引用本文
刘仕友, 周家雄, 孙万元, 李建海. 基于优化处理的宽角度道集密度反演及应用[J]. 物探与化探, 2016,40(2): 417-422.
LIU Shi-You, ZHOU Jia-Xiong, SUN Wan-Yuan, LI Jian-Hai. The density inversion based on optimized wide-angle gathers and its application[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2016,40(2): 417-422.
Doi:10.11720/wtyht.2016.2.30  
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基于优化处理的宽角度道集密度反演及应用
刘仕友1, 周家雄1, 孙万元1, 李建海2
1.中海石油(中国)有限公司 湛江分公司,广东 湛江 524057
2.成都晶石石油科技有限公司,四川 成都 610083

作者简介: 刘仕友(1982-),男,2007年毕业于中国石油大学(华东),主要从事储层预测及烃类检测工作。E-mail:liushiyou@139.com

收稿日期: 2015-04-14
基金: 国家科技重大专项课题“莺琼盆地高温高压天然气成藏主控因素及勘探突破方向”(2011ZX05023-004)
摘要

用密度属性参数进行含油气预测在海洋地震勘探中应用比较广泛,准确反演密度是油气检测的关键,文中探讨叠前道集优化处理对密度反演精度的影响,从叠前道集质量评价及优化处理出发,改善地震资料的品质(信噪比、振幅补偿合理性、远近道频率差异性),保证宽角度有效地震信号,提高道集资料保真度。在此基础上利用叠前三参数反演方法,获得密度参数,以此进行含油气预测。通过盲井验证,处理后道集资料有效提高了密度反演的精度,这将为油气勘探提供新的手段。

关键词: 密度反演; 宽角度道集; 道集优化处理; AVO特征; 振幅补偿
中图分类号:P631 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2016)02-0417-06 doi: 10.11720/wtyht.2016.2.30
The density inversion based on optimized wide-angle gathers and its application
LIU Shi-You1, ZHOU Jia-Xiong1, SUN Wan-Yuan1, LI Jian-Hai2
1.Zhanjiang Branch,CNOOC Ltd.,Zhanjiang 524057,China
2.Chengdu Jingshi Petroleum Science and Technology Co.,Ltd.,Chengdu 610083,China
Abstract

Accurate density inversion is the key to oil and gas prediction, which has been widely used in the offshore seismic exploration. The effect of prestack gathers optimization on the density inversion accuracy is discussed in the paper. Based on the prestack gathers quality evaluation and optimization, the quality of seismic data (signal to noise ratio, amplitude compensation rationality, and frequency difference) has been improved, the wide-angle effective seismic signals have been ensured, and gathers data fidelity has been improved. On this basis, the prestack three parameters inversion method has been adopted to obtain the density parameters for oil and gas prediction. Validated by blind wells, processed gathers data could effectively improve the density inversion accuracy, which will provide new means for oil and gas exploration.

Keyword: density inversion; wide-angle; CRP gather optimal processing; AVO feature; amplitude compensation

东方区位于莺歌海盆地中央底辟带北部, 该区已发现浅层千亿方气田, 中深层在DF1-1-14高温高压井取得商业突破, 揭示了中深层黄流组一段发育高温、高压, 岩性圈闭条件下的高烃气藏, 潜力较大。已钻的6口井均在黄流组一段获良好的气显示。但随着勘探、开发工作深入, 发现该区不同砂体的含气饱和度差异大, 气层、气水同层及含气水层在地震上均呈现出低频、强振幅“ 亮点” 响应特征, 常规的烃类检测方法已经难以预测该区的复杂情况。岩石物理研究结果表明, 密度对东方区气水响应敏感, 因此, 密度反演为下步气水识别及商业气藏预测的关键。

目前, 获取密度的方法主要为射线弹性阻抗(ray elastic impedance, REI)反演法[1, 2, 3, 4, 5], 射线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, 弹性阻抗中既有纵波信息也有横波信息, 进而可以得到纵波速度、横波速度、密度、泊松比、弹性模量等诸多岩石物性参数。射线弹性阻抗的推导主要是基于Aki-Richards近似方程

RC(θ)≈12Δαα+Δρρ+12Δαα-2αβ22Δββ+Δρρsin2θ+12Δαα(sin2θtan2θ), (1)

其中:RC(θ )是反射系数, α 、β 、ρ 分布是纵波速度、横波速度、密度, θ 为入射角。

由式(1)不难看出, 当入射角小于30° , 第三项无限小, 反射振幅随入射角表现为近似线性特征, 前两项为纵、横波与密度的组和, 难以单独分离出密度。只有当入射角大于30° , 第三项分离出独立的纵波速度, 进而求解出密度参数。

因此, 叠前密度反演关键在于叠前CRP道集中的远偏移距(大于30° 部分)道集质量。但通常条件下, 远偏移距道集信噪比低、振幅异常不保真, 导致AVO规律不稳定, 振幅随炮检距变化很难呈现稳定的抛物线特征, 造成密度反演结果很不稳定。在实际生产中, 这部分道集大都被切除处理。虽然切除后的道集通过优势角度叠加完全可以满足构造、沉积及储层预测需求。但对于密度反演来说, 由于切除远道后叠前CRP道集入射角普遍小于30° , 失去了反演存在的理论条件。为提高密度反演精度及稳定性, 需要对CRP道集, 尤其是远道道集作优化处理[6, 7, 8, 9, 10, 11]。

1 叠前CRP道集优化处理
1.1 资料评价

目前用于研究区储层预测及油气检测的叠前地震道集最大偏移距为3 950 m, 但3 000 m以后道集噪声重, 振幅、相位及频率均表现异常。为精确评价道集质量, 选择已钻井正演道集与原始道集作对比(图1), 发现原始道集存在以下问题:

图1 原始道集(左)与井正演道集(右)对比

1) 远、近道振幅异常:正演道集表明目的层标定为波谷反射, 随偏移距增大振幅减小的Ⅳ 类AVO类型(图2蓝线), 而原始道集表现为近“ V” 字型特征(图2红线), 同时取样点分布离散; 表明远、近道振幅均存在异常, 井震AVO规律不匹配。

图2 实际道集AVO与井正演AVO对比

2) 远道频率异常:随偏移距增大, 主频降低(图3), 远、近道频率不一致, 导致远、近偏移距叠加剖面同相轴难以对应, 影响反演精度。

图3 实际道集主频随偏移距的变化

3) 远、近道子波不一致:原始道集与正演道集在近、中道相关性较高, 远道相关性明显下降(图4), 表明远道信号异常, 影响反演的准确性。

图4 实际道集与正演道集相关性分析

因此, 对于叠前CRP道集的处理, 主要在于噪声剔除, 远、近道振幅补偿和频率一致性处理。对于振幅的补偿, 关键在于保持AVO规律。

1.2 道集处理流程

1.2.1 奇异值去噪

奇异值分解是一种基于矩阵分解的数据处理方法, 将叠前CRP道集数据分解为若干个奇异值, 其中每个奇异值对应数据中的一部分能量, 奇异值越大则代表对应的能量相干性越好, 取出奇异值较大的部分, 对数据进行重构达到去噪的目的, 对有效信息的畸变较小。 该方法的优点在于提高信噪比效果明显, 对有效信息的畸变小, 具有较好的保幅特性。通过奇异值去噪后结果见图5b, 对比图5a原始资料可以看出, 地震噪声得到明显压制。

图5 道集处理流程及效果a— 原始道集; b— 奇异值去噪; c— 振幅补偿; d— 频谱补偿

1.2.2 基于AVO特征的振幅补偿

振幅补偿的主要目的在于保持道集AVO特征, 尤其是30° 以上部分的抛物线特征。本次研究采用保持叠前AVO特征的振幅补偿方法, 以Zeoppritz弹性波动力学理论为基础, 以保持叠前振幅随炮检距变化的关系为目标。方法的本质是假设叠前地震数据有效信号在各个地震道上满足简化的Zeoppritz三项式方程(式1), 不满足该方程的地震信号被认为是噪声而被剔除。简化的Zeoppritz三项式方程严格遵循了振幅随炮检距变化的关系, 因此, 补偿后的数据保持了各地震道的相对振幅关系, 具有较高的保真度, 可为叠前密度反演提供良好的条件。

通过振幅补偿, 远偏移距地震道集振幅能量得到了明显补偿, 远近道振幅接近一致(图5c)。

1.2.3 频谱补偿

由于地震波在地下介质中传播时受到吸收衰减影响, 以及动校正引起了动校畸变等原因, 导致地震波的高频能量受到损失, 造成振幅、频率和相位畸变[12, 13]。

对道集的频谱补偿能对远偏移距道集的频谱高频能量进行补偿, 充分利用大角度信息, 提高剖面处理的连续性和信噪比, 有效提高AVO反演稳定性和精度。具体思路为:对动校正后的叠前道集, 先按偏移距由小到大排列, 选取信噪比较高的几道作为标准, 对其作Gabor变换从而得到这些标准道的时频谱, 取平均后得到需要的期望频谱。然后将其余各道与之比较, 进行频谱归一化, 最终与标准频谱一致。逆变换回时间域, 便得到所需的补偿后的道集。通过频谱补偿, 远近道频率趋于一致(图5d)。

通过去噪、振幅补偿及频率补偿处理, 道集噪声得以剔除, 远道振幅能量增强, 远、近道频率趋近一致。为验证远道补偿结果可靠性, 选择目的层拾取振幅随入射角变化曲线(图6), 通过处理前后结果与正演结果对比, 补偿结果与正演结果吻合, 相对于处理前AVO规律更为合理, 处理结果可靠。从入射角来看, 处理后道集有效角度由26° 拓展至34° (图7), 道集角度得到显著拓宽, 宽角度道集将有助于提取稳定的密度信息。

图6 道集AVO曲线a— 原始道集; b— 处理后道集; c— 正演道集

图7 处理前(左)后(右)角道集对比

2 叠前密度反演

为了验证宽角度道集在密度反演中的作用, 本次研究选用同样的反演参数对两套道集分别作反演, 第一套道集为原始道集切除远道弱信号, 有效入射角度为26° ; 第二套道集为宽角度补偿后道集, 有效入射角为34° 。

反演用两口井作约束, 分别为DF1-1-14井和DF13-1-4井。钻井揭示14井顶部钻遇一套8.4 m气层, 气层密度为2.34 g/cm3, 4井钻遇一套21.8 m气层, 气层密度为2.28 g/cm3。对比两套反演结果剖面发现, 小角度道集反演结果揭示两口约束井反演密度值差别不大, 井震结果不吻合, 说明反演结果准确性较差。同时小角度道集反演剖面横向连续性差, 气层边界不清晰, 反演结果不稳定(图8)。而大角度反演结果来看, 密度横向分布与气层分布地质模式[14, 15, 16, 17, 18]匹配, 井震标定吻合度高, 和小角度反演结果相比, 稳定性、精确性均明显提升(图9)。

图8 小角度道集密度反演剖面

图9 处理后大角度道集密度反演剖面

通过对密度属性数据体沿目的层切片进行横向对比分析。图10a表示从小角度道集反演密度沿层切片, 由图不难看出代表高含气饱和度的低密度区主要分布于研究区西北部14井水道, 其余地区零星分布。宽角度道集密度反演沿层切片表明(图10b), 研究区气层分布范围较大, 除北部14井水道外, 东部两条水道也具有很好的含气性。用7口开发井作为盲井检验反演结果(表1), 小角度反演结果吻合率为57.1%, 大角度反演结果吻合率为 71.4%, 表明宽角度道集明显提高了叠前密度反演的准确性, 这也为以后的油气勘探提供了新思路。

图10 密度反演结果沿层切片显示对比a— 小角度反演密度切片; b— 宽角度反演密度切片

表1 反演密度吻合度统计g/cm3
3 结论

1) 基于宽角度(入射角大于30° )道集反演的密度与已钻井具有较高的吻合度, 密度可以作为研究区油气预测的手段。

2) 叠前CRP道集远道普遍存在低信噪比、振幅不保真、远近道频率不一致等现象, 为提高反演精度, 需要在反演前开展道集优化处理工作。其中奇异值去噪有助于去除道集噪声, 提高信噪比; 振幅补偿有助于补偿远道弱信号, 提高保真度; 频谱补偿有助于解决远道拉伸引起的频率异常, 保证远近道频率一致。

3) 基于AVO特征的振幅补偿是优化处理宽角度道集的密度反演的关键处理技术, 通过已知钻井确定目的层AVO类型, 以此作为振幅补偿的依据及标准。对于AVO特征不明显的地区, 建议慎用。

The authors have declared that no competing interests exist.

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