基于拓频的高分辨率多子波地震反演技术在苏X区块的应用.pdf

录 井 工 程2023年6月基于拓频的高分辨率多子波地震反演技术在苏X区块的应用孙 颖武 刚梁 斌李国良房金伟段传丽（中国石油渤海钻探油气合作开发分公司；中国石油大港油田公司天津储气库分公司；中国石油大港油田公司第五采油厂）基金项目：中国石油渤海钻探油气合作开发分公司科研项目“苏X区块未开发区高能河道砂体刻画与潜力评价研究”（编号：2022YQDZ01K）孙颖工程师，1986年生，2012年硕士毕业于长江大学地球探测与信息技术专业，现在中国石油渤海钻探油气合作开发分公司从事油藏地质研究工作。通信地址：300457 天津市开发区二大街83号中石油天津大厦。电话：[phone]。Email：摘要苏里格气田苏X区块沉积储层以砂泥岩薄互层为主，砂体横向变化快，单砂体厚度差异大，储层非均质性强，常规的低分辨率二维地震稀疏脉冲反演无法清晰地展现出砂体的叠置关系。为此采用高分辨率多子波地震反演技术对苏X区块进行储层预测：首先对二维地震数据体进行拓频处理，其次进行测井岩石物理分析和自然伽马拟声波阻抗的可行性分析；然后对拓频后的地震数据体进行分频操作，将各分频体地震数据与钻井现场模型数据结合分别进行贝叶斯反演，反演后的数据体通过分频特征重构技术进行频率域融合，最终得到高分辨率多子波地震反演数据体。采用高分辨率多子波地震反演技术对苏X区块进行储层预测取得良好效果，相对常规稀疏脉冲地震反演，高分辨率多子波地震反演在纵横向分辨率上提升明显，砂体的叠置关系及井间砂体的尖灭展现得更清晰，反演结果更可靠，能够为有利层位的优选和评价提供更符合地质规律的依据。关键词高分辨率多子波地震反演拓频处理岩石物理分析自然伽马声波阻抗分频特征重构技术中图分类号：TE 132.1文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.16729803.2023.02.015Application of high resolution multi wavelet seismic inversion technology based onexpanding frequency in Su X blockSUN Ying，WU Gang，LIANG Bin，LI Guoliang，FANG Jinwei，DUAN ChuanliOil&Gas Cooperation and Development Company，BHDC，CNPC，Tianjin 300457，China；Tianjin Gas StorageCompany of Petrochina Dagang Oilfield Company，Tianjin 300280，China；No.5 Oil Production Plant of PrtroChinaDagang Oilfield Company，Tianjin 300280，ChinaAbstract：The sedimentary reservoirs in the Su X block of the Sulige gas field are dominated by thin interbeds of sand andmudstone.The lateral variation of sand bodies is fast，the thickness of single sand bodies varies greatly，the reservoirheterogeneity is strong，and the twodimensional seismic resolution is low.Conventional sparse pulse inversion cannot clearlyshow the superposition relationship of sand bodies.Therefore，high resolution multiwavelet seismic inversion technology is usedto predict the reservoir of Su X block.Firstly，the twodimensional seismic data is processed by expanding frequency.Secondly，the feasibility analysis of logging rock physics analysis and natural gamma simulation acoustic impedance is carried out.Then，thefrequency division operation is carried out on the seismic data volume after expanding frequency，and the Bayesian inversion iscarried out by combining the seismic data of each frequency division body with the drilling site model data.The inverted datavolume is fused in frequency domain by frequency division feature reconstruction technology，and finally the high resolution multiwavelet seismic inversion data volume is obtained.High resolution multiwavelet seismic inversion has achieved good results inreservoir prediction of Su X block.Compared with twodimensional conventional sparse pulse inversion，high resolution multiwavelet seismic inversion has significantly improved vertical and horizontal resolution.The superposition relationship of sandbodies and the pinchout of interwell sand bodies are clearer.The inversion results are more reliable and more in line withgeological laws，which can provide a basis for the optimization and evaluation of favorable layers.Key words：high resolution，multiwavelet seismic inversion，expanding frequency processing，rock physics analysis，gammaray，acoustic impedance，frequency division feature reconstruction technology 88第34卷第2期孙颖等：基于拓频的高分辨率多子波地震反演技术在苏X区块的应用0引言地震反演是储层预测的核心技术之一，该技术基于地震原始数据，综合运用地质、测井等多学科的相关信息来获得地下各层位波阻抗的分布，是一门综合性的地球物理勘探技术1。测井声波时差曲线是反映储层特征最重要也是最常规的资料，在实际地震反演中利用声波时差曲线开展储层波阻抗反演已取得了非常显著的地质效果2，应用实钻井测井数据，在沉积背景约束下建立地质模型，实现井间地震资料的约束反演，以此补充地震资料带宽的不足，从而实现优势互补3。波阻抗反演是地震储层反演预测研究中的核心技术，因此地震反演通常也被称为波阻抗反演4，波阻抗反演是高分辨率地震资料处理的最终表达形式，在圈闭评价、油气藏描述及井位论证中均起到了至关重要的作用5。苏里格气田苏X区块是典型的岩性气藏，属三角洲河流相沉积，其砂体空间变化规律复杂。该区块经过多年开发，天然气富集区井网基本完善，其外围区盒8段辫状河道沉积储层受成藏条件及非均质性影响，气水分布规律复杂，含水层较多；山西组曲流河道砂体宽度窄，厚度薄，横向变化快，连片性差，砂体地震识别及平面展布规律预测难。研究区储层以砂泥岩薄互储层为主，相同沉积单元内的薄层单砂体甚至在百米范围内会呈现横向突变的空间几何特征，储层非均质性强，且测井声波阻抗曲线对该类砂体响应不明显，即使在气田深度开发阶段的密集井网条件下，仅依靠井点信息或地震信息预测河道砂体难度亦较大6，在外围区砂体精细识别与刻画的难度更大。因此，利用气田开发区综合井网密集和地震资料横向分辨率高的优势，探索密集井网条件下井震联合，应用地震资料拓频技术、贝叶斯反演技术及地震数据体分频特征重构技术3种技术手段相结合的高分辨率地震多子波反演方法，开展储层预测工作，精细刻画砂体轮廓及内幕、砂体叠置关系，以此夯实老气田挖潜的重要基础工作。1区域地质概况苏里格气田位于鄂尔多斯盆地中北部，处于石嘴山和苏里格两个三角洲沉积体系交界处，区域构造处于鄂尔多斯盆地陕北斜坡西北部，属内蒙古自治区鄂尔多斯市的鄂托克旗和鄂托克前旗所辖。该气田目的层以石盒子组盒8段和山西组山1段砂体为主，主要目的层盒8段底界为一宽缓的西倾单斜，坡降为310 m/km，单斜背景上发育有多排北东-南西走向的低缓鼻隆构造，幅度在1020 m之间。通过实际钻探研究证实，该区发育的低缓鼻隆构造对天然气聚集控制作用较弱，天然气藏展布主要受砂体和物性控制，属于典型致密砂岩岩性类型气藏7。苏X区块位于苏里格气田的中西部，与苏里格气田总体构造特征基本一致，表现为由北东向南西倾斜的单斜构造，局部发育一些低缓的鼻隆构造，幅度在815 m之间。研究区内完成二维地震888.3 km/48条，测网密度相对均匀，达到1 km2 km，但地震资料受分辨率、信噪比影响，品质较差，无法满足精细预测储层展布的需求。2地震数据拓频处理及测井岩石物理分析地震反演效果的好坏主要取决于两个条件：一是地震资料品质的好坏，包括信噪比、分辨率及保真度，这决定了最终反演结果的分辨率和可信度；二是测井资料的岩电组合特征明晰与否，包括测井声波时差、密度及纵波阻抗曲线能否很好地反映储层和围岩的差异，这决定了波阻抗反演结果能否有效地区分储层与非储层8。在进行地震反演工作前，首先要对这两方面的工作进行详细分析和处理，做好高分辨率地震反演的基础工作，以确保最终反演结果精准有效。2.1地震数据拓频处理苏X区块叠后地震资料信噪比低，目的层同相轴连续性差，目的层段的地震资料主频在15 Hz左右，有效频带宽度1030 Hz。理论上，地震垂向分辨率为调谐厚度，即H/4，其中V/F9（H为地层厚度，为地震子波长度；V为目的层平均速度；F为目的层地震资料主频）。研究区目的层段的地震层速度约为3000 m/s，因此，地震资料垂向分辨率大约为50 m，只能识别大于50 m的砂层组，远不能满足实际生产需要。针对研究区地震资料主频低、频带较窄的客观情况，首先采用反Q滤波补偿技术对地震数据进行振幅补偿和子波相位一致性校正；其次，对反Q滤波剖面引用：孙颖，武刚，梁斌，等.基于拓频的高分辨率多子波地震反演技术在苏X区块的应用J.录井工程，2023，34（2）：8894.SUN Ying，WU Gang，LIANG Bin，et al.Application of high resolution multiwavelet seismic inversion technology basedon expanding frequency in Su X blockJ.Mud Logging Engineering，2023，34（2）：8894.89录 井 工 程地 质 研 究2023年6月开展宽频成像分辨率提高技术处理，适当提高地震资料主频，拓展地震数据高频和低频，增加地震有效频带宽度，从而提高地震资料品质。2.1.1反Q滤波补偿技术因为地震波在传播过程中存在被吸收后逐渐衰减的情况，所以地震子波具有时变和空变的特性，不同程度地制约了提频效果。而叠后提频主要针对子波频率进行处理，经过大量的试验验证，在经Q滤波校正了子波一致性后的数据体上提频效果更佳。反Q滤波补偿是在求得的较为精确的品质因子Q场的基础上，补偿由于地层滤波作用所造成的振幅和频率的衰减。这里采用基于Gabor变换的反Q滤波补偿方法对地震记录进行Gabor变换，再结合振幅补偿算子及相位补偿算子在时频域进行反Q滤波补偿，对所得的波场利用逆Gabor变换可得到经由反Q滤波处理的地震记录10，并且针对不同信噪比的实际数据，可以通过输入补偿因子来控制噪音，在提高分辨率的同时，兼顾地震资料的信噪比。反Q滤波补偿对地震分辨率的提升极为有限，其主要功能是补偿振幅和子波相位一致性，从而为后续提高分辨率处理奠定基础。2.1.2宽频成像分辨率提高技术宽频成像分辨率提高技术是通过对原始地震数据应用连续小波变换（CWT）时间序列分析，利用连续小波域的多分辨率特征，按照谐频分析的思路，可以计算出地震子波的谐波信息（基波频率的整数倍）。将谐波信息加到原始地震数据中，可以有效拓展地震数据的频宽，进而更好地刻画地下的地层反射，其优点在于：（1）从原理上突破了传统褶积模型的限制，不再需要估计地震子波；（2）利用优势频段提取谐波分量，保证了拓频结果具有较高的信噪比；（3）谐波成分不改变原始信号的相位，有效保持了地震数据的相对振幅关系；（4）不仅高频端拓频能力突出，还能够拓展低频端。经过宽频成像分辨率提高处理后，地震数据主频提高了10 Hz，有效频带宽度拓宽了15 Hz，分辨率获得提高的同时，前后地震相位特征、波组关系、信噪比、振幅横向变化都得到了保留（图1）。盒8段和山西组分辨率提高后，出现与砂岩对应的稳定地震轴，地震资料对薄砂层的响应特征更为明显，为地震反演储层预测奠定了资料基础。图1宽频成像分辨率提高前后剖面对比 90第34卷第2期孙颖等：基于拓频的高分辨率多子波地震反演技术在苏X区块的应用2.2测井岩石物理分析测井岩石物理分析是地震反演储层预测的基础，通过分析岩石弹性参数与储层物性参数之间的关系，找到能够较好反映岩性或储层物性的敏感参数11。储层敏感参数的选取决定了反演方案的制定及反演结果的可靠性。2.2.1盒8段测井岩石物理分析盒8段地层总体表现为砂岩高波阻抗、泥岩低波阻抗特征，但砂岩含气或含水后，其波阻抗降低，与泥岩无法区分。苏X区块只有叠后二维数据，因此只能开展叠后地震反演储层预测，这需要寻找敏感的储层参数。测井自然伽马参数在本区可以识别岩性，选择自然伽马曲线的高频部分和波阻抗曲线的低频部分进行重构，获得重构波阻抗，并选择对子波不敏感的贝叶斯地震反演技术进行本区储层预测。从盒8段原始波阻抗-重构波阻抗-自然伽马交会图板（图2）可见，原始波阻抗无法区分盒8段的砂、泥岩，但是重构波阻抗砂、泥岩界限清晰，因此可以用自然伽马拟声波重构波阻抗进行苏X区块二维工区多子波反演预测本区储层。2.2.2山西组测井岩石物理分析山西组地层岩性主要由浅灰色含砾中砂岩、细砂岩、灰色泥岩和煤层组成，其中砂岩表现为相对低自然伽马、高波阻抗特征；泥岩表现为相对高自然伽马、高波阻抗特征；煤层则表现为低自然伽马、低波阻抗特征。由此可知，单一参数无法同时区分3种岩性，通过自然伽马拟声波重构波阻抗发现，重构波阻抗后砂岩表现为高波阻抗，而泥岩和煤层表现为低波阻抗，因此自然伽马拟声波重构波阻抗可以用来进行山西组的地震反演预测。为了验证重构波阻抗识别岩性的可靠性，对工区内的34口井进行了应用分析对比，煤层和泥岩在重构波阻抗上均表现为低波阻抗，砂岩表现为高波阻抗。从山西组原始波阻抗-重构波阻抗-自然伽马交会图板（图3）可以看出，重构后的波阻抗砂岩和煤层、泥岩的门槛为10600 g/cm3 m/s，证实了重构波阻抗识别岩性的可靠性。通过分析岩石弹性参数与储层物性参数间的关系，找到了能够较好反映岩性的敏感参数，采用声波曲线重构的方法，进行自然伽马拟声波重构波阻抗反演，较好地提高了岩性区分识别能力，从而解决了复杂储层描述存在的问题。3高分辨率多子波地震反演研究区目的层石盒子组与山西组属于典型三角洲河流相沉积，储层为典型的砂泥岩互层，砂体横向变化快，单砂体厚度差异大，厚度范围220 m。二维地震常规反演方法的分辨率与地震分辨率较为接近，难以识别5 m左右的储层。多子波反演是在稀疏脉冲反演方法的基础上演化而来，以贝叶斯反演算法为依据，区别于常规稀疏脉冲反演单一界面假设，多子波反演是以薄层顶底一对反射系数为假设，考虑了薄层调谐因素，反演结果分辨率更高，并且适用于二维地震工区。3.1地震反演原理及方法波阻抗反演处理采用RockStar GeoScope软件的贝叶斯地震反演模块进行，该方法的主要优点是采用贝叶斯公式将地震褶积模型的似然函数与反射系数的柯西先验分布结合起来进行反演，简化了稀疏脉冲反演的过程，并将测井波阻抗模型加入目标函数进行图2盒8段原始波阻抗-重构波阻抗-自然伽马交会图板图3山西组原始波阻抗-重构波阻抗-自然伽马交会图板 91录 井 工 程地 质 研 究2023年6月约束，补偿了反演结果的低频成分。本文研究中地震多子波反演是依托经地震提频处理后具有较高分辨率的二维地震资料，通过分频方法来获取分频子波做分频褶积得到反射系数位置，通过反演的正则化处理得到反射系数的大小，即通过反射系数反演得到的相对波阻抗和贝叶斯反演得到的波阻抗合并后得到地震反演数据体。3.2分频特征重构将多个分频地震反演结果进行分析，优选出能反映特定地质目标的分频地震反演数据体，然后在频率域进行重构融合，最终形成一个具有一定带宽和主频的高分辨率地震反演数据体，使得最终反演结果呈现更高的纵向分辨率，对薄储层有更突出的表征。该方法不需要任何先验模型、反射系数的分布假设，能有效提高地震资料的分辨率，更有利于薄层岩性的识别和厚度估算。本文利用分频操作所得15、25、35 Hz分频地震数据体（分别表征低频特征、中频特征及高频特征数据）与钻井现场模型数据结合进行贝叶斯反演，得到对应的地震反演数据体。在此基础上，对3个地震反演数据体进行频率域的融合，其权重系数分别是0.3、0.3、0.4，最终得到高分辨率多子波反演数据体（图4）。4高分辨率多子波地震反演效果分析多子波地震反演作为一种高分辨率的二维叠后地震反演储层预测方法，其优点在于受地震资料品质的影响相对较小，可突破地震频带宽度的限制，能获得相对较高分辨率的地层波阻抗等属性资料。由高分辨率多子波地震反演与常规稀疏脉冲地震反演剖面对比（图5）可知，对比井段纵向上的砂体图4苏X区块地震反演剖面图5高分辨率多子波地震反演与常规稀疏脉冲地震反演剖面对比 92第34卷第2期孙颖等：基于拓频的高分辨率多子波地震反演技术在苏X区块的应用分布特征与井资料吻合性较好，表明自然伽马拟声波多子波地震反演更能预测出砂体的具体发育位置。从图5中可以看出，相比常规稀疏脉冲地震反演，多子波地震反演纵向分辨率大幅提高，同时横向分辨率也具有较大的提升，井震吻合度更高，可以区分出砂体的分布，总体砂体横向变化更自然，尖灭点更清晰，无论厚层还是薄层，井间变化都很合理，高分辨率多子波地震反演效果明显优于常规稀疏脉冲反演。应用高分辨率多子波地震反演技术对苏X区块主要目的层盒 8 下亚段和山 1 段进行了储层分析。图6为盒8下亚段多子波地震反演储层平面图和砂岩厚度统计，可见砂体主要呈近北西-南东向条带状展布，研究区中部发育一个南北向的砂岩条带；储层整体为中部厚，东西两侧薄，储层厚度一般为1040 m，最厚处在研究区南部，厚度约40 m。图7为山1段多子波地震反演储层平面图和砂岩厚度统计，显示储层主要呈近北西-南东向的条带状展布，研究区中部发育一个北西-南东向砂岩条带，储层整体为中部厚，东西两侧薄，厚度一般为1030 m，最厚处在研究区东南部，厚度约30 m。根据反演结果提取目的层砂岩厚度，结合验证井和新钻井资料来验证多子波地震反演结果的预测精度，可以达到最佳程度的吻合。图6盒8下亚段多子波地震反演储层平面图和砂岩厚度统计图7山1段多子波地震反演储层平面图和砂岩厚度统计 93录 井 工 程地 质 研 究2023年6月5结论针对二维地震资料采用反Q滤波补偿和宽频成像分辨率提高技术等地震资料处理方法，可有效拓宽原始地震数据的频带宽度，提高主频，提升地震资料品质，这是精细刻画储层特征的基础。精细进行测井岩石物理分析，明确储层地震波阻抗响应特征，选取对储层敏感的测井曲线，进行拟声波重构波阻抗，这是做好储层地震反演的关键。对提频后的地震数据体进行分频操作，将生成的各分频地震数据体与测井模型数据结合，分别进行贝叶斯地震反演，反演后的数据体通过分频特征重构技术进行频率域重构融合，最终得到高分辨率多子波地震反演数据体，即高分辨率多子波地震反演技术。采用高分辨率多子波地震反演对苏X区块进行储层预测，取得良好效果，相对二维常规稀疏脉冲地震反演，高分辨率多子波地震反演在纵横向分辨率上提升明显，砂体的叠置关系及井间砂体的尖灭展现更清晰，反演结果更可靠，更符合地质规律，能够为有利层位的优选和评价提供依据。参考文献 1 崔若飞，孙学凯，崔大尉.地震反演：煤田地震勘探的新进展J.中国煤炭地质，2008，20（6）：4952.CUI Ruofei，SUN Xuekai，CUI Dawei.Seismic inversionnew development in coal seismic surveyJ.Coal Geologyof China，2008，20（6）：4952.2 范祯祥，郑仙种，范书蕊，等.利用地震、测井资料联合反演储层物性参数J.石油地球物理勘探，1998，33（1）：3853.FAN Zhenxiang，ZHENG Xianzhong，FAN Shurui，etal.Reservoir parameter inversion using seismic and logdataJ.Oil Geophysical Prospecting，1998，33（1）：3853.3 张爱印，李学文，董守华.测井约束反演技术在煤田三维地震岩性勘探中的应用J.地球物理学进展，2004，19（3）：533536.ZHANGAiyin，LIXuewen，DONGShouhua.Application of logging constrained inversion to the 3 Dseismic lithological exploration in coalfieldJ.Progress 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