转换波叠后联合反演技术在川西须家河组气藏的应用

黄跃徐天吉程冰洁甘其刚

1.中国石化西南油气分公司 2.中国石化西南油气分公司勘探开发研究院德阳分院

3.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学 4.成都理工大学信息工程学院

转换波叠后联合反演技术在川西须家河组气藏的应用

黄跃1徐天吉2,3程冰洁4甘其刚2

1.中国石化西南油气分公司 2.中国石化西南油气分公司勘探开发研究院德阳分院

3.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学 4.成都理工大学信息工程学院

黄跃等.转换波叠后联合反演技术在川西须家河组气藏的应用.天然气工业,2010,30(4):38-41.

川西坳陷上三叠统须家河组气藏为超致密超高压非常规近源气藏,具有地质条件复杂、成藏机理不清、地震资料有效频带窄与主频低等不利因素,勘探开发难度极大。常规纵波反演技术不能够充分地利用横波信息,无法提供与储层预测、含气性识别等相关的精确参数,难以有效地解决致密气藏的勘探难题。而转换波叠后联合反演技术同时利用全波测井、地震、地质等综合信息,反演出泊松比、纵横波速度比、纵横波阻抗、密度等与岩性和物性相关的重要参数,为致密油气藏的描述提供了更准确、有效的依据。进行转换波叠后联合反演之前,还需要对PP波与PS波进行匹配处理,消除反射波组的频率、相位、波形等差异,以建立准确的反演初始模型。将该技术应用到川西新场地区须家河组气藏描述,获得了良好的储层预测、岩性识别及含气性检测效果。

四川盆地 西 晚三叠世 气藏 纵波—纵波 纵波—横波 叠加(地震) 反演

0 引言

川西坳陷上三叠统须家河组气藏是典型的非常规近源气藏,致密—超致密油气储层的预测至今尚属世界难题,常规勘探开发技术难以奏效[1-3]。

从反演流程的角度而言,实现转换波叠后联合反演的技术思路主要有两种。目前,应用得较多的一种是转换波分步叠后联合反演。该技术先分别利用PP波或PS波地震资料反演出纵波阻抗、横波阻抗;再将独立的二者进行联合分析计算,以提取密度、剪切模量、拉梅系数、泊松比等参数。在反演过程中,该技术没有真正同时利用到PP波与PS波的实测特征信息,从而忽视了纵横波阻抗、纵横波速度和地质体密度之间的内在联系问题。事实上,纵波速度与横波速度之间存在着线性关系(如Castagna泥岩公式)[4],纵波速度与地质体的密度之间也存在着密切联系(如 Gardner公式)[5]。因此,回避纵波阻抗、横波阻抗与密度之间的内在联系问题,将直接损害反演精度,降低反演结果的可靠性,最终影响到储层预测、岩性判断、流体识别的准确性。

笔者应用的转换波叠后联合反演技术是新近研发建立的,主要基于Fatti等简化的PP波与PS波反射系数公式及反演理论,在反演纵横波速度、速度比、阻抗、密度、泊松比等物性、岩性参数的过程中,同时利用了PP波与PS波的实测特征信息,克服了PP波与PS波叠后联合分步反演存在的不足,提高了反演参数的精度,为井位部署成功率的提高、勘探开发风险的降低奠定了坚实基础。

1 方法原理

地震波传播理论证实,地震波在地下介质中传播时不仅会发生反射,还将发生反射转换。通过Zoeppritz方程能够获得反射波、透射波的反射系数。P波在介质中传播时,精确的PP波与转换PS波的反射系数方程(Aki-Richards)十分复杂,难以在实际生产中推广应用。后来,Stewart、Fatti和Larson等很多学者对Aki-Richards给出的PP波和PS波反射系数方程进行了改进。Fatti等改进的Aki-Richards纵波PP与转换波PS的反射系数公式[6]为:

式中:γ为横波与纵波速度比,γ=vs/vp;<为转换 PS波近似反射角,<=sin-1(γsinθ);θ为 PP波平均反射角,θ=(θ1+θ2)/2;ρ为介质平均密度,ρ=(ρ1+ρ2)/2; Δ ρ为介质密度差,Δ ρ=ρ2-ρ1;vp为纵波平均速度,vp=(vp1+vp2)/2;Δvp为纵波速度差,Δvp=vp2-vp2;vs为横波平均速度,vs=(vs1+vs2)/2;Δvs为横波速度差,Δvs=vs2-vs1。

PP波和PS波的反射系数与地震波记录之间存在以下关系:

式中:Spp为PP波反射地震记录;Wpp为PP波子波;Sps为PS波反射地震记录;Wps为PS波子波。

本文以多中心协同治理理论视角为基础，提出关于“双11”电子商务治理的合作框架，并运用该框架解释各主体间合作过程，推动电子商务供给侧结构性改革，从而实现融合发展、互利共赢的合作关系。

实际上,地震波的传播特征是地震波与传播载体(地下介质)相互作用的结果,地震波的动力学、运动学等特征参数蕴含了传播载体的相关信息。因此,地震波的特征参数与地下介质的相关参数可以相互表述或换算。如,反射系数可以采用波阻抗进行描述,地下介质的密度可以由地震波的速度估算(Gardner公式),地震波的纵波传播速度与横波传播速度也存在可以统计的线性关系(Castagna等)[5]等。详细表述为:

式中:R代表反射系数,可以是纵波反射系数,也可以是横波反射系数;Z为阻抗,可以是纵波阻抗,也可以是横波阻抗;ρ为密度;a、b分别为常系数,通常取0.23、0.25,也可以根据实际情况取适当的值。

但是,在进行PP波与PS波叠后联合反演之前,还需要对数据进行必要的匹配预处理。除了对PP波与PS波进行振幅标定、子波频率与能量一致性处理、相位匹配处理外,核心内容是时间匹配处理。

由于PS波的速度低于PP波的速度,因此同一反射层在PS波剖面和PP波剖面上的到达时间是不一致的。只有准确的确定来自同一反射层的同相轴,才能达到利用PP波和PS波进行联合反演的目的。假设在零偏移距地震剖面上的PP波传播时间为 Tpp,PS波的传播时间为 Tps,有

式中:H为传播距离(深度)。

利用该式可以将PP波与PS波传播的时间关系转化为纵横波速度关系,即

如果能够得到准确的纵横波速度比,就能够把PS波剖面的反射时间校正到PP波反射时间,从而达到PP波与PS波的反射同相轴相匹配的目的。

弄清楚PP波与PS波的反射波组关系,做好匹配预处理工作后,就可以利用式(3)和共轭梯度法等手段对式(2)进行求解,并反演出纵横波速度、纵横波速度比、纵横波阻抗和密度等参数。基于反演结果,可以进一步计算获取拉梅常数、剪切模量、体积模量、泊松比等重要的岩性判断和流体性质识别参数[6]。

2 应用及效果分析

2.1 PP波与PS波的联合标定

PP波与PS波的联合标定就是利用地震、全波测井、地质与岩石物理等综合信息,将PP波和PS波的反射波组赋予明确的地质意义和概念模型,在地震剖面上映射地质层位,以便从地震响应特征的角度分析各种地质现象。因而,纵波与转换波的层位标定非常重要,标定不好,纵波和转换波对同一地层的解释为不同地质含义层位,后续研究工作将没有任何意义。

图1所示为过新场地区L150井的PP波与PS波井—震标定结果前后对照。图1-a显示,未进行标定前,PP波和PS波的时间—深度关系不正确,同一套地质层位(如PP_T51与PS_T51、PP_T511与PS_T511)并不在对应的正确深度位置。图1-b显示,进行井—震标定后,PP波和PS波的时间—深度关系正确,同一套地质层位(如PP_T51与PS_T51、PP_T511与PS_ T511)时深关系对应良好。对比图1-a与图1-b,在时间域与深度域内,井—震标定前后PP波与PS波的同相轴及其对应的地质层位均发生了明显的变化,实现了地震相与地质体匹配。在进行纵波与转换波的联合标定过程中,由于纵波与转换波地震记录、子波形态与频谱等均存在明显差异,因此,需要仔细对比、分析差异,不断调整子波使合成记录与实际记录达到最佳吻合,才能获得正确的标定结果。

图1 PP波与PS波联合标定L150井图

2.2 PP波与PS波的匹配

转换波叠后联合反演是根据PP波与PS波的反射同相轴逐个样点进行的。因此,纵波与转换波同相轴匹配质量如何是反演结果可靠性的关键因素。

图2所示是新场地区某测线的PP波与PS波匹配情况对照。对比图2-a和图2-b,PP波与PS波的传播时间、波形之间的差异十分明显。这种差异在图3-a中也展现得十分清楚,PP波与PS波相比,其频带明显较宽、振幅明显较强。对比图2-a和图2-c,PP波与PS波的传播时间、波形之间的差异明显减小。减小的差异在图3-b中也展现得十分清楚,PP波与PS波相比,PP波的振幅、频带均未发生变化,而PS波的频带明显有所拓宽并与PP波相近。总之,同过匹配处理,分别从PP波与PS波拾取的地质层位实现了一一对应,如,PP_T51与PS_T51、PP_T511与 PS_T511分别对应。这就满足了地质界面唯一的客观要求,为PP波与PS波的联合反演奠定好了基础。

2.3 反演效果

图4所示为通过转换波叠后联合反演获得的新场地区须家河组二段主要储层的密度分布情况。据图4显示,获得高产工业气流的X856、X851、X853、X2、X3及X10等井,均分布在中等密度值范围内(红色区域);低产的L150井分布在密度高值区域(紫色),储层具有超致密的特点;产水的CX565井密度较低,位于泥岩分布范围内(蓝色区域)。将反演获得的密度值与测井、岩心测试结果对比,在现有钻井分布区内密度普遍较高,显示出该区超致密储层的特性,这与测井和岩心取样分析获得的结论是基本一致的。

图2 PP波与PS波的匹配图

此外,新场地区须家河组二段主要储层区内泥岩(蓝色区域)与砂岩交错分布,给井位部署增加了难度和风险。转换波叠后联合反演技术同时利用了新场地区的两种地震资料及全波测井、地质与岩石物理等综合信息,获得的密度参数具有高精度的特性。因此,利用密度参数可以有效区分砂岩与泥岩的性质,准确判断砂岩的致密程度,为新场地区须家河组致密砂岩气藏的预测提供了可靠的依据。

图3 PP波与PS波的匹配前后的振幅谱图

图4 新场地区须家河组二段主要储层密度分布图

3 结论

1)地震波的反射系数、传播速度与地质体的密度、阻抗等参数之间存在密切的联系,基于地质、全波测井等综合信息,实现转换波叠后同时联合反演,能够获得高精度的密度参数。

2)转换波叠后联合反演技术在新场地区3D3C地震资料中的实际应用表明,反演获得的高精度的密度参数能够有效区分砂泥岩的性质、准确判断砂岩的致密程度,为须家河组致密砂岩气藏的预测提供了可靠的依据。

[1]杨克明,徐进.川西坳陷致密碎屑岩领域天然气成藏理论与勘探开发方法技术[M].北京:地质出版社,2004.

[2]叶军,陈昭国.川西新场大型气田地质特征与预测关键技术[J].石油与天然气地质,2006,27(3):384-391.

[3]肖思和,徐天吉,程冰洁.时频分析技术在须家河组储层气水判别中的应用[J].天然气工业,2009,29(11):41-43.

[4]CASTAGNA J P,BATZL E M L,EASTWOOD R L.Relationships between compressional-wave and shear-wave velocities in clastic rocks[J].Geophysics,1985,50:571-581.

[5]GARDNER G H F,GARDNER L W,GERGORY A R. Formation velocity and density-the diagnostic basics for stratigraphic traps[J].Geophysics,1974,39:770-780.

[6]FATTI J L.Detection of gas in sandstone reservoirs using AVO analysis:a3-D seismic case history using the geostack technique[J].Geophysics,1994,50:1362-1376.

(修改回稿日期 2010-02-22 编辑 韩晓渝)

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

中国石化重点科技研目“3D多波多分量属性提取及综合应用技术研究”(编号:P06028)。

黄跃,1958年生,高级工程师;长期从事地球物理方法及综合技术研究工作。地址:(610011)四川省成都市青羊区提督街108号西南石油大厦。电话:(028)86757775。E-mail:hylx@vip.sina.com