黏滞弥散正演模拟与谱反演精细描述技术在渤海X油田中的应用

2015-07-02李福强周连德高磊谭辉煌

石油地质与工程 2015年1期

关键词：子波气层砂体

熊煜，李福强，周连德，高磊，谭辉煌

(中海石油(中国)天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

黏滞弥散正演模拟与谱反演精细描述技术在渤海X油田中的应用

熊煜，李福强，周连德，高磊，谭辉煌

(中海石油(中国)天津分公司渤海石油研究院，天津塘沽 300452)

X油田位于渤海南部海域，其主力层位A砂体厚度达28 m，但A砂体南部受上覆气层B砂体影响，地震资料响应较弱，难以从井出发开展A砂体横向展布规律研究。通过黏滞弥散正演模拟后认为子波调谐与上覆气层能量的屏蔽吸收是影响A砂体成像的主要因素，因此，需利用谱反演方法恢复地震资料能量。谱反演方法的成功应用，将气层覆盖区域内的A砂体地震资料反射强度恢复到与气层覆盖区域之外砂体地震反射相当的程度，基本消除了由于上覆气层的存在而产生的子波调谐干扰，应用谱反演结果很好地指导了开发井位部署。

渤海油田；黏滞弥散正演；谱反演；河流相沉积

X油田位于黄河口凹陷南部斜坡带上，构造附近的输导砂体和次级断层比较发育。X油田含油层系主要发育于新近系明化镇组下段，该段储层为浅水三角洲背景下的水下分流河道砂体，岩性为中-细粒砂岩。

该油田受河流相沉积的影响，储层普遍较薄，其中只有A砂体的储层厚度达到28 m，该砂体探明储量是油田探明储量的二分之一。但A砂体南部受上覆气层B影响，地震资料响应较弱，难以开展A砂体南部的储层横向展布规律研究。通过黏滞弥散正演模拟[1-3]分析后认为：由于受到子波调谐与上覆气层能量屏蔽吸收的双重影响，气层下覆区域的储层反射减弱明显。本文应用谱反演方法[4-5]将气层覆盖区域内的A砂体地震资料反射强度恢复到与气层覆盖区域之外相当的程度，基本消除了由于上覆气层的存在而产生的子波调谐干扰。

1 黏滞弥散正演

1.1 黏滞弥散正演模拟方法

Goloshubin和Korneev(2004)等人考虑到孔隙介质中流体的黏滞性和弥散性两种特性，提出了一维弥散黏滞型波动方程：

(1)

方程式(1)中各个变量符号的含义是：ζ为流体的弥散性系数，表示储层单元内流体中离子或者流体分子的无序运动，单位为Hz；η为流体的黏滞性系数，在该方程中属于运动黏滞系数，单位为m2/s；ν为波在非耗散介质中传播的纵波速度，其值为恒定值，单位为m/s；u为地震波在介质中震动标量位移。方程式(1)的物理含义为，当去掉方程式中第二项和第三项，方程式变为经典的一维声波方程，式中第二项刻画波在地层介质传播过程中的扩散耗损，第三项表征波在地层中传播的黏滞性衰减特征。

(2)

(2)式中，未考虑各向异性的特征，适合于在横向x和纵向z上具有相同的弥散系数和黏滞系数的二维地质体的数值模拟。根据波在二维介质的传播理论，(2)式表示的波动方程在时间-空间域解的表达形式为：

u(x,z,t)=ei(kz+kxx)×e-iwt

(3)

(3)式中，w为角频率；kx为波沿x方向传播的波数；kz为波沿z方向传播的波数。

1.2 黏滞弥散正演模拟方法的应用

X油田于2013年进入开发井钻探阶段，A砂体在地震资料中响应较弱，难以由井出发去开展A砂体的平面展布关系研究。为探讨A砂体地震反射弱的原因，分别采用声波方程与黏滞弥散波动方程的方法开展正演模拟。

根据图1(a)所示的实钻情况，设计了速度模型图1(b)。在速度模型上将B砂体设计为一个整体，将A砂体按实际情况设计为上、下两个部分，砂体厚度、泥岩隔夹层厚度均按照实钻情况设定。

利用式(1)～式(3) 对该模型进行频率-波数域的黏滞弥散正演模拟以及声波方程正演模拟，其结果如图2所示。

图1 X-3油田探井柱状图(a)与地质模型图(b)

图2 正演模拟结果

由图2可以看出：在声波方程正演模拟的结果上，代表B砂体底面的波峰之下是一套强波谷反射；而在黏滞弥散正演模拟的结果上，代表B砂体底面的波峰之下是一套弱波谷反射，黏滞弥散正演模拟结果与图3所示的过X-3井的地震剖面情况更为吻合。其原因是：常规声波方程正演模拟方法没有考虑B砂体的含油气性，使得其下部的反射同相轴出现振幅衰减、主频降低、时间延迟、相位畸变等现象，而这正是造成A砂体在地震资料上呈现弱反射的重要原因。根据黏滞弥散正演模拟结果，可以得出以下结论：由于B砂体与A砂体纵向上距离较近，受子波调谐以及上覆B砂体含气造成的黏滞弥散性的影响，A砂体受到B砂体覆盖区域处的顶面地震响应为弱波谷反射。

由图3可以看出，在不受B砂体覆盖的区域，A砂体为强波谷反射。为消除子波调谐等多种因素的影响，真实地反映出A砂体顶面的地震响应以及平面展布情况，本文采用谱反演方法成功恢复了A砂体受气层覆盖区域的地震响应。

2 谱反演

2.1 谱反演技术方法

近年来Portniaguine等提出一种有别于传统地震反演的谱反演新方法，其主要特点是只采用部分频谱资料就可反演稀疏反射系数或层厚。在没有噪声和地震子波已知的情况下，该方法能识别厚度小于调谐厚度的薄层，并且可以精确地刻画出地层的边界。谱反演的目标函数具有较好的收敛性和约束能力，通过调整反射系数的位置和大小，在目标函数的约束下可得到反射系数信息。在实际应用中，可将由于地层的调谐作用而模糊了的薄层信息反演出来，进而提高了地震资料的分辨率。利用谱反演方法对地震数据体进行反演得到反射系数体，再将其与给定高分辨率地震子波进行褶积，得到了分辨率提高后的地震数据体，该体可用于地震属性分析。

图3 过X-3井的地震剖面

谱反演采用高精度谱分解技术在频率域内进行最优化求解，通过频谱反演来计算地层厚度，反演过程无需反射系数假设，无需井控和建模，是近年来新兴的一项用于提高分辨率和地层厚度识别的反演方法[4-5]。

2.2 谱反演技术方法的应用

为更好地开展储层展布关系研究，本文基于常规地震资料和已钻井资料进行了常规稀疏脉冲反演和谱反演，所得成果如图4所示。

通过图4(a)可以看出，在常规稀疏脉冲反演剖面上，X15井与X-3井所钻遇的A砂体均位于气层所覆盖区域，但X15井的振幅响应明显弱于X-3井。而在图4(b)所示的谱反演剖面上，X15井所钻遇的A砂体的振幅响应与X-3井相比基本相当。通过图5可以看出，X15井所钻探的A砂体的厚度、物性、埋深等多种地质特征与X-3井基本一致，推断X15和X-3井钻遇A砂体处的振幅响应特征应该相近或相似，图4(b)所示的谱反演结果更加符合实钻情况。

图4 常规稀疏脉冲反演剖面(a)与谱反演剖面(b)

X油田基于谱反演成果新部署了多口开发井，均钻遇优质储层，谱反演成果有力地推动了X油田的高效开发。

3 结论

黏滞弥散型波动方程的数值模拟，为研究含油气储层的地震响应特征提供了新的方法和途径，该方法的正演模拟结果与实际地震反射更为相似。谱反演处理技术成果能较为有效地提升地震资料的分辨率，有效地消除子波调谐等影响地质界面正确成像的因素，通过与常规反演进行对比，该技术方法无论在剖面、平面属性、以及实钻井的吻合度上均优于常规反演方法。应用谱反演的研究成果可有效地开展复杂储层的精细描述工作。

[1] 陈学华，贺振华，文晓涛，等.低频阴影的数值模拟与检测[J].石油地球物理勘探，2009，44(3)：298-303.

[2] 蔡涵鹏.基于地震资料低频信息的储层流体识别[D].成都：成都理工大学，2012.

[3] 熊煜，李久，金宝强. 渤海古近系复杂断块油田精细构造解释技术在J油田中的应用[J].石油地质与工程，2013，27(2)：30-33.

[4] 曹鉴华，邱智海，郭得海，等.叠后地震数据的谱反演处理技术及其应用浅析[J].地球物理学进展，2013，28(1)：387-393.

[5] 刘万金，周辉，袁三一，等.谱反演在地震属性解释中的应用[J].石油地球物理勘探，2013，48(3)：423-428.

编辑：刘洪树