何艷慶

（大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163000）

譜反演技術在致密油開發(fā)中的應用

何艷慶*

（大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163000）

大慶油田扶余油層砂體錯疊連片、河道橫向遷移擺動頻繁、且砂體規(guī)模小、單層厚度薄。通過提高地震分辨率識別河道、尋找相對較厚河道砂體是扶楊油層開發(fā)的關鍵。譜反演是在高精度譜分解的基礎上，利用反射系數奇偶分解理論，通過構建并求解目標函數的極小值，從而確定奇偶反射系數對的最佳重新匹配權重的反演方法。可將由于地層的調諧作用而模糊了的薄層信息反演出來，提高了地震資料的分辨率，有效指導了多口水平井的部署。

扶余油層；反射系數；奇偶分解；分辨率；薄層

大慶油田的致密油概念為滲透率小于2mD，目前常規(guī)技術無法經濟有效動用的儲量。扶余油層屬于典型的致密油藏，以河流及三角洲水下分流河道沉積為主，坳陷區(qū)廣泛分布。地層厚度150～300m，單井一般發(fā)育5～10個層，含油砂巖厚度5～15m，砂體規(guī)模200～500m，砂巖單層厚度2～4m，單層有效厚度一般小于1m。從近年來多口井鉆探效果來看，扶余油層仍然具有較大的開發(fā)潛力。但河道的橫向變化快、砂體疊置連片、且有效儲層規(guī)模小、單砂層有效厚度薄。因此，尋找連續(xù)性好，相對較厚的河道砂體是扶楊油層突破的關鍵。這對地震分辨率和薄互層識別提出了更高的要求。研究探索的譜反演技術是在高精度譜分解的基礎上，利用反射系數奇偶分解理論，通過構建并求解目標函數的極小值，從而確定奇偶反射系數對的最佳重新匹配權重的反演方法?？蓪⒂捎诘貙拥恼{諧作用而模糊了的薄層信息反演出來，提高了地震資料的分辨率，有效指導了扶余油層多口水平井的部署，取得了良好的鉆探效果，為扶余油層的下一步大規(guī)模開發(fā)奠定了良好的基礎。

1　譜反演技術的理論基礎

譜反演核心是從地震數據中去除子波的影響，所以能有效地去除薄層的干涉效應，有很強的弱反射信號恢復能力。

（1）反射系數的奇偶分解。任何一個反射系數序列都可以分解成奇、偶分量，Widess模型［1］假設反射系數序列為偶分量形式（圖1），這種情況很接近某些特定的巖性組合如砂巖嵌入在泥巖基質中。

圖1　反射系數序列的分解

利用Chung和Lawton（1995）提出的公式計算了峰值振幅和峰值頻率［2］，根據對這種模型的分析，顯示了在偶部占優(yōu)時偶部序列和奇部序列主峰振幅和頻率的隨地層厚度的變化情況，同時也表明了總的主頻變化特征。當薄層的頂底界面處反射系數并不相同、極性不相反時，可以看出在低于調諧頻率的一半時主頻會隨著地層減薄而減?。?］。這種變化的拐點位置取決于反射系數序列中奇部和偶部反射系數的相對大小。與Widess模型相反的是，在地層厚度小于該點后，主頻還依賴于地層厚度。這說明薄層的地層響應更敏感。

由于奇偶分量峰值振幅、峰值頻率隨層厚的變化規(guī)律的確定性，在地震資料主頻確定的情況下，對于單層的地震模型，可以通過奇偶分解的方式，準確預測低于調諧厚度下的薄層。反射系數經過奇偶分解之后，奇分量與偶分量的主頻隨地層厚度變化是一個確定關系［4］，通過這種關系（圖2），在主頻已知的情況下可進行厚度的預測。

圖2　單層厚度模型奇偶分解預測厚度圖

（2）譜反演方法的實現原理。譜反演的原理就是根據時間域褶積模型，從地震記錄中去除地震子波的影響，進而得到反射系數序列［5］。在時間域內一個脈沖對的表達為：

式中：r1——層頂部反射系數；

r2——層底部反射系數；

t——時間位置；

t1——頂部反射的時間位置；

T——層厚度。

將分析點放在層的中心點位置，進行傅立葉變換后，用三角法則進行化簡約去t，得到［6］：

基于褶積原理，s（t，f）是地震數據，w（t，f）是已知的子波。

最后整理得到單層目標函數：

目標函數中，S（t，f）/W（t，f）可認為是反褶積過程，在這里假設子波是已知［7］。譜反演結果的好壞，很大程度上取決于子波提取是否準確，因此子波的提取是很關鍵的過程。但是對于子波總是不確定的，如子波確定了，反射系數也就確定了。因此我們要盡最大可能使子波逼近真實子波。在反射系數中，可以認為厚度T是第一層和倒數一層之間的距離，第二層和倒數第二層的之間距離，依次類推，可以認為T是進行奇偶分解的信號對之間的距離。

上面的推導都是在窗口中心坐標為零的基礎上進行的，但實際上數據都是從零開始的，而窗口中心位置坐標為非零，為半個窗口的位置［8］，因此我們在應用中對上面的推導進行時移。

實部和虛部通過時移后表示為：

多層的目標函數變?yōu)椋?/p>

式中：tw——半個窗口的寬度；

ae、ao——平衡參數。

其矩陣形式，形如式（8）。

通常地震道采樣點數遠大于反射系數的個數，因此譜反演理論一部分就是為了解決（8）式的超定線性方程組求解的適定性和穩(wěn)定性問題［9］。

通常的迭代算流程如圖3所示。

2　譜反演技術流程

圖3　反射系數迭代計算流程

根據譜反演原理和最終優(yōu)化求解算法，設計基于反射系數序列非稀疏假設的譜反演流程。任何反演方法都是一個系統(tǒng)工程，許多小環(huán)節(jié)的處理手段都會影響到反演的結果，子波提取、噪聲及初始模型選取都對反演結果有影響。

在實際地震數據的處理中，反演過程大致包含以下幾步：

步驟一、子波提取，精細提取時變子波；地震子波的提取關系到地震合成記錄的好壞，是波阻抗反演的一個關鍵環(huán)節(jié)，應根據實際情況確定提取的子波。頻譜反演利用多道地震數據，在精確頻譜分析的基礎上，充分利用高頻部分的地震反射信息，并參考低頻特征，確定地震子波。此過程中，如果沒有鉆井資料，地震反演處理工作仍可繼續(xù)進行，但利用測井資料來確定子波的相位校正卻是很重要的。

步驟二、從地震數據中去除子波，提取計算反射系數的奇部和偶部；

步驟三、根據稀疏脈沖反演計算初始反射系數的方法，反演出高頻成分；

步驟四、高頻成分與奇部、偶部反射系數，由權重函數控制，組合出完整的寬頻反射系數體。

圖4　地震譜反演方法原理

譜反演地震反演方法具有很高的分辨率，見圖4，在進行反射系數積分時，它不會漏掉一些弱信號，在強信號的基礎上對弱信號進行疊加積分，使弱信號能夠更好的表現出來。

這種薄互層反演方法是一種新的從地震數據中去掉子波因素而提取反射系數的方法，能大大提高地震分辨率，波阻抗和反射系數能用來確定反射層的頂底面，從而來解決地層層序問題，提高薄儲層中的油氣預測的精度。

3　譜反演技術效果

從原始剖面看，F11層處于T2波峰的下半部分，F12、F13層處于T2下波谷里。經載波調制譜反演后，F12層處于波谷里，F13頂部始出現波峰，并且B井與F井F13層有砂巖分布，表現為強振幅。載波調制后再作譜反演，T2下的波谷和波峰進一步上移，視頻率得到大幅度提高，且振幅強弱與砂巖分布有較好的對應關系。從2張剖面的T2軸看，振幅能量關系基本一致，說明提高分辨率的方法具有保持原始資料能量關系的特點。

A試驗區(qū)有探井開發(fā)井37口，通過譜反演后，分別提取了各小層的峰值振幅屬性，以F12和F13小層為例，對砂巖進行預測符合率分析，其中F12層≥2m（18口）符合率90%；0～2m（5口）符合率89%；無砂井（14口）符合率88%；總符合率91%。F13層≥2m（17口）符合率89%；0～2m（6口）符合率91%；無砂井（14口）符合率88%；總符合率90%。應用譜反演后的地震資料，在該區(qū)內部署了9口水平井，水平段砂巖預測符合率達89%，其中FI1組3口井，水平段砂巖預測符合率91%，9口井的水平段平均長度達901m，日產油達6.5t，取得了良好的應用效果，為扶余油層致密油的大規(guī)模開發(fā)奠定了良好的技術基礎。

4　結論

（1）譜反演寬頻處理技術在保幅的情況下提高了對薄砂體的刻畫能力，因此，井位部署時可以提供寬頻砂體預測。

（2）利用譜反演技術獲得的高分辨率反射系數體，更好地指明了砂泥界面，可以對砂體頂底界面進行追蹤，更精確地刻畫曲流河道、點沙壩等地質體。

（3）譜反演技術作為譜分解技術的一種延伸。可將由于地層的調諧作用而模糊了的薄層信息（反射系數）反演出來，尤其是譜反演寬頻數據體在橫向保幅的基礎上，提高了砂體的識別能力及細分研究單元層位解釋的精度。

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TE34

B

1004-5716（2016）07-0022-04

2016-03-17

2016-04-05

中國石油天然氣股份有限公司重大專項“大慶探區(qū)非常規(guī)油氣地震勘探技術研究”（2013E-2603-04）。

何艷慶（1988-），男（漢族），吉林扶余人，助理工程師，現從事地震解釋工作。