頻譜分解技術(shù)在儲(chǔ)層刻畫及流體識(shí)別中的應(yīng)用

張海義，馬佳國(guó)，蔣志恒，王 騰，趙志平，李 博

(中海油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459)

頻譜分解技術(shù)在儲(chǔ)層刻畫及流體識(shí)別中的應(yīng)用

張海義，馬佳國(guó)，蔣志恒，王 騰，趙志平，李 博

(中海油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459)

頻譜分解技術(shù)是利用數(shù)學(xué)變換將地震信號(hào)從時(shí)間域轉(zhuǎn)換到頻率域，在頻率域內(nèi)對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行刻畫，避免了時(shí)間域內(nèi)不同頻率的相互干擾，對(duì)大套厚層砂巖及薄儲(chǔ)層都有很好的識(shí)別能力，用分頻混色顯示能更有效展示砂體的疊置關(guān)系。利用儲(chǔ)層含油氣后，在低頻端能量快速增強(qiáng)及在高頻端能量快速衰減的特性，能有效區(qū)分含油儲(chǔ)層和含水儲(chǔ)層。該方法在渤海油田蓬萊構(gòu)造某區(qū)塊的運(yùn)用，還原了真實(shí)的頻譜特征，在儲(chǔ)層刻畫及油氣識(shí)別中取得很好的效果。

頻譜分解 油氣檢測(cè) 儲(chǔ)層刻畫 巖性油藏 廣義S變換

1 頻譜分解原理

頻譜分解方法經(jīng)歷短時(shí)傅里葉變換(STFT)、連續(xù)小波變換(CWT)和廣義S變換(ST)三個(gè)階段。短時(shí)傅里葉變換公式中的時(shí)窗函數(shù)是固定的，不會(huì)因信號(hào)頻率的變化而改變，因此其只適合分析分段平穩(wěn)信號(hào)或者近似平穩(wěn)信號(hào)，轉(zhuǎn)換得到的單頻體往往不能反應(yīng)真實(shí)的信號(hào)。連續(xù)小波變換在STFT的基礎(chǔ)上引進(jìn)了小波基函數(shù)，利用時(shí)窗的伸縮和平移對(duì)信號(hào)的頻率進(jìn)行分析，因此連續(xù)小波變化具有多分辨率的特點(diǎn)。廣義S變換以時(shí)間和頻率為變量，建立一個(gè)聯(lián)合函數(shù)來描述信號(hào)，更好地實(shí)現(xiàn)時(shí)頻局部化分析，能同時(shí)提高時(shí)間分辨率和頻率分辨率，表達(dá)式為：

(1)

廣義S變換兼具短時(shí)傅里葉變換和連續(xù)小波變換的優(yōu)點(diǎn)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)適應(yīng)性和穩(wěn)定性，具有無(wú)損可逆性和高分辨率，能很好地適應(yīng)復(fù)雜勘探要求的高精度頻譜分解[1]。從圖1的頻譜分解試驗(yàn)可以看出，廣義S變換具有比短時(shí)傅里葉變換更高的時(shí)間和頻率分辨率，與真實(shí)頻譜更為接近。

圖1 頻譜分解方法對(duì)比

2 頻譜分解技術(shù)刻畫儲(chǔ)層

分頻解釋技術(shù)主要利用譜分解得到的兩種類型的數(shù)據(jù)體：調(diào)諧體和離散頻率能量體[2]。離散頻率體與常規(guī)數(shù)據(jù)體在垂向上均為時(shí)間，但離散頻率體只包含單一的頻率成分，可以通過不同頻率能量的變化來研究?jī)?chǔ)層的垂向分布。調(diào)諧數(shù)據(jù)體是沿層或?qū)蓪又g進(jìn)行短時(shí)窗離散傅氏變換，生成在垂向上頻率連續(xù)變化的振幅數(shù)據(jù)體。平面上研究?jī)?chǔ)層在調(diào)諧體上不同頻率上的響應(yīng)，可以發(fā)現(xiàn)很多常規(guī)數(shù)據(jù)體下地震屬性無(wú)法獲得的信息。為清楚展示儲(chǔ)層細(xì)節(jié)信息，筆者選用RGB分頻混色顯示技術(shù)做沿層切片展示。RGB分頻混色顯示具體是指將分頻得到的互不重疊的低頻段、中頻段、高頻段能量屬性體分別形成切片，再進(jìn)行RGB融合顯示[3]。由于低頻信息豐富，有利于厚儲(chǔ)層的解釋，而高頻信息有利于薄層解釋，而目的層段內(nèi)可能包含不同厚度的地質(zhì)體，且任何地質(zhì)體也不會(huì)以單一厚度呈現(xiàn)，因此將不同頻率的振幅切片以混色顯示(圖2)，可以更好地展現(xiàn)地下地質(zhì)體的空間分布特征，具有很強(qiáng)的立體感。圖2a和圖2c的混色方案是Red、Green、Blue，分別對(duì)應(yīng)主頻、高頻、低頻；圖2b和圖2d的混色方案是Red、Green、Blue，分別對(duì)應(yīng)高頻、主頻、低頻。從圖2a、圖2b中可以清楚看出河道的切割關(guān)系，弄清了河道的期次，為分析砂體的連通性奠定了基礎(chǔ)。從圖2c、圖2d中可以清楚看到河道的延展及三角洲前緣，及水下分流河道，為井位部署提供重要依據(jù)[4]。

圖2 分頻混色顯示

3 頻譜分解技術(shù)在油氣檢測(cè)中的應(yīng)用

研究油氣層與地震剖面的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)厚的油氣層在地震剖面上常表現(xiàn)為強(qiáng)振幅，低頻，即常說的亮點(diǎn)[5]，但這一特征不可逆推，在剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)震幅低頻的地震軸并不全部為含油氣層，為此筆者利用頻譜分解技術(shù)來探討這一問題。

地震波在地下介質(zhì)中傳播，由于波前擴(kuò)散和克服非完全彈性介質(zhì)內(nèi)部顆粒摩擦作用導(dǎo)致的吸收，使地震波的能量發(fā)生衰減。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，吸收衰減系數(shù)是巖性和頻率的函數(shù)，與巖石致密程度呈負(fù)相關(guān)性，與頻率呈正相關(guān)性。

A(f,r)=A0e-a(f)

(2)

其中：A為振幅;A0為初始振幅；f為頻率；a為衰減系數(shù)；r為傳播距離。

當(dāng)?shù)貙雍蜌馀c地層含水時(shí)相比，非致密度更大，頻譜曲線具有明顯的主頻降低，帶寬變窄，低頻能量強(qiáng)度增加，高頻端隨頻率的增加具有更強(qiáng)的衰減現(xiàn)象，這為含油氣預(yù)測(cè)提供了理論依據(jù)。筆者利用頻譜分解技術(shù)將數(shù)據(jù)體離散成一系列單頻體，研究單頻體上亮軸能量隨頻率的變化，以此來區(qū)分含油氣儲(chǔ)層和含水儲(chǔ)層[6]。從圖3的4張單頻剖面上看，含油儲(chǔ)層在低頻上表現(xiàn)為強(qiáng)能量，隨頻率增加能量出現(xiàn)衰減，而水層在低頻表現(xiàn)為弱能量，在30 Hz油層能量都衰減完時(shí)水層才表現(xiàn)出最強(qiáng)能量。

圖3 油層在單頻能量體上的響應(yīng)

圖4 目的層段單頻平面圖

對(duì)目的層段做分頻調(diào)諧體，開時(shí)窗20 ms包括整套砂體。3井在這套砂體上鉆遇油層近30 m，4井為純水層。從圖4可以看出，3井鉆遇沿?cái)鄬臃植嫉臈l帶狀異常體，而4井在異常體之外，與鉆井完全吻合，因此認(rèn)為這種方法區(qū)分含油儲(chǔ)層和含水儲(chǔ)層較為可靠。在4井西側(cè)可以明顯看到一個(gè)異常體，其與3井鉆遇的異常體在相同頻率上具有相同的能量響應(yīng)，低頻在15 Hz時(shí)能量很強(qiáng)，在20 Hz左右能量進(jìn)一步加強(qiáng)，局部也出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，高頻30 Hz時(shí)能量幾乎衰減為零，因此認(rèn)為該異常體極有可能為巖性油氣藏。從分頻混色切片來看，該異常體與3井鉆遇的條帶狀異常體也有相同的顏色響應(yīng)。

4 結(jié)論

(1)廣義S變換下的頻譜分解方法的時(shí)頻分辨率較高，可以滿足復(fù)雜斷裂帶精細(xì)勘探的要求。應(yīng)用分頻混色顯示技術(shù)能將儲(chǔ)層刻畫得更清楚，有效識(shí)別儲(chǔ)層邊界、儲(chǔ)層期次。

(2)含油氣砂體在地震剖面上表現(xiàn)為反射強(qiáng)，在單頻體上表現(xiàn)為低頻振幅增強(qiáng)速度快于干層和水層，高頻振幅衰減速度快于干層及水層。

(3)利用單頻體切片的方法，能快速有效地尋找隱蔽油氣藏，為鉆井決策提供依據(jù)。

[1] 卜鴻飛，邢成奎，張?jiān)茲?S變換精確分頻技術(shù)在河流相儲(chǔ)層及流體識(shí)別中的應(yīng)用[J].油氣地球物理，2012，10(2)：49-50.

[2] 袁志云，孔令洪，王成林.頻譜分解技術(shù)在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].石油地球物理勘探，2006，41(S1)：11-15.

[3] 姜秀娣，翁斌，劉亞茹，等.分頻混色技術(shù)在高精度地震解釋中的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2013，28(2)：882-888.

[4] 陳永波，潘建國(guó)，高建虎，等.巖性油氣藏關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與應(yīng)用研究——以準(zhǔn)噶爾盆地準(zhǔn)東阜11井區(qū)為例[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2012，27(4)：1598-1608.

[5] John P.Castagna，袁洪光.瞬時(shí)頻率分析：低頻陰影油氣檢測(cè)[J].油氣地球物理，2013，11(2)：72-73.

[6] 宋效文，馬世忠，秦秋寒，等.頻譜分解技術(shù)在深層致密礫巖氣藏檢測(cè)中的應(yīng)用[J].石油地球物理勘探，2012，47(1)：107-113.

(編輯 韓 楓)

江蘇油田不同類型油藏水平井開發(fā)水淹規(guī)律研究效果顯著

由江蘇油田采油一廠完成的《不同類型油藏水平井開發(fā)水淹規(guī)律研究》科研項(xiàng)目，針對(duì)江蘇油田高含水期水平井，開展了水平井水淹機(jī)理、水淹程度評(píng)價(jià)、水淹規(guī)律預(yù)測(cè)等研究。通過研究，提出了導(dǎo)致水平井局部水淹的三種機(jī)理，確定了水平井水淹的主控因素；形成了水平井潛力評(píng)價(jià)方法，確定了江蘇油田高含水期水平井挖潛潛力；建立了新水平井水淹規(guī)律預(yù)測(cè)方法，包括無(wú)水采油期、水淹程度與單井產(chǎn)量遞減。

項(xiàng)目在水平井潛力評(píng)價(jià)、水淹規(guī)律預(yù)測(cè)等方面形成了原創(chuàng)性的技術(shù)，推動(dòng)了油田水平井領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白，獲局科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，并發(fā)表學(xué)術(shù)論文5篇，其中SCI期刊1篇，核心期刊2篇。

研究成果在江蘇油田采油一廠得到廣泛應(yīng)用，以水淹程度為指標(biāo)，確定不同水淹井的需求方向，掌握了124口水平井水淹狀況，指導(dǎo)開展低產(chǎn)水平井治理40井次，實(shí)施水平井水動(dòng)力學(xué)調(diào)整3井次，累積增油超過2×104t，經(jīng)濟(jì)效果顯著。下一步可在采油二廠40多口水平井推廣應(yīng)用。此外，研究成果的理論基礎(chǔ)并不局限于井身結(jié)構(gòu)，也可應(yīng)用于直井開發(fā)油藏，應(yīng)用前景廣泛。

(李立峰 王喜梅)

Application of spectral decomposition technique in reservoir characterization and fluid identification

Zhang Haiyi,Ma Jiaguo,Jiang Zhiheng,Wang Teng,Zhao Zhiping，Li Bo

(TianjinBranchofCNOOCLtd.，Tianjin300459，China)

Spectrum decomposition technique is to use mathematical transformation converting seismic signal from time domain to frequency domain.For reservoir characterization in frequency domain,the technique can avoid the interference between different frequencies in time domain and has very good ability to identify a large set of thick sandstone or thin reservoir.Taking advantage of the low frequency energy change,it is good to identify oil and gas regions.In this paper,we use the high resolution spectrum decomposition approach to restore the real spectrum characteristics,and provide a technical support for reservoir characterization and identification of oil and gas.Using this method,a good application effect was obtained in some block of Penglai constructs in Bohai Oilfield.

spectrum decomposition;hydrocarbon detection;reservoir characterization;lithologic reservoir;S transform

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.01.006

2016-11-18；改回日期：2016-11-18。

張海義(1977—)，工程師，碩士，主要從事地震資料的綜合解釋和儲(chǔ)層研究及烴類檢測(cè)工作。電話：022-66500581，E-mail: zhanghy7@cnooc.com.cn。

十二五重大專項(xiàng)“近海大中型油氣田形成條件及勘探技術(shù)”2011ZX05023-006-002。

P631.4

A