彌散黏滯型波動方程：

(1)

方程式(1)中各個變量符號的含義是：ζ為流體的彌散性系數(shù)，表示儲層單元內(nèi)流體中離子或者流體分子的無序運動，單位為Hz；η為流體的黏滯性系數(shù)，在該方程中屬于運動黏滯系數(shù)，單位為m2/s；ν為波在非耗散介質(zhì)中傳播的縱波速度，其值為恒定值，單位為m/s；u為地震波在介質(zhì)中震動標量位移。方程式(1)的物理含義為，當去掉方程式中第二項和第三項，方程式變?yōu)榻?jīng)典的一維聲波方程，式中第二項刻畫波在地層介質(zhì)傳播過程中的擴散耗損，第三項表征波在地層中傳播的黏滯性衰減特征。

(2)

(2)式中，未考慮各向異性的特征，適合于在橫向x和縱向z上具有相同的彌散系數(shù)和黏滯系數(shù)的二維地質(zhì)體的數(shù)值模擬。根據(jù)波在二維介質(zhì)的傳播理論，(2)式表示的波動方程在時間-空間域解的表達形式為：

u(x,z,t)=ei(kz+kxx)×e-iwt

(3)

(3)式中，w為角頻率；kx為波沿x方向傳播的波數(shù)；kz為波沿z方向傳播的波數(shù)。

1.2 黏滯彌散正演模擬方法的應用

X油田于2013年進入開發(fā)井鉆探階段，A砂體在地震資料中響應較弱，難以由井出發(fā)去開展A砂體的平面展布關系研究。為探討A砂體地震反射弱的原因，分別采用聲波方程與黏滯彌散波動方程的方法開展正演模擬。

根據(jù)圖1(a)所示的實鉆情況，設計了速度模型圖1(b)。在速度模型上將B砂體設計為一個整體，將A砂體按實際情況設計為上、下兩個部分，砂體厚度、泥巖隔夾層厚度均按照實鉆情況設定。

利用式(1)～式(3) 對該模型進行頻率-波數(shù)域的黏滯彌散正演模擬以及聲波方程正演模擬，其結果如圖2所示。

圖1 X-3油田探井柱狀圖(a)與地質(zhì)模型圖(b)

圖2 正演模擬結果

由圖2可以看出：在聲波方程正演模擬的結果上，代表B砂體底面的波峰之下是一套強波谷反射；而在黏滯彌散正演模擬的結果上，代表B砂體底面的波峰之下是一套弱波谷反射，黏滯彌散正演模擬結果與圖3所示的過X-3井的地震剖面情況更為吻合。其原因是：常規(guī)聲波方程正演模擬方法沒有考慮B砂體的含油氣性，使得其下部的反射同相軸出現(xiàn)振幅衰減、主頻降低、時間延遲、相位畸變等現(xiàn)象，而這正是造成A砂體在地震資料上呈現(xiàn)弱反射的重要原因。根據(jù)黏滯彌散正演模擬結果，可以得出以下結論：由于B砂體與A砂體縱向上距離較近，受子波調(diào)諧以及上覆B砂體含氣造成的黏滯彌散性的影響，A砂體受到B砂體覆蓋區(qū)域處的頂面地震響應為弱波谷反射。

由圖3可以看出，在不受B砂體覆蓋的區(qū)域，A砂體為強波谷反射。為消除子波調(diào)諧等多種因素的影響，真實地反映出A砂體頂面的地震響應以及平面展布情況，本文采用譜反演方法成功恢復了A砂體受氣層覆蓋區(qū)域的地震響應。

2 譜反演

2.1 譜反演技術方法

近年來Portniaguine等提出一種有別于傳統(tǒng)地震反演的譜反演新方法，其主要特點是只采用部分頻譜資料就可反演稀疏反射系數(shù)或?qū)雍?。在沒有噪聲和地震子波已知的情況下，該方法能識別厚度小于調(diào)諧厚度的薄層，并且可以精確地刻畫出地層的邊界。譜反演的目標函數(shù)具有較好的收斂性和約束能力，通過調(diào)整反射系數(shù)的位置和大小，在目標函數(shù)的約束下可得到反射系數(shù)信息。在實際應用中，可將由于地層的調(diào)諧作用而模糊了的薄層信息反演出來，進而提高了地震資料的分辨率。利用譜反演方法對地震數(shù)據(jù)體進行反演得到反射系數(shù)體，再將其與給定高分辨率地震子波進行褶積，得到了分辨率提高后的地震數(shù)據(jù)體，該體可用于地震屬性分析。

圖3 過X-3井的地震剖面

譜反演采用高精度譜分解技術在頻率域內(nèi)進行最優(yōu)化求解，通過頻譜反演來計算地層厚度，反演過程無需反射系數(shù)假設，無需井控和建模，是近年來新興的一項用于提高分辨率和地層厚度識別的反演方法[4-5]。

2.2 譜反演技術方法的應用

為更好地開展儲層展布關系研究，本文基于常規(guī)地震資料和已鉆井資料進行了常規(guī)稀疏脈沖反演和譜反演，所得成果如圖4所示。

通過圖4(a)可以看出，在常規(guī)稀疏脈沖反演剖面上，X15井與X-3井所鉆遇的A砂體均位于氣層所覆蓋區(qū)域，但X15井的振幅響應明顯弱于X-3井。而在圖4(b)所示的譜反演剖面上，X15井所鉆遇的A砂體的振幅響應與X-3井相比基本相當。通過圖5可以看出，X15井所鉆探的A砂體的厚度、物性、埋深等多種地質(zhì)特征與X-3井基本一致，推斷X15和X-3井鉆遇A砂體處的振幅響應特征應該相近或相似，圖4(b)所示的譜反演結果更加符合實鉆情況。

圖4 常規(guī)稀疏脈沖反演剖面(a)與譜反演剖面(b)

X油田基于譜反演成果新部署了多口開發(fā)井，均鉆遇優(yōu)質(zhì)儲層，譜反演成果有力地推動了X油田的高效開發(fā)。

3 結論

黏滯彌散型波動方程的數(shù)值模擬，為研究含油氣儲層的地震響應特征提供了新的方法和途徑，該方法的正演模擬結果與實際地震反射更為相似。譜反演處理技術成果能較為有效地提升地震資料的分辨率，有效地消除子波調(diào)諧等影響地質(zhì)界面正確成像的因素，通過與常規(guī)反演進行對比，該技術方法無論在剖面、平面屬性、以及實鉆井的吻合度上均優(yōu)于常規(guī)反演方法。應用譜反演的研究成果可有效地開展復雜儲層的精細描述工作。

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編輯：劉洪樹

圖5 A砂體的已鉆井的連井柱狀圖

1673-8217(2015)01-0098-04

2014-07-30；改回日期：2014-10-10

熊煜，工程師，碩士，1980年生，2006年畢業(yè)于成都理工大學物探專業(yè)，現(xiàn)從事開發(fā)地震、地球物理綜合解釋等方面的研究工作。

TE631.443

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