聲波曲線重構(gòu)技術(shù)在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

朱國(guó)軍

(中國(guó)地震局 地球物理勘探中心，鄭州 450002)

聲波曲線重構(gòu)技術(shù)在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

朱國(guó)軍

(中國(guó)地震局 地球物理勘探中心，鄭州 450002)

在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究中，當(dāng)儲(chǔ)層與泥巖波阻抗差異不明顯時(shí)，常規(guī)地震反演方法不能有效預(yù)測(cè)儲(chǔ)層，無(wú)法滿足精細(xì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的要求。針對(duì)南海M油田儲(chǔ)層預(yù)測(cè)實(shí)例，通過(guò)分析測(cè)井曲線儲(chǔ)層識(shí)別能力，優(yōu)選了對(duì)巖性識(shí)別能力較好的密度曲線，以巖石物理學(xué)理論為指導(dǎo)將密度曲線重構(gòu)成聲波曲線，提高了聲波曲線的巖性敏感度。反演結(jié)果表明，重構(gòu)聲波反演方法在巖性識(shí)別能力、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度上有較大提高，能夠滿足油田精細(xì)開(kāi)發(fā)的要求。

曲線重構(gòu)； 測(cè)井約束反演； 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)； Gardner公式

0 引言

地震反演技術(shù)是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的核心技術(shù)之一[1]，如何充分利用各種測(cè)井曲線提高地震反演結(jié)果的分辨率和精度，一直是油氣勘探開(kāi)發(fā)研究的重點(diǎn)方向，在地震地質(zhì)標(biāo)定和波阻抗反演中聲波測(cè)井曲線起著非常重要的作用。然而，受井內(nèi)環(huán)境、地層壓實(shí)等多種因素地影響，有時(shí)聲波曲線不能很好地反映地層巖性變化，造成測(cè)井曲線與地震剖面匹配較差，波阻抗反演結(jié)果不能有效地區(qū)分巖性、預(yù)測(cè)儲(chǔ)層分布的情況。同時(shí)，有些測(cè)井曲線受外界因素影響較小，對(duì)巖性的識(shí)別能力較高(如自然電位、自然伽馬、密度等曲線)，但是這些曲線不能直接用于地震反演、預(yù)測(cè)儲(chǔ)層。特征曲線重構(gòu)技術(shù)[2]是針對(duì)這一特定地質(zhì)情況，以巖石物理理論為基礎(chǔ)，將對(duì)巖性響應(yīng)明顯的測(cè)井曲線重構(gòu)成與聲波曲線具有相同量綱的曲線，使其既能反映地下介質(zhì)的速度和波阻抗特征，又能體現(xiàn)地下巖性的差異，從而建立起儲(chǔ)層特征與地震資料間更直接的關(guān)系。曲線重構(gòu)技術(shù)經(jīng)過(guò)多年地發(fā)展，在油氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、構(gòu)造找煤等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，已經(jīng)成為提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度的常用方法[3-5]。

聲波曲線重構(gòu)是將常規(guī)測(cè)井曲線中對(duì)巖性識(shí)別能力較強(qiáng)的曲線，通過(guò)數(shù)學(xué)工具擬合聲波曲線，使之與聲波曲線建立相關(guān)性。重構(gòu)聲波曲線將反映地層巖性變化的非聲波曲線信息融合到聲波曲線中，約束反演過(guò)程，提高了反演結(jié)果的準(zhǔn)確性和分辨率[6-7]。常用的重構(gòu)技術(shù)有4種[8-9]：①常規(guī)測(cè)井曲線的曲線校正，該方法僅對(duì)聲波曲線受干擾的異常值進(jìn)行校正；②經(jīng)驗(yàn)公式或統(tǒng)計(jì)擬合，該方法采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行聲波曲線的計(jì)算，或者根據(jù)兩曲線交匯圖擬合曲線關(guān)系求取聲波曲線(如Gardner公式用密度求取聲波曲線、Faust公式用電阻率求取聲波曲線等)；③信息統(tǒng)計(jì)加權(quán)，該方法將自然伽馬、自然電位、密度、電阻率等曲線按給定的權(quán)值加入到聲波曲線中，以突出重構(gòu)聲波曲線的巖性反應(yīng)；④基于小波變換的重構(gòu)技術(shù)，將多種測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后進(jìn)行小波變化，按分辨率的大小對(duì)不同頻段進(jìn)行區(qū)域特征選擇，最后反變換求取重構(gòu)聲波曲線。

不同地區(qū)地質(zhì)資料有很大差異，因此重構(gòu)曲線的選取方法需要根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況判斷。通過(guò)對(duì)研究區(qū)實(shí)際測(cè)井資料分析認(rèn)為，密度曲線能夠較好地識(shí)別研究區(qū)儲(chǔ)層與泥巖層，并且與聲波曲線具有較好相關(guān)性。為了提高重構(gòu)曲線的巖性識(shí)別能力，筆者采用Gardner經(jīng)驗(yàn)公式，將密度曲線重構(gòu)成聲波曲線。反演結(jié)果表明，該方法能夠提高反演結(jié)果的巖性識(shí)別能力和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度。

1 聲波曲線的重構(gòu)

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于古珠江入海口的M油田，區(qū)內(nèi)物源充足，地層沉積平穩(wěn)，構(gòu)造呈NE-SW向。前期勘探認(rèn)為該區(qū)域是一個(gè)富生烴洼陷，油源充足，主要目的層段具有較好的儲(chǔ)蓋組合，區(qū)內(nèi)探井鉆遇多套油層證實(shí)了M油田具有良好的勘探開(kāi)發(fā)前景。研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)聲波曲線不能很好地反映巖性變化，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)困難較大，為了提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度,需要重構(gòu)聲波測(cè)井曲線。

1.2 測(cè)井曲線標(biāo)準(zhǔn)化

受泥漿、地層壓力、溫度等不同地質(zhì)條件地影響，不同測(cè)量?jī)x器的型號(hào)、刻度、操作方法不一致及不同測(cè)量時(shí)間等原因地影響，測(cè)井曲線有一定程度的不一致性，嚴(yán)重影響測(cè)井解釋和地震反演結(jié)果。因此，必須選取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層位對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行環(huán)境校正、歸一化及標(biāo)準(zhǔn)化處理，使研究區(qū)不同曲線采用相同的解釋標(biāo)準(zhǔn)[10]。

1.3 測(cè)井曲線敏感性分析

研究區(qū)目的層主要巖性為砂巖和泥巖，測(cè)井資料綜合解釋結(jié)果為砂巖儲(chǔ)集層(油層、油水同層、含油水層、水層、干層)和泥巖層。

圖1 (a)的聲波曲線分布范圍在200 μs/m ～400 μs/m之間，無(wú)法有效區(qū)分巖性；由圖1(a)可以看出,伽馬曲線巖性識(shí)別能力較強(qiáng)，當(dāng)伽馬值gr<90 gAPI時(shí)基本為砂巖，伽馬值gr>90 gAPI時(shí)基本為泥巖。由圖1(b)可以看，出密度曲線基本能識(shí)別巖性，當(dāng)密度<2.35 g/cm3時(shí)主要是砂巖，密度>2.35 g/cm3時(shí)主要是泥巖。由圖1(c)可以看出，由于聲波曲線無(wú)法明顯區(qū)分巖性，波阻抗曲線也無(wú)法區(qū)分巖性；由圖1(d)可以看出,兩曲線具有較好的正相關(guān)。

綜上分析，聲波曲線和波阻抗曲線不能夠有效地識(shí)別砂巖儲(chǔ)集層和泥巖層，伽馬曲線和密度曲線則能夠較好地識(shí)別儲(chǔ)層，整體表現(xiàn)為砂巖區(qū)低伽馬、低密度，泥巖區(qū)表現(xiàn)為高伽馬、高密度；聲波曲線與密度曲線具有較好的正相關(guān)性、與伽馬曲線無(wú)明顯相關(guān)性。因此，為提高聲波曲線的巖性識(shí)別能力，認(rèn)為本研究區(qū)采用識(shí)別巖性較好的密度曲線重構(gòu)聲波曲線,具有較好的可行性。

圖1 測(cè)井曲線交匯圖Fig.1 Intersection graph of well logging curve(a)聲波曲線與伽馬曲線交匯圖；(b)密度曲線與伽馬曲線交匯圖； (c)波阻抗曲線與伽馬曲線交匯圖；(d)聲波曲線與密度曲線交匯圖

1.4 聲波曲線的重構(gòu)

研究區(qū)測(cè)井曲線敏感性分析認(rèn)為，密度曲線能夠較清楚地反映目的層巖性特征，且與聲波時(shí)差曲線具有正相關(guān)性，因此，采用密度曲線重構(gòu)。參與聲波曲線重構(gòu)的曲線只有密度曲線，結(jié)合常用曲線重構(gòu)技術(shù)[9]，筆者選取巖石物理中的經(jīng)典Gardner公式[11-13]求取重構(gòu)聲波曲線，Gardner公式為式(1)。

(1)

式中：ρ為地層巖石密度(g/cm3)；Vp是地層縱波速度(m/s)；α、β為地層特征參數(shù)，其默認(rèn)值α=0.31、β=0.25。式(1)可以推導(dǎo)出縱波速度求取公式為式(2)。

Vp=(ρ/α)-β

(2)

對(duì)比圖1(a)和圖2(a)可以看出，密度重構(gòu)的聲波曲線具有了密度曲線的特征，重構(gòu)曲線明顯提高了對(duì)巖性地識(shí)別能力；對(duì)比圖1(c)和圖2(b)可以看出，重構(gòu)聲波曲線求取的波阻抗曲線能夠較好地區(qū)分砂巖儲(chǔ)集層和泥巖層。從圖2上可以看出：砂巖儲(chǔ)集層的重構(gòu)波阻抗值基本小于7 800g/cm3·m/s、伽馬值小于90gAPI，反之為泥巖層。因此，用重構(gòu)聲波曲線進(jìn)行約束反演，反演結(jié)果可以有效識(shí)別巖性，能夠提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度。

圖2 重構(gòu)曲線與伽馬曲線交匯圖Fig.2 Intersection graph of reconstructed curve and gamma curve(a)重構(gòu)聲波曲線與伽馬曲線交匯圖；(b) 重構(gòu)波阻抗曲線與伽馬曲線交匯圖

1.5 重構(gòu)曲線合成地震記錄標(biāo)定

合成地震記錄標(biāo)定是連接地震資料和鉆井資料的橋梁，通過(guò)標(biāo)定可以賦予地震同相軸相應(yīng)的地質(zhì)含義。圖3是重構(gòu)聲波曲線合成地震記錄標(biāo)定，從圖3上可以看出，合成地震記錄與井旁地震道有較好的對(duì)應(yīng)性，證明重構(gòu)聲波曲線的合成地震記錄能夠較好反映地下反射波波組特征，可用于地震反演約束反演結(jié)果，使反演結(jié)果較好地反映儲(chǔ)層分布情況，提高反演結(jié)果的儲(chǔ)層識(shí)別能力。

圖3 合成地震記錄的標(biāo)定Fig.3 The calibration of synthetic seismogram

2 重構(gòu)曲線測(cè)井約束反演

測(cè)井曲線約束地震反演是基于模型的測(cè)井約束反演方法，以測(cè)井波阻抗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以地震解釋層位和斷層為控制條件，以井點(diǎn)為基礎(chǔ)向外推構(gòu)建原始波阻抗模型。在模型約束反演過(guò)程中，通過(guò)反復(fù)迭代修正波阻抗模型參數(shù)，直到模型合成的地震記錄與實(shí)際地震資料匹配最佳[14]，此時(shí)的波阻抗模型即為測(cè)井約束反演結(jié)果。重構(gòu)聲波曲線約束反演最大優(yōu)點(diǎn)是以已知地質(zhì)和測(cè)井資料為約束，拓寬了反演波阻抗資料的縱向分辨率，為反演提供了一個(gè)合理的初始波阻抗模型，能夠減少反演結(jié)果的多解性，從而提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度和精度。

圖4 過(guò)A、B井的連井反演剖面Fig.4 The well inversion profile of well A and B

圖4是用重構(gòu)聲波曲線進(jìn)行測(cè)井約束地震反演的連井剖面，A、B兩井均參與反演。根據(jù)圖2分析結(jié)果可知，波阻抗值<7 800g/cm3·m/s時(shí)主要是砂巖儲(chǔ)集層；波阻抗值>7 800g/cm3·m/s主要是泥巖層。連井反演剖面與井上巖性解釋結(jié)果吻合度很高，10m以上巖層與測(cè)井解釋結(jié)果基本吻合，2m～5m巖層基本能夠識(shí)別，與測(cè)井解釋結(jié)果吻合度達(dá)80 %。

重構(gòu)聲波曲線約束地震反演方法是基于模型的反演，受測(cè)井資料縱向高分辨率的約束，反演結(jié)果的準(zhǔn)確率和縱向分辨率有了明顯提高，能夠識(shí)別小于5m的薄層砂巖，而且儲(chǔ)層的橫向連續(xù)性十分清楚，有利于砂體的橫向追蹤和預(yù)測(cè)，能夠滿足儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測(cè)的要求。

3 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

重構(gòu)波阻抗砂巖儲(chǔ)集層與泥巖層的門檻值約為7 800g/cm3·m/s，用構(gòu)造解釋層位及波阻抗門檻值控制，可以追蹤出反演波阻抗體沿構(gòu)造解釋層的砂巖展布范圍、砂巖頂?shù)撞繕?gòu)造深度，從而計(jì)算出砂體厚度[15]，預(yù)測(cè)研究區(qū)砂體發(fā)育及有利儲(chǔ)集空間分布情況。圖5是某砂層砂體預(yù)測(cè)展布圖，從圖5可以看出，研究區(qū)東南區(qū)域砂體發(fā)育、西北區(qū)域砂體不發(fā)育，結(jié)合砂體頂部構(gòu)造等值線可以進(jìn)一步預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)集區(qū)的含油氣性，為指導(dǎo)油氣藏地精細(xì)開(kāi)發(fā)提供借鑒。

4 結(jié)論

在實(shí)際地震勘探中，聲波曲線不能較好地反映巖性變化，為提高波阻抗反演結(jié)果的分辨率和準(zhǔn)確性，可采用聲波曲線重構(gòu)方法。

1)南海M油田密度曲線對(duì)巖性響應(yīng)敏感、與聲波曲線正相關(guān)，密度曲線重構(gòu)的聲波曲線提高了巖性識(shí)別能力。

2)重構(gòu)聲波曲線反演結(jié)果與井震資料吻合度好，突破了傳統(tǒng)地震資料的分辨率，提高了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度。

3)重構(gòu)聲波約束反演結(jié)果巖性邊界清晰、連續(xù)性好，有利于砂體的橫向追蹤和預(yù)測(cè)，在實(shí)際儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中具有一定的實(shí)用性。

[1] 姚逢昌，甘利燈. 地震反演的應(yīng)用與限制[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2000,27(2): 53-56.YAOFC,GANLD.Applicationandrestrictionofseismicinversion[J].Petroleumexplorationanddevelopmen,2000,27(2):53-56.(InChinese)

[2] 崔健，張星.曲線重構(gòu)反演在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究中的應(yīng)用[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2008，27(3):133-135．CUIJ,ZHANGX.Applicationofcurverebuildinversioninreservoirpredication[J].PetroleumGeology&OilfieldDevelopmentinDaqing, 2008,27(3):133-135. (InChinese)

[3] 黃凱，陳建波，呂坐彬，等. 擬聲波曲線重構(gòu)反演在裂縫性變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2015,17(1):57-61.HUANGK,CHENJB,LVZB,etal.Applicationofpseudo-acousticcurverebuildinginreservoirpredicationoffracturedmetamorphicburiedhill[J].JournalofChongqingUniversityofScienceandTechnology(NaturalSciencesEdition), 2015,17(1):57-61. (InChinese)

[4] 張星，錢詩(shī)友，裴然.曲線重構(gòu)技術(shù)在富安次凹阜三段儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的運(yùn)用[J].復(fù)雜油氣藏，2016,9(1):12-14.ZHANGX,QIANSY,PEIR.ApplicationofcurvereconstructionforreservoirpredictioninFu3sectionofFuanSag[J].Complexhydrocarbonreservoirs, 2016,9(1):12-14. (InChinese)

[5] 王好龍，董守華，趙帥，等. 多曲線聲波重構(gòu)技術(shù)在構(gòu)造煤識(shí)別中的應(yīng)用研究[J]. 煤炭技術(shù)，2015,34(6):106-108.WANGHL,DONGSH,ZHAOS,etal.Studyofidentifyingtectoniccoalwithwelllogsreconstruction[J].Caoltechnology,2015.34(6):106-108. (InChinese)

[6] 魏文希，師素珍，孫超，等. 擬聲波反演技術(shù)在識(shí)別煤層頂?shù)装迳澳鄮r中的應(yīng)用[J]. 物探與化探，2016，40(1):220-224.WEIWX,SHISZ,SUNC,etal.Applicationofpseudo-acousticinversiontechniqueinidentifyingsandstoneandmudstoneofcoalseamroofandfloor[J].GeophysicalandGeochemicalExploration, 2016,40(1):220-224. (InChinese)

[7] 盧偉. 聲波曲線重構(gòu)反演技術(shù)在霍多莫爾地區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 油氣藏評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)，2012，2(6):10-13.LUW.ApplicationofacousticcurvesreconstructioninversiontechnologyofpredictingreservoirinHuoduomoerarea[J].Reservoirevaluationanddevelopment, 2012,2(6):10-13.(InChinese)

[8] 張靜，王彥春，陳啟林，等. 儲(chǔ)層特征曲線重構(gòu)技術(shù)在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究[J]. 天然氣地球科學(xué)，2008,19(3):396-401.ZHANGJ,WANGYC,CHENQL,etal.Applicationoflogcurvereconstructioninthepredictionofreservoirs[J].Naturalgasgeoscience, 2008,19(3):396-401.(InChinese)

[9] 賀懿，劉懷山，毛傳龍，等. 多曲線聲波重構(gòu)技術(shù)在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究[J]. 石油地球物理勘探，2008,43(5):549-556.HEY,LIUHS,MAOCL,etal.Researchontheapplicationofmulticurvesonicreconstructiontechniqueinreservoirprediction[J].OilGeophysicalProspecting, 2008,43(5): 549-556.(InChinese)

[10]仵杰，劉珍，張輝輝，等．測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)深度校正方法綜述[J]．國(guó)外測(cè)井技術(shù)，2011(6)：14-17．WUJ,LIUZ,ZHANGHH,etal.Surveyofdepthcorrectionmethodsforloggingdata[J].Worldwellloggingtechnology, 2011(6):14-17. (InChinese)

[11]朱廣生，桂志先,熊新斌，等. 密度與縱橫波速度關(guān)系[J]. 地球物理學(xué)報(bào)，1995(S1)：260-264．ZHUGS,GUIZX,XIONGXB,etal.RelationshipbetweendensityandP-wave,S-wavevelocities[J].ChineseJournalofGeophysics, 1995(S1):260-264．(InChinese)

[12]袁全社，周家雄，李勇，等. 聲波測(cè)井曲線重構(gòu)技術(shù)在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)海上油氣，2009,21(1):23-26.YUANQS,ZHOUJX,LIY,etal.Applyingareconstructiontechniqueofacousticlogtoreservoirprediction[J].Chinaoffshoreoilandgas, 2009,21(1):23-26. (InChinese)

[13]袁曉宇，張哨楠，孟祥豪，等. 一種添加修正項(xiàng)的Gardner公式[J]. 石油地球物理勘探，2013，48(2): 279-282.YUANXY,ZHANGSN,MENGXH,etal.Gardnerformulawithanadditionalcorrectionterm[J].OilGeophysicalProspecting,2013,48(2): 279-282. (InChinese)

[14]康紅慶，馬春華. 測(cè)井約束地震反演在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 特種油氣藏，2012，19(3):14-17.KANGHQ,MACH.Applicationofwellloggingconstrainedseismicinversioninreservoirprediction[J].SpecialOil&GasReservoirs, 2012,19(3):14-17.(InChinese)

[15]靳軍，談繼強(qiáng)，李天明，等. 應(yīng)用測(cè)井約束反演開(kāi)展儲(chǔ)集層砂體描述[J]. 新疆石油地質(zhì)，2003，24(1):72-74.JINJ,TANJQ,LITM,etal.ReservoirsandsdescriptionusingwelllogCcnstrainlnversionmethod[J].Xinjiangpetroleumgeology, 2003,24(1):72-74.(InChinese)

Application of acoustic curve reconstruction in reservoir prediction

ZHU Guojun

(Geophysical Exploration Center,China Earthquake Adminstration,Zhengzhou 450002,China)

In reservoir prediction, it is difficult to predict reservoir effectively by using common seismic inversion methods to meet the fine reservoir prediction，becuase the wave impedance can not identify lithology. Aiming at the reservoir prediction of M oilfield in the south China sea, it can identify lithology through the analysis of reservoir identification ability of well logging curve，with well selection of the density curve. The sensitivity of lithology can be improved based on the theory of rock physics, reconstructed longitudinal wave curve with density curve. The inversion results show that the reconstruction inversion method greatly improves prediction accuracy in lithology identification and reservoir prediction, and it meets the demand of the fine development of oil field.

curve reconstruction; logging constrained inversion; reservoir prediction; gardner formula

2016-06-13 改回日期：2016-12-22

朱國(guó)軍(1988-)，男，碩士，從事地震資料的采集與解釋，E-mail：zgj0124@126.com。

1001-1749(2017)03-0383-05

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2017.03.14