低頻模型對波阻抗反演結(jié)果定量解釋的影響*

葉云飛崔 維張益明解吉高

(1.中海油研究總院; 2.中國石油大學(xué)(華東))

低頻模型對波阻抗反演結(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.中國石油大學(xué)(華東))

通過約束稀疏脈沖反演得到絕對波阻抗數(shù)據(jù)體,進(jìn)而進(jìn)行儲層刻畫,這是油氣田勘探、開發(fā)過程中的重要手段。但在應(yīng)用絕對波阻抗反演結(jié)果進(jìn)行儲層定量解釋的過程中,當(dāng)儲層橫向厚度變化較大時(shí),受低頻模型的影響,會使反演結(jié)果的視分辨率降低,因此會在反演結(jié)果定量解釋過程中產(chǎn)生誤差。研究表明,對絕對波阻抗數(shù)據(jù)體進(jìn)行濾波便可得到相對波阻抗數(shù)據(jù)體。本文通過理論分析指出了應(yīng)用相對波阻抗進(jìn)行儲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波阻抗結(jié)果用于儲層定量描述,從而可以準(zhǔn)確刻畫儲層的空間分布范圍。將這一研究結(jié)論應(yīng)用于模型分析和海外靶區(qū)的儲層定量解釋中,均取得了良好的效果。

絕對波阻抗;低頻模型;相對波阻抗;儲層定量解釋

目前,應(yīng)用約束稀疏脈沖反演得到絕對波阻抗數(shù)據(jù)體的方法已廣泛應(yīng)用于勘探階段的儲層定性或定量預(yù)測和開發(fā)階段的儲量計(jì)算、井網(wǎng)部署、油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測等方面,已成為地下儲層刻畫過程中必不可少的方法之一。前人對該技術(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程中通過低頻模型補(bǔ)償?shù)卣鹳Y料中缺失的低頻信息是開展巖性識別、儲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井信息相結(jié)合來建立低頻模型,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給反演結(jié)果定量解釋帶來誤差,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。

對絕對波阻抗數(shù)據(jù)體進(jìn)行濾波便可得到相對波阻抗數(shù)據(jù)體,以往的研究成果中也有應(yīng)用相對波阻抗反演進(jìn)行儲層解釋的實(shí)例[16],但未對相對波阻抗反演儲層解釋的物理意義和應(yīng)用的前提條件加以說明。本文通過理論分析指出了應(yīng)用相對波阻抗反演結(jié)果進(jìn)行儲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,才可以將相對波阻抗反演結(jié)果用于儲層定量描述,從而準(zhǔn)確刻畫儲層的空間分布范圍。

1 理論基礎(chǔ)

1)相對波阻抗反演儲層解釋的物理意義

從測井波阻抗曲線的組成上來說,相對波阻抗反演儲層解釋的物理意義是指在特定的深度段范圍內(nèi),測井曲線所反映的信息可理解為隨深度的變化量(低頻趨勢)和隨巖性的變化量(相對關(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,獲取相對波阻抗的基本思想為:在絕對波阻抗的基礎(chǔ)上,通過先驗(yàn)地質(zhì)認(rèn)識,在儲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),保留波阻抗差異隨巖性的變化量。

2)相對波阻抗反演儲層解釋的前提條件

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,若想用相對波阻抗反映儲蓋組合的變化,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)識來確定);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)中的相對波阻抗計(jì)算結(jié)果才具有明確的物理意義。

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

2 模型分析

以靶區(qū)內(nèi)實(shí)際鉆遇的儲蓋層速度、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、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所示的絕對波阻抗反演結(jié)果中可以看到,A井區(qū)所示的相對厚儲層其反演結(jié)果較為可靠,基本可以刻畫儲層的真實(shí)厚度。但在B井區(qū),受分辨率的影響,無論是上部10 m厚的薄互層還是下部5 m厚的薄互層,儲層厚度均無法準(zhǔn)確刻畫。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,勢必在B井區(qū)產(chǎn)生誤差。

圖3 絕對波阻抗反演結(jié)果

在反演過程中,地震中所缺失的低于6 Hz的低頻信息一般是通過模型來補(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,由于分辨率過低,僅僅能夠反映出儲層段的低阻抗特征,2口井周圍的低阻抗異常值差別并不明顯,視覺效果上區(qū)分度很差,絕對波阻抗中包含了此信息,勢必帶來如圖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)果的定量解釋帶來誤差。在這種情況下,推薦以反演的相對波阻抗結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行儲層定量解釋。

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,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)入儲量計(jì)算階段,但仍存在諸多地球物理問題,影響了有利儲層分布范圍的刻畫,制約了儲量計(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)儲蓋組合良好,但C-3井三疊系儲蓋組合特征表現(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井侏羅系儲蓋組合特征表現(xiàn)為砂泥巖薄互層,有效儲層厚度僅為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,通過波阻抗反演技術(shù)可以有效識別含氣砂巖的分布。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口井反演的絕對波阻抗在視覺效果上并無明顯差異。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,勢必產(chǎn)生明顯誤差,影響儲量的精確計(jì)算。

圖7 實(shí)際資料絕對波阻抗反演剖面

鉆井結(jié)果證實(shí),該區(qū)地層對比正確,儲、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)用去低頻趨勢的相對波阻抗開展巖性解釋的地質(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)用相對波阻抗開展巖性解釋的前提條件。在此基礎(chǔ)上,對該區(qū)反演的絕對波阻抗進(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的影響),只保留其相對波阻抗特征(不同巖性間的阻抗差異),其視分辨率和雕刻儲層的精確程度要明顯高于圖7中絕對波阻抗反演結(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超越地震資料頻帶范圍:對于C-3井區(qū)在地震資料分辨率范圍內(nèi)的儲層,可以精確刻畫其分布范圍,準(zhǔn)確識別厚度;但是,對于C-4井區(qū)在地震資料分辨率范圍內(nèi)的薄互儲層,無法準(zhǔn)確刻畫其厚度,僅僅可以做到識別其大致輪廓。

4 結(jié)論

1)應(yīng)用相對波阻抗進(jìn)行儲層定量解釋須滿足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)小于波阻抗絕對值。在滿足這2個(gè)假設(shè)條件的前提下,相對波阻抗是存在物理意義的,應(yīng)用濾除趨勢變化后的相對波阻抗結(jié)果可以更加清晰地刻畫儲層的分布范圍,其視分辨率要高于絕對波阻抗。

2)應(yīng)用中也要清晰地認(rèn)識到這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發(fā)階段才能有足夠多的數(shù)據(jù)滿足對區(qū)域儲、蓋層組合特征的精確認(rèn)識;另一方面,同一沉積體內(nèi)儲層厚度、物性、所含流體飽和度的變化均會帶來波阻抗絕對值的變化,進(jìn)行定量解釋過程中不能忽視。

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

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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”國家科技重大專項(xiàng)“南海深水區(qū)油氣勘探地球物理關(guān)鍵技術(shù)(編號: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),獲地球探測與信息技術(shù)專業(yè)碩士學(xué)位,現(xiàn)主要從事儲層及油氣預(yù)測研究工作。地址:北京市朝陽區(qū)太陽宮南街6號院1號樓(郵編:100028)。E-mail:yeyf2@cnooc.com.cn。