谱反演技术在致密油开发中的应用

2016-09-18何艳庆

西部探矿工程 2016年7期

关键词：奇偶子波反射系数

何艳庆

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆163000）

谱反演技术在致密油开发中的应用

何艳庆*

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆163000）

大庆油田扶余油层砂体错叠连片、河道横向迁移摆动频繁、且砂体规模小、单层厚度薄。通过提高地震分辨率识别河道、寻找相对较厚河道砂体是扶杨油层开发的关键。谱反演是在高精度谱分解的基础上，利用反射系数奇偶分解理论，通过构建并求解目标函数的极小值，从而确定奇偶反射系数对的最佳重新匹配权重的反演方法。可将由于地层的调谐作用而模糊了的薄层信息反演出来，提高了地震资料的分辨率，有效指导了多口水平井的部署。

扶余油层；反射系数；奇偶分解；分辨率；薄层

大庆油田的致密油概念为渗透率小于2mD，目前常规技术无法经济有效动用的储量。扶余油层属于典型的致密油藏，以河流及三角洲水下分流河道沉积为主，坳陷区广泛分布。地层厚度150～300m，单井一般发育5～10个层，含油砂岩厚度5～15m，砂体规模200～500m，砂岩单层厚度2～4m，单层有效厚度一般小于1m。从近年来多口井钻探效果来看，扶余油层仍然具有较大的开发潜力。但河道的横向变化快、砂体叠置连片、且有效储层规模小、单砂层有效厚度薄。因此，寻找连续性好，相对较厚的河道砂体是扶杨油层突破的关键。这对地震分辨率和薄互层识别提出了更高的要求。研究探索的谱反演技术是在高精度谱分解的基础上，利用反射系数奇偶分解理论，通过构建并求解目标函数的极小值，从而确定奇偶反射系数对的最佳重新匹配权重的反演方法。可将由于地层的调谐作用而模糊了的薄层信息反演出来，提高了地震资料的分辨率，有效指导了扶余油层多口水平井的部署，取得了良好的钻探效果，为扶余油层的下一步大规模开发奠定了良好的基础。

1　谱反演技术的理论基础

谱反演核心是从地震数据中去除子波的影响，所以能有效地去除薄层的干涉效应，有很强的弱反射信号恢复能力。

（1）反射系数的奇偶分解。任何一个反射系数序列都可以分解成奇、偶分量，Widess模型［1］假设反射系数序列为偶分量形式（图1），这种情况很接近某些特定的岩性组合如砂岩嵌入在泥岩基质中。

图1　反射系数序列的分解

利用Chung和Lawton（1995）提出的公式计算了峰值振幅和峰值频率［2］，根据对这种模型的分析，显示了在偶部占优时偶部序列和奇部序列主峰振幅和频率的随地层厚度的变化情况，同时也表明了总的主频变化特征。当薄层的顶底界面处反射系数并不相同、极性不相反时，可以看出在低于调谐频率的一半时主频会随着地层减薄而减小［3］。这种变化的拐点位置取决于反射系数序列中奇部和偶部反射系数的相对大小。与Widess模型相反的是，在地层厚度小于该点后，主频还依赖于地层厚度。这说明薄层的地层响应更敏感。

由于奇偶分量峰值振幅、峰值频率随层厚的变化规律的确定性，在地震资料主频确定的情况下，对于单层的地震模型，可以通过奇偶分解的方式，准确预测低于调谐厚度下的薄层。反射系数经过奇偶分解之后，奇分量与偶分量的主频随地层厚度变化是一个确定关系［4］，通过这种关系（图2），在主频已知的情况下可进行厚度的预测。

图2　单层厚度模型奇偶分解预测厚度图

（2）谱反演方法的实现原理。谱反演的原理就是根据时间域褶积模型，从地震记录中去除地震子波的影响，进而得到反射系数序列［5］。在时间域内一个脉冲对的表达为：

式中：r1——层顶部反射系数；

r2——层底部反射系数；

t——时间位置；

t1——顶部反射的时间位置；

T——层厚度。

将分析点放在层的中心点位置，进行傅立叶变换后，用三角法则进行化简约去t，得到［6］：

基于褶积原理，s（t，f）是地震数据，w（t，f）是已知的子波。

最后整理得到单层目标函数：

目标函数中，S（t，f）/W（t，f）可认为是反褶积过程，在这里假设子波是已知［7］。谱反演结果的好坏，很大程度上取决于子波提取是否准确，因此子波的提取是很关键的过程。但是对于子波总是不确定的，如子波确定了，反射系数也就确定了。因此我们要尽最大可能使子波逼近真实子波。在反射系数中，可以认为厚度T是第一层和倒数一层之间的距离，第二层和倒数第二层的之间距离，依次类推，可以认为T是进行奇偶分解的信号对之间的距离。

上面的推导都是在窗口中心坐标为零的基础上进行的，但实际上数据都是从零开始的，而窗口中心位置坐标为非零，为半个窗口的位置［8］，因此我们在应用中对上面的推导进行时移。

实部和虚部通过时移后表示为：

多层的目标函数变为：

式中：tw——半个窗口的宽度；

ae、ao——平衡参数。

其矩阵形式，形如式（8）。

通常地震道采样点数远大于反射系数的个数，因此谱反演理论一部分就是为了解决（8）式的超定线性方程组求解的适定性和稳定性问题［9］。

通常的迭代算流程如图3所示。

2　谱反演技术流程

图3　反射系数迭代计算流程

根据谱反演原理和最终优化求解算法，设计基于反射系数序列非稀疏假设的谱反演流程。任何反演方法都是一个系统工程，许多小环节的处理手段都会影响到反演的结果，子波提取、噪声及初始模型选取都对反演结果有影响。

在实际地震数据的处理中，反演过程大致包含以下几步：

步骤一、子波提取，精细提取时变子波；地震子波的提取关系到地震合成记录的好坏，是波阻抗反演的一个关键环节，应根据实际情况确定提取的子波。频谱反演利用多道地震数据，在精确频谱分析的基础上，充分利用高频部分的地震反射信息，并参考低频特征，确定地震子波。此过程中，如果没有钻井资料，地震反演处理工作仍可继续进行，但利用测井资料来确定子波的相位校正却是很重要的。

步骤二、从地震数据中去除子波，提取计算反射系数的奇部和偶部；

步骤三、根据稀疏脉冲反演计算初始反射系数的方法，反演出高频成分；

步骤四、高频成分与奇部、偶部反射系数，由权重函数控制，组合出完整的宽频反射系数体。

图4　地震谱反演方法原理

谱反演地震反演方法具有很高的分辨率，见图4，在进行反射系数积分时，它不会漏掉一些弱信号，在强信号的基础上对弱信号进行叠加积分，使弱信号能够更好的表现出来。

这种薄互层反演方法是一种新的从地震数据中去掉子波因素而提取反射系数的方法，能大大提高地震分辨率，波阻抗和反射系数能用来确定反射层的顶底面，从而来解决地层层序问题，提高薄储层中的油气预测的精度。

3　谱反演技术效果

从原始剖面看，F11层处于T2波峰的下半部分，F12、F13层处于T2下波谷里。经载波调制谱反演后，F12层处于波谷里，F13顶部始出现波峰，并且B井与F井F13层有砂岩分布，表现为强振幅。载波调制后再作谱反演，T2下的波谷和波峰进一步上移，视频率得到大幅度提高，且振幅强弱与砂岩分布有较好的对应关系。从2张剖面的T2轴看，振幅能量关系基本一致，说明提高分辨率的方法具有保持原始资料能量关系的特点。

A试验区有探井开发井37口，通过谱反演后，分别提取了各小层的峰值振幅属性，以F12和F13小层为例，对砂岩进行预测符合率分析，其中F12层≥2m（18口）符合率90%；0～2m（5口）符合率89%；无砂井（14口）符合率88%；总符合率91%。F13层≥2m（17口）符合率89%；0～2m（6口）符合率91%；无砂井（14口）符合率88%；总符合率90%。应用谱反演后的地震资料，在该区内部署了9口水平井，水平段砂岩预测符合率达89%，其中FI1组3口井，水平段砂岩预测符合率91%，9口井的水平段平均长度达901m，日产油达6.5t，取得了良好的应用效果，为扶余油层致密油的大规模开发奠定了良好的技术基础。