約束稀疏脈沖儲層反演技術在Sufyan凹陷的應用

楊 倉，鄒 荃，客偉利

(1.中國石油尼羅河公司，北京 100034；2.中國石油勘探開發(fā)研究院非洲所，北京 100083)

約束稀疏脈沖儲層反演技術在Sufyan凹陷的應用

楊 倉1，鄒 荃2，客偉利2

(1.中國石油尼羅河公司，北京 100034；2.中國石油勘探開發(fā)研究院非洲所，北京 100083)

Sufyan凹陷深層AG組砂體存在厚度較薄、橫向變化快、儲層預測難度較大的問題，而約束稀疏脈沖反演作為儲層預測廣泛使用的方法，具有反演精度高、多解性少的特點，能夠直觀地刻畫巖性的空間分布規(guī)律。本文運用約束稀疏脈沖儲層反演技術，通過地震資料分析、測井曲線標準化處理、精細井震標定和子波提取等一系列工作，優(yōu)選反演參數(shù)，對Sufyan凹陷深層AG組進行了儲層預測，為該區(qū)的儲層評價提供了有力支撐。實例應用表明，該技術處理后的預測效果與鉆井資料區(qū)域沉積特征相吻合，能夠為后續(xù)開發(fā)提供依據(jù)。

Sufyan凹陷；AG組；約束稀疏脈沖反演；儲層預測

隨著高分辨率地震技術的逐漸成熟，地震資料的應用已經不局限于基于地震同相軸追蹤進行層位解釋的常規(guī)方法。借助于測井資料和地質認識，利用波阻抗反演提高地震資料薄儲層識別能力，已經成為地震資料解釋和儲層預測的重要技術手段[1]。由于國外優(yōu)秀商業(yè)軟件的引入，反演程序的可操作性大大提高，然而反演的效果卻是因人而異，存在多解性。其原因是對待反演資料的研究程度不同，對反演軟件的基本原理和適用范圍掌握不夠，進而影響到二者的有機結合，不能產生良好的反演效果[2]。因此本文運用約束稀疏脈沖反演的方法，在充分掌握反演原理及實際工區(qū)資料的基礎上，對Sufyan凹陷三維區(qū)進行了儲層預測研究，得到了很好的效果。

1 約束稀疏脈沖反演技術

約束稀疏脈沖反演(Constrained Sparse spike inversion, CSSI)技術是目前波阻抗反演技術中廣泛使用的一種方法。其原理是用地震道的振幅產生波阻抗模型，采用一個快速的趨勢約束脈沖反演算法，同地震解釋層位和測井約束控制波阻抗的趨勢和幅值范圍，脈沖算法產生了寬帶結果，恢復了缺失的部分低頻和高頻成分[3]。

約束稀疏脈沖反演流程如圖1所示，反演軟件為Jason軟件的Invertrace模塊。

圖1 約束稀疏脈沖反演流程Fig.1 CSSI flow diagram

反演的關鍵是低頻模型的建立、子波提取，約束條件，以及質量控制參數(shù)λ的選取。除了要建立合理的低頻模型和提取高質量的子波外，在約束稀疏脈沖反演處理中，還加入了多口井的波阻抗趨勢硬約束、地質構造框架模型控制及地震數(shù)據(jù)軟約束等，軟約束主要控制橫向變化，測井資料硬約束控制縱向變化。

在構造研究的基礎上，針對Sufyan凹陷的儲層特征，結合勘探實際需要，對Sufyan三維區(qū)Abu Gabra組二段開展了地震反演及儲層預測相關工作。實際工作中，利用地質、測井物探資料，開展儲層地質分析、儲層地震響應特征分析，在綜合分析的基礎上，進行反演適應方法試驗，優(yōu)選適合本區(qū)地質特點的反演方法——約束稀疏脈沖反演，開展全區(qū)地震反演。

2 應用實例

2.1 工區(qū)基本概況及需解決的問題

Muglad盆地位于非洲板塊中部(圖2)，是在穩(wěn)定的前寒武系基底之上發(fā)育起來的中、新生代裂谷盆地[4-5]。其是在中非剪切帶的右旋剪切應力場背景下拉張形成的，屬于差異應力引起的被動裂谷盆地[6-7]。

Sufyan凹陷是Muglad盆地西北部的一個二級構造單元，位于蘇丹共和國的南部，呈菱形、東西向展布。自白堊紀起，受控于中非斷裂帶剪切運動形成的張剪性構造應力背景，Sufyan凹陷開始斷陷，形成以白堊系為主體的斷陷盆地[8-9]。

圖2 Sufyan凹陷區(qū)域構造位置Fig.2 Sufyan sag regional structural location

目前，隨著Sufyan凹陷勘探程度的不斷提高，2013—2016年圍繞Sufyan凹陷中央構造帶部署的預探井和評價井共14口，其中有2口井失利，其余均獲得商業(yè)油流，但是主要目的層AG2組單砂體厚度僅有3～10 m，儲層標定及地震識別難度大。本次選用約束稀疏脈沖反演對儲層展布特征進行定量預測，大大地提高了地質人員對儲層乃至油氣分布特征的認識程度，降低了投資風險。

2.2 約束稀疏脈沖反演技術的應用

(1)對測井曲線進行標準化處理。

高質量的測井資料是定量化油藏描述項目研究的基本條件。所加載的井資料包括P波聲波、密度、伽馬曲線，以及巖石物理解釋的結果，如孔隙度、泥質含量曲線等[10]。聲波和密度曲線能生成聲波阻抗信息。利用泥質含量曲線，以50%為門檻值區(qū)分巖性。為了保持反演結果的橫向一致性，需要對所有測井曲線進行標準化處理。

標準化處理的主要目標是聲波、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與地質特征更加吻合，同時標準化后也使反演基礎數(shù)據(jù)建立在統(tǒng)一的基準之上[11]。

采用的方法是利用交匯單井波阻抗曲線的方法[12]，對測井曲線進行標準化處理。通過直方圖對每條曲線確定極大值、極小值，通過線性回歸方程對測井資料進行重新刻度。在獲得了縱向質量可靠、橫向具有一致性的測井資料后，才可以開展標定、反演等工作，所得到的結果才是可靠、真實的。

本次研究對該區(qū)13口井的測井曲線進行處理，消除了該區(qū)測井曲線因不同年限、不同儀器、不同采集處理參數(shù)所引起的差異，使所有井的同種曲線數(shù)值在量綱上一致起來(圖3)。

圖3 測井曲線標準化處理對比圖Fig.3 Standardization of well logging curve processing contrast

(2)儲層地球物理特征分析。

為了更好地利用測井資料對儲層進行分析，需對測井曲線進行儲層地球物理特征分析，確定反映儲層地球物理響應特征的曲線，并做各種交會分析，確定儲層特征識別參數(shù)；對儲層的物性做定量分析，建立測井屬性與儲層巖性、物性、電性和含油性的關系。儲層地球物理特征分析主要采用交會圖分析法，通過曲線交會來分析地下儲層及油氣藏的敏感參數(shù)。

眾所周知，阻抗是聯(lián)系地震數(shù)據(jù)和儲層屬性的橋梁，因此直方圖和相關性分析是地震反演的關鍵步驟。本次研究主要以直方圖的方式分析了阻抗與巖性以及阻抗與聲波(DT)、密度(DEN)的相關性。從AG1、AG2和AG3儲層物性直方圖可以看出，縱波阻抗可以用來直接區(qū)分砂巖和泥巖(圖4)。

圖4 AG組儲層阻抗直方圖Fig.4 Impedance histogram of AG formation reservoir wave

(3)儲層精細標定與子波提取。

層位標定及子波反演是聯(lián)系地震和測井數(shù)據(jù)的橋梁，在地震反演中占有重要地位。對基于模型的反演，地震子波更是聯(lián)系地震記錄與初始模型的橋梁，模型反演結果與地震記錄、初始模型、地震子波密切相關。子波是模型反演的關鍵因素，子波與模型反射系數(shù)褶積產生合成地震記錄，合成地震記錄與實際地震資料的誤差最小是終止迭代的約束條件[13]。

層位標定的好壞直接影響子波反演的結果，而子波的正確性又對層位的準確標定產生制約，只有通過子波反演和層位標定交互迭代才能獲取最佳標定和最佳子波。在子波反演過程中，保持聲波曲線標定好的時深關系不變，以目的層的合成記錄與井旁道地震波組特征有較好的對應關系為原則，采用最小平方法提取一個初始子波，然后利用廣義線性反演方法，迭代求取最佳子波。

結合地震解釋層位和測井地質分層，采用處理解釋兩套系統(tǒng)相互驗證，對工區(qū)內10口井進行了精細的合成記錄標定。標定工作依據(jù)波形、波組和能量最大相關為原則，本次先用ricker子波標定制作合成記錄，然后提取井旁道子波精細標定。正確的合成記錄在獲得與地震記錄較好相關性的同時，還必須保證井的時深關系的合理性。從標定情況來看，合成記錄與井旁地震道有良好相關性，地震解釋層位和地質分層有很好的匹配(圖5)。

(4)子波估算。

子波估算是所有地震反演的核心，估算地震子波波形的準確與否將會嚴重影響儲層評價的質量。子波估算時，首先用地震數(shù)據(jù)體(振幅譜)估算子波，然后用常相位譜技術確定地震相位。最后，將井資料與地震資料相結合估算每口井子波的振幅和相位譜。在得到每口井的估算子波之后，借助井編輯和嵌入子波工具，從本工區(qū)13口井資料中，選取相關的井，并應用多口井子波平均技術估算最終的平均子波。

本次反演分別從13口井資料中提取各自的子波，并用這些提取的子波計算平均子波。圖6是Sufyan三維區(qū)制作合成地震記錄所提取的統(tǒng)計子波及其振幅譜、相位譜與頻譜。可以看出所有參與反演的單井的子波形態(tài)、能量、相位、振幅及頻寬基本一致，相位穩(wěn)定，從而說明統(tǒng)計子波可靠合理。所得到的平均子波，形態(tài)近似rick子波，主瓣能量集中，旁瓣較小，相位穩(wěn)定，是比較理想的平均子波。

(5)低頻模型的建立。

由于地震采集系統(tǒng)的限制，地震直接反演結果中不包含10 Hz 以下的低頻成分，須從其他資料提取予以補償。從地震資料出發(fā)，以測井資料和鉆井數(shù)據(jù)為基礎，建立基本反映沉積體地質特征的低頻初始模型。在地震反演中，初始地質模型的合理建立是很重要的，特別是對模型反演來說，反演結果的好壞很大程度上由初始模型即先驗地質認識決定，因此建立初始模型是做好基于模型反演的關鍵。

圖5 儲層精細標定結果Fig.5 Results of detailed reservoir calibration

圖6 最終的子波Fig.6 Final results of average wavelet

建立盡可能接近實際地層條件的初始波阻抗模型，是減少其最終結果多解性的根本途徑。測井資料在縱向上詳細揭示了巖層的變化細節(jié)，地震資料則連續(xù)記錄了界面的橫向變化，二者的結合為精確建立空間波阻抗模型提供了必要的條件。

低頻模型的建立包括兩部分內容：建立地質模型及生成低頻模型，主要受地震解釋層位的控制。地質模型的建立產生所有建模所需的參數(shù)(儲層框架和井比重等)。地質模型建好后，基于地質模型對井曲線進行內插，并在層位的控制下生成低頻模型，再用這個低頻模型進行約束稀疏脈沖反演。

在建模過程中，地震解釋層位AG1、AG2 和 AG3用來確保內部層序的一致性，采用了克里金插值法，該方法在井網分布不規(guī)則時，能有效反映儲層參數(shù)宏觀變化趨勢，精度相對高。圖7是內插的低頻模型。

圖7 連井波阻抗初始模型剖面Fig.7 Initial cross section model of impedance

(6)砂體厚度預測。

根據(jù)前面的巖石物理分析可知，縱波阻抗可以較好區(qū)分AG組砂泥巖，同時根據(jù)交會結果分析可確定區(qū)分砂巖的門檻值為8000 g/cm3*m/s。在求取砂巖厚度的過程中，首先利用砂巖屬性門檻值提取砂巖時間厚度，然后根據(jù)地震速度初步計算出砂巖厚度，最后利用單井砂巖厚度值對預測砂巖厚度進行趨勢校正，得到最終砂巖厚度預測等厚圖以及含砂率預測等厚圖[14](圖8、圖9)。

從Sufyan地區(qū)砂體厚度預測圖和含砂率預測圖可以看出，在AG3沉積時期，砂體主要分布在西部斜坡帶，最厚達到65 m(圖8d)，凹陷中部以泥質沉積為主，含砂率分布與砂巖厚度分布相似，在西斜坡及Suf構造帶含量高，向東南減少(圖9d)。在AG2下段沉積時期，整個凹陷內部砂體厚度明顯變薄，主要分布在中央構造帶等構造較高的部位，砂體厚度小且分布范圍小(圖8c)，含砂率較低，約15%以下(圖9c)。在AG2上段沉積時期，砂體厚度較AG2下段時期明顯增厚且分布范圍變大(圖8b)。在AG1沉積時期，砂體向凹陷內推進，到達中

央構造帶內部(圖8a)，AG1段砂體發(fā)育，含砂率高，最高可達85%(圖9a)；由于埋藏相對較淺，分選較好，泥質含量低，儲層物性好。

總體而言，Sufyan凹陷在AG期以半深湖、三角洲前緣為主，砂體含砂量和厚度在不同構造區(qū)內變化較大，且分布不均勻，儲層預測對油氣勘探部署非常重要。

2.3 反演結果分析

根據(jù)實際地質認識以及圖4的分析結果可以認為，利用8000 g/cm3*m/s為波阻抗的門檻值來區(qū)分砂泥巖，砂巖在反演剖面上對應高波阻抗同相軸，而泥巖則對應低波阻抗同相軸，波阻抗反演成果能有效識別砂體展布特點。

通過合成記錄的標定，將13口井資料與波阻抗剖面疊合。通過將地震反演結果與井上的波阻抗曲線進行對比，其目的層段砂泥巖的分布與井上實際井曲線基本吻合，說明了地震反演結果的可靠性(圖10)，可認為本次稀疏脈沖反演很好地揭示了Sufyan地區(qū)AG組儲集砂體內幕和側向變化特征。

圖8 Sufyan地區(qū)主要目的層砂體厚度預測圖Fig.8 Main formations sand thickness prediction of Sufyan sag

圖9 Sufyan地區(qū)主要目的層含砂率預測圖Fig.9 Main formations sand ratios prediction of Sufyan sag

3 結論與建議

(1)約束稀疏脈沖反演技術應用過程中，需要注意以下幾點：①測井曲線標準化處理能夠消除非地質因素造成的井間一致性問題，明確儲層地球物理特征，使低頻模型準確、儲層預測可靠。②井震標定過程中，要考慮井震資料之間的速度差異，根據(jù)多個標志層來確定時深漂移量，保障合理的時深關系、子波的準確估算。

圖10 CSSI反演結果與井上波阻抗曲線對比圖Fig.10 Contrast of CSSI inversion results and impedance curve

(2)利用稀疏脈沖反演技術在Sufyan凹陷開展儲層預測，取得了較好的效果，主要表現(xiàn)在：①反演結果與已鉆井吻合程度高。②目的層段薄砂層橫向分布規(guī)律明確，可以指導工區(qū)沉積微相分析工作；結合鉆井，能為單砂體刻畫提供依據(jù)。

(3)反演人員對地震工區(qū)內各種勘探資料以及前人研究成果的認識和掌握程度也對反演結果有著重大影響，這體現(xiàn)在波阻抗約束條件的制定等反演過程的控制以及對地震資料所缺失的低頻分量的補充等多個方面。

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TheApplicationofConstrainedSparseSpikeInversioninSufyanSag

Yang Cang1, Zou Quan2, Ke Weili2

(1.CNPCInternational(Nile)Ltd.,Beijing100034,China; 2.PetroChinaResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,Beijing100083,China)

Due to the sand bodies are thinner and the lateral reservoir change seriously of deep AG member in Sufyan sag, the reservoir prediction is very difficult to do. However, the constrained sparse spike inversion is widely used for reservoir prediction in many oil fields of the world. This method has high precision and has less unknown various, and can preferably overcome the multi-answers problem. It is able to visually depict the characteristics of the spatial distribution of lithology. We used the constrained sparse spike inversion technique, through a series of work, such as the analysis of seismic data, well logging curve standardized processing, fine well-to-seismic calibration and wavelet extraction and so on, optimized inversion parameters, deep AG member in Sufyan sag has carried on the reservoir prediction, provided a strong support for the reservoir evaluation in this area. Application showed that the forecast effects after technical processing are consistent with the drilling data and the sedimentary characteristics in this area, it can provide the basis for future development.

Sufyan sag; AG formation; constrained sparse spike inversion; reservoir prediction

楊倉(1983—)，男，北京人，漢族，在職碩士研究生，中國石油尼羅河公司工程師，主要從事物探工作。郵箱：kamangta@126.com.

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