基于地震波形指示的碳酸盐岩储集体反演方法——以塔河油田中-下奥陶统为例-韩长城.pdf
《基于地震波形指示的碳酸盐岩储集体反演方法——以塔河油田中-下奥陶统为例-韩长城.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于地震波形指示的碳酸盐岩储集体反演方法——以塔河油田中-下奥陶统为例-韩长城.pdf(9页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、磊沾-5天然气必彦第38卷第4期 OIL&GAS GEOLOGY 2017年8月文章编号:02539985(2017)04082209 doi:101 1743o9920170419基于地震波形指示的碳酸盐岩储集体反演方法以塔河油田中一下奥陶统为例韩长城1,林承焰12,任丽华12,董春梅12,魏婷41中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛266580;2山东省油藏地质重点实验室,山东青岛266580;3中国石油油气储层重点实验室中国石油大学(华东)研究室,山东青岛266580:4中国石油新疆油田分公司石西采油厂,新疆克拉玛依834000摘要:塔河油田奥陶系碳酸盐岩岩溶储集体埋深大,分
2、布不均,类型复杂,具有较强的非均质性,储集体类型识别一直是该区油气勘探和开发的难题。为此,基于贝叶斯判别理论和马尔科夫链蒙特卡洛抽样算法,实现了一种新型波阻抗反演方法。在储集体类型识别、地震反射特征和岩石物理分析基础上,利用地震波形相似性优选样本井,参照样本空间分布距离和曲线分布特征建立初始阻抗模型。通过建立建议分布与先验信息之间的关系,实现先验解空间的有效采样,同时采用MetropolisHastings抽样算法对贝叶斯后验概率分布抽样,从而获得最大后验概率解。将该反演方法应用到塔河油田奥陶系岩溶储集体类型识别中,在反演精度得到明显提高的同时,充分利用了地震波形横向变化特征反映岩溶储集体空间
3、分布位置和横向展布规律,有效识别了岩溶储集体类型,为非均质极强的岩溶缝洞储集体的精细表征提供有力支撑。关键词:波形指示反演;贝叶斯理论;岩溶储集体;奥陶系;塔河油田;塔里木盆地中图分类号:TEl222 文献标识码:AWaveformindicationbased seismic inversion of carbonate reservoirs:A case study of the Lower-Middle Ordovician in Tahe oilfield,Tarim BasinHan Changchen91,Lin Chengyanl,2一,Ren Lihual2”,Dong Chu
4、nmeil,2,Wei Tin941School of Geosciences,China University ofPetroleum,Qingdao,Shandong 266580,China;2Reservoir Geofogy Key Laboratory ofShandongProvince,China University ofPetroleum(East China),Qingdao,Shandong 266580,China;3PetroChina Key Laboratory ofOilGasReservoir,China University of Petroleum(Ea
5、st China),Qingdao,Shandong 266580,China;4Shixi Oil Production Plant,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Karamay,Xinjiang 834000,ChinaAbstract:Carbonate karst reservoirs of the LowerMiddle Ordovician in Tahe oilfield feature in large burial depth,irregular distribution,complex reservoir types and st
6、rong heterogeneity,thus reservoir type identification is always a challengingduring oil and gas exploration and development in the areaThis paper documented a new impedance inversion method,iewaveformindicationbased inversionbased on Bayesian discriminant theory and Markov Chain Monte Carlo sampling
7、algorithmThe method,based on reservoir type identification,seismic reflection characteristics and petrophysical analyses,esn be used to optimize sample wells by observing seismic waveform similarities,and establish an initial impedancemodel by referring to sampling spacing and curve characteristicsT
8、he relationship between proposed distribution and priorinformation is firstly established to achieve efficient sampling of a priori solution spaceA MetropolisHastings sampling algorithm is then used to sample the posterior probability distribution,SO as to obtain the maximum posterior probability so
9、lutionThe application of the method in identifying the types of the Ordovician karst reservoirs in Tahe Oilfield shows signifi-cant improvement of inversion accuracy and a better utilization of horizontal variation of seismic waveforms to reveal effectivelv the types and spatial and lateral distribu
10、tion of the reservoirs,and provides fine characterization of the reservoirsKey words:waveformindicationbased inversion,Bayesian theory,carbonate reservoir,Ordovician,Tahe oilfield,Tarim Basin收稿日期:2017030l;修订日期:20170630。第一作者简介:韩长城(1984),男,博士研究生,碳酸盐岩油藏精细描述。E-mail:517892849qq通讯作者简介:任丽华(1979一),女,副教授,碳酸盐
11、岩油藏精细描述。E-mail:rlh-79163con。基金项目:国家科技重大专项(2017ZX05009001)。万方数据第4期 韩长城,等基于地震波形指示的碳酸盐岩储集体反演方法塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩岩溶储集体分布不均,储集体类型复杂,具有较强的非均质性Ll引。碳酸盐岩基质具有低孔、低渗的特点,储集空间主要为后期溶蚀作用形成的洞穴、孔洞和裂缝,根据储集体的形态和组合方式不同,将其分为溶蚀洞穴型、溶蚀孑L缝型和裂缝型3类H J。缝洞储集体纵、横向变化快,规模大小不一,分布规律复杂,主要依靠地球物理资料进行缝洞储集体识别预测。但由于奥陶系埋深大,一般大于5500 in,碳酸盐岩致密,地震波传
12、播速度快。5j,反射信号弱,地球物理特性非常复杂,给地震勘探开发带来了很多困难。近年来,随着地球物理技术的发展,很多学者尝试利用多种地球物理方法地对碳酸盐岩缝洞储集体进行了预测。诸如,正演模拟缝洞储集体反射特征,建立缝同储集体形态及岩石物理参数与地震响应之间的关系7 o;利用地震属性预测缝洞体引,如振幅变化率属性、相干属性集多属性优化技术等均取得了较好效果;通过地震波形特征建立储集体和地震之间的响应关系。10。111;利用波阻抗反演。1纠和地质统计学反演方法对缝洞储集体进行预测孓14 J。这些研究成果均较好指导碳酸盐岩缝洞储集体勘探,但仍然存在较多问题,如地震属性多解性较强;波阻抗反演分辨率太
13、低,无法满足小型缝洞体预测需求;测井约束反演高频分量主要来源于初始阻抗模型,多解性强;地质统计学反演随机性较强,对井位分布要求较高。地震波形指示反演是贝叶斯判别理论n5。171和马尔科夫链蒙特卡洛8191抽样算法实现的一种反演方法。在贝叶斯理论框架下,通过给定地质认识、测井解释等建立先验解空间,建立建议分布与先验解空间之间的关系,实现先验解空间的有效采样,采用MetropolisHastings抽样算法对后验概率分布抽样,选取目标函数最大值时的解作为可行随机实现,求取多次可行实现均值作为期望输出。该反演结果在纵向上分辨率得到提高,同时在横向上对储集体边界精细刻画。1反演方法原理11 目标函数建
14、立根据贝叶斯条件概率定义,事件的后验概率公式为:如2帮2嚣嚣恭oc P(m)p(n m) (1)式中:m模型参数,对应的先验分布为P(m),先验分布P(m)与观察数据z无关,主要由测井资料得到;n与待求模型参数m有关的观测样本;P(n,m)m和n的联合分布;P(n)n发生的概率;P(nIm)似然函数,表示在模型参数m下的条件概率;P(m n)在观察数据n下模型的后验概率。一般由声波曲线所计算的波阻抗曲线是由两部分组成:Y=z+ (2)式中:),由声波计算得到的波阻抗值,gcm一ms;z待求解的地下各地层的实际波阻抗值;N背景噪音,一般情况下,假设背景噪音N服从高斯分布心0I,其均值为0。由于(
15、zz。)2与一样均符合高斯分布,则目标函数可以表示为:Jl(z):业i出 (3)式中:z,波阻抗z的期望值,邻主要通过选取的样本井的波阻抗曲线求得;盯均方差。波阻抗反演过程就是通过公式(3)研究z为何值时从而使,。达到最小。波阻抗反演存在不稳定性和多解性,使用一种方法很难获得较理想解;同时由于地震资料带限宽度的限制,只能提供波阻抗反演的中频成分,而高频和低频成分则主要通过测井数据、地质信息获得心1I,因此可以用贝叶斯推理把反演问题与观测数据信息、模型信息以及先验信息联系起来,引入先验信息对其进行约束,从而获得较稳定的反演解心2。在贝叶斯理论下,具有先验信息条件时,经过贝叶斯推理,得到待反演模型
16、参数的目标函数为:J(z)=J。(z)+A 2厶(z) (4)式中:z波阻抗,gcm一ms。厶(z)势函数的和,是与先验信息如测井资料、地质信息等有关的函数。J。(三)与某些后验信息有关的函数。常数A为平滑参数,用于协调,。(彳)和,:(z)之间相互影响。公式(4)进一步改写为:J(z):业暑止+粕乜)万方数据824 石油与天然气地质 第38卷+A2咖(D:(z)届) (5)C式中:西势函数;A正规参数,一种平滑参数;6正规参数,一种刻度参数,调节不连续处调节梯度值。先验项西。(z)中的k可取1,2,3。当k=1时表示先验项求和是在目标点最邻近的水平和垂直方向所有区域进行。k=2,3时表示在平
17、面或二次曲面上对邻近点之间的梯度矢量和Hsssian矩阵求和。2川。公式(4)由两部分组成,第一部分是关于测量模型和数据之间的某种一致性,当其值达到最小时,一致性会变得很好,但解稳定性变差;第二部分是关于解“光滑性”的测量标准,当其值取最小时,获得的近似解较稳定。12 MCMC方法和Metropolis-Hastings抽样准则MCMC方法是在贝叶斯框架下,用已有资料进行约束,既可使最优解满足参数的统计特性,同时融入了先验信息,解的精度得到提高旧3I。由于反演问题的非线性性,后验分布常常没有显式的表达式,因此,引入MCMC方法对后验概率分布进行采样,从而获得参数的估计值。其基本思想是:通过构建
18、一个平稳分布为7r(x)的马尔科夫链来获得7r(x)的样本,被估计的模型参数值是链的状态空间,被估计的后验分布为链的贝叶斯后验分布。利用马尔科夫链蒙特卡罗(MCMC)方法对贝叶斯理论下的后验概率分布进行随机抽样,反演问题希望得到的是所估参数的后验概率分布,因此各个参数的马尔科夫链应收敛于所估计参数的后验概率分布旧4I。设M为某一空间,n为产生的总样本数,m为马尔科夫链达到平稳时的样本数,则MCMC的思路为2 5I:(1)构建一条Markov链,使其收敛至平稳分布仃(石),常用的构造转移核的是Gibbs抽样和MetropolisHastings抽样;(2)产生样本,由M中的某一点戈出发,用(1)
19、中的Markov链进行抽样模拟,产生点序列咒l,一,戈。;(3)蒙特卡罗积分。任一函数八石)的期望估计为1“科八戈)=二:八石)(6)|Lnt;i+I式中:n总样本数;m马尔科夫链达到平稳时的样本数。MetropolisHastings抽样的基本思路。1引是:选择一转移函数q(x;xi。1)和初始值算叭,若第i次迭代开始时的参数值为戈“。1,则第i次迭代过程为:(1)从q(x;戈“一)中抽取一个备选值戈;(2)计算接受概率刊n君篆b)(3)以概率Ot(戈。1,z 7),置戈)-戈7,以概率1一d(戈H,戈),置戈i=戈H;(4)重复(1)一(3)步t次,则可以得到后验样本戈,石扪,戈扪,石。从
20、而可计算后验分布的各阶矩以进行统计推理。三维地震资料是分布密集的空间结构化数据,地震波形的横向变化反映不同沉积环境和岩性组合在空间上的变化规律。因此地震波形指示反演是在沉积学基本原理的基础上,利用地震波形相似性优选相关井样本,参照样本空间分布距离和曲线分布特征建立初始阻抗模型。同时通过对同一相带内声波阻抗曲线的分析,提出了“相截频率”,进一步拓宽频带分布,统计样本井纵波阻抗建立先验概率函数。将初始模型与地震波阻抗体进行匹配滤波,求得似然函数,对样本进行多尺度分解,逐步滤除高频成分;最后基于贝叶斯理论,联合似然分布与先验分布得到后验概率分布,并将其作为目标函数;基于波形指示优选的样本在空间上具有
21、较好的相关性,采用Metropolis-Hastings抽样算法对后验概率分布抽样,选取目标函数最大值时的解作为可行随机实现,求取多次可行实现的均值作为期望输出。因此该反演方法在高频成分确定过程中充分利用了地震波形的横向变化特征,在提高垂向分辨率的同时,随机性减小。2应用实例21地质概况塔河油田位于塔里木盆地北部沙雅隆起中段的阿克库勒凸起西南端。2 6I,先后经历了加里东、海西、印支一燕山和喜马拉雅期构造升降运动,遭受多期剥蚀及岩溶作用。塔里木盆地奥陶系主要为一套台地相碳酸盐岩沉积,发育有下奥陶统蓬莱坝组、中一下奥陶统鹰山组、中奥陶统一间房组,上奥陶统切尔巴克组、良里塔格组、桑塔木组,主要目的
22、层为中、下奥陶统的鹰山组和一间房组。鹰山组主要岩性为褐灰色泥微晶灰岩、白云质灰岩和灰质白云岩;一间房组主要岩性为灰色砂屑灰岩、生物灰岩和泥微晶灰岩等。加里东期和万方数据第4期 韩长城,等基于地震波形指示的碳酸盐岩储集体反演方法海西期发生两期重要的构造运动,加里东中期第1幕构造运动形成了一间房组顶面平行不整合面,主要发生大气淡水溶蚀作用;加里东中期幕构造运动,在良里塔格组与上覆桑塔木组形成角度不整合面,遭受强烈剥蚀;晚奥陶世末期,发生加里东中期幕,构造抬升,中、上奥陶统遭受剥蚀;海西早期构造运动幅度较大,抬升剥蚀较剧烈,形成大型不整合面,岩溶作用较强烈(图1)。22储集体类型及特征通过对研究区1
23、3口井的岩心、薄片与录井等资料的观察分析,塔河油田奥陶系岩溶储层储集空间类型多样,主要包括孔隙、裂缝和大型溶洞。根据它们的组合关系不同,储集体类型主要有溶蚀洞穴型、裂缝一孑L洞型和裂缝型3类4。溶蚀洞穴型储集体的储集空间多为未充填或半充填的大型洞穴系统。岩溶垮塌充填的沉积物中可见分选较差,棱角一次棱角状的灰岩角砾(图2a)。钻井过程中发生井漏和放空漏失,声波时差呈现明显“U”型高值,密度显著降低,中子孑L隙度增大,电阻率曲线明显降低,深浅电阻率出现正幅值差,在泥质充填处自然伽马值升高,在地震剖面上表现为强的“串珠”状反射。裂缝一孑L洞型储集体储集空间多为裂缝和溶蚀孔洞,孔洞多为沿先期裂缝、微裂
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 地震 波形 指示 碳酸盐 集体 反演 方法 塔河 油田 下奥陶统 长城
限制150内