扩展弹性阻抗反演在东海T气田储层预测中的应用

胡 伟，孙永壮，张 岩，尹文笋，刘庆文

（中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200335）

地震反演通常分为叠后和叠前反演两大类，经过多年的发展，叠后地震反演在油气勘探的不同阶段都取得了不错的应用效果。叠后反演方法基于的是叠后地震数据，共反射点道集的叠加压制了能够反映岩性和流体的AVO信息，应用叠后反演方法很难获得孔隙度、流体、岩性等关键参数，难以满足储层定量描述的要求[1]。随着勘探开发需求的提高，叠前反演技术得到了快速发展。1999年Connolly[2]首次提出了弹性波阻抗(Elastic Impedance)的概念，该方法利用的是部分角度叠加数据，保留了地震振幅随偏移距的变化信息，比声阻抗包含了更多的岩性及流体特征。但是弹性阻抗的数值和量纲存在随着入射角增大而剧烈变化的问题，使得该方法不能完全满足储层识别及流体检测的需求。2002年Whitcombe[3]对弹性阻抗公式进行了改进，通过归一化处理后，解决了量纲的问题。之后，Whitcombe[4]再次改进了归一化的弹性阻抗公式，提出了扩展弹性阻抗（EEI）的概念，限制反射系数在[-1,1]之间，使地震记录与实际情况一致，使之更适用于岩性、物性和流体的预测。扩展弹性阻抗反演技术很好地融合了叠后反演和AVO反演的优点，很大程度上提高了利用反演技术进行储层预测和储层描述的能力，是地震反演技术的主要发展方向。国内的专家学者对扩展弹性阻抗也进行了大量的研究，孙月成等[5]、李国平等[6]、牛聪等[7]应用扩展弹性阻抗进行了岩性的识别，张秉铭等[8]、谢清惠等[9]、时磊等[10]应用其进行了储层含油气性的研究，唐湘蓉等[11]、苑春方等[12]对反演的方法进行了优化或者改进，提高了扩展弹性阻抗的计算精度。

经过多年的勘探，东海T气田已经由常规构造勘探转向岩性油气藏勘探，对于岩性的精准刻画尤为重要，而在主要目的层HG组，常规的声波阻抗和纵横波速度比参数（图1），都不能很好地识别岩性。因此本文从扩展弹性阻抗理论入手，详细介绍扩展弹性阻抗反演关键步骤，重点分析最优岩性角与地震资料的结合过程，最终反演结果对砂岩储层进行预测，取得了不错的应用效果。

图1 声波阻抗与纵横波速度比交汇分析Fig.1 Intersection analysis of acoustic impedance and velocity ratio of compressional wave to shear wave

1 扩展弹性阻抗反演理论

弹性阻抗的理论基础是Zoeppritz方程，其概念是建立在Aki-Richards[13]简化方程基础之上，当入射角在临界角范围内，则有：

其中：R为反射系数，θ为入射角，A为截距，B为梯度，VP为纵波速度，VS为横波速度，ρ为密度；V¯P、V¯S和ρ¯分别代表相邻地层的纵波速度、横波速度和密度的平均值。ΔP、ΔVS和Δρ分别代表相邻地层的纵波速度、横波速度和密度的差值。

根据公式（1），Connolly构建了一个与声阻抗类似的方程：

式中，EI为弹性阻抗。

结合式（1）和式（2），通过计算就可以得到弹性阻抗表达式：

式中：θ为入射角，。

由式可以看到随着入射角的增大求取的弹性阻抗值发生剧烈变化，使得不同偏移距弹性阻抗值进行对比分析的时候，会掩盖岩性、物性或者流体引起的弹性阻抗变化差异的信息。为了解决弹性阻抗不稳定性这个问题，Whitcombe对式（3）进行归一化处理，得到新的弹性阻抗表达式如下：

式中：VP0、VS0、ρ0为常数，分别为纵波速度、横波速度以及密度的平均值。这一改进消除了弹性阻抗随入射角剧烈变化的问题，但是依然不够完善，由式（4）计算得到的反射系数值可能大于1，这需要弹性阻抗值为负数，显然与实际地震记录不符。为此，Whitcombe再次修改了归一化方程，令tanx=sin2θ,并把原反射系数乘以一个因子cosx，得到：

最终求得扩展弹性阻抗(EEI)的表达式为：

式（6）不但解决了弹性阻抗值不稳定的问题，而且比例化的反射系数RS=Rcosx数值控制在[-1,1]之间，与实际地震记录相符，可以直接用来进行岩性、物性和流体的预测。当x=0°时，EEI(0°)=AI为声波阻抗，当x=90°时，EEI(90°)值对应反射系数域中的梯度B，把EEI(90°)叫做梯度阻抗GI。扩展弹性阻抗可以表示为：

扩展弹性阻抗反演就是把声波阻抗和梯度阻抗按最优化角度进行结合，来进行岩性、物性和流体的预测（图2）。

图2 岩性角 流体角分析示意Fig.2 Schematic diagram of lithology angle and fluid angle analysis

2 具体实施步骤

根据反演理论结合实际生产中的探索和应用，制定了应用扩展弹性阻抗反演进行岩性预测的流程（图3），具体实施步骤如下：

图3 扩展弹性阻抗反演流程Fig.3 Extended elastic impedance inversion process

2.1 地震资料和测井曲线的优化处理

储层预测结果的精确度取决于基础资料的质量，首先对叠前偏移道集进行去噪以及保真、保幅的处理。扩展弹性阻抗反演要求的地震资料必须具有AVA特征，所以在道集优化处理后，结合速度资料，将偏移距数据体转化为角道集。井曲线的优化也非常重要，质量不好的井曲线会降低扩展弹性阻抗曲线与目标曲线的相关性，会导致最优角度求取不准，需对测井曲线进行井壁垮塌等优化处理，再进行多井一致性的标准化处理，从而提高单井求取最优角度的准确性以及多井求取最优角度的稳定性。

2.2 AVO反演求取截距和梯度

由步骤1计算得到的地震角道集，结合公式（1）进行AVO反演求取截距和梯度的三维地震数据体。反演过程中，注意选取合适的地震道集角度范围，规避可能存在剩余多次波的近道以及动校不平的远道，尽量保证截距和梯度结果的准确性。截距和梯度反演体分别为下一步计算声波阻抗（AI）和梯度阻抗(GI)的地震反射系数体。

2.3 反演声波阻抗和梯度阻抗

梯度阻抗的反演跟声波阻抗一样，都是采取的常规叠后反演流程。应用步骤二求取的截距和梯度分别当做叠后地震数据，结合井上求取的AI、GI曲线，进行井震标定、子波提取、低频建模等一系列流程，最后反演得到声波阻抗（AI）和梯度阻抗（GI）的地震三维数据体。

2.4 最优岩性角的求取

首先要确定能够反映岩性的目标曲线，如实测的GR曲线或者测井解释得到的泥质含量曲线等，应用公式（6）求取[-90°, 90°]范围内不同角度对应的扩展弹性阻抗曲线，并且分别与目标曲线进行相关性分析，相关性最高的扩展弹性阻抗曲线对应的角度即为最优岩性角。运用扩展弹性阻抗反演进行物性和流体预测时，最优物性角、最优流体角的求取方法类同。对于同一构造以及同一目的层，多井求取的最优岩性角应该较稳定，变化范围小，若存在较大偏差，需要检查测井曲线的质量，以及多井一致性处理的情况。

2.5 EEI数据体的求取

EEI的求取有两种途径，一种是结合步骤1~4求取的声波阻抗和梯度阻抗通过最优岩性角旋转得到，即EEI(x)=AIcosx+GIsinx；另外一种是结合步骤2求取的截距和梯度，步骤4求取的最优岩性角x，由公式（5）求取扩展弹性阻抗反射系数体，再结合井上EEI(x)曲线，按照常规的叠后声波阻抗反演流程得到，这是现有扩展弹性阻抗反演常用的途径。本次研究采取了第一种途径，因为在实际生产应用中发现，测井曲线求取的最优角度，不一定是地震的最优角度。地震缺少低频，并且还包含噪声，导致最优角度与测井不一致[14]。而在反演声波阻抗和梯度阻抗的过程中，达到了去噪以及补充低频的效果，从而能适用井上求取的最优岩性角，此途径计算得到的扩展弹性阻抗结果才是合理的。

3 应用实例

T气田位于东海主要含油气凹陷，临近良好生烃条件的SX36洼，油气勘探潜力大，现有钻探显示，油气在HG组H4层至PH组P12层均有分布，埋深2800~3600m。本次研究的目的层HG组为陆相湖泊三角洲沉积体系，以油藏为主，H4层和H6层为气田区的主要产油层；其中H6层属于低位辫状水道发育期，沉积了多期厚层砂体，H4层发生了一次规模中等的湖泛期，沉积了湖侵和高位域的薄层砂体；H6层测井解释平均孔隙度20.5%，渗透率141.7mD，H4层测井解释平均孔隙度20.9%，渗透率491mD，均属于中孔中渗储层。随着气田探明地质储量已基本动用，剩余未动用地质储量较少，储量接替不足，并且对于油气藏的勘探也由构造转向岩性，因此，对于H4、H6两个优质储层的准确预测，对T气田的滚动勘探与开发开采意义重大。

研究区为海上地震资料，多次波较发育，对地震道集进行了多次波的去除以及保真、保幅处理，再结合地层速度，把地震道集转化为角度道集，通过AVO反演求取了截距和梯度。利用截距和梯度结合井上求取的AI、GI曲线，通过井震标定、子波提取、低频建模等一系列流程，最后反演得到声波阻抗（AI）和梯度阻抗（GI）的地震三维数据体。可以看到，声波阻抗与梯度阻抗与井上计算得到的曲线吻合较好（图4），为后面EEI的计算提供了可靠的数据基础。

图4 声波阻抗和梯度阻抗反演剖面Fig.4 Inversion profile of acoustic impedance and gradient impedance

研究区含有四口测井曲线齐全的探井，对测井曲线进行了井壁垮塌校正以及一致性处理，以满足储层预测的需求。实测的GR曲线能够较好的识别砂、泥岩，选取GR作为目标曲线与不同角度的EEI曲线进行相关性计算，来求取最优岩性角，从图5可以看到，不同颜色曲线代表不同井的分析结果，单井最优岩性角分布在24°~28°之间，分布范围较小，保证了反演结果的稳定性；综合4口探井的测井曲线质量、相关性的高低以及单井最优岩性角的分布范围，选取了26°作为研究区的最优岩性角，基于此角度的各井相关系数均达到0.8以上。图6为T2井EEI(26°)曲线与GR曲线对比图，可以看到，曲线具有很高的相似性，这意味着本区应用扩展弹性阻抗反演来进行岩性预测是可行的。通过岩石物理交汇也可以看到（图7），EEI(26°)曲线对岩性具有很好的识别效果，阻抗值小于9300 (g/cm3)*(m/s)为砂岩，否则为泥岩。

图5 EEI与GR的相关系数Fig.5 Correlation coefficient between EEI and GR

图6 GR与EEI曲线对比Fig.6 Comparison of GR and EEI

图7 岩石物理交汇分析Fig.7 Petrophysical intersection analysis

利用声波阻抗和梯度阻抗，结合最优岩性角度，求取了EEI（26°）反演体。图8为反演连井剖面，剖面上红色表示为EEI值小于9300(g/cm3)*(m/s)的砂岩，青色代表泥岩，其值大于9300(g/cm3)*(m/s)。井上为GR曲线，向左为低GR值，代表砂岩；可以看到反演结果与实钻井吻合率较高，对包含H6层在内的厚储层均能有效预测，并且对于薄砂、薄泥岩隔层预测效果也较好，T1井的H4层对应的7米油层也准确表征，说明扩展弹性阻抗反演对于岩性的预测结果可靠，能够满足T气田对于岩性油气藏研究的需求。根据反演结果，对H4、H6层的砂体平面展布进行了预测。图9和图10中红色代表预测的砂岩，青色为泥岩，图9显示H4层砂体分布范围较小，指示了典型的“泥包砂”特征，并且砂体呈条带状孤立分布，符合H4层的沿岸砂坝沉积认识[15]；图10显示H6层砂体分布范围广，且三期河道砂体叠置摆动，符合低位辫状水道的沉积认识。

图10 H6层砂体预测平面展布Fig.10 The predicted plane distribution of the sand body in the H6 layer

4 结论与建议

（1）在东海T气田，常规弹性参数都不能很好地识别岩性，应用扩展弹性阻抗公式，求取了岩性敏感的扩展弹性阻抗参数，并且进行了反演，预测结果与实钻井吻合较好，为东海岩性油气藏勘探的研究提供了新的方法和思路。

（2）地震记录是岩性、物性及流体等一系列因素的综合响应，而通过地震资料进行单一因素的预测，扩展弹性阻抗反演不失为一种好方法。对于岩性的预测，通过最优岩性角的旋转，压制了其他因素的地震响应，突出岩性的响应；同样，扩展弹性阻抗反演还可以以物性、流体敏感的参数为目标曲线，进行物性和流体的预测，在储层物性预测及流体识别方面具有广阔的应用前景。

（3）井震资料的质量影响截距、梯度及最优角度的计算精度，从而会影响反演的准确性，所以扩展弹性阻抗反演适用于井震资料品质较好的地区。对于不同地层、不同工区，最优角度可能都不同，为了保证预测的精度，每次研究前都需要根据目标曲线重新计算最优角度。针对井震资料差异造成最优角度不同的问题，可以通过先反演声波阻抗、梯度阻抗，再结合井上最优角度的旋转来进行扩展弹性阻抗反演。