葉云飛崔 維張益明解吉高

(1.中海油研究總院; 2.中國(guó)石油大學(xué)(華東))

低頻模型對(duì)波阻抗反演結(jié)果定量解釋的影響*

葉云飛1崔 維2張益明1解吉高1

(1.中海油研究總院; 2.中國(guó)石油大學(xué)(華東))

通過(guò)約束稀疏脈沖反演得到絕對(duì)波阻抗數(shù)據(jù)體,進(jìn)而進(jìn)行儲(chǔ)層刻畫(huà),這是油氣田勘探、開(kāi)發(fā)過(guò)程中的重要手段。但在應(yīng)用絕對(duì)波阻抗反演結(jié)果進(jìn)行儲(chǔ)層定量解釋的過(guò)程中,當(dāng)儲(chǔ)層橫向厚度變化較大時(shí),受低頻模型的影響,會(huì)使反演結(jié)果的視分辨率降低,因此會(huì)在反演結(jié)果定量解釋過(guò)程中產(chǎn)生誤差。研究表明,對(duì)絕對(duì)波阻抗數(shù)據(jù)體進(jìn)行濾波便可得到相對(duì)波阻抗數(shù)據(jù)體。本文通過(guò)理論分析指出了應(yīng)用相對(duì)波阻抗進(jìn)行儲(chǔ)層定量解釋需要滿足的2個(gè)條件,認(rèn)為只有在滿足這2個(gè)條件的前提下才可將相對(duì)波阻抗結(jié)果用于儲(chǔ)層定量描述,從而可以準(zhǔn)確刻畫(huà)儲(chǔ)層的空間分布范圍。將這一研究結(jié)論應(yīng)用于模型分析和海外靶區(qū)的儲(chǔ)層定量解釋中,均取得了良好的效果。

絕對(duì)波阻抗;低頻模型;相對(duì)波阻抗;儲(chǔ)層定量解釋

目前,應(yīng)用約束稀疏脈沖反演得到絕對(duì)波阻抗數(shù)據(jù)體的方法已廣泛應(yīng)用于勘探階段的儲(chǔ)層定性或定量預(yù)測(cè)和開(kāi)發(fā)階段的儲(chǔ)量計(jì)算、井網(wǎng)部署、油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等方面,已成為地下儲(chǔ)層刻畫(huà)過(guò)程中必不可少的方法之一。前人對(duì)該技術(shù)的研究與應(yīng)用已很成熟,認(rèn)為在約束稀疏脈沖反演過(guò)程中通過(guò)低頻模型補(bǔ)償?shù)卣鹳Y料中缺失的低頻信息是開(kāi)展巖性識(shí)別、儲(chǔ)層定量解釋的重要步驟[1-14]。一般情況下,低頻模型是以地震解釋層位和沉積規(guī)律為約束,將測(cè)井信息在整個(gè)數(shù)據(jù)體范圍內(nèi)進(jìn)行內(nèi)插和外推得到的,也有研究者將地震速度譜信息與測(cè)井信息相結(jié)合來(lái)建立低頻模型,在一定程度上補(bǔ)償了地震資料中缺失的低頻信息[15]。但是,在井間儲(chǔ)層厚度橫向變化劇烈、井點(diǎn)位置地震反射能量差異較大的區(qū)域內(nèi),補(bǔ)充的低頻信息反而會(huì)給反演結(jié)果定量解釋帶來(lái)誤差,因此濾掉約束稀疏脈沖反演結(jié)果中錯(cuò)誤的低頻信息就顯得尤為重要。

對(duì)絕對(duì)波阻抗數(shù)據(jù)體進(jìn)行濾波便可得到相對(duì)波阻抗數(shù)據(jù)體,以往的研究成果中也有應(yīng)用相對(duì)波阻抗反演進(jìn)行儲(chǔ)層解釋的實(shí)例[16],但未對(duì)相對(duì)波阻抗反演儲(chǔ)層解釋的物理意義和應(yīng)用的前提條件加以說(shuō)明。本文通過(guò)理論分析指出了應(yīng)用相對(duì)波阻抗反演結(jié)果進(jìn)行儲(chǔ)層定量解釋需要滿足的2個(gè)條件,認(rèn)為只有在滿足這2個(gè)假設(shè)條件的前提下,才可以將相對(duì)波阻抗反演結(jié)果用于儲(chǔ)層定量描述,從而準(zhǔn)確刻畫(huà)儲(chǔ)層的空間分布范圍。

1 理論基礎(chǔ)

1)相對(duì)波阻抗反演儲(chǔ)層解釋的物理意義

從測(cè)井波阻抗曲線的組成上來(lái)說(shuō),相對(duì)波阻抗反演儲(chǔ)層解釋的物理意義是指在特定的深度段范圍內(nèi),測(cè)井曲線所反映的信息可理解為隨深度的變化量(低頻趨勢(shì))和隨巖性的變化量(相對(duì)關(guān)系)之綜合,因此我們所關(guān)心的是在目的層段內(nèi)巖性變化所引起的波阻抗差異。由此可見(jiàn),獲取相對(duì)波阻抗的基本思想為:在絕對(duì)波阻抗的基礎(chǔ)上,通過(guò)先驗(yàn)地質(zhì)認(rèn)識(shí),在儲(chǔ)蓋組合明確的情況下,去除波阻抗差異隨深度的變化量(低頻趨勢(shì)),保留波阻抗差異隨巖性的變化量。

2)相對(duì)波阻抗反演儲(chǔ)層解釋的前提條件

從反射系數(shù)關(guān)系式可知

式(1)中:R表示地層反射系數(shù);Z1和Z2分別表示上、下地層的波阻抗值。

若用ΔZ表示波阻抗差值,則Z2=Z1+ΔZ。當(dāng)ΔZ很小時(shí),式(1)則有

對(duì)式(2)兩邊進(jìn)行積分,則有

式(3)中:ˉZ為Z2和Z1的平均值。

從式(2)可以看出,若想用相對(duì)波阻抗反映儲(chǔ)蓋組合的變化,必須要滿足2個(gè)假設(shè)條件:①上、下地層的波阻抗差值ΔZ僅僅是由于巖性變化所引起的(目的層段深度范圍不太大,這需要先驗(yàn)地質(zhì)認(rèn)識(shí)來(lái)確定);②波阻抗差值ΔZ從數(shù)值上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Z2和Z1值本身。只有滿足這2個(gè)假設(shè)條件,式(3)中的相對(duì)波阻抗計(jì)算結(jié)果才具有明確的物理意義。

通過(guò)上述分析可知,在滿足以上2個(gè)假設(shè)條件的情況下,可以依據(jù)相對(duì)波阻抗反演結(jié)果開(kāi)展儲(chǔ)層定量解釋;與絕對(duì)波阻抗反演相比,相對(duì)波阻抗反演剔除掉了模型中隨深度變化的相對(duì)低頻成分,在地層對(duì)比正確時(shí)對(duì)儲(chǔ)層的解釋效果會(huì)更好。

2 模型分析

以靶區(qū)內(nèi)實(shí)際鉆遇的儲(chǔ)蓋層速度、密度參數(shù)建立地層模型,分析波阻抗反演結(jié)果中低頻模型的影響。模型的巖石物理參數(shù)如表1所示,假設(shè)儲(chǔ)層的物性和含氣飽和度均相同,所不同的只是兩口井所鉆遇的儲(chǔ)層厚度。

表1 模型巖石物理參數(shù)

如圖1所示,在相同的深度范圍內(nèi),以同樣的泥巖為背景,A井區(qū)模擬的儲(chǔ)層為2套20 m等厚的砂巖,中間夾20 m厚泥巖;B井區(qū)模擬的儲(chǔ)層分別為厚度10 m和5 m的砂巖薄層各2套,中間間隔泥巖層厚度分別為10 m和5 m。

圖1 地層模型

圖2 正演地震剖面

從圖2的正演地震剖面中可以看到,雖然儲(chǔ)、蓋層反射系數(shù)相同,但由于厚度上的差異,B井區(qū)地震反射同相軸產(chǎn)生了相干減弱現(xiàn)象。

依據(jù)實(shí)際地震資料頻譜特征,選取20 Hz子波,應(yīng)用Jason反演軟件中的約束稀疏脈沖反演流程進(jìn)行波阻抗反演。在圖3所示的絕對(duì)波阻抗反演結(jié)果中可以看到,A井區(qū)所示的相對(duì)厚儲(chǔ)層其反演結(jié)果較為可靠,基本可以刻畫(huà)儲(chǔ)層的真實(shí)厚度。但在B井區(qū),受分辨率的影響,無(wú)論是上部10 m厚的薄互層還是下部5 m厚的薄互層,儲(chǔ)層厚度均無(wú)法準(zhǔn)確刻畫(huà)。此時(shí)若在兩口井區(qū)應(yīng)用相同的波阻抗色標(biāo)值進(jìn)行追蹤解釋,勢(shì)必在B井區(qū)產(chǎn)生誤差。

圖3 絕對(duì)波阻抗反演結(jié)果

在反演過(guò)程中,地震中所缺失的低于6 Hz的低頻信息一般是通過(guò)模型來(lái)補(bǔ)償?shù)?但是,從圖4所示的低頻模型中可以看到,在低于6 Hz部分的信息中,由于分辨率過(guò)低,僅僅能夠反映出儲(chǔ)層段的低阻抗特征,2口井周?chē)牡妥杩巩惓Ｖ挡顒e并不明顯,視覺(jué)效果上區(qū)分度很差,絕對(duì)波阻抗中包含了此信息,勢(shì)必帶來(lái)如圖3所示的情況,即薄互層砂體的反演結(jié)果變?yōu)橐粋€(gè)大厚層,給波阻抗反演結(jié)果的定量解釋帶來(lái)誤差。在這種情況下,推薦以反演的相對(duì)波阻抗結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行儲(chǔ)層定量解釋。

圖4 低頻模型(＜6 Hz部分的信息)

在圖5中可以看到,將反演結(jié)果中的低頻成分濾掉后,應(yīng)用相對(duì)波阻抗結(jié)果進(jìn)行追蹤解釋,其視分辨率有明顯提高,尤其是B井區(qū)上部的10 m厚間隔砂巖已經(jīng)可以準(zhǔn)確地雕刻出來(lái),此時(shí)應(yīng)用相同的波阻抗色標(biāo)值進(jìn)行砂體追蹤,其結(jié)果將更加可靠。

圖5 相對(duì)波阻抗反演結(jié)果

3 實(shí)際應(yīng)用

研究靶區(qū)位于澳大利亞Browse盆地內(nèi),受三疊紀(jì)末期區(qū)域擠壓應(yīng)力影響,區(qū)內(nèi)早期的二疊—三疊紀(jì)凹陷發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn),形成了多個(gè)北東走向背斜構(gòu)造,多年的勘探結(jié)果已證實(shí)該區(qū)油氣資源非常豐富。其中,C構(gòu)造目前已鉆井5口,在主要儲(chǔ)層段三疊系和侏羅系均發(fā)現(xiàn)了高產(chǎn)氣層,已進(jìn)入儲(chǔ)量計(jì)算階段,但仍存在諸多地球物理問(wèn)題,影響了有利儲(chǔ)層分布范圍的刻畫(huà),制約了儲(chǔ)量計(jì)算的精確度。

如圖6所示,侏羅系在C構(gòu)造高部位與三疊系埋深基本相同,鉆井證實(shí)儲(chǔ)蓋組合良好,但C-3井三疊系儲(chǔ)蓋組合特征表現(xiàn)為巨厚砂巖夾薄層泥巖蓋層,含氣砂巖厚度達(dá)20～25 m,地震振幅能量較強(qiáng)。C-4井侏羅系儲(chǔ)蓋組合特征表現(xiàn)為砂泥巖薄互層,有效儲(chǔ)層厚度僅為5～10 m,由于含氣層的存在,地震振幅能量雖然較強(qiáng),但受干涉效應(yīng)的影響,其振幅能量較C-3井相對(duì)較弱。

圖6 C構(gòu)造已鉆井地震響應(yīng)特征

為滿足該構(gòu)造儲(chǔ)量精確計(jì)算的需求,在巖石物理分析、地質(zhì)模型約束的基礎(chǔ)上開(kāi)展了基于地震的波阻抗反演。巖石物理分析結(jié)果顯示,含氣砂巖具有非常明顯的低波阻抗特征,通過(guò)波阻抗反演技術(shù)可以有效識(shí)別含氣砂巖的分布。如圖7所示,C-3井三疊系厚砂巖具有較為明顯的低波阻抗特征,C-4井侏羅系砂泥巖薄互層也具有較為明顯的低波阻抗特征。雖然2口井所鉆遇砂體的厚度和地質(zhì)年代均不同,但是由于儲(chǔ)層埋深基本相同,含氣飽和度均較高(達(dá)到80%以上),上覆地層均以侏羅系泥巖為蓋層,儲(chǔ)層與蓋層之間的波阻抗差并不大,因此導(dǎo)致了2口井反演的絕對(duì)波阻抗在視覺(jué)效果上并無(wú)明顯差異。如果以該反演結(jié)果為基礎(chǔ),應(yīng)用統(tǒng)一的巖石物理量版進(jìn)行定量解釋,勢(shì)必產(chǎn)生明顯誤差,影響儲(chǔ)量的精確計(jì)算。

圖7 實(shí)際資料絕對(duì)波阻抗反演剖面

鉆井結(jié)果證實(shí),該區(qū)地層對(duì)比正確,儲(chǔ)、蓋層巖性較為單一,均是大套泥巖覆蓋于砂巖之上,具備應(yīng)用去低頻趨勢(shì)的相對(duì)波阻抗開(kāi)展巖性解釋的地質(zhì)條件;并且,從已鉆井的波阻抗參數(shù)中可以得出ΔZ= 793[(g·cm-3)(m·s-1)],遠(yuǎn)小于2ˉZ=12 486.2[(g· cm-3)(m·s-1)],因此,在該區(qū)滿足應(yīng)用相對(duì)波阻抗開(kāi)展巖性解釋的前提條件。在此基礎(chǔ)上,對(duì)該區(qū)反演的絕對(duì)波阻抗進(jìn)行低頻濾波,如圖8所示,由于濾除了低于6 Hz部分的能量(低頻模型中薄互層能量干涉帶來(lái)的影響),只保留其相對(duì)波阻抗特征(不同巖性間的阻抗差異),其視分辨率和雕刻儲(chǔ)層的精確程度要明顯高于圖7中絕對(duì)波阻抗反演結(jié)果,特征分析更加清晰,成果可靠。

圖8 實(shí)際資料相對(duì)波阻抗反演剖面(濾低頻后)

由于該反演結(jié)果是以地震資料為基礎(chǔ)的,所以其分辨能力不會(huì)超越地震資料頻帶范圍:對(duì)于C-3井區(qū)在地震資料分辨率范圍內(nèi)的儲(chǔ)層,可以精確刻畫(huà)其分布范圍,準(zhǔn)確識(shí)別厚度;但是,對(duì)于C-4井區(qū)在地震資料分辨率范圍內(nèi)的薄互儲(chǔ)層,無(wú)法準(zhǔn)確刻畫(huà)其厚度,僅僅可以做到識(shí)別其大致輪廓。

4 結(jié)論

1)應(yīng)用相對(duì)波阻抗進(jìn)行儲(chǔ)層定量解釋須滿足2個(gè)條件:①波阻抗差值僅僅是由巖性變化所引起的;②波阻抗差值要遠(yuǎn)小于波阻抗絕對(duì)值。在滿足這2個(gè)假設(shè)條件的前提下,相對(duì)波阻抗是存在物理意義的,應(yīng)用濾除趨勢(shì)變化后的相對(duì)波阻抗結(jié)果可以更加清晰地刻畫(huà)儲(chǔ)層的分布范圍,其視分辨率要高于絕對(duì)波阻抗。

2)應(yīng)用中也要清晰地認(rèn)識(shí)到這2個(gè)假設(shè)條件是比較苛刻的:一方面,只有在勘探后期或開(kāi)發(fā)階段才能有足夠多的數(shù)據(jù)滿足對(duì)區(qū)域儲(chǔ)、蓋層組合特征的精確認(rèn)識(shí);另一方面,同一沉積體內(nèi)儲(chǔ)層厚度、物性、所含流體飽和度的變化均會(huì)帶來(lái)波阻抗絕對(duì)值的變化,進(jìn)行定量解釋過(guò)程中不能忽視。

3)需要說(shuō)明的是,本文并非否定低頻模型在反演過(guò)程中的作用,在區(qū)域沉積背景穩(wěn)定,井間儲(chǔ)層厚度變化小的范圍內(nèi),尤其是儲(chǔ)層厚度超出地震資料分辨率范圍的時(shí)候,絕對(duì)波阻抗在刻畫(huà)儲(chǔ)層分布方面是有其自身優(yōu)勢(shì)的。

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Impacts of low-frequency models on the quantitative interpretation of acoustic impedance inversion

Ye Yunfei1Cui Wei2Zhang Yiming1Xie Jigao1(1.CNOOC Research Institute,Beijing,100028; 2.China University of Petroleum,Shandong,266580)

It is an important tool of oil and gas exploration and development to obtain the absolute impedance data from the constrained sparse pulse inversion and characterize a reservoir.When the absolute impedance data is used to quantitatively interpret a reservoir,however,the impacts of low-frequency models may lower the apparent resolution of the inversion results if the reservoir thickness changes rapidly,thus leading to the errors during quantitative interpretation of the inversion results.The studies have shown that the relative impedance data can be obtained by filtering the absolute impedance.A theoretical analysis has indicated that the relative impedance data can be used to quantitatively interpret a reservoir and accurately characterize its spatial distribution only if two requirements are satisfied. These results have been applied in the model analyses and the quantitative reservoir interpretation in abroad target areas,both resulting in good effects.

absolute impedance;low-frequency model;relative impedance;quantitative reservoir interpretation

2014-03-03改回日期:2014-09-23

(編輯:馮 娜)

*“十二五”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“南海深水區(qū)油氣勘探地球物理關(guān)鍵技術(shù)(編號(hào):2011ZX05025-001)”部分研究成果。

葉云飛,男,工程師,2007年畢業(yè)于吉林大學(xué),獲地球探測(cè)與信息技術(shù)專(zhuān)業(yè)碩士學(xué)位,現(xiàn)主要從事儲(chǔ)層及油氣預(yù)測(cè)研究工作。地址:北京市朝陽(yáng)區(qū)太陽(yáng)宮南街6號(hào)院1號(hào)樓(郵編:100028)。E-mail:yeyf2@cnooc.com.cn。