多分量地震资料在致密含气储层预测中的应用

郭 雯,王彦春,2，强 敏

(1.中国地质大学(北京) 地球物理与信息技术学院，北京 100083; 2.教育部地球探测重点实验室，北京 100083; 3.中国石油集团东方地球物理公司研究院 长庆分院，陕西 西安 710021)



多分量地震资料在致密含气储层预测中的应用

郭 雯1,王彦春1,2，强 敏3

(1.中国地质大学(北京) 地球物理与信息技术学院，北京 100083; 2.教育部地球探测重点实验室，北京 100083; 3.中国石油集团东方地球物理公司研究院 长庆分院，陕西 西安 710021)

根据苏里格地区致密砂岩储层的横波测井资料开展岩石物理分析与AVO正演；进行纵波、转换波资料联合标定,改进了在模型正演控制下的纵波、转换波匹配方法；利用多分量资料属性分析技术定性预测了主要目标层段储层物性与含气性的变化；开展了基于各向异性理论的多分量叠前联合反演，半定量地预测有效砂体分布。对苏里格地区实际资料的研究，降低了纵波地震技术的多解性。

致密含气储层预测；多分量地震资料；全波属性；多波联合反演

郭 雯,王彦春,强 敏.多分量地震资料在致密含气储层预测中的应用[J].西安石油大学学报(自然科学版)，2016，31(4):1-7.

GUO Wen,WANG Yanchun,QIANG Min.Application of multi-component seismic exploration data in prediction of tight gas reservoirs[J].Journal of Xi'an Shiyou University(Natural Science Edition),2016，31(4):1-7.

引　言

中国鄂尔多斯盆地苏里格气田是典型的低渗致密砂岩气田。近年来，在应用纵波地震资料取得丰硕成果的同时，局部地区出现了许多技术难题，主要是储层的非均质性强、横向变化大，因此，在大面积分布的低丰度、低孔、低渗储层中，如何寻找相对高孔、高渗、高丰度的油气藏是今后提高勘探开发效益的关键。

苏里格气田含气砂岩厚度小、波阻抗差异小，所以，面临的主要问题是如何利用地震资料预测薄气层的分布并进行流体检测，提高储层预测符合率[1-6]。

近几年，多分量资料在四川盆地、塔里木盆地、青海三湖盆地、鄂尔多斯盆地等多个盆地的岩性预测、含气富集区预测、裂缝预测方面取得了明显的效果[7-8]。但与国外多分量地震技术相比，国内在岩石物理研究、三维多分量资料联合解释与反演、储层预测等方面还存在差距。

本文主要以苏里格气田三维多分量地震资料为基础，针对致密砂岩含气储层进行面向三维多分量资料储层预测的技术研究，形成了适用于研究区的技术系列。通过苏里格地区实际资料的研究，三维多分量地震资料在致密砂岩气储层预测中发挥了重要作用，形成的技术解决了苏里格地区含气储层预测的问题，以降低纵波地震技术的多解性。

1　储层地球物理特征

苏里格地区二叠系下石盒子组盒8段是目前开发的主力层系，以辫状河沉积为主，单砂层规模小，多套砂层相互叠置，横向变化快。单层含气砂岩厚度一般为3～6 m，平均孔隙度为6%～8%，平均渗透率为(0.25～0.50)×10-3μm2。

详细分析研究区30余口井目的层段钻井、测井资料，分析结果表明，致密砂岩自然伽玛在55～100 API之间，砂质泥岩与泥岩自然伽玛则大于100 API，而含气砂岩一般小于65 API，具有明显的分异性。含气砂岩的纵波阻抗为9 377～11 853 g/cm3·m/s，与泥岩重叠范围较大，但低于致密砂岩，所以，难以直接利用纵波阻抗区分岩性，更难区分流体。综上分析，含气砂岩储层预测的主要难点是含气砂层厚度小，横向变化大，波阻抗预测存在严重的多解性。

2　三维多分量资料储层预测

针对苏里格气田地质特点，围绕有效储层预测这一核心，利用测井资料开展精细岩石物理分析，优选研究区有效储层段敏感因子；开展三维P-P波、P-SV波资料联合标定，进行P-P波、P-SV波匹配；提取多分量资料多种地震属性，定性预测目的层段储层物性与含气性的变化；开展多分量叠前联合反演技术研究，获得目标层段敏感弹性参数，从而半定量预测含气砂岩分布。

2.1岩石物理分析与AVO正演

为了优选目标层段岩性和流体敏感因子，从横波测井资料出发，利用多个测井弹性参数作交会图进行分析，得到对含气性较敏感、能较好预测储层的弹性参数。

图1为苏里格气田一口井的测井曲线及AVO正演合成记录，目的层处表现为典型的3类AVO特征。

图1　苏里格地区某井含气储层段特征曲线及AVO正演Fig.1　Characteristic curve and AVO forward of gas-bearing reservoir of a well in Sulige area

2.2三维三分量(3D3C)资料联合标定与匹配

多分量地震资料解释的首要任务是识别地下同一界面的纵波和转换波反射，根据2类波各自所具有的特征及其相互关系来进行构造、岩性、流体和裂缝等解释。

P-SV波的层位标定是应用转换波叠前合成地震记录的近道叠加与转换波叠加剖面进行层位标定[9]。P-SV转换波人工合成地震记录的制作方法与P-P波合成记录制作方法类似，在合成记录制作前，首先对全波列测井数据作精细的环境校正，以消除泥浆侵蚀和井径垮塌等因素的影响,子波可以选择像雷克子波、巴特沃斯子波等标准的理论子波,P-SV波子波的频率和相位在对P-SV波地震数据体进行频谱分析后再确定，再根据全波列测井数据求出转换波反射系数序列，最后与选取的子波褶积即可得到P-SV转换波人工合成地震记录，在此基础上结合P-P波标定情况对P-SV转换波剖面进行主要目标层位的标定。图2为苏里格气田一口有全波列测井资料井的合成记录标定图，图中蓝色地震道为P-P、P-SV合成记录，红色为地震剖面合成道，黑色为井旁地震道，可以看到纵波和转换波合成记录均与井旁道基本对应，证明P-SV转换波的处理剖面波组特征是正确的，这是多分量资料研究的基础。

图2　苏里格地区 P-P、P-SV波联合标定Fig.2　Joint calibration of P-P wave and P-SV wave in Sulige area

P-P波、P-SV波联合解释与叠前联合反演最为基础和关键的一项内容为P-P波、P-SV波数据的匹配，即将转换波时间域的P-SV波数据转换成纵波时间域的P-SV波数据。P-P波、P-SV波数据的匹配方法主要有基于层位的方法、计算Gamma曲线法等，但每种方法均达不到理想的匹配效果，直接影响多分量地震资料的解释和反演。本文P-P波、P-SV波匹配方法为：首先利用全波列测井数据进行模型正演，在此基础上进行P-P波、P-SV波子波的匹配处理，然后通过单独P-P波叠前反演得到一个相对较精确的速度场，以此速度场为模型，将P-SV波地震数据体转换到P-P纵波时间域，再拾取研究区波组特征比较清楚且全区能够连续追综对比的强反射煤层顶界面Tc2，以及全区可连续追踪的大套砂岩底界附近的中—强反射界面Tpq。这2个反射层作为P-P波、P-SV波对比的首选标识层，以Tc2、Tpq标志层为标准，在P-P纵波时间域作进一步精细对比。P-P波、P-SV波资料数据体匹配的精度直接决定了多分量资料联合解释与联合反演的效果。图3是苏里格地区S077053测线P-P、P-SV波匹配后的结果，匹配后的PS波数据体已经被压缩到PP时间域，可以看出，几套大的反射层的反射特征基本相似，纵横波匹配较好。

图3　苏里格地区P-P、P-SV匹配后剖面Fig.3　Matched P-P and P-SV profiles in Sulige area

2.33D3C资料多分量属性分析

地震属性与地下岩石物性之间有着千丝万缕的联系，不同地区、不同岩性及不同油藏配置都会影响到地震属性之间的关系[10-12]。

沿时间解释层位提取属性切片，重点对研究区盒8段进行属性分析，获得纵波最大波峰振幅、有效带宽、弧长、均方根振幅等平面图。已知井的对比分析表明，纵波各种属性规律性不强，不能很好地反映砂厚或含气等特征。

多分量地震资料不仅包含了单一纵波地震属性、转换波地震属性，还可以通过数学运算获得如属性差异率、属性差、属性比等地震属性，这些属性的综合应用能够降低单一纵波地震属性应用的多解性。

转换波基本反映岩石骨架信息，受所含流体影响很小，因此，对储层岩性的预测可以利用对转换波属性的分析来实现。通过大量的正演研究，转换波振幅的变化主要与目的层段砂层厚度有关，砂岩越厚，其与下伏泥岩地层之间的反射越强。通过已知井对比分析，转换波振幅属性可以定性预测沉积体系和河流的展布方向。通过大量已知井标定分析，纵波振幅与转换波振幅之比可以定性预测储层含气性，低纵波振幅与转换波振幅比对应的储层含气性较好，高纵波振幅与转换波振幅比对应的储层含气性较差。

2.4P-P、P-SV波叠前联合反演

在各向同性介质中，当纵波非垂直入射到各向同性弹性分界面上，其能量与反射系数及地层参数之间的关系可以采用Zoeppritz方程精确描述[13]。

P-P、P-SV波叠前联合反演是运用约束稀疏脉冲算法求解完全Knott-Zoeppritz方程，实质就是对每个地震道进行最优化求解。其目标函数为：

F=Freflectivity+Fcontrast+Fseismic+Ftrend+Fspatial+Fgardner+FMudrock。

其中：Freflectivity是反射系数目标函数，Fcontrast是弹性阻抗目标函数；Fseismic是地震数据目标函数；Ftrend是低频变化趋势目标函数；Fspatial是空间变化趋势目标函数；Fgardner是Gardner目标函数；FMudrock是纵横波速度关系式目标函数。

其实现方法是:分别利用P-P波、P-SV波数据的不同角度范围部分叠加数据和AVA子波在地震层位数据、测井数据及地质框架模型的约束下完成联合反演，得到纵波阻抗数据体、横波阻抗数据体、纵横波速度比数据体以及密度数据体，进而根据纵、横波速度、密度与岩石弹性参数之间的理论关系得到泊松比、剪切模量、拉梅系数以及体积模量等多种弹性参数数据体[14-16]。

根据上述P-P、P-SV波叠前联合反演的方法对研究区3D3C资料进行反演，得到纵波阻抗、横波阻抗、纵横波速度比等弹性数据体。图4为P-P、P-SV波叠前反演与P-P波叠前反演效果对比，从上到下依次为纵波阻抗(IP)、横波阻抗(IS)、纵横波速度比(Vp/Vs)。图4(a)为单一P-P波数据叠前反演结果，图4(b)为同时利用了P-P波、P-SV波叠前反演结果，从图4(a)与图4(b)的对比看，纵波阻抗的剖面结果非常接近，而从横波阻抗剖面的对比看，P-P波、P-SV波联合叠前反演的精度明显高于单一P-P波数据反演得到横波阻抗的精度(图中红色框部分)，对多套砂体骨架的刻画更清楚，从速度比的对比看，联合反演比单一纵波反演的精度更高(图中红色框部分)。多分量叠前联合反演同时利用了P-P波、P-SV波信息，得到的纵横波阻抗、纵横波速度比精度更高，反演结果也更稳定。

图4　叠前反演结果Fig.4　Pre-stack inversion results

3　应用效果

按照上述多分量资料解释方法，从横波测井资料出发，利用研究区多口井的横波测井资料的纵、横波速度、密度计算纵波阻抗、纵横波速度比、泊松比、拉梅常数与密度的乘积、剪切模量与密度的乘积得到5个弹性参数曲线的交会结果(图5)。

图5　横波测井弹性参数交会图Fig.5　Cross plots of elastis parameters in shear wave logging

交会分析结果表明：本区含气砂岩的纵波阻抗与泥岩的纵波阻抗重叠范围较大，但低于干砂岩。即直接利用纵波阻抗区分岩性是很困难的，而纵横波速度比和泊松比对含气性比较敏感，能够较好地预测储层的含气性。

在P-P波、P-SV波联合标定与数据匹配的基础上进行多分量属性分析。图6为研究区目的层段的P-P波、P-SV波属性平面图，其中图6(a)为提取的盒8段P-P波数据有效带宽属性,图6(b)为盒8段P-P波数据振幅属性，图6(c)为盒8段P-SV波数据振幅属性，图6(d)为盒8段P-P波数据、P-SV波数据振幅属性之比。通过已知井标定，在纵波与转换波振幅之比属性图中，纵波与转换波振幅比值小，对应的储层含气性较好，纵波振幅与转换波振幅比值大对应的储层含气性较差，而单一纵波属性与已知完钻井对比并无明显的规律性。研究区内共有已知井85口,通过对比分析验证，其中64口井的纵波与转换波振幅比属性吻合较好，符合率达75.2%。

最后对研究区块3D3C资料进行叠前多分量联合反演。图7为反演结果，图中苏A-AA、苏B-BB这2口井井点处所指目的层段横波阻抗(IS)值较高，且横向连续性较好，表明目的层段砂体发育。苏B-BB井纵横波速度比(Vp/Vs)表现为低值区，表明储层含气性好，实钻苏B-BB井为Ⅰ类工业气流井，苏A-AA井纵横波速度比(Vp/Vs)表现为较高值，表明储层含气性较差，实钻苏A-AA为Ⅱ类低产井，反演结果与实际钻井情况吻合较好。研究区共有井位85口，通过联合反演结果分析，69口井符合，符合率达81.1%，较以往70%的纵波储层预测符合率提高了10%。

图6　多波属性分析Fig.6　Attribute analysis of different waves

图7　苏里格地区纵波、转换波叠前联合反演剖面Fig.7　Prestack joint inversion profiles of longitudinal wave and converted wave in Sulige area

4　结　论

本文研究的纵横波匹配方法，较好地解决了研究区纵波、转换波资料联合应用的瓶颈问题；多分量地震资料属性的综合应用可提高地震属性应用的成功率，降低单一纵波属性预测的多解性；P-P、P-SV波资料叠前联合反演较单一的P-P波叠前反演精度更高、更稳定。通过实际多分量地震资料的研究，三维多分量储层预测技术是解决苏里格地区有效储层预测问题的有效途径，能够明显提高井位预测符合率。

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责任编辑：王辉

Application of Multi-component Seismic Exploration Data in Prediction of Tight Gas-bearing Reservoirs

GUO Wen1,WANG Yanchun1,2,QIANG Min3

(1.School of Geophysics and Information Technology,China University of Geosciences(Beijing),Beijing 100083,China;2.Key Laboratory of Earth Detection,Ministry of Education,Beijing 100083,China;3.Changqing Branch,Research Institute of BGP,Xi'an 710021,Shaanxi,China)

Rock physical analysis and AVO forward modeling of the transverse wave logging data of the tight sandstone reservoir in Sulige area were carried out;the combined calibration method of longitudinal wave and converted wave data was studied,and a matching method of longitudinal wave with converted wave under the control of model forward is presented;the variation of the physical properties and the gas-bearing properties of the main target strata in the study area was qualitatively predicted using the attribute analysis technique of multi-component data;the multi-component pre-stack inversion based on anisotropic theory is developed,and the effective sand-body distribution is semi-quantitatively predicted.The study of the actual data of Sulige area reduces the multi-solution performance of P-wave seismic technology.

tight gas reservoir prediction;multi-component seismic data;full wave attribute;multi-wave joint inversion

A

2016-01-16

国家科技重大专项“鄂尔多斯盆地大型低渗透岩性地层油气藏开发示范工程”(编号：2011ZX05044001)；国家高技术研究发展计划(863计划)项目(编号：2013AA064201)

郭雯(1992-)，女，硕士研究生，主要从事地震解释反演研究。E-mail:guowenlx@163.com

10.3969/j.issn.1673-064X.2016.04.001

TE122.2

1673-064X(2016)04-0001-07