約束稀疏脈沖反演在哈得遜油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

鄒 義，李 強(qiáng)，楊 洋，張 泉

(1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065；2.中國(guó)石油東方地球物理公司勘探有限責(zé)任公司 )

約束稀疏脈沖反演在哈得遜油田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

鄒 義1，2，李 強(qiáng)2，楊 洋1，2，張 泉2

(1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065；2.中國(guó)石油東方地球物理公司勘探有限責(zé)任公司 )

約束稀疏脈沖反演作為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)廣泛使用的方法，具有反演精度高、多解性少的特點(diǎn)。以哈得遜油田為例，通過(guò)對(duì)測(cè)井曲線標(biāo)準(zhǔn)化處理，利用多井密度-阻抗曲線分析儲(chǔ)層地球物理特征，然后針對(duì)目的層進(jìn)行精細(xì)井震標(biāo)定和子波提取，最后對(duì)反演結(jié)果通過(guò)盲井進(jìn)行驗(yàn)證，確保反演結(jié)果可靠。實(shí)例應(yīng)用表明，該技術(shù)處理后的預(yù)測(cè)效果與鉆井資料區(qū)域沉積特征相吻合，能夠?yàn)楹罄m(xù)開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

哈得遜油田；約束稀疏脈沖反演； 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

隨著石油勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入, 基于地震同相軸追蹤進(jìn)行層位解釋的常規(guī)方法不能很好地滿足薄儲(chǔ)層識(shí)別和解釋的地質(zhì)需求[1]。借助于測(cè)井資料和地質(zhì)認(rèn)識(shí), 利用波阻抗反演提高地震資料薄層識(shí)別能力已經(jīng)成為地震資料解釋和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的重要技術(shù)手段[2]。盡管地震資料反演存在多解性，但勘探、開(kāi)發(fā)的現(xiàn)實(shí)需求與地震資料分辨率的矛盾,使得波阻抗反演技術(shù)依然是薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)不可或缺的技術(shù)手段[3]。

約束稀疏脈沖反演是目前波阻抗反演技術(shù)中廣泛使用的一種方法。與其他波阻抗反演方法相比,約束稀疏脈沖反演技術(shù)是以測(cè)井資料為約束條件,從井點(diǎn)出發(fā),首先完成井旁道反演，然后以地震解釋的層位及斷層結(jié)構(gòu)作為地質(zhì)框架控制,對(duì)所有地震道進(jìn)行外推來(lái)完成波阻抗反演,使得反演結(jié)果逼近測(cè)井分辨率, 同時(shí)又保持較好的橫向連續(xù)性。

1 稀疏脈沖反演原理

稀疏脈沖反演假設(shè)地下地層的波阻抗對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)序列是稀疏的,主要由起主導(dǎo)作用的(強(qiáng))反射系數(shù)序列與具高斯背景的弱反射系數(shù)序列迭加組成。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是能獲得寬頻帶的反射系數(shù), 較好地解決地震記錄的欠定問(wèn)題[4]。稀疏脈沖反演包括3個(gè)過(guò)程:通過(guò)最大似然反褶積求得一個(gè)具有稀疏特性的反射系數(shù)序列；通過(guò)最大似然反演導(dǎo)出寬帶波阻抗；通過(guò)道合并得到一個(gè)全頻帶的絕對(duì)波阻抗[5〗。

1.1 反射系數(shù)反演

采用最大似然反褶積進(jìn)行反射系數(shù)反演，最大似然反褶積對(duì)地層的假設(shè)認(rèn)為:地層的反射系數(shù)是較大的反射界面的反射和具高斯背景的小反射疊加組合而成的,根據(jù)這種假設(shè)導(dǎo)出一個(gè)最小的目標(biāo)函數(shù)

2Mln(λ)-2(L-M)ln(1-λ)

(1)

式中：R2和N2分別為反射系數(shù)與和噪音的均方值，r(K)和n(K)表示第K個(gè)樣點(diǎn)的反射系數(shù)和噪音，M表示反射層數(shù)，L表示采樣總層數(shù)，λ表示給定反射系數(shù)的似然值。通過(guò)多次迭代，求取反射系數(shù)。

1.2 最大似然反演

最大似然反演是轉(zhuǎn)換反射系數(shù),導(dǎo)出寬帶波阻抗。根據(jù)最大似然反褶積中求得的反射系數(shù),結(jié)合初始阻抗模型，采用遞推算法，反演得到初始的波阻抗模型：

(2)

式中：Z(i)——第i層的波阻抗值，R(i)——第i層反射系數(shù)。

1.3 道合并

約束稀疏脈沖反演對(duì)每一道依據(jù)目標(biāo)函數(shù)對(duì)計(jì)算出的初始波阻抗進(jìn)行調(diào)整，包括對(duì)反射系數(shù)的調(diào)整。目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)為：

F=Lp(r)+λLp(s-d)+α-1L1ΔZ

(3)

式中：F——目標(biāo)函數(shù)；r——反射系數(shù)序列；ΔZ——為與阻抗趨勢(shì)的差序列；d——地震道序列；s——合成道序列；λ——數(shù)據(jù)殘差權(quán)重因子；α——趨勢(shì)權(quán)重因子；Lp——模因子。具體的，右式第一項(xiàng)反映反射系數(shù)絕對(duì)值和,第二項(xiàng)反映實(shí)際地震道與合成記錄道的差值,第三項(xiàng)為趨勢(shì)約束項(xiàng)。

約束稀疏脈沖反演是基于道的反演，它的實(shí)質(zhì)就是在阻抗趨勢(shì)的約束下，用最小數(shù)目的反射系數(shù)脈沖達(dá)到合成記錄與地震道的最佳匹配。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 地質(zhì)背景

哈得遜地區(qū)位于塔里木盆地滿加爾凹陷北緣,是輪南低凸起向南延伸的鼻狀隆起帶。多口鉆井在下石炭統(tǒng)卡拉沙依組下泥巖段和東河砂巖段獲得工業(yè)油氣流。通過(guò)野外露頭、巖心、鉆井、測(cè)井資料綜合分析，下泥巖段主要為濱淺海相沉積，巖性以灰色、褐色、灰黃色泥巖為主,夾薄層(單層砂體厚度小于4 m)細(xì)、粉砂巖。薄層垂向由5個(gè)單層砂體組成，橫向連續(xù)性差，薄層厚15～20 m。

層序劃分表明，下石炭統(tǒng)卡拉沙依組下泥巖段薄砂體屬于層序I的高位體系域。5個(gè)單砂體分屬5個(gè)不同的準(zhǔn)層序,5套砂體組成的薄砂層構(gòu)成一個(gè)前積準(zhǔn)層序組,砂體間由海相泥巖分隔,互不連通,側(cè)向均相變?yōu)槟鄮r,呈孤立的席狀透鏡體。

雖然工區(qū)內(nèi)已有大量鉆井鉆遇下泥巖段的薄砂層，但工區(qū)內(nèi)薄砂層的展布依然不清楚，單砂體刻畫(huà)極其困難。前人雖依據(jù)鉆井劃分薄砂層及單砂體的展布，然而橫向可預(yù)測(cè)性差。同時(shí)，工區(qū)內(nèi)大量的鉆井之間也存在非一致性，導(dǎo)致儲(chǔ)層特征不明確。

2.2 測(cè)井曲線標(biāo)準(zhǔn)化

對(duì)比哈得遜油田44口井的測(cè)井曲線，發(fā)現(xiàn)密度、伽馬、孔隙度曲線在下泥巖段其基值變化非常大，如此大的差異性必會(huì)影響到下泥巖段儲(chǔ)層地球物理特征分析、反演結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此必須進(jìn)行井間測(cè)井曲線標(biāo)準(zhǔn)化處理。

標(biāo)準(zhǔn)化處理的主要目標(biāo)是聲波、密度和伽馬曲線，目的是消除井間由于施工年度、儀器設(shè)備刻度精度、鉆井液、環(huán)境因素等環(huán)節(jié)引起的系統(tǒng)誤差，使該區(qū)所有井曲線的整體特點(diǎn)與地質(zhì)特征更加吻合，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化后也使反演基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立在統(tǒng)一的基準(zhǔn)之上[6-12]。采用如下標(biāo)準(zhǔn)化方法。

(1)選取工區(qū)中廣泛分布、穩(wěn)定沉積的一套地層作為標(biāo)準(zhǔn)層進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)層具備三個(gè)條件：①全區(qū)分布，厚度適中；②靠近目的層；③巖性、物性穩(wěn)定，泥巖、膏巖最宜。

(2)選取工區(qū)一口測(cè)井資料較好的井作為標(biāo)準(zhǔn)井。標(biāo)準(zhǔn)井選擇具備四個(gè)條件：①位于構(gòu)造的有利部位，鉆井較深，代表性好，直井為宜；②測(cè)井系列齊全，測(cè)井條件優(yōu)越，油基泥漿最好有必要的成像測(cè)井項(xiàng)目；③有系統(tǒng)的錄井、取心、測(cè)試及實(shí)驗(yàn)室分析化驗(yàn)資料；④井眼條件好。

(3)在標(biāo)準(zhǔn)層對(duì)比井段，所有井的全部數(shù)據(jù)組合在一個(gè)大綜合直方圖中。根據(jù)統(tǒng)計(jì)的“正態(tài)分布”分析該綜合直方圖，產(chǎn)生一個(gè)概率分布曲線。

(4)以標(biāo)準(zhǔn)井的“正態(tài)分布”直方圖為基礎(chǔ)，確定校正井與其偏差，進(jìn)行校正，最終校正井與標(biāo)準(zhǔn)井的“正態(tài)分布”形態(tài)及概率分布曲線形態(tài)相符。

選取區(qū)塊穩(wěn)定發(fā)育的下泥巖段中50 m厚的泥巖作為參考層，對(duì)鉆井的聲波、密度、伽馬等曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，標(biāo)準(zhǔn)化后，多口井的密度曲線更集中，與地下地質(zhì)情況吻合更好。

2.3 儲(chǔ)層地球物理特征分析

為了明確不同巖石類型的地球物理特征和反演工作的可行性，在下泥巖段，選擇砂巖和泥巖進(jìn)行多井密度-阻抗曲線交會(huì)(圖1)，交會(huì)圖表明，砂巖密度2.35～2.5 g/cm3,聲阻抗10 500～11 800 (g/cm3)×(m/s)，為低阻抗低密度特征，泥巖密度2.5～2.7 g/cm3，聲阻抗11 500～13 500 (g/cm3)×(m/s)，為高阻抗高密度特征；泥巖與砂巖聲阻抗雖有少量疊置，但還是有明顯分布區(qū)間，通過(guò)稀疏脈沖反演，能夠達(dá)到儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的效果。

圖1 哈德遜地區(qū)多井下泥巖段密度-阻抗交匯圖

2.4 井震標(biāo)定與子波估算

井震標(biāo)定與子波估算主要目的是確定準(zhǔn)確時(shí)深關(guān)系，提供可靠子波用于反演，是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中最為核心的環(huán)節(jié)。兩者是一個(gè)相互迭代的過(guò)程。

聲波測(cè)井主要在井孔內(nèi)很小的范圍沿井壁觀測(cè)，所使用震源頻率較高，通常為10～25 000 Hz；地震資料在地面觀測(cè)，震源頻率較低，通常為10～200 Hz。因此地震數(shù)據(jù)和聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)之間 必然存在由速度頻散引起的差異[13-15]，導(dǎo)致聲波估算的時(shí)深關(guān)系存在一定的漂移量，在標(biāo)定過(guò)程中一定要尋找多套標(biāo)志層來(lái)判斷漂移量大小，確保標(biāo)定合理性，時(shí)深關(guān)系的準(zhǔn)確性。

對(duì)工區(qū)內(nèi)44口井，以二疊系火成巖頂?shù)捉缑婧褪肯惦p峰灰?guī)r底界為標(biāo)志層，根據(jù)地質(zhì)分層、測(cè)井曲線和地震資料，進(jìn)行了精細(xì)標(biāo)定和子波估算。研究區(qū)內(nèi)時(shí)深關(guān)系準(zhǔn)確，目的層段子波形態(tài)、頻帶及相位一致性較好。在此基礎(chǔ)上提取綜合子波用于最后反演。

2.5 反演結(jié)果驗(yàn)證

在反演結(jié)果上，通過(guò)提取盲井井旁聲阻抗曲線，與實(shí)際聲阻抗曲線進(jìn)行對(duì)比，是評(píng)價(jià)反演準(zhǔn)確性的有效手段。從圖2看，藍(lán)色是原始阻抗曲線，紫色是反演抽取的阻抗曲線，本區(qū)無(wú)論鉆井是否參與反演，實(shí)際

阻抗曲線與反演結(jié)果抽取的阻抗曲線形態(tài)及趨勢(shì)基本保持一致，幅度相當(dāng)，說(shuō)明反演結(jié)果是準(zhǔn)確的。

圖2 哈德遜地區(qū)盲井實(shí)際阻抗與反演阻抗對(duì)比

2.6 反演效果分析

以儲(chǔ)層地球物理分析結(jié)果為參考，圖3中紅色-暗紅表示為砂巖儲(chǔ)層。目的層段(黑色條帶區(qū)域)砂巖的橫向分布與實(shí)際鉆遇砂體基本吻合，說(shuō)明反演結(jié)果是可靠的，橫向預(yù)測(cè)也是可靠的。

圖3 哈德遜地區(qū)多井聯(lián)井反演剖面

提取波阻抗反演數(shù)據(jù)體下泥巖段薄砂層的最小阻抗來(lái)反映砂體發(fā)育分布(圖4)，同樣根據(jù)鉆井分析的儲(chǔ)層地球物理響應(yīng)特征，平面圖上暗紅-紅-深黃區(qū)域?qū)?yīng)砂體分布區(qū)，砂體被泥巖分割成三塊(黑色指示線)，一個(gè)在北面，一個(gè)在東面，另一個(gè)在西南方向，砂體席狀展布。工區(qū)已鉆井也基本分布在這三塊砂體上。

3 結(jié)論與建議

(1)利用稀疏脈沖反演技術(shù)在哈得遜地區(qū)開(kāi)展儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，取得了較好的效果，主要表現(xiàn)在：①反演結(jié)果與已鉆井吻合程度高，達(dá)到90%。②目的層段薄砂層橫向分布規(guī)律明確，可以指導(dǎo)工區(qū)沉積微相分析工作；結(jié)合鉆井，能為單砂體刻畫(huà)提供依據(jù)。

(2)約束稀疏脈沖反演技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，需要注意幾點(diǎn)：①測(cè)井曲線標(biāo)準(zhǔn)化處理能夠消除非地質(zhì)因素造成的井間一致性問(wèn)題，明確儲(chǔ)層地球物理特征，使低頻模型準(zhǔn)確、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)可靠。②井震標(biāo)定過(guò)程中，要考慮井震資料之間速度差異，根據(jù)多個(gè)標(biāo)志層來(lái)確定時(shí)深漂移量，保障合理的時(shí)深關(guān)系、子波的準(zhǔn)確估算。③對(duì)反演結(jié)果需進(jìn)行盲井驗(yàn)證，以保障結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖4 哈德遜地區(qū)下泥巖段最小波阻抗平面圖

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編輯：李金華

1673-8217(2015)01-0101-04

2014-10-20

鄒義，工程師，1981年生，2004年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球物理學(xué)專業(yè)，西安石油大學(xué)在職研究生，現(xiàn)從事地震資料解釋與儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”之課題“高精度地球物理勘探技術(shù)研究及應(yīng)用”(2011zx05019-005)項(xiàng)目資助。

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