約束稀疏脈沖反演在哈得遜油田開發中的應用

鄒 義，李 強，楊 洋，張 泉

(1.西安石油大學，陜西西安 710065；2.中國石油東方地球物理公司勘探有限責任公司 )

約束稀疏脈沖反演在哈得遜油田開發中的應用

鄒 義1，2，李 強2，楊 洋1，2，張 泉2

(1.西安石油大學，陜西西安 710065；2.中國石油東方地球物理公司勘探有限責任公司 )

約束稀疏脈沖反演作為儲層預測廣泛使用的方法，具有反演精度高、多解性少的特點。以哈得遜油田為例，通過對測井曲線標準化處理，利用多井密度-阻抗曲線分析儲層地球物理特征，然后針對目的層進行精細井震標定和子波提取，最后對反演結果通過盲井進行驗證，確保反演結果可靠。實例應用表明，該技術處理后的預測效果與鉆井資料區域沉積特征相吻合，能夠為后續開發提供依據。

哈得遜油田；約束稀疏脈沖反演； 儲層預測

隨著石油勘探開發的不斷深入, 基于地震同相軸追蹤進行層位解釋的常規方法不能很好地滿足薄儲層識別和解釋的地質需求[1]。借助于測井資料和地質認識, 利用波阻抗反演提高地震資料薄層識別能力已經成為地震資料解釋和儲層預測的重要技術手段[2]。盡管地震資料反演存在多解性，但勘探、開發的現實需求與地震資料分辨率的矛盾,使得波阻抗反演技術依然是薄儲層預測不可或缺的技術手段[3]。

約束稀疏脈沖反演是目前波阻抗反演技術中廣泛使用的一種方法。與其他波阻抗反演方法相比,約束稀疏脈沖反演技術是以測井資料為約束條件,從井點出發,首先完成井旁道反演，然后以地震解釋的層位及斷層結構作為地質框架控制,對所有地震道進行外推來完成波阻抗反演,使得反演結果逼近測井分辨率, 同時又保持較好的橫向連續性。

1 稀疏脈沖反演原理

稀疏脈沖反演假設地下地層的波阻抗對應的反射系數序列是稀疏的,主要由起主導作用的(強)反射系數序列與具高斯背景的弱反射系數序列迭加組成。該方法的主要優點是能獲得寬頻帶的反射系數, 較好地解決地震記錄的欠定問題[4]。稀疏脈沖反演包括3個過程:通過最大似然反褶積求得一個具有稀疏特性的反射系數序列；通過最大似然反演導出寬帶波阻抗；通過道合并得到一個全頻帶的絕對波阻抗[5〗。

1.1 反射系數反演

采用最大似然反褶積進行反射系數反演，最大似然反褶積對地層的假設認為:地層的反射系數是較大的反射界面的反射和具高斯背景的小反射疊加組合而成的,根據這種假設導出一個最小的目標函數

2Mln(λ)-2(L-M)ln(1-λ)

(1)

式中：R2和N2分別為反射系數與和噪音的均方值，r(K)和n(K)表示第K個樣點的反射系數和噪音，M表示反射層數，L表示采樣總層數，λ表示給定反射系數的似然值。通過多次迭代，求取反射系數。

1.2 最大似然反演

最大似然反演是轉換反射系數,導出寬帶波阻抗。根據最大似然反褶積中求得的反射系數,結合初始阻抗模型，采用遞推算法，反演得到初始的波阻抗模型：

(2)

式中：Z(i)——第i層的波阻抗值，R(i)——第i層反射系數。

1.3 道合并

約束稀疏脈沖反演對每一道依據目標函數對計算出的初始波阻抗進行調整，包括對反射系數的調整。目標優化函數為：

F=Lp(r)+λLp(s-d)+α-1L1ΔZ

(3)

式中：F——目標函數；r——反射系數序列；ΔZ——為與阻抗趨勢的差序列；d——地震道序列；s——合成道序列；λ——數據殘差權重因子；α——趨勢權重因子；Lp——模因子。具體的，右式第一項反映反射系數絕對值和,第二項反映實際地震道與合成記錄道的差值,第三項為趨勢約束項。

約束稀疏脈沖反演是基于道的反演，它的實質就是在阻抗趨勢的約束下，用最小數目的反射系數脈沖達到合成記錄與地震道的最佳匹配。

2 應用實例

2.1 地質背景

哈得遜地區位于塔里木盆地滿加爾凹陷北緣,是輪南低凸起向南延伸的鼻狀隆起帶。多口鉆井在下石炭統卡拉沙依組下泥巖段和東河砂巖段獲得工業油氣流。通過野外露頭、巖心、鉆井、測井資料綜合分析，下泥巖段主要為濱淺海相沉積，巖性以灰色、褐色、灰黃色泥巖為主,夾薄層(單層砂體厚度小于4 m)細、粉砂巖。薄層垂向由5個單層砂體組成，橫向連續性差，薄層厚15～20 m。

層序劃分表明，下石炭統卡拉沙依組下泥巖段薄砂體屬于層序I的高位體系域。5個單砂體分屬5個不同的準層序,5套砂體組成的薄砂層構成一個前積準層序組,砂體間由海相泥巖分隔,互不連通,側向均相變為泥巖,呈孤立的席狀透鏡體。

雖然工區內已有大量鉆井鉆遇下泥巖段的薄砂層，但工區內薄砂層的展布依然不清楚，單砂體刻畫極其困難。前人雖依據鉆井劃分薄砂層及單砂體的展布，然而橫向可預測性差。同時，工區內大量的鉆井之間也存在非一致性，導致儲層特征不明確。

2.2 測井曲線標準化

對比哈得遜油田44口井的測井曲線，發現密度、伽馬、孔隙度曲線在下泥巖段其基值變化非常大，如此大的差異性必會影響到下泥巖段儲層地球物理特征分析、反演結果的準確性。因此必須進行井間測井曲線標準化處理。

標準化處理的主要目標是聲波、密度和伽馬曲線，目的是消除井間由于施工年度、儀器設備刻度精度、鉆井液、環境因素等環節引起的系統誤差，使該區所有井曲線的整體特點與地質特征更加吻合，同時標準化后也使反演基礎數據建立在統一的基準之上[6-12]。采用如下標準化方法。

(1)選取工區中廣泛分布、穩定沉積的一套地層作為標準層進行統計。標準層具備三個條件：①全區分布，厚度適中；②靠近目的層；③巖性、物性穩定，泥巖、膏巖最宜。

(2)選取工區一口測井資料較好的井作為標準井。標準井選擇具備四個條件：①位于構造的有利部位，鉆井較深，代表性好，直井為宜；②測井系列齊全，測井條件優越，油基泥漿最好有必要的成像測井項目；③有系統的錄井、取心、測試及實驗室分析化驗資料；④井眼條件好。

(3)在標準層對比井段，所有井的全部數據組合在一個大綜合直方圖中。根據統計的“正態分布”分析該綜合直方圖，產生一個概率分布曲線。

(4)以標準井的“正態分布”直方圖為基礎，確定校正井與其偏差，進行校正，最終校正井與標準井的“正態分布”形態及概率分布曲線形態相符。

選取區塊穩定發育的下泥巖段中50 m厚的泥巖作為參考層，對鉆井的聲波、密度、伽馬等曲線進行標準化處理，標準化后，多口井的密度曲線更集中，與地下地質情況吻合更好。

2.3 儲層地球物理特征分析

為了明確不同巖石類型的地球物理特征和反演工作的可行性，在下泥巖段，選擇砂巖和泥巖進行多井密度-阻抗曲線交會(圖1)，交會圖表明，砂巖密度2.35～2.5 g/cm3,聲阻抗10 500～11 800 (g/cm3)×(m/s)，為低阻抗低密度特征，泥巖密度2.5～2.7 g/cm3，聲阻抗11 500～13 500 (g/cm3)×(m/s)，為高阻抗高密度特征；泥巖與砂巖聲阻抗雖有少量疊置，但還是有明顯分布區間，通過稀疏脈沖反演，能夠達到儲層預測的效果。

圖1 哈德遜地區多井下泥巖段密度-阻抗交匯圖

2.4 井震標定與子波估算

井震標定與子波估算主要目的是確定準確時深關系，提供可靠子波用于反演，是儲層預測中最為核心的環節。兩者是一個相互迭代的過程。

聲波測井主要在井孔內很小的范圍沿井壁觀測，所使用震源頻率較高，通常為10～25 000 Hz；地震資料在地面觀測，震源頻率較低，通常為10～200 Hz。因此地震數據和聲波測井數據之間 必然存在由速度頻散引起的差異[13-15]，導致聲波估算的時深關系存在一定的漂移量，在標定過程中一定要尋找多套標志層來判斷漂移量大小，確保標定合理性，時深關系的準確性。

對工區內44口井，以二疊系火成巖頂底界面和石炭系雙峰灰巖底界為標志層，根據地質分層、測井曲線和地震資料，進行了精細標定和子波估算。研究區內時深關系準確，目的層段子波形態、頻帶及相位一致性較好。在此基礎上提取綜合子波用于最后反演。

2.5 反演結果驗證

在反演結果上，通過提取盲井井旁聲阻抗曲線，與實際聲阻抗曲線進行對比，是評價反演準確性的有效手段。從圖2看，藍色是原始阻抗曲線，紫色是反演抽取的阻抗曲線，本區無論鉆井是否參與反演，實際

阻抗曲線與反演結果抽取的阻抗曲線形態及趨勢基本保持一致，幅度相當，說明反演結果是準確的。

圖2 哈德遜地區盲井實際阻抗與反演阻抗對比

2.6 反演效果分析

以儲層地球物理分析結果為參考，圖3中紅色-暗紅表示為砂巖儲層。目的層段(黑色條帶區域)砂巖的橫向分布與實際鉆遇砂體基本吻合，說明反演結果是可靠的，橫向預測也是可靠的。

圖3 哈德遜地區多井聯井反演剖面

提取波阻抗反演數據體下泥巖段薄砂層的最小阻抗來反映砂體發育分布(圖4)，同樣根據鉆井分析的儲層地球物理響應特征，平面圖上暗紅-紅-深黃區域對應砂體分布區，砂體被泥巖分割成三塊(黑色指示線)，一個在北面，一個在東面，另一個在西南方向，砂體席狀展布。工區已鉆井也基本分布在這三塊砂體上。

3 結論與建議

(1)利用稀疏脈沖反演技術在哈得遜地區開展儲層預測，取得了較好的效果，主要表現在：①反演結果與已鉆井吻合程度高，達到90%。②目的層段薄砂層橫向分布規律明確，可以指導工區沉積微相分析工作；結合鉆井，能為單砂體刻畫提供依據。

(2)約束稀疏脈沖反演技術應用過程中，需要注意幾點：①測井曲線標準化處理能夠消除非地質因素造成的井間一致性問題，明確儲層地球物理特征，使低頻模型準確、儲層預測可靠。②井震標定過程中，要考慮井震資料之間速度差異，根據多個標志層來確定時深漂移量，保障合理的時深關系、子波的準確估算。③對反演結果需進行盲井驗證，以保障結果的準確性。

圖4 哈德遜地區下泥巖段最小波阻抗平面圖

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編輯：李金華

1673-8217(2015)01-0101-04

2014-10-20

鄒義，工程師，1981年生，2004年畢業于中國地質大學(武漢)地球物理學專業，西安石油大學在職研究生，現從事地震資料解釋與儲層預測。

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發”之課題“高精度地球物理勘探技術研究及應用”(2011zx05019-005)項目資助。

P631

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