地震反演技术及其应用

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1、地震反演技术及其应用 Frazer Barclay 澳大利亚西澳大利亚州珀斯 Anders Bruun Klaus Bolding Rasmussen 丹麦哥本哈根 Jose Camara Alfaro 墨西哥石油公司 墨西哥塔毛利帕斯州Tampico Anthony Cooke 苏格兰阿伯丁 Dennis Cooke Darren Salter Santos 西澳大利亚州珀斯 Robert Godfrey Dominic Lowden Steve McHugo H seyin zdemir Stephen Pickering 英国Gatwick Francisco Gonzalez Pine

2、da 墨西哥石油公司 墨西哥塔毛利帕斯州Reynosa Jorg Herwanger Stefano Volterrani 美国得克萨斯州休斯敦 Andrea Murineddu Andreas Rasmussen 挪威斯塔万格 Ron Roberts 阿帕奇公司 加拿大艾伯塔省卡尔加里 在编写本文过程中得到以下人员的帮助 谨表谢 意 挪威StatoiHydro公司的Trine Alsos 塔尔萨SEG 协会的 Ted Bakamjian 墨西哥城的 Richard Bottomley 哥本哈根的 Jonathan Bown Henrik Juhl Hansen 和 Kim Gunn Mave

3、r 吉隆坡的 Tim Bunting 休斯敦的Karen Sullivan Glaser 阿联酋阿布扎比的 Jalal Khazanehdari 英国 Gatwick 的 Hasbi Lubis 阿 伯丁的 Farid Mohamed 西澳大利亚州珀斯的 Richard Patenall 开罗的 Pramesh Tyagi 以及斯塔 万格的 Anke Simone Wendt ECLIPSE ISIS 和Q Marine 等是斯伦贝谢公司的商 标 42 油田新技术 三维地震勘探是最常用的确定地下 潜在勘探目标的方法 利用三维地震勘 探进行大规模地下地质构造探测 有助 于油气公司绘制地下构造图并

4、选择有利 钻井井位 一直以来 地震资料主要用于确定 反射层的几何形状及深度 主要是因为 地震波在遇到声波属性不同的地层界面 时会发生反射 然而 地震反射资料包含的信息远 远超出反射体所在位置的信息 因为每 一次反射都会使反射回来的地震波振幅 发生改变 发生在反射界面处的属性表 现为声阻抗差 声阻抗是波速与密度之 积 地震反射振幅信息可被用来逆向推 导或反演界面两侧物质的相对声阻抗 通过互相关基于地震数据推导的属性值 和测井数据 解释人员能够将井筒信息 外推到整个反射体 该过程称为储层描 述地震反演 通过地震反演 能够帮助 我们更好地了解井间地层的属性 本文阐述了地震反演的技术方法 并介绍了油气

5、公司利用地震反演技术降 低油气勘探 开发和生产过程中风险的 实例 本文在介绍了地震反演技术的用 途之后 对从简单到复杂的反演类型进 行了介绍 通过墨西哥 埃及 澳大利 亚和北海等地区的实例 说明地震反演 技术在精细调整钻井井位 描述复杂油 气藏特征 确定含水饱和度 改善油藏 模拟以及更好地了解地质力学特性等方 面的应用 地震反演概述 油气勘探开发行业的许多测量结果 在一定程度上都依赖于反演进行资料解 释 究其原因相当简单 对于许多测量 资料解释问题 没有一个可将多种测量 结果 如噪声 损失及其他误差等 关 联起来的公式能获得唯一答案 在这种 情况下 我们求助于反演这一数学方 法 先估算一个结果

6、 然后对照我们的 观测数据检查反演结果 并进行适当修 正 最终得到合理答案 从地下地层反射回来的地震波能够反映地下潜在油气藏的情 况 当地震波发生反射时 其振幅发生改变 这些变化能够揭示地 下地层的重要信息 地震振幅反演就是利用反射波振幅信息 经过 井数据标定 提取能与孔隙度 岩性 流体饱和度及地质力学参数 相关的详细地层信息 1 Quirein J Kimminau S La Vigne J Singer J和 Wendel F A Coherent Framework for Developing and Applying Multiple Formation Evaluation Mod

7、els SPWLA第27届测井年会论文集 休斯敦 1986 年 6 月 9 13 日 论文 DD Jammes L Faivre O Legendre E Rothnemer P Trouiller J C Galli M T Gonfalini M和Gossenberg P Improved Saturation Determination in Thin Bed Environments Using 2D Parametric Inversion SPE 62907 发表在 SPE 技术年会暨展览会上 美 国得克萨斯州达拉斯 2000 年 10 月 1 4日 Faivre O Barber

8、 I Jammes L 和 Vuhoang D Using Array Induction and Array Laterolog Data to Characterize Resistivity Anisotropy in Vertical Wells SPWLA第43届测井年会论文集 日本大矶 2002 年 6 月 4 7日 论文 M Marsala AF Al Ruwaili S Ma SM Modiu SL Ali Z Donadille J M 和 Wilt M Crosswell Electromagnetic Tomography in Haradh Field Modeling

9、 to Measurements SPE 110528 发表 在SPE技术年会暨展览会上 美国加利福尼亚 州 Anaheim 2007 年 11月 11 14 日 43 2008年春季刊 正如其名称所表示 反演可以理 解为正演模拟 有时被简称为模拟 的 逆向过程 在本文中 正演模拟从建立 地层模型开始 然后通过数学方法基 于该模型模拟某个物理实验或过程 如电磁 声波 核反应 化学或光学实 验或过程 最后输出模拟响应 如果模 型及假设条件都很精确 模拟响应就 比较接近真实数据 反演是以上过程 的逆过程 即根据实际测量的数据 逆 向推导物理实验过程 最后建立地层 模型 如果反演过程正确 所建立的模

10、 型就比较接近真实模型 反演技术在勘探开发许多学科中 都有应用 并广泛应用于各种规模 级 别的复杂实验过程 根据感应测井数据计算井筒流体侵 入剖面 利用超声波测井评估水泥胶结质量 请参见 确保实现长期层间封隔 第18页 从多种测井结果提取地层岩性和流 体饱和度数据 根据生产测井资料解释油气水体积 根据瞬时压力资料预测储层渗透率 及其范围 请参见 智能井技术在 地下储气库中的应用 第4页 根据井间电磁测量绘制流体前沿 综合电磁和地震测量数据 精细描 述盐下沉积特征 1 勘探开发地震专家利用不同反演 类型 如速度反演和振幅反演 解决各 种特殊问题 第一种反演类型 即速度 反演 有时也称为旅行时反演

11、 主要用 于深度成像 采用大间距地震道建立 速度 深度模型 拟合地震波的波至时 间 这是一个相对粗略的速度 深度模 型 在深度上可延伸数千米 在长度和 宽度上可覆盖数十万米 基于该模型 进行资料处理 如偏移 叠加 生成许 多读者都很熟悉的地震剖面 地震解 释人员根据地震剖面确定地下反射层 的形状和深度 44 油田新技术 正演和反演 正演模拟 上 首先采用地层物性建立模型 本例中使用测 井数据得到的声阻抗 然后合并声阻抗和地震子波或脉冲 输出合成地震 道 相反 反演 下 是从地震道记录数据开始 从地震道记录中去除估算 子波的影响 得出每个时间样点上的声阻抗值 第二种反演类型 即振幅反演 是 本文

12、的重点 该方法利用地震波在每个 反射点的反射波波至时间和振幅值求解 成像反射体所在地层的相对阻抗值 这 种方法称为油藏描述地震反演 根据测 线或反射界面信息来建立精确的岩石属 性模型 为简单起见 下面我们只讨论 基于模型的反演 其他还有空间适应反 演和离散脉冲反演 2 理论上 基于模型的地震反演的第 一步 正演 是先根据测井数据估算的 地层深度 厚度 密度和层速度建立层 状模型 最简单的模型只涉及纵波 P 波 速度 Vp 和密度 可以用来 反演P波或声波阻抗 包含横波 S 波 速度 Vs 的模型可以计算S波或弹性 波阻抗 然后将地震脉冲加到所建立的层状 模型上 形成模拟地震道 即合成地震 道

13、上图 反演采用实际地震道 消 除地震脉冲 推导出该地震道处的地层 模型 为获得最佳模型 许多反演流程 都经过多次的正演 反演迭代 力图使 合成道与实际地震道之间的误差减到最 小 实际上 反演的每一步都涉及到并 依赖于被反演数据的类型 对于垂直入 射数据 建立初始模型需要从密度测井 记录中获得体积密度 从声波测井记录 中获得纵波速度 这两项数据在反演层 段上都有一定的跨度 遗憾的是 我们 常常只能获得储层的测井数据 在缺乏 声波测井记录的情况下 利用井眼地震 勘探 垂直地震剖面VSP 能够获得必 要层段上的平均波速 如果没有井眼速 度数据 可利用旅行时反演求速度 缺 失的密度数据可根据经验关系估

14、算 对 非垂直入射数据 所建立的模型必须包 含 S 波和 P 波速度 对垂直入射数据进行常规反演时 首先将密度 速度模型转换成反射系数 模型 反射系数表示反射波与入射波的 振幅比 该参数决定垂直入射的地震波 反射后的振幅变化 其大小与界面两侧 声阻抗不同的地层的密度和速度相关 这样反射系数也表示为界面两侧地层声 阻抗差与声阻抗和的比值 3 然后再将 深度域反射系数模型通过速度值转换为 时间域模型 将地震脉冲信号合并到时间域模型 上得到合成地震道 该过程在数学上称 为褶积 4 地震脉冲信号或子波 表示 来自某个震源的能量包 选择一个模型 子波来匹配处理后的地震数据的振幅 相位和频率特征值 将该子

15、波与反射系 数模型进行褶积产生合成地震道 该地 震道表示被模拟地层对输入地震脉冲信 号的响应 如果模拟道上有噪音干扰 信号衰减及多次反射现象 还需要进行 其他处理 反演操作从实际地震道开始 因为 地震道每一次摆动产生的振幅和形状都 会对反演结果造成影响 在此之前的处 理一定要保护地震信号的相位和振幅 这一点非常重要 不同类型的反演开始于不同类型的 地震道 主要区别在于叠加前和叠加后 采取的反演方法不同 多数地震勘探都 利用叠后资料提供地下构造图 叠加是 一种通过平均很多地震道达到信号加强 目的的技术 参与平均处理的地震道代 表着共反射中心点的不同偏移距集合的 地震记录 下一页 左上图 假定每

16、条地震道都包含相同的信号 但携带的 随机噪音不同 通过叠加形成一条地震 道 使其随机噪音最小 信号振幅等于 所有叠加道的平均信号的振幅 由此产 生的叠加道被认为是共中心点 CMP 上垂直入射的反射响应 2 Space Adaptive Inversion http content services seismic reservoir inversion space adaptive asp 2008 年 4 月 22日浏览 3 反射系数可能为正 也可能为负 正值表示 反射波与入射波极性相同 负值表示反射波 与入射波极性相反 4 Yilmaz O和Doherty SM Seismic Data Processing 塔尔萨 勘探地球物理学家协会 1987年 45 2008年春季刊 叠加的基本原理 地震道叠加能够加强信号 降低噪音 地震采集船 对各个震源不同偏移距地震道进行采集 上 图中 S 代表震源 R 代 表反射点 H表示检波器 然后收集各共中心点 CMP 所有炮检距的 地震道形成共中心点道集 中 进行NMO校正 因大偏移距地震波传 播距离较远 需要对每一个道集进行时间校正 即正常时差