多分量数据全波形反演在气藏检测中的关键问题——以苏里格气田为例

苏里格气田是中国典型的致密砂岩气藏，构造简单、平缓，横向非均质性强，有效储层与围岩声学特征差别小，地震响应不明显，常规地震监测方法预测难度大，但气田含气砂岩泊松比低，是地震气藏检测的有效参数。利用弹性全波形反演精度高和能处理复杂非均质介质的优势，反演地层拉梅常数、剪切模量和密度，并计算泊松比，从而进行气藏预测。重点阐述了苏里格气田多分量数据全波形反演初始模型建模、先验模型建模和地震数据预处理3个关键问题的处理方法。二维三分量数据反演和"甜点"预测结果表明：①对于具有强非均质性的苏里格气田，利用全波形反演获得精度较高的地层弹性参数能显著提高气藏预测的准确度；②苏里格地区构造简单、平缓，利用常规叠加速度并结合构造解释可以建立比较好的初始模型，从而有效地解决了周波跳跃和局部极小的难题；③先验知识的约束和地震数据的预处理是全波形反演成功应用于苏里格气田气藏检测的关键。     

声学全波形反演预测饱和度

饱和度是储层定量描述的重要参数之一,研究饱和度对于地下流体分布、储量估计及井位设置都至关重要。基于全波形反演提供的高精度地层弹性参数,研究了地震饱和度预测方法。通过数学分析和数值计算,讨论了流体体积模量和孔隙空间体积模量特征及其对流体的敏感性,并在此基础上,提出了利用两参数全频带声学全波形反演和Brie公式预测饱和度的方法。通过数值计算,分析了体积模量和密度反演误差及Brie公式中指数因子误差对饱和度预测的影响。通过四川广安气田实际地震数据反演和饱和度预测,进一步验证了方法的有效性。     

多参数声学全波形反演及气藏检测

致密油气藏储层物性与围岩差异小,地震异常弱,需要更高灵敏度的检测方法和技术。基于多参数声学全波形反演提供的高精度地层体积模量和密度,通过多相介质岩石物理模型,获取储层物性参数并进行致密气藏"甜点"预测。阐述了时间域体积模量和密度两参数声学全波形反演,分析了Gassmann方程和Koster-Toksöz方程的特征,提出了基于全频带地震数据的多参数声学全波形反演策略及联合Gassmann方程和Koster-Toksöz方程的气藏检测方法。该方法充分利用了先验信息及时-空域多参数全波形反演,给出了高精度地层弹性参数,同时考虑了Kuster-Toksöz方程刻画孔隙形态能力和Gassmann方程易用性特征,所构建的气藏指示因子考虑了孔隙流体和孔隙度因素,能较准确地指示气藏的存在和品质。通过在致密砂岩气田的实际应用,有效气藏("甜点")预测结果与测井及钻井基本一致。     

基于最优输运原理的陆上单分量资料弹性波全波形反演

陆上地震单分量地震数据只包含纵波信息,没有横波信号。声波全波形反演是最常用的利用纵波数据反演地下纵波速度、密度的方法,但忽略了单分量资料的弹性AVO特征和转换纵波的存在。为此,基于弹性介质假设推导了伪压力弹性波方程,该方程数值模拟结果仍为标量波信号,但具备弹性AVO特征和转换纵波信息,能够指示横波速度的变化。在此基础上构建了利用纵波数据进行弹性参数全波形反演的理论框架。由于全波形反演的高度非线性,准确的初始速度建模尤为重要,引入基于最优输运理论的二次Wasserstein距离（W₂范数）,在不增加计算量的前提下优化了目标函数的凸性,克服了周期性跳跃导致的局部极值问题。在此基础上,再进行常规的基于L₂范数反演,克服了对初始模型的依赖。应用重采样的Marmousi模型验证了该方法仅用纵波数据反演纵、横波速度的有效性,以及避免周期性跳跃方面的优势。将该方法应用于中国东部M工区的实际地震资料,验证了该方法的实用性和稳定性。     

混合概率模型驱动的叠前地震反演方法

叠前地震反演是获取复杂油气储层弹性参数、岩性及含流体性质的主要途径。常规的叠前地震反演往往将“弹性参数”、“离散岩性”和“流体因子”三者独立预测,通常忽视了储层岩性差异对弹性参数的影响,由此引入的先验信息误差会严重影响弹性参数、离散岩性及流体指示因子预测的精度。为此,考虑待反演模型参数的先验概率服从混合型概率密度分布,基于贝叶斯框架推导了由时域、频域地震、低频整合先验信息及已知模型数据点四类数据集协同约束的后验混合概率分布的显式解,将非线性边界约束算法引入叠前地震弹性参数反演中,缓解了模型反演出现不稳定解的问题;利用序贯模拟算法对后验概率密度函数随机采样,且对不同后验概率分量的模拟结果进行分类,发展了对地层连续“弹性参数”、“离散岩性”及储层“流体因子”的叠前地震同步预测方法。理论测试和实际应用验证了该方法在岩性预测和储层孔隙流体识别中的有效性和实用性。     

水驱油田剩余油分布预测的岩石物理依据和方法

将中国东部老油田长期水驱开采中引起的储层物性变化换算成速度变化时,发现这种速度变化明显大于只计算水置换油时所引起的速度变化。根据这一特征,可利用地震资料来预测剩余油的分布。应用时间推移地震求取水驱开采前后两次三维地震的振幅差异时,由于突出了流体的地震响应差异,比直接应用常规地震油气检测技术预测剩余油分布更为有效,而模型和实例也证明了该方法的可行性。最后,提出了一种利用时间推移地震进行叠前含油饱和度反演并预测剩余油分布的更为精确的方法。     

频率域多尺度弹性波全波形反演

弹性波全波形反演对于多分量地震勘探的矢量波场处理具有重要研究意义。基于弹性波方程进行全波形反演能够充分利用多波多分量地震数据,获取地下多参数信息。针对弹性波波形反演具有强非线性性,局部寻优过程中容易陷入局部极值,采用频率域多尺度反演策略可以在一定程度上降低这一风险。将声波假设下的频率选择策略拓展到弹性波,并且为了避免离散频率逐级反演存在不稳定性问题,将频率划分为合适的频组,通过从低频到高频的逐频组反演可分别获取模型的低、中、高波数成分,减少陷入局部极值的可能性。模型试算结果表明,基于多尺度反演策略的弹性波全波形反演方法能够相对稳定地反演纵、横波速度信息,实现多参数反演。     

基于统计岩石物理的含气储层饱和度与孔隙度联合反演

从地震数据中得到饱和度与孔隙度等储层物性参数是进行储层评价的关键。利用Gassmann方程讨论了储层岩石骨架特征、孔隙流体特征对介质地震弹性性质的影响．研究结果表明利用地震弹性属性反演饱和度等物性参数有其实现的特定岩石物理基础．其一是在气／水／油多相流体中,气体的体积模量相对于水／油的体积模量具有一定的可比性。而不能被忽略;其二是岩石骨架的纵波阻抗等弹性属性对所赋存孔隙流体的变化较为敏感。这样岩石的纵波阻抗等弹性参数随含水饱和度变化的变化率会明显增大,从而降低了从地震弹性属性中求取饱和度的不确定性和不稳定性。考虑到孔隙度与饱和度对储层岩石弹性特征影响的相关性,给出了基于随机岩石物理模型的Bayesian技术对孔隙度与含水饱和度进行联合反演的方法和步骤,并将该方法运用于高孔隙度含气砂岩储层的孔隙度及含水饱和度的预测中获得了较好的应用效果。     

黏弹性介质叠前地震反演方法

前人只是从理论上分析了黏弹性介质中各种波的传播特征和衰减特征,并未对黏弹性介质精确的Zoeppritz方程进行近似,无法用于实际反演;沈章洪等以完全弹性介质为背景,推导了黏弹性介质反射系数近似方程,由于该近似方程的实部为完全弹性项,虚部为黏弹性项,因此也无法用于实际资料。为此,本文以黏弹性介质为背景,推导了黏弹性介质反射系数近似公式,以此为基础,基于贝叶斯理论的叠前地震反演,将纵横波速度、密度的反演推广到纵横波速度、密度和地层品质因子(Q值)的联合反演,建立了黏弹性介质近似方程,再根据贝叶斯理论建立反演方程,最终利用共轭梯度法对方程进行求解,得到纵横波速度、密度和地层Q值。模型试算与实例分析结果表明,根据联合反演所得的纵横波速度、密度和Q值进行储层描述,可提高储层预测精度。     

深部储层流体因子直接反演方法

深层油气藏勘探是目前油气勘探的热点之一,但是由于缺乏高质量的大角度地震道集数据,基于叠前地震反演的储层流体识别难以有效实施。为此,从Zoeppritz方程的近似方程出发,结合弹性参数间的岩石物理关系,推导了包含Gassmann流体项和剪切模量项的两项地震反射系数近似方程。利用模型试验证明了该方程的精度与三项方程相当,可以用于叠前地震反演。在贝叶斯反演理论框架下,基于该近似方程建立了不需要大角度地震数据的概率化叠前地震反演方法,用于直接反演Gassmann流体项,并进行储层流体识别。模型试算结果表明,该方法具有较高的准确度和稳定性;实际资料应用结果表明,该方法具有一定的实用性。     

Pore-Space Microstructure and Clay Content Effect on the Elastic Properties of Sandstones

Abstract

The elastic moduli of shaly sandstones and the effect of pore aspect ratios and clay content on the elastic properties of shaly sandstones are calculated using an isotropic dual porosity model. It is shown that the elastic moduli and velocities of shaly sandstones are affected by the clay content, pore aspect ratios, and the fluid. The bulk and shear moduli increase with an increase in the aspect ratios of sandstones related to pores whether the sandstones are saturated by water or dry. The P-wave and S-wave velocities of water-saturated shaly sandstones both increase with the increase of the pore aspect ratios. The bulk and shear moduli decrease with an increase in clay content. The relationships between the elastic moduli of the rocks and the clay content are linear, which is in agreement with the laboratory measurements by Han. The bulk modulus of shaly sandstone is sensitive to fluid change when the pore aspect ratio is small.     

利用声波全波列测井确定剩余油饱和度方法研究

在油田注水开发的中后期,进行剩余油分布预测具有十分重要的意义.分析了地层压缩系数含油饱和度预测方法的理论局限性,并给出了基于Biot-Gassmann模型的新的含油饱和度预测方法.讨论了各种弹性参数对原油特性和含油饱和度的依赖关系,指出孔隙流体模量和孔隙空间模量比岩石体积模量、纵横波速度等具有更加显著的原油特性与含油饱和度敏感性,因而可以利用声波全波列测井资料反演求取孔隙空间模量及含油饱和度,进而可进行油气储层的识别和评价.     

东濮凹陷岩石声学和弹性力学参数特性试验研究

以东濮凹陷钻井取心岩样为例,在实验室模拟井下温压条件,研究了干岩样和孔隙充填流体岩石的声学特征,以含水饱和度20%为间隔,分别测量了纵波速度、横波速度、密度、泊松比、杨氏模量、弹性模量、切变模量、体积模量等8个岩石声学和岩石弹性力学参数,拟合了东濮凹陷1号样品在干岩样和100%含水时的压力与纵横波速度、纵横波速度比、泊松比及岩石弹性力学参数之间的关系,以及2号样品在油驱水过程中纵横波速度、波速比、泊松比及岩石弹性力学参数在不同压力和温度下随含水饱和度的变化规律,该拟合结果为东濮凹陷叠前弹性反演、岩性识别和流体检测等提供了可靠的基础数据。研究结果亦可为今后该地区的地质和地球物理特征研究提供岩石物理参考。     

高含水油田油藏地球物理技术——中国石油物探的新领域

从高含水油田深度开发需求的角度和油藏地球物理发展的历程,指出高含水油田油藏地球物理技术是中国石油物探研究的新领域,并提出在高含水油田发展油藏地球物理技术具有10项地质任务。对高含水油田油藏地球物理技术研究涉及的地震属性分析技术的适应性、储层物理特征曲线重构的必要性与可行性、井震联合地震反演井数据的应用、开发地震的成图单元等重要认识问题进行了探讨。通过对低级序断层识别、微幅度构造解释、薄互层储层预测等关键技术的研究,以中国东部某油田的应用为例,说明了在高含水油田发展油藏地球物理技术的必要性和可行性。     

基于页岩岩石物理等效模型的地层压力系数预测方法

近年来页岩气的勘探开发实践表明其产量与压力系数呈正相关关系,但准确的地震预测难度较大。页岩气储层富含有机质及有机质孔隙,其矿物组分及微观结构相比常规储层更复杂。为此,构建了一种适用于海相页岩的岩石物理模型,并提出了一种基于该模型的页岩地层压力系数预测技术。首先结合页岩储层微观结构特征,针对骨架矿物的差异性,分别采用自洽(SCA)模型和微分等效介质(DEM)模型模拟得到背景介质,结合孔隙及流体等特征,建立等效岩石物理模型;进而通过计算背景介质体积模量及饱和流体等效岩石体积模量,发现两者的差异与实钻井压力系数正相关,并建立地震预测模型;最后推导建立了基于Gray近似弹性阻抗的体积模量直接反演方法,实现了页岩地层体积模量及压力系数的定量预测。实际数据试验表明预测结果与实钻井及后验井吻合度较高。     

应用数字岩心和有效介质模型研究岩石弹性性质

基于三维数字岩心用有限元的方法计算了干岩样、完全饱和岩样和部分饱和岩样的弹性模量,并把数值模拟结果与理论和试验分别做了比较。结果表明,通过数值模拟得到岩石弹性模量-孔隙度关系与试验相符合,并且由数值模拟得到的流体替换对岩石弹性性质的影响与Gassmann理论相符合,数值模拟得到的部分饱和流体岩石的弹性模量与Gassmann-Wood(GW)理论也是符合的。同时把数值模拟结果与自洽理论和差分有效介质理论计算结果进行比较,发现没有一个理论计算结果能和试验结果符合,相反,数值模拟结果与试验数据基本符合。这表明了基于三维数字岩心预测岩石弹性性质的可靠性与精确性。     

利用叠前全波形反演进行储层预测

利用完整地震反射波形求取地层弹性参数是叠前全波形反演的核心内涵。该方法可同时提取纵、横波阻抗和泊松比等多种岩性信息,在此基础上结合孔隙结构动力学分析成果与碎屑岩弹性参数分布规律,采用聚类分析方法,了解储层与产气层空间展布规律。对四川盆地YB地区珍珠冲段的储层预测结果表明,利用叠前全波形反演与孔隙结构动力学相结合,能够解决该区复杂的致密储层与产层预测问题。