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基于地震资料低频信息的储层流体识别

蔡涵鹏  
【摘要】:油气勘探开发的不断深入,使得储层预测的精度要求也越来越高。储层预测的最终目的除了判别储层是否存在外,同时也需要判定储层中所包含流体的类型和性质。因此必须开展储层流体识别的新技术研究,以提高有效储层预测精度。地震反射波低频部分的变化和异常记载了反映地下岩石孔隙中包含流体成分的丰富信息。随着采集设备、技术的改进,处理技术的逐步完善,在利用地震低频信息检测储层及识别油气方面出现了一些新的技术和应用成果,使地震反射波低频信息的潜在意义和应用价值越来越受到地球物理勘探界的重视。 本文以前人研究的理论和应用成果为基础,研究地震波低频信息的形成机制、地震低频信息用于流体识别的有效性、研究储层的岩石在不同物性参数及含流体情况下地震响应中不同频率成分(尤其是低频端的信号分量)的特征参数(如振幅、衰减等)的变化规律、确定对于流体反映敏感的频率或频带、提取低频信息的有效方法、基于低频信息表征储层和流体的方法、以及保持有效地震低频信息的关键处理方法,进而指导地震低频信息在流体识别中的有效应用,为地震波低频信息应用于流体识别奠定基础。主要研究工作和进展如下: (1)与油气储层有关的地震反射波低频信息的形成机制。①以Biot’s理论、中观机制和White’s周期成层非饱和模型为基础,分析在地震频带范围内,吸收和相速度随频率的变化特征,以及其变化对纵波从非频散介质法向入射至频散介质时反射系数和相位角的影响,设计具有不同岩石物性参数(流体饱和度、渗透率、流体粘滞性等)的模型,研究反射系数、相速度和衰减随着频率的变化规律。针对当前储层地震响应数值模拟及频率特征信息分析方法的基础上;②根据包含孔隙介质中流体的弥散性、粘滞性和储层Q引起的速度频散的弥散-粘滞-速度频散波动方程,对储层岩石在不同物性参数(弥散系数、粘滞系数、品质因子Q)情况下的地震响应特征进行数值模拟,研究表明流体的弥散系数主要影响反射波的振幅幅度;流体的粘滞系数主要引起反射波频率降低,品质因子导致的速度频散主要影响地震反射波的时间延迟和相位变化,频率降低量与粘滞系数和厚度乘积成三次方的关系。③以渗流理论和多孔弹性介质理论为基础,研究了饱和含流体多孔介质中低频地震反射系数与流体的粘滞系数和渗透率的关系。以上述理论研究和分析结果为基础,建立起岩石物理与储层地震响应特征的直接联系,为利用地震波的振幅、衰减等特征信息随频率变化的规律和趋势,确定对于流体敏感的频率或频带,为应用地震波低频信息进行流体识别奠定理论基础。 (2)地震反射波低频信息的提取方法。①以时频分析方法为基础,对比和分析短时傅里叶变换、小波变换、时频连续小波变换、S变换、各种改进的S变换等现有时频分析方法的差异及优缺点。对比分析发现,对某一个频率或者小范围频率内的信息进行提取时,短时傅里叶变换仍然是一种有效的方法,在控制时频分析的参数调整合理的前提下,时频连续小波变换与S变换及各种改进S变换能够获得相同的时频分析效果,而差异性主要表现在S变换和各种改进S变换的计算实现能够调用现有的快速傅里叶变换计算方法,能够适应地震数据的大规模处理和分析;②针对匹配追踪算法的优点及分解算法效率低,难以满足实际资料处理的问题,构造出以符合地震子波特点的五参数时频小波基函数集和粒子群与BFGS的混合优化算法为基础的自适应快速匹配投影分解,该方法能够通过参数控制,将地震反射波有效信号的时频谱与具有噪声特性的时频谱分离,且没有边界效应,使得在对信号进行处理和分析时,不需要专门考虑边界的处理方法。 (3)应用地震波低频信息识别油气储层的方法。以选取或者构建的高精度地震时频分析方法为基础,研究地震低频信息在流体识别中的应用和表征方法:①根据速度频散和吸收对反射系数的振幅和相位的影响,将储层分为三类,建立了应用速度频散和吸收特性产生的异常特征进行流体识别的准则、步骤;②通过不同频率的瞬时谱剖面,识别与油气储层有关的,位于储层下方的低频伴影。当储层下方高频能量明显减弱、低频能量强,具有明显的低频伴影特征,且地震波随着传播时间,其主频连续向低频方向移动时,利用统计回归方法实现低频半影的自动检测;③根据物理实验证明瞬时子波振幅谱低频部分的高吸收预示着岩石孔隙中含油(水)饱和度的现象,应用相位反演反褶积技术求取地震道的瞬时子波,拟合瞬时子波低频段的吸收系数,实现了包括弱振幅特征储层的流体识别;④根据低频振幅与流体流度存在关系,利用地震数据低频端信息构建了依赖频率的成像属性和流体流度属性,用于对油气储层进行直接成像,并结合达西定律,实现了应用低频信息直接计算油气井生产率。 (4)保持地震反射波低频信息的噪声压制技术。①根据地震数据本身的时频特性和时频分解方法的特点,仿照频率切片滤波的思想,结合时频分析方法的优点,提出以广义S变换和经验模态分解相结合的滤波器对地震数据进行噪声压制,理论模型和实际资料的应用表明该方法能够同时压制相干噪声和随机噪声,且每一频率信息失真少。②针对扩散方程理论和噪声在不同频带的地震数据中的分布特征,提出基于多频带的各向异性扩散结构方向自适应滤波方法。实际资料的应用表明该方法在提高信噪比的同时,又能较好地保留地震波的低频信息。


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