譜反演技術(shù)在致密油開發(fā)中的應(yīng)用

何艷慶

（大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163000）

譜反演技術(shù)在致密油開發(fā)中的應(yīng)用

何艷慶*

（大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163000）

大慶油田扶余油層砂體錯疊連片、河道橫向遷移擺動頻繁、且砂體規(guī)模小、單層厚度薄。通過提高地震分辨率識別河道、尋找相對較厚河道砂體是扶楊油層開發(fā)的關(guān)鍵。譜反演是在高精度譜分解的基礎(chǔ)上，利用反射系數(shù)奇偶分解理論，通過構(gòu)建并求解目標(biāo)函數(shù)的極小值，從而確定奇偶反射系數(shù)對的最佳重新匹配權(quán)重的反演方法?？蓪⒂捎诘貙拥恼{(diào)諧作用而模糊了的薄層信息反演出來，提高了地震資料的分辨率，有效指導(dǎo)了多口水平井的部署。

扶余油層；反射系數(shù)；奇偶分解；分辨率；薄層

大慶油田的致密油概念為滲透率小于2mD，目前常規(guī)技術(shù)無法經(jīng)濟(jì)有效動用的儲量。扶余油層屬于典型的致密油藏，以河流及三角洲水下分流河道沉積為主，坳陷區(qū)廣泛分布。地層厚度150～300m，單井一般發(fā)育5～10個層，含油砂巖厚度5～15m，砂體規(guī)模200～500m，砂巖單層厚度2～4m，單層有效厚度一般小于1m。從近年來多口井鉆探效果來看，扶余油層仍然具有較大的開發(fā)潛力。但河道的橫向變化快、砂體疊置連片、且有效儲層規(guī)模小、單砂層有效厚度薄。因此，尋找連續(xù)性好，相對較厚的河道砂體是扶楊油層突破的關(guān)鍵。這對地震分辨率和薄互層識別提出了更高的要求。研究探索的譜反演技術(shù)是在高精度譜分解的基礎(chǔ)上，利用反射系數(shù)奇偶分解理論，通過構(gòu)建并求解目標(biāo)函數(shù)的極小值，從而確定奇偶反射系數(shù)對的最佳重新匹配權(quán)重的反演方法?？蓪⒂捎诘貙拥恼{(diào)諧作用而模糊了的薄層信息反演出來，提高了地震資料的分辨率，有效指導(dǎo)了扶余油層多口水平井的部署，取得了良好的鉆探效果，為扶余油層的下一步大規(guī)模開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。

1　譜反演技術(shù)的理論基礎(chǔ)

譜反演核心是從地震數(shù)據(jù)中去除子波的影響，所以能有效地去除薄層的干涉效應(yīng)，有很強的弱反射信號恢復(fù)能力。

（1）反射系數(shù)的奇偶分解。任何一個反射系數(shù)序列都可以分解成奇、偶分量，Widess模型［1］假設(shè)反射系數(shù)序列為偶分量形式（圖1），這種情況很接近某些特定的巖性組合如砂巖嵌入在泥巖基質(zhì)中。

圖1　反射系數(shù)序列的分解

利用Chung和Lawton（1995）提出的公式計算了峰值振幅和峰值頻率［2］，根據(jù)對這種模型的分析，顯示了在偶部占優(yōu)時偶部序列和奇部序列主峰振幅和頻率的隨地層厚度的變化情況，同時也表明了總的主頻變化特征。當(dāng)薄層的頂?shù)捉缑嫣幏瓷湎禂?shù)并不相同、極性不相反時，可以看出在低于調(diào)諧頻率的一半時主頻會隨著地層減薄而減小［3］。這種變化的拐點位置取決于反射系數(shù)序列中奇部和偶部反射系數(shù)的相對大小。與Widess模型相反的是，在地層厚度小于該點后，主頻還依賴于地層厚度。這說明薄層的地層響應(yīng)更敏感。

由于奇偶分量峰值振幅、峰值頻率隨層厚的變化規(guī)律的確定性，在地震資料主頻確定的情況下，對于單層的地震模型，可以通過奇偶分解的方式，準(zhǔn)確預(yù)測低于調(diào)諧厚度下的薄層。反射系數(shù)經(jīng)過奇偶分解之后，奇分量與偶分量的主頻隨地層厚度變化是一個確定關(guān)系［4］，通過這種關(guān)系（圖2），在主頻已知的情況下可進(jìn)行厚度的預(yù)測。

圖2　單層厚度模型奇偶分解預(yù)測厚度圖

（2）譜反演方法的實現(xiàn)原理。譜反演的原理就是根據(jù)時間域褶積模型，從地震記錄中去除地震子波的影響，進(jìn)而得到反射系數(shù)序列［5］。在時間域內(nèi)一個脈沖對的表達(dá)為：

式中：r1——層頂部反射系數(shù)；

r2——層底部反射系數(shù)；

t——時間位置；

t1——頂部反射的時間位置；

T——層厚度。

將分析點放在層的中心點位置，進(jìn)行傅立葉變換后，用三角法則進(jìn)行化簡約去t，得到［6］：

基于褶積原理，s（t，f）是地震數(shù)據(jù)，w（t，f）是已知的子波。

最后整理得到單層目標(biāo)函數(shù)：

目標(biāo)函數(shù)中，S（t，f）/W（t，f）可認(rèn)為是反褶積過程，在這里假設(shè)子波是已知［7］。譜反演結(jié)果的好壞，很大程度上取決于子波提取是否準(zhǔn)確，因此子波的提取是很關(guān)鍵的過程。但是對于子波總是不確定的，如子波確定了，反射系數(shù)也就確定了。因此我們要盡最大可能使子波逼近真實子波。在反射系數(shù)中，可以認(rèn)為厚度T是第一層和倒數(shù)一層之間的距離，第二層和倒數(shù)第二層的之間距離，依次類推，可以認(rèn)為T是進(jìn)行奇偶分解的信號對之間的距離。

上面的推導(dǎo)都是在窗口中心坐標(biāo)為零的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，但實際上數(shù)據(jù)都是從零開始的，而窗口中心位置坐標(biāo)為非零，為半個窗口的位置［8］，因此我們在應(yīng)用中對上面的推導(dǎo)進(jìn)行時移。

實部和虛部通過時移后表示為：

多層的目標(biāo)函數(shù)變?yōu)椋?/p>

式中：tw——半個窗口的寬度；

ae、ao——平衡參數(shù)。

其矩陣形式，形如式（8）。

通常地震道采樣點數(shù)遠(yuǎn)大于反射系數(shù)的個數(shù)，因此譜反演理論一部分就是為了解決（8）式的超定線性方程組求解的適定性和穩(wěn)定性問題［9］。

通常的迭代算流程如圖3所示。

2　譜反演技術(shù)流程

圖3　反射系數(shù)迭代計算流程

根據(jù)譜反演原理和最終優(yōu)化求解算法，設(shè)計基于反射系數(shù)序列非稀疏假設(shè)的譜反演流程。任何反演方法都是一個系統(tǒng)工程，許多小環(huán)節(jié)的處理手段都會影響到反演的結(jié)果，子波提取、噪聲及初始模型選取都對反演結(jié)果有影響。

在實際地震數(shù)據(jù)的處理中，反演過程大致包含以下幾步：

步驟一、子波提取，精細(xì)提取時變子波；地震子波的提取關(guān)系到地震合成記錄的好壞，是波阻抗反演的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)實際情況確定提取的子波。頻譜反演利用多道地震數(shù)據(jù)，在精確頻譜分析的基礎(chǔ)上，充分利用高頻部分的地震反射信息，并參考低頻特征，確定地震子波。此過程中，如果沒有鉆井資料，地震反演處理工作仍可繼續(xù)進(jìn)行，但利用測井資料來確定子波的相位校正卻是很重要的。

步驟二、從地震數(shù)據(jù)中去除子波，提取計算反射系數(shù)的奇部和偶部；

步驟三、根據(jù)稀疏脈沖反演計算初始反射系數(shù)的方法，反演出高頻成分；

步驟四、高頻成分與奇部、偶部反射系數(shù)，由權(quán)重函數(shù)控制，組合出完整的寬頻反射系數(shù)體。

圖4　地震譜反演方法原理

譜反演地震反演方法具有很高的分辨率，見圖4，在進(jìn)行反射系數(shù)積分時，它不會漏掉一些弱信號，在強信號的基礎(chǔ)上對弱信號進(jìn)行疊加積分，使弱信號能夠更好的表現(xiàn)出來。

這種薄互層反演方法是一種新的從地震數(shù)據(jù)中去掉子波因素而提取反射系數(shù)的方法，能大大提高地震分辨率，波阻抗和反射系數(shù)能用來確定反射層的頂?shù)酌?，從而來解決地層層序問題，提高薄儲層中的油氣預(yù)測的精度。

3　譜反演技術(shù)效果

從原始剖面看，F(xiàn)11層處于T2波峰的下半部分，F(xiàn)12、F13層處于T2下波谷里。經(jīng)載波調(diào)制譜反演后，F(xiàn)12層處于波谷里，F(xiàn)13頂部始出現(xiàn)波峰，并且B井與F井F13層有砂巖分布，表現(xiàn)為強振幅。載波調(diào)制后再作譜反演，T2下的波谷和波峰進(jìn)一步上移，視頻率得到大幅度提高，且振幅強弱與砂巖分布有較好的對應(yīng)關(guān)系。從2張剖面的T2軸看，振幅能量關(guān)系基本一致，說明提高分辨率的方法具有保持原始資料能量關(guān)系的特點。

A試驗區(qū)有探井開發(fā)井37口，通過譜反演后，分別提取了各小層的峰值振幅屬性，以F12和F13小層為例，對砂巖進(jìn)行預(yù)測符合率分析，其中F12層≥2m（18口）符合率90%；0～2m（5口）符合率89%；無砂井（14口）符合率88%；總符合率91%。F13層≥2m（17口）符合率89%；0～2m（6口）符合率91%；無砂井（14口）符合率88%；總符合率90%。應(yīng)用譜反演后的地震資料，在該區(qū)內(nèi)部署了9口水平井，水平段砂巖預(yù)測符合率達(dá)89%，其中FI1組3口井，水平段砂巖預(yù)測符合率91%，9口井的水平段平均長度達(dá)901m，日產(chǎn)油達(dá)6.5t，取得了良好的應(yīng)用效果，為扶余油層致密油的大規(guī)模開發(fā)奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

4　結(jié)論

（1）譜反演寬頻處理技術(shù)在保幅的情況下提高了對薄砂體的刻畫能力，因此，井位部署時可以提供寬頻砂體預(yù)測。

（2）利用譜反演技術(shù)獲得的高分辨率反射系數(shù)體，更好地指明了砂泥界面，可以對砂體頂?shù)捉缑孢M(jìn)行追蹤，更精確地刻畫曲流河道、點沙壩等地質(zhì)體。

（3）譜反演技術(shù)作為譜分解技術(shù)的一種延伸?？蓪⒂捎诘貙拥恼{(diào)諧作用而模糊了的薄層信息（反射系數(shù)）反演出來，尤其是譜反演寬頻數(shù)據(jù)體在橫向保幅的基礎(chǔ)上，提高了砂體的識別能力及細(xì)分研究單元層位解釋的精度。

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TE34

B

1004-5716（2016）07-0022-04

2016-03-17

2016-04-05

中國石油天然氣股份有限公司重大專項“大慶探區(qū)非常規(guī)油氣地震勘探技術(shù)研究”（2013E-2603-04）。

何艷慶（1988-），男（漢族），吉林扶余人，助理工程師，現(xiàn)從事地震解釋工作。