擬聲波反演技術(shù)在輪南地區(qū)的應(yīng)用*

何　翠，郭少斌，唐　瑾，張海祖，張雪輝，譚建波

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083；2.新疆恒泰艾普能源服務(wù)有限公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000；3.中國(guó)石油塔里木油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000；4.中國(guó)石油冀東油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北 唐山 063000；5.北京斯堪帕維科技有限公司，北京 100000)

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擬聲波反演技術(shù)在輪南地區(qū)的應(yīng)用*

何翠1，郭少斌1，唐瑾2，張海祖3，張雪輝4，譚建波5

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083；2.新疆恒泰艾普能源服務(wù)有限公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000；3.中國(guó)石油塔里木油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 庫(kù)爾勒 841000；4.中國(guó)石油冀東油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北 唐山 063000；5.北京斯堪帕維科技有限公司，北京 100000)

為解決輪南油田三疊系TⅡ油組砂體較薄、巖性橫向變化大、單純的聲波測(cè)井曲線不能有效的反映儲(chǔ)層特征、巖性勘探開(kāi)發(fā)尚未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展等問(wèn)題，采用基于模型的擬聲波反演方法，以巖石物理學(xué)為理論指導(dǎo)，從地質(zhì)分析入手，綜合地震和測(cè)井資料，優(yōu)選出對(duì)儲(chǔ)層特征比較敏感的自然電位曲線，結(jié)合原始聲波曲線構(gòu)建能反映儲(chǔ)層橫向變化的擬聲波曲線，開(kāi)展了基于模型的測(cè)井約束反演。結(jié)果表明：擬聲波反演比原始聲波反演效果好，分辨率提高，在密井網(wǎng)區(qū)縱向分辨率可達(dá)3～5 m，反演結(jié)果相對(duì)誤差為0.26%～24.49%，平均相對(duì)誤差為13.7%，可以基本滿足薄砂體雕刻的需要，擬聲波反演技術(shù)對(duì)薄砂體的預(yù)測(cè)取得了一定的效果。

輪南地區(qū)；測(cè)井約束；擬聲波反演

2.XinjiangLandOceanEnergyServiceCo.，Ltd.,Korla841000，China；

3.TarimOilfieldCorporation，PetroChina，Korla841000,China；4.JidongOilfieldCorporation，PetroChina，Tangshan063000,China；

5.EsscaEnergyServiceCo.，Ltd.，Beijng100000,China)

0　引　言

輪南斷壘帶是塔里木油田三疊系油氣主要分布區(qū)，為塔里木油田開(kāi)發(fā)持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)起到了積極作用。隨著勘探程度的增加，對(duì)該區(qū)的構(gòu)造油氣藏認(rèn)識(shí)程度比較高[1]，但對(duì)三疊系TⅡ油組的巖性油藏認(rèn)識(shí)程度低。輪南地區(qū)一直以來(lái)是三疊系滾動(dòng)勘探的有利地區(qū)，由于三疊系巖性橫向變化大，油氣藏受砂體控制，目前巖性勘探開(kāi)發(fā)尚未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。特別是TⅡ油組的砂體薄，巖性橫向變化大，常規(guī)反演不能反映薄砂體的變化，反演剖面上波阻抗分辨率不高，導(dǎo)致巖性識(shí)別比較困難。

地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)是研究?jī)?chǔ)層分布的重要技術(shù)手段，經(jīng)過(guò)近些年的進(jìn)步，發(fā)展了地震屬性分析技術(shù)、波阻抗反演技術(shù)、烴類(lèi)檢測(cè)技術(shù)、時(shí)頻分析技術(shù)等[2-5]。地震屬性預(yù)測(cè)技術(shù)于1960年開(kāi)始應(yīng)用于儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中，主要屬性包括時(shí)間屬性、振幅屬性、頻率屬性等，通過(guò)3種基本地震屬性衍生出上百種地震屬性，并可運(yùn)用于儲(chǔ)層屬性的預(yù)測(cè)中，比如儲(chǔ)層厚度、孔隙度、滲透率、飽和度及泥質(zhì)含量等，并取得一定效果[6-7]。地震反演是利用地震資料反演地層的波阻抗的處理方法，由Backus與Gilbert于1967年首次提出[8]，包括遞推反演、模型約束反演、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演等方法，不同的方法針應(yīng)用于不同的研究目標(biāo)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的效果，需選用合適的反演方法進(jìn)行預(yù)測(cè)。地震反演是地震勘探中的核心技術(shù)，現(xiàn)應(yīng)用較多的為測(cè)井約束反演，即利用地震剖面所過(guò)井位的聲波資料作為外部條件，利用正反演結(jié)合的方法求取地下波阻抗，此種方法利用了測(cè)井資料的高頻信息，大幅度拓寬了地震資料的頻帶，因此得到了較多的發(fā)展。但測(cè)井約束反演方法質(zhì)量取決于原始資料的質(zhì)量，如測(cè)井曲線的可靠性等，因此反演結(jié)果存在一定誤差。基于以上問(wèn)題，文中提出了基于模型的擬聲波反演方法，即通過(guò)對(duì)原始AC曲線和對(duì)巖性反映較好SP曲線進(jìn)行擬合，得到高分辨率的反演剖面，完成了研究區(qū)薄儲(chǔ)層的識(shí)別，并在研究區(qū)取得較好的效果。

1　擬聲波反演技術(shù)的原理和關(guān)鍵技術(shù)

1.1擬聲波反演技術(shù)的基本原理

在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)過(guò)程中，反演是一種非常重要的手段[12-13]。一般情況下，儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層的速度和密度都會(huì)有一定不同，用聲波測(cè)井曲線就能有效的反映巖性的變化，此時(shí)用聲波測(cè)井曲線來(lái)約束進(jìn)行波阻抗反演就能很好的反映地層的真實(shí)情況[14-16]。但當(dāng)聲波測(cè)井曲線中的高頻信息不能很好地反映儲(chǔ)層和圍巖的差異時(shí)，用單純的聲波測(cè)井曲線反演就無(wú)法得到好的效果，這時(shí)就需要進(jìn)行擬聲波反演[17]。

擬聲波反演技術(shù)將信息優(yōu)化、非線性理論融入反演之中，突破常規(guī)地震分辨率的局限，追求地震頻帶寬度(有效頻帶)以外的高分辨率。它采用分形、分維的算法在地震記錄上逐道取均值、偏差、維數(shù)等能反映儲(chǔ)層空間變化的有用信息，將提取的儲(chǔ)層各向異性信息與層序地層模型結(jié)合起來(lái)，控制測(cè)井曲線外推的部分。分形插值采用設(shè)置插值點(diǎn)法，即已知點(diǎn)x1和x2處的函數(shù)值為f(x1)、f(x2)，則x處的函數(shù)值f(x)可用如下公式計(jì)算

f(x)=f(x1)+(f(x2)-f(x1))*‖x-x1‖/‖x2-x1‖+RAN.

式中RAN為一隨機(jī)增量，其值為

式中H為Hirst指數(shù)；σ為離差；G為Gauss隨機(jī)變量，服從N(0，1)分布，‖x2-x1‖為樣本距，rate為標(biāo)定系數(shù)。

通過(guò)反復(fù)標(biāo)定和校正，建立復(fù)雜可靠的地質(zhì)模型，之后做擬聲波反演，最終獲得對(duì)儲(chǔ)層巖性、物性反映較為敏感的高分辨率擬聲波速度或波阻抗數(shù)據(jù)體。

1.2擬聲波反演關(guān)鍵技術(shù)

擬聲波反演是儲(chǔ)層橫向預(yù)測(cè)的核心技術(shù)，要取得好的地質(zhì)效果，必須注意以下幾點(diǎn)技術(shù)關(guān)鍵：①收集地震反演所需要的各項(xiàng)原始資料，主要包括：工區(qū)地質(zhì)情況、地震資料、測(cè)井資料、測(cè)試資料和分析化驗(yàn)資料等；②認(rèn)真分析收集到的各項(xiàng)資料，針對(duì)工區(qū)地質(zhì)情況和目的要求選擇合適的處理流程；③作好層位標(biāo)定工作，可利用VSP資料和已有的時(shí)深關(guān)系，結(jié)合合成記錄的制作，準(zhǔn)確標(biāo)定層位，尤其是目的層附近要做到每一個(gè)同相軸都能精細(xì)標(biāo)定；④精細(xì)解釋好地震層位，這些層位在模型制作中起控制作用，必須確保層位解釋的合理性，不能竄層；⑤根據(jù)工區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造背景，定義好地層之間的接觸關(guān)系，保證模型的合理性；⑥對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行分析研究，剔除野值，同時(shí)要做到同一種曲線的歸一化處理；⑦選擇合理的反演參數(shù)，保證反演結(jié)果的合理性和可行性[18]。

1.3擬聲波反演思路

針對(duì)油田區(qū)域地質(zhì)特征，在對(duì)該區(qū)鉆井、測(cè)井、地震等資料深入分析的基礎(chǔ)上，采用了在曲線重構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行高分辨率測(cè)井約束反演方法。其基本思路是：利用聲波測(cè)井曲線，把反映地層巖性變化比較敏感的自然電位、自然伽瑪、電阻率等多種測(cè)井信息有效地融合并轉(zhuǎn)換成具有聲波量綱的擬聲波曲線，使其不僅含有聲波的低頻信息，還具備前述的各種曲線的高頻信息，以擬聲波曲線所得的高頻信息作為約束條件，建立初始模型；然后對(duì)初始模型進(jìn)行正演，計(jì)算出合成地震剖面，再與實(shí)際地震剖面相比較并求取誤差參數(shù)(攝動(dòng)量)，利用沉積相聯(lián)井剖面，反復(fù)更新修改初始模型，使合成地震剖面與實(shí)際地震剖面在最小平方意義下最為接近，最終得出高分辨率的波阻抗反演剖面[19]。

文中采取的是基于模型的擬聲波反演技術(shù)，其關(guān)鍵點(diǎn)在于

1)根據(jù)已有的測(cè)井資料、鉆井?dāng)?shù)據(jù)及研究區(qū)地質(zhì)規(guī)律為約束條件，設(shè)置各種參數(shù)，構(gòu)建研究區(qū)目的層位儲(chǔ)層地質(zhì)模型，即建立的初始模型；

2)通過(guò)正演求取該模型的地震響應(yīng)，計(jì)算出合成地震剖面；

3)將初始模型的地震響應(yīng)和研究區(qū)實(shí)際的地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)它們之間差異進(jìn)行初始模型參數(shù)的反復(fù)修改，直到初始模型的地震響應(yīng)和原始地震數(shù)據(jù)之間的誤差達(dá)到要求，此時(shí)完成初始模型的建立；

4)在初始模型的約束下加入地震信息，得到最終的反演數(shù)據(jù)體，可相對(duì)較好描述目的層物性特征變化及儲(chǔ)層縱橫向展布特征。

2　擬聲波反演

2.1測(cè)井曲線校正及歸一化

由于受到測(cè)量環(huán)境、儀器、井徑等外界因素的影響[21-22]，不同井的測(cè)井曲線之間存在一定的誤差，在使用之前要將不同井的同一類(lèi)測(cè)井曲線校正到統(tǒng)一的范圍。

本次研究對(duì)自然電位(SP)測(cè)井曲線進(jìn)行了歸一化校正。利用直方圖平移法，統(tǒng)計(jì)出每口井各條測(cè)井曲線的校正量，利用統(tǒng)計(jì)的校正量，對(duì)研究工區(qū)內(nèi)128井的自然電位(SP)曲線進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化校正(圖1)。自然電位(SP)曲線校正值最大為26MV，校正量主要在-13～13MV之間。

圖1　自然電位曲線校正前后直方圖Fig.1　Spontaneous potential curve histogram before and after correction

2.2擬聲波曲線構(gòu)建

在進(jìn)行反演之前，要先對(duì)研究區(qū)進(jìn)行巖石物理分析，巖石物理分析是反演的基礎(chǔ)。對(duì)于研究區(qū)，通過(guò)對(duì)單井目的層儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層段的速度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)TⅠ，TⅢ油組砂巖與泥巖速度差別較大，TⅡ油組砂泥巖的速度大差異不明顯，這就導(dǎo)致了原始聲波曲線對(duì)儲(chǔ)層的響應(yīng)不明顯。通過(guò)對(duì)井的分析發(fā)現(xiàn)，自然電位曲線對(duì)砂泥巖響應(yīng)特征明顯，能夠很好的區(qū)分砂泥巖(圖2)，而自然電位沒(méi)有聲波信息，故在曲線歸一化的基礎(chǔ)上，通過(guò)聲波曲線的低頻信息結(jié)合自然電位的高頻信息來(lái)做擬聲波曲線，這樣既保留了聲波信息，又能很好的識(shí)別巖性。

對(duì)于擬聲波曲線構(gòu)建流程如下(圖3)

1)確定能夠反映工區(qū)巖性特征的曲線，對(duì)于本研究區(qū)，通過(guò)分析選擇的是能有效區(qū)分砂泥巖的SP曲線；

2)通過(guò)對(duì)明顯區(qū)分巖性特征的測(cè)井曲線進(jìn)行分析整理和濾波，從中提取對(duì)巖性有很好識(shí)別能力的高頻成分。對(duì)于研究區(qū)，提取的是SP曲線的高頻成分；

3)對(duì)原始AC曲線做濾波處理，提取其中能反映地層背景速度的低頻信息；

4)將提取出來(lái)的原始AC曲線中的低頻信息和SP曲線中的高頻信息“調(diào)制”到一起。通過(guò)對(duì)研究區(qū)的擬聲波曲線構(gòu)建，可以發(fā)現(xiàn)擬聲波曲線能夠很好的區(qū)分砂泥巖(圖4，圖5)，砂泥巖波阻抗值分界在10 000左右。

圖2　原始AC與原始SP交匯圖Fig.2　Original AC and SP crossplot graph

圖3　波阻抗曲線構(gòu)建原理Fig.3　Acoustic curve constructing principle diagram

圖4　波阻抗與擬聲波曲線交匯圖Fig.4　Wave impedance and pseudo acoustic crossplot

圖5　擬聲波曲線巖性識(shí)別效果Fig.5　Lithology recognition effect of pseudo acoustic curve

2.3子波提取和標(biāo)定

子波提取是波阻抗反演的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，子波的準(zhǔn)確性可以很大的影響反演的效果，經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為本區(qū)40雷克子波的振幅譜與井旁地震道振幅譜最大相關(guān)，通過(guò)合成地震記錄反復(fù)提取各口井的子波使井旁地震道和合成記錄達(dá)到最佳匹配，對(duì)地震地質(zhì)層位進(jìn)行精細(xì)標(biāo)定。

3　反演及效果分析

在精細(xì)標(biāo)定的基礎(chǔ)上，進(jìn)行測(cè)井約束的高分辨率反演。通過(guò)用原始聲波和擬聲波反演結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，擬聲波反演比原始聲波的反演效果好，分辨率提高，在密井網(wǎng)區(qū)縱向分辨率可達(dá)3～5 m，可以基本滿足薄砂體雕刻的需要。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)波阻抗反演剖面分析可知(圖6(b))，地震反演結(jié)果與測(cè)井解釋砂體結(jié)論比較一致。單井上沙9，輪南206-1，輪南206，輪南2-3-13井TⅡ?qū)由绑w都比較薄，平均為4 m左右，通過(guò)對(duì)比原始AC和擬聲波的反演剖面可清楚看到，原始AC反演剖面(圖6(a))不能很好的分辨薄砂體，砂體橫向尖滅特征也不清晰，砂體疊置關(guān)系也不能很好地反映出來(lái)；但在擬聲波反演剖面中(圖6(b))，對(duì)于每口井TⅡ的薄砂層都清晰可見(jiàn)，砂體厚度、砂體橫向分布范圍及砂體之間疊置關(guān)系都與鉆井資料一致。

對(duì)TⅡ1-1油組砂體的反演效果進(jìn)行了分析，油組單井砂巖厚度為0～8 m，反演剖面預(yù)測(cè)的砂巖厚度為0～7.52 m，相對(duì)誤差為0.26%～24.49%，平均相對(duì)誤差為13.7%.從相對(duì)誤差大于10%的井位分布圖來(lái)看，一般位于井上砂體厚度小于3 m的井點(diǎn)，因此在現(xiàn)有地震資料基礎(chǔ)上，對(duì)于3 m厚度以下砂體，預(yù)測(cè)精度較低。砂體厚度越大，其相對(duì)誤差越小。

圖6　輪南206井區(qū)原始AC與擬聲波 反演剖面效果對(duì)比圖Fig.6　Wave impedance inversion result contrast of original acoustic curve and pseudo acoustic curve (a)原始AC反演剖面圖　(b)擬聲波反演剖面圖

對(duì)于井間之間砂體的展布和連通關(guān)系，只能通過(guò)動(dòng)態(tài)資料來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，如同剖面中輪南2-3-13井和輪南206井TⅡ的砂體從動(dòng)態(tài)上分析不是相互連通的，反演出來(lái)的結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。整個(gè)剖面來(lái)看，輪南206井區(qū)目的層砂體整體厚度不大，橫向上相互疊置關(guān)系復(fù)雜，也符合該區(qū)為三角洲前緣的沉積環(huán)境的特征。

4　結(jié)　論

測(cè)井約束反演是一種地震-測(cè)井聯(lián)合反演，用測(cè)井曲線的豐富的低頻和高頻信息來(lái)彌補(bǔ)地震資料的不足，可以有效預(yù)測(cè)儲(chǔ)層。但是對(duì)于研究區(qū)，在通過(guò)單純速度資料不能區(qū)分儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層的情況下，就有必要將能反映儲(chǔ)層特征的非聲波地球物理測(cè)井信息構(gòu)建成為具有聲波量綱的新曲線進(jìn)行儲(chǔ)層反演預(yù)測(cè)。利用自然電位曲線重構(gòu)擬聲波曲線，建立初始模型，完成了擬聲波反演，薄砂體的預(yù)測(cè)取得了較好的效果。

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Application of pseudo acoustic inversion technique in Lunnan area

HE Cui1，GUO Shao-bin1,TANG Jin2，ZHANG Hai-zu3,ZHANG Xue-hui4，TAN Jian-bo5

(1.CollegeofEnergyResources，ChinaUniversityofGeosciences(Beijing)，Beijng100083,China；

In order to solve the problems inTⅡoil group of Lunnan Oilfield which demonstrate thin sand body and big lateral variations of lithology，pure acoustic logging curve do not reflecting reservoir characteristics，lithological exploration and development has not yet been achieved substantial progress，using pseudo acoustic inversion method based on model，guided by rock physics theory，starting from the analysis of geological with seismic and logging data，SP curve is selected which is more sensitive to reservoir characteristics.And pseudo acoustic curve is constructed which can reflect the lateral variation of reservoir with original acoustic curve，then carries out the logging constrained inversion based on model.The result shows：the prediction of acoustic inversion technique for thin sand body has a better effect than original acoustic curve with enhanced resolution.The inversion vertical resolution can reach 3～5 m in dense well area，and the relative error of inversion results is 0.26%～24.49%，the average value is 13.7%，it can basically meet demand of carving of thin sand body.The prediction of acoustic inversion technique for thin sand body has a good effect.

Lunnan area；log constrained；pseudo acoustic inversion

10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2016.0318

1672-9315(2016)03-0408-06

2016-02-21責(zé)任編輯：李克永

全國(guó)油氣資源戰(zhàn)略選取調(diào)查與評(píng)價(jià)國(guó)家專(zhuān)項(xiàng)(2009GYXQ02-03)

何翠(1986-)，女，湖北襄陽(yáng)人，博士研究生，E-mail：hecui_666@163.com

TE 122

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