轉換波疊后聯合反演技術在川西須家河組氣藏的應用

黃躍徐天吉程冰潔甘其剛

1.中國石化西南油氣分公司 2.中國石化西南油氣分公司勘探開發研究院德陽分院

3.“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室·成都理工大學 4.成都理工大學信息工程學院

轉換波疊后聯合反演技術在川西須家河組氣藏的應用

黃躍1徐天吉2,3程冰潔4甘其剛2

1.中國石化西南油氣分公司 2.中國石化西南油氣分公司勘探開發研究院德陽分院

3.“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室·成都理工大學 4.成都理工大學信息工程學院

黃躍等.轉換波疊后聯合反演技術在川西須家河組氣藏的應用.天然氣工業,2010,30(4):38-41.

川西坳陷上三疊統須家河組氣藏為超致密超高壓非常規近源氣藏,具有地質條件復雜、成藏機理不清、地震資料有效頻帶窄與主頻低等不利因素,勘探開發難度極大。常規縱波反演技術不能夠充分地利用橫波信息,無法提供與儲層預測、含氣性識別等相關的精確參數,難以有效地解決致密氣藏的勘探難題。而轉換波疊后聯合反演技術同時利用全波測井、地震、地質等綜合信息,反演出泊松比、縱橫波速度比、縱橫波阻抗、密度等與巖性和物性相關的重要參數,為致密油氣藏的描述提供了更準確、有效的依據。進行轉換波疊后聯合反演之前,還需要對PP波與PS波進行匹配處理,消除反射波組的頻率、相位、波形等差異,以建立準確的反演初始模型。將該技術應用到川西新場地區須家河組氣藏描述,獲得了良好的儲層預測、巖性識別及含氣性檢測效果。

四川盆地 西 晚三疊世 氣藏 縱波—縱波 縱波—橫波 疊加(地震) 反演

0 引言

川西坳陷上三疊統須家河組氣藏是典型的非常規近源氣藏,致密—超致密油氣儲層的預測至今尚屬世界難題,常規勘探開發技術難以奏效[1-3]。

從反演流程的角度而言,實現轉換波疊后聯合反演的技術思路主要有兩種。目前,應用得較多的一種是轉換波分步疊后聯合反演。該技術先分別利用PP波或PS波地震資料反演出縱波阻抗、橫波阻抗;再將獨立的二者進行聯合分析計算,以提取密度、剪切模量、拉梅系數、泊松比等參數。在反演過程中,該技術沒有真正同時利用到PP波與PS波的實測特征信息,從而忽視了縱橫波阻抗、縱橫波速度和地質體密度之間的內在聯系問題。事實上,縱波速度與橫波速度之間存在著線性關系(如Castagna泥巖公式)[4],縱波速度與地質體的密度之間也存在著密切聯系(如 Gardner公式)[5]。因此,回避縱波阻抗、橫波阻抗與密度之間的內在聯系問題,將直接損害反演精度,降低反演結果的可靠性,最終影響到儲層預測、巖性判斷、流體識別的準確性。

筆者應用的轉換波疊后聯合反演技術是新近研發建立的,主要基于Fatti等簡化的PP波與PS波反射系數公式及反演理論,在反演縱橫波速度、速度比、阻抗、密度、泊松比等物性、巖性參數的過程中,同時利用了PP波與PS波的實測特征信息,克服了PP波與PS波疊后聯合分步反演存在的不足,提高了反演參數的精度,為井位部署成功率的提高、勘探開發風險的降低奠定了堅實基礎。

1 方法原理

地震波傳播理論證實,地震波在地下介質中傳播時不僅會發生反射,還將發生反射轉換。通過Zoeppritz方程能夠獲得反射波、透射波的反射系數。P波在介質中傳播時,精確的PP波與轉換PS波的反射系數方程(Aki-Richards)十分復雜,難以在實際生產中推廣應用。后來,Stewart、Fatti和Larson等很多學者對Aki-Richards給出的PP波和PS波反射系數方程進行了改進。Fatti等改進的Aki-Richards縱波PP與轉換波PS的反射系數公式[6]為:

式中:γ為橫波與縱波速度比,γ=vs/vp;<為轉換 PS波近似反射角,<=sin-1(γsinθ);θ為 PP波平均反射角,θ=(θ1+θ2)/2;ρ為介質平均密度,ρ=(ρ1+ρ2)/2; Δ ρ為介質密度差,Δ ρ=ρ2-ρ1;vp為縱波平均速度,vp=(vp1+vp2)/2;Δvp為縱波速度差,Δvp=vp2-vp2;vs為橫波平均速度,vs=(vs1+vs2)/2;Δvs為橫波速度差,Δvs=vs2-vs1。

PP波和PS波的反射系數與地震波記錄之間存在以下關系:

式中:Spp為PP波反射地震記錄;Wpp為PP波子波;Sps為PS波反射地震記錄;Wps為PS波子波。

本文以多中心協同治理理論視角為基礎，提出關于“雙11”電子商務治理的合作框架，并運用該框架解釋各主體間合作過程，推動電子商務供給側結構性改革，從而實現融合發展、互利共贏的合作關系。

實際上,地震波的傳播特征是地震波與傳播載體(地下介質)相互作用的結果,地震波的動力學、運動學等特征參數蘊含了傳播載體的相關信息。因此,地震波的特征參數與地下介質的相關參數可以相互表述或換算。如,反射系數可以采用波阻抗進行描述,地下介質的密度可以由地震波的速度估算(Gardner公式),地震波的縱波傳播速度與橫波傳播速度也存在可以統計的線性關系(Castagna等)[5]等。詳細表述為:

式中:R代表反射系數,可以是縱波反射系數,也可以是橫波反射系數;Z為阻抗,可以是縱波阻抗,也可以是橫波阻抗;ρ為密度;a、b分別為常系數,通常取0.23、0.25,也可以根據實際情況取適當的值。

但是,在進行PP波與PS波疊后聯合反演之前,還需要對數據進行必要的匹配預處理。除了對PP波與PS波進行振幅標定、子波頻率與能量一致性處理、相位匹配處理外,核心內容是時間匹配處理。

由于PS波的速度低于PP波的速度,因此同一反射層在PS波剖面和PP波剖面上的到達時間是不一致的。只有準確的確定來自同一反射層的同相軸,才能達到利用PP波和PS波進行聯合反演的目的。假設在零偏移距地震剖面上的PP波傳播時間為 Tpp,PS波的傳播時間為 Tps,有

式中:H為傳播距離(深度)。

利用該式可以將PP波與PS波傳播的時間關系轉化為縱橫波速度關系,即

如果能夠得到準確的縱橫波速度比,就能夠把PS波剖面的反射時間校正到PP波反射時間,從而達到PP波與PS波的反射同相軸相匹配的目的。

弄清楚PP波與PS波的反射波組關系,做好匹配預處理工作后,就可以利用式(3)和共軛梯度法等手段對式(2)進行求解,并反演出縱橫波速度、縱橫波速度比、縱橫波阻抗和密度等參數。基于反演結果,可以進一步計算獲取拉梅常數、剪切模量、體積模量、泊松比等重要的巖性判斷和流體性質識別參數[6]。

2 應用及效果分析

2.1 PP波與PS波的聯合標定

PP波與PS波的聯合標定就是利用地震、全波測井、地質與巖石物理等綜合信息,將PP波和PS波的反射波組賦予明確的地質意義和概念模型,在地震剖面上映射地質層位,以便從地震響應特征的角度分析各種地質現象。因而,縱波與轉換波的層位標定非常重要,標定不好,縱波和轉換波對同一地層的解釋為不同地質含義層位,后續研究工作將沒有任何意義。

圖1所示為過新場地區L150井的PP波與PS波井—震標定結果前后對照。圖1-a顯示,未進行標定前,PP波和PS波的時間—深度關系不正確,同一套地質層位(如PP_T51與PS_T51、PP_T511與PS_T511)并不在對應的正確深度位置。圖1-b顯示,進行井—震標定后,PP波和PS波的時間—深度關系正確,同一套地質層位(如PP_T51與PS_T51、PP_T511與PS_ T511)時深關系對應良好。對比圖1-a與圖1-b,在時間域與深度域內,井—震標定前后PP波與PS波的同相軸及其對應的地質層位均發生了明顯的變化,實現了地震相與地質體匹配。在進行縱波與轉換波的聯合標定過程中,由于縱波與轉換波地震記錄、子波形態與頻譜等均存在明顯差異,因此,需要仔細對比、分析差異,不斷調整子波使合成記錄與實際記錄達到最佳吻合,才能獲得正確的標定結果。

圖1 PP波與PS波聯合標定L150井圖

2.2 PP波與PS波的匹配

轉換波疊后聯合反演是根據PP波與PS波的反射同相軸逐個樣點進行的。因此,縱波與轉換波同相軸匹配質量如何是反演結果可靠性的關鍵因素。

圖2所示是新場地區某測線的PP波與PS波匹配情況對照。對比圖2-a和圖2-b,PP波與PS波的傳播時間、波形之間的差異十分明顯。這種差異在圖3-a中也展現得十分清楚,PP波與PS波相比,其頻帶明顯較寬、振幅明顯較強。對比圖2-a和圖2-c,PP波與PS波的傳播時間、波形之間的差異明顯減小。減小的差異在圖3-b中也展現得十分清楚,PP波與PS波相比,PP波的振幅、頻帶均未發生變化,而PS波的頻帶明顯有所拓寬并與PP波相近。總之,同過匹配處理,分別從PP波與PS波拾取的地質層位實現了一一對應,如,PP_T51與PS_T51、PP_T511與 PS_T511分別對應。這就滿足了地質界面唯一的客觀要求,為PP波與PS波的聯合反演奠定好了基礎。

2.3 反演效果

圖4所示為通過轉換波疊后聯合反演獲得的新場地區須家河組二段主要儲層的密度分布情況。據圖4顯示,獲得高產工業氣流的X856、X851、X853、X2、X3及X10等井,均分布在中等密度值范圍內(紅色區域);低產的L150井分布在密度高值區域(紫色),儲層具有超致密的特點;產水的CX565井密度較低,位于泥巖分布范圍內(藍色區域)。將反演獲得的密度值與測井、巖心測試結果對比,在現有鉆井分布區內密度普遍較高,顯示出該區超致密儲層的特性,這與測井和巖心取樣分析獲得的結論是基本一致的。

圖2 PP波與PS波的匹配圖

此外,新場地區須家河組二段主要儲層區內泥巖(藍色區域)與砂巖交錯分布,給井位部署增加了難度和風險。轉換波疊后聯合反演技術同時利用了新場地區的兩種地震資料及全波測井、地質與巖石物理等綜合信息,獲得的密度參數具有高精度的特性。因此,利用密度參數可以有效區分砂巖與泥巖的性質,準確判斷砂巖的致密程度,為新場地區須家河組致密砂巖氣藏的預測提供了可靠的依據。

圖3 PP波與PS波的匹配前后的振幅譜圖

圖4 新場地區須家河組二段主要儲層密度分布圖

3 結論

1)地震波的反射系數、傳播速度與地質體的密度、阻抗等參數之間存在密切的聯系,基于地質、全波測井等綜合信息,實現轉換波疊后同時聯合反演,能夠獲得高精度的密度參數。

2)轉換波疊后聯合反演技術在新場地區3D3C地震資料中的實際應用表明,反演獲得的高精度的密度參數能夠有效區分砂泥巖的性質、準確判斷砂巖的致密程度,為須家河組致密砂巖氣藏的預測提供了可靠的依據。

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(修改回稿日期 2010-02-22 編輯 韓曉渝)

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.04.008

Huang Yue,senior engineer,was born in1958.He has long been engaged in research of geophysical methods and integrated technology.

Add:Xinan Shiyou Mansion,No.108,Tidu Street,Qingyang District,Chengdu,Sichuan610011,P.R.China

Tel:+86-28-86757775 E-mail:hylx@vip.sina.com

Application of converted-w ave poststack joint inversion in the Xujiahe Formation gas reservoir in the western Sichuan Basin

Huang Yue1,Xu Tianji2,3,Cheng Bingjie4,Gan Qigang2
(1.Southwest B ranch Com pany,Sinopec Corporation,Chengdu,Sichuan610081,China;2.Deyang B ranch ofEx ploration &Production Research Institute,Southwest B ranch Company,Sinopec Corporation,Deyang,Sichuan610080,China;3.State Key L aboratory f or Oil&Gas Reservoir Geology and Ex ploitation, Chengdu University ofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China;4.College of Inf ormation Engineering,Chengdu University ofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China)

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE4,pp.38-41,4/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)

The Upper Triassic Xujiahe Formation gas reservoirs in the deep West Sichuan Depression are non-conventional near-source gas reservoirs featured by super tightness and super-high pressure.Gas exploration and development are extremely challenging due to the complex geologic conditions,unclear hydrocarbon accumulation mechanism,narrow effective frequency band and low dominant frequency.The conventional P-wave inversion technique cannot fully utilize the S-wave information,cannot provide accurate parameters for reservoir prediction and gas potential identification,thus cannot effectively solve the problem of tight gas reservoir exploration.In contrast,the converted-wave poststack joint inversion technique can simultaneously utilize full-wave log,seismic and geologic data to abstract some key parameters that are associated with lithology and physical property,such as the Poisson’s ratio,PP-to PS-wave velocity ratio,PP-and PS-wave impedance and density.These parameters provide more accurate and effective information for the description of tight reservoirs.Before the converted-wave poststack joint inversion,the matching of PP-and PS-wave should be performed to eliminate the differences of reflected wave groups in aspects of frequency,phase and waveform,so as to build a precise initial inversion model.This technique has been successfully applied to the description of the Xujiahe Formation gas reservoirs in Xinchang area of the western Sichuan Basin.The results of reservoir prediction,lithology identification and gas potential detection are satisfactory.

Sichuan Basin,west,Late Triassic,gas reservoir,PP-wave,PS-wave,stack(seismic),inversion

book=38,ebook=380

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.04.008

中國石化重點科技研目“3D多波多分量屬性提取及綜合應用技術研究”(編號:P06028)。

黃躍,1958年生,高級工程師;長期從事地球物理方法及綜合技術研究工作。地址:(610011)四川省成都市青羊區提督街108號西南石油大廈。電話:(028)86757775。E-mail:hylx@vip.sina.com