分频融合反演技术在春光探区的应用
2018-09-20张新超严永新岳欣欣
张新超 李 锋 严永新 王 勇 张 驰 岳欣欣
(中国石化河南油田分公司勘探开发研究院,河南南阳 473132)
1 引言
在石油勘探开发领域,通过波阻抗反演将地震剖面转换为具有高分辨率、高精度的波阻抗剖面,进而研究地下目标体(储层、油气层等)的空间几何形态及微观特征[1-3]。与地震剖面相比,波阻抗剖面能更直接地与岩性联系起来,储层响应也更加明显,对于储层预测和识别具有重要作用。
测井约束模型反演应用较广、效果较好[3]。该方法综合运用地震、测井、地质等资料进行反演,得到的波阻抗数据与地震、测井资料对应较好,多用于地质综合解释。为了更精细地描述储层,特别是识别薄储层,需要能提高分辨率的反演方法[4-9]。例如基于调谐频率约束的高分辨率反演方法[6],利用地震数据的调谐频率和分频处理分析,半定量地确定能够识别目标储层厚度时的地震频率,并将其作为地震反演的约束条件。这些高分辨率反演方法,虽然提高了垂向分辨率,但对提高横向分辨率作用不大[9,10]。为了解决横向分辨率的问题,许多学者利用地质建模等方法得到横向变化较为准确的模型[11-15]。另外,为了提高反演精度,近年来提出了分步反演的思路[16-19]。这些反演新方法和新思路在油气勘探中取得了较好的应用效果。
春光探区位于准噶尔盆地西缘车排子凸起,在新近系沙湾组、古近系、白垩系等地层内发育多套有利地层,储层埋藏浅、压实作用和胶结作用差,因而砂岩储层孔隙度普遍较高,储层段的速度、密度低于围岩泥岩,因此可以利用低波阻抗这一显著特征识别储层。但是由于部分储层厚度薄、规模小且横向变化快,常用的高分辨率反演方法不能适用于该区储层预测[20,21]。
为了实现储层精细预测,需要一种既能提高垂向分辨率、又能保证横向识别能力的反演方法。本文提出了分频融合反演方法,在测井约束模型反演的基础上提高了垂向分辨率,并保留了模型反演的准确性;利用地震调谐频率约束的高分辨率反演结果,降低了测井资料高频信息横向插值的不确定性。用该方法得到的波阻抗数据,适用于储层较薄且横向变化快的油气区的储层预测。
2 地质特征
车排子凸起西面和北面邻近扎伊尔山,南面为四棵树凹陷,向东以红—车断裂带与昌吉凹陷以及中拐凸起相接,总体表现为向东南倾伏的单斜构造(图1)。由于车排子凸起长期处于隆升状态,东部和南部紧邻昌吉和四棵树两大生烃凹陷,这两个凹陷的油气均能运移至春光探区聚集成藏。春光探区虽为源外成藏,但油源条件仍然较优越[21]。
图1 准噶尔盆地春光探区构造位置图
研究区地层由老至新分别为石炭系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系。新近系沙湾组是春光探区乃至车排子凸起最重要的油气勘探层系之一,该组可细分为沙一段、沙二段和沙三段。该区构造简单、断裂欠发育,油藏以岩性油气藏为主,大部分为稀油油藏,可见少量气藏和稠油油藏。
由于沙湾组储层埋藏浅(小于2000m),成岩作用弱,油层的测井曲线多呈现“高电阻率、高孔隙度、高渗透率”的“三高”特征,孔隙度为31%~38%,渗透率为(700~1500)×10-3μm2。取心数据表明,储层段砂岩压实程度低,砂岩疏松,胶结差。声波曲线表现为明显的低速特征。
3 薄储层识别技术
3.1 地震资料提频处理
近年来,春光探区储层多为薄互层,面临的重要问题是薄储层识别。多口钻井连井剖面揭示,从探区南部到北部,地层逐渐变薄,钻遇的砂岩层数逐渐减少,这意味着探区内发育了多套尖灭的地层。将新近系沙湾组划分为三段,从下到上分别为沙一段、沙二段和沙三段。其中沙一段分为四个砂组,沙二段分为三个砂组。春光探区西南部目的层是沙一段的 Ⅰ砂组和Ⅱ砂组。目前已在Ⅱ砂组中发现了4套砂层尖灭线,在Ⅰ砂组发现了5套砂层尖灭线,在其他砂组也发现多套砂层尖灭线。另外,在下部的古近系和白垩系中也发育有薄储层。
春光探区这些薄储层、薄互层、尖灭线的发育,使得对地震资料品质的要求也更高,近年来根据不同地质需求所处理的地震资料累计达5套。春光探区地震资料为三维高精度采集,三维地震资料达到满覆盖,面元为10m×10m,采样间隔为1ms。常规叠后地震资料主频约为55~65Hz,频宽为10~160Hz。提频处理后,地震资料的主频更高,达到70~80Hz。砂泥岩薄互层中的砂岩和泥岩的厚度一般为2~5m,利用地震资料识别薄层和尖灭线时,受到了数据分辨率的限制。例如在提频后的地震资料上,对Ⅱ砂组只能识别出3组反映砂岩地层的同相轴,而实际上有4套砂层,这是薄互层反射的调谐效应所致。
3.2 常规高分辨率反演方法
目前常用的80Hz地震资料已经过提频处理,若进一步提高频率和拓宽频带,会出现大量的高频噪声。为此利用多种反演方法提高分辨率,识别薄储层。
目前已针对春光探区开展了多种反演方法的分析和研究,包括地质统计学反演、波阻抗反演和拟自然电位(SP)反演等。对比多种反演结果可知,常规波阻抗反演基本不能提高地震资料的分辨率,其分辨能力与地震剖面相当;地质统计学反演明显提高了垂向分辨率,反演结果中的砂岩层与钻井结果匹配较好。然而,地质统计学反演虽然提高了垂向分辨率,但横向分辨率被极大地降低了,这是因为其结果过多地依靠钻井的横向插值。拟SP反演结果与钻井储层吻合得最好,这是因为在该探区的测井资料中,SP曲线比声波、密度曲线更能反映砂岩地层。然而,在拟SP反演结果中,钻井之间的预测更多地依据于SP模型,与地震剖面差异较大,导致钻井之间地层预测结果的准确度和真实性被降低。
3.3 分频融合反演方法
针对春光探区薄储层的特点,本文提出了一种分频融合波阻抗反演技术,在地层较薄且横向变化较快的油气区,提供垂向分辨率较高且横向变化较为准确的波阻抗数据处理方法,其技术流程见图2,具体步骤如下。
图2 分频融合反演流程
(1)利用初始地震资料和多口钻井的测井资料进行常规测井约束模型反演,得到测井约束模型反演结果M0。
(2)对地质模型进行地震正演模拟,建立不同主频地震子波时的地层厚度与调谐频率之间的关系;根据测井中地层厚度特征,确定地震资料识别这些地层所需的频率范围(fmin~fmax)。
(3)利用时频分析技术,对初始地震资料进行分频处理,获取频率范围fmin~fmax所对应的地震资料S0。
(4)以M0为初始模型,通过稀疏脉冲约束,计算初始模型的约束条件参数
(1)
式中:L为后续反演的约束条件参数;β=1.0×10-8max(M0),决定参数计算结果的精度。
(5)以M0为初始模型,通过反复更新和迭代,进行高分辨率反演
aL(M0)
(2)
式中:MH为高分辨率反演结果;G为灵敏度矩阵;GT为灵敏度矩阵的转置;Cn为S0的噪声协方差矩阵;Cm为模型M0的协方差矩阵;D是合成地震记录;a为正则化参数矩阵。
(6)对M0和MH分别做傅里叶变换,转换为频率域数据;将两个频域数据分频段相加,其中M0保留0~fmin频段的信息,MH保留fmin~fmax频段的信息;对合并结果进行反傅里叶变换,转换为时间域数据,得到分频融合反演结果。
4 薄储层地质模型反演
通过建立地质模型并进行反演,验证分频融合反演的可行性与可靠性。建立了三个地质模型(表1),先通过地震正演得到相应的地震剖面,然后进行反演,并将反演结果与实际地质模型对比,以验证结果是否准确。对模型进行地震正演和反演所用的地震子波均为实际地震平均子波。
表1 正演模型参数表
4.1 模型一:薄层模型
模型一为单一薄层模型,地质模型如图3a所示,即在厚层高阻抗背景中存在一个薄层低波阻抗地层。图3b是利用实际地震子波正演模拟得到的地震剖面,为典型的“两黑加一红”的反射特征; 图3c是波阻抗反演结果,与实际地质模型对比,基本能够反映地质特征,但低波阻抗部分与实际厚度尚有细微差异; 图3d是分频融合反演结果,与实际地质剖面和波阻抗反演结果对比,其反演结果能够准确地反映储层厚度。
4.2 模型二:楔状模型
模型二为一楔状模型(图4a),在厚层高阻抗背景中存在一个薄层低波阻抗地层。图4b是利用实际地震子波正演得到的地震剖面,可见在地震分辨率只能够准确反映地层较厚的部分,也表现为典型的“两黑加一红”的反射特征; 图4c是波阻抗反演结果,与实际地质模型对比,基本能够反映地质特征,但在地层较薄处,波阻抗值和厚度均与实际地质模型有差异;图4d是分频融合反演的结果,与实际地质剖面和波阻抗反演结果对比,反演结果能更准确地反映储层的位置和厚度变化。尽管分频融合反演结果也难以识别极薄的地层,但对薄层尖灭点的识别,明显具有更高的精度。
图3 薄层地质模型(a)、地震正演波形(b)、波阻抗反演结果(c)及分频融合反演结果(d)对比
图4 楔状模型(a)、地震正演波形(b)、波阻抗反演结果(c)及分频融合反演结果(d)对比
4.3 模型三:薄互层模型
模型三为薄互层模型图(5a),在厚层高阻抗背景中有多套低波阻抗薄层互层。设定互层厚度不能被50Hz主频地震资料(与实际地震资料相同)所识别。图5b是利用实际地震子波正演得到的地震剖面,显然,地震资料不能够识别这些薄互层,仅能够识别整个薄互层组的顶和底。图5b中的黑线为依据地震资料强波峰和强波谷追踪的地震层位。反演使用这些层位作为约束,以使模型模拟结果更接近实际情况。图5c是波阻抗反演结果,与实际地质模型对比,不能够反映其地质特征,其分辨率与地震资料相近,仅能够识别整个薄互层的顶和底;图5d是分频融合反演结果,与实际地质剖面和波阻抗反演结果对比,其反演结果能够进一步准确反映薄互层储层的深度和厚度。
5 实际应用效果
春光探区储层埋藏浅、压实作用和胶结作用差,致使砂岩储层普遍孔隙度高、储层薄、规模小、横向变化较快。由于储层段的速度、密度均低于围岩(泥岩),可利用低波阻抗识别储层,并利用分频融合技术识别这些厚度薄、规模小且横向变化快的储层。
利用地震资料、地震解释层位、测井资料完成分频融合反演,并保留测井约束模型反演和高分辨率反演结果,用以对比并分析几种结果的准确性。图6展示了相同位置的属性剖面对比(剖面位置见图8中A-B折线)。波阻抗曲线反映了储层发育程度,其值越低,表明储层越发育。剖面经过的目的层为薄砂层,可见C1井储层不发育,C2井储层厚度约为6m,C3井储层厚度约为3m。
图6a为测井约束模型反演剖面,可见垂向分辨率较低,低波阻抗不能完全反映储层的展布。尽管能够指示C1井的非储层和C2井6m厚的储层发育特征,但对于C3井厚度为3m的储层反映不好。在C3井对应的目标储层处,反演波阻抗为6250m·s-1·g·cm-3,高于测井曲线中储层段的波阻抗(<6000m·s-1·g·cm-3)。早期在C3井还没有钻探时,利用分辨率不足的测井约束模型反演结果,认为该处发育泥岩。
图6b为分频融合反演结果,图中可见波阻抗反演剖面垂向分辨率得到了提高,所反映的储层与钻井吻合;特别是C3井3m厚的目标储层指示较好,且右侧的砂泥岩相变点显示也较清楚。另外,在目的层上部和下部的大套地层中,垂向分辨率得到了明显提高。
图6c为利用调谐频率约束得到的高分辨率反演结果,可见波阻抗反演剖面的垂向分辨率最高,但测井之间的横向变化特征指示不好。在C1井与C2井之间,显示的储层段明显与图6a中差别较大。由于C1井储层不发育,而图6c中却显示C1井储层发育,说明预测的储层发育特征与钻井不符,因此认为图6c中的储层预测结果不正确。
图7为图6中三个剖面对应的频谱,据此进一步分析反演结果的可靠性和实用性,可见: ①0~70Hz频段的频谱值与测井约束模型反演结果中相应频段的频谱值相近,这些低、中频能量主要反映地层的基本构造形态;②融合常规反演结果与高分辨率反演结果频谱的70~150Hz频段内的信息,在常规反演结果频谱能量的基础之上,补充了高分辨率反演结果的高频能量,从而既增加了高频信息,提高了垂向分辨能力,又保留了常规反演低频能量、能够体现储层横向变化特征; ③150~250Hz频段对应的频谱与高分辨率反演结果对应的频谱相近,进一步增加了高频能量,提高了地层垂向分辨率;另外,高于250Hz的频谱主要表现为规律性的能量逐渐减弱的波动,表明为以噪声为主,因此在融合过程中被舍弃。
图6 反演结果连井剖面对比图
图7 反演结果连井剖面目标层频谱特征对比
图8展示了不同反演方法分别预测的储层平面展布形态。对比可见,图8a展示了目的层油藏的形态,但对于油藏上部边缘储层较薄处的刻画不准确;图8c能够凸显上部薄储层的分布,但横向上油藏形态刻画不清,无钻井处储层预测结果的随机性和不确定性较大;只有图8b,既能够准确反映油藏的整体形态,又能够凸显C3井处的薄储层,同时对该油藏的边界也进行了准确刻画,效果最好。
图8 基于不同反演结果预测的储层平面展布特征对比
对比图6~图8的三种反演方法对储层预测的结果可见,尽管分频融合反演结果比高分辨率反演结果的分辨率略低,但其能够在一定程度上提高垂向分辨率,并确保模型反演的准确性,同时降低测井资料高频信息在横向上插值时的不确定性。该方法得到的波阻抗数据,能够适用于储层较薄且横向变化快的油气区的储层预测。
6 结论
(1)针对高分辨率反演结果对井间储层反映不准确的问题,提出了分频融合反演方法:将常规模型反演结果作为初始模型,利用高频地震资料进行高分辨率反演;在测井约束模型反演的基础上提高了垂向分辨率,并保证模型反演的准确性;同时利用地震调谐频率约束的高分辨率反演结果,降低测井资料高频信息横向插值时的不确定性。
(2)春光探区部分储层厚度薄、规模小且横向变化快,利用分频融合反演方法在多个井区实际应用,均获得了良好的效果,为春光探区的井位部署提供了技术支持。