提出了基于压缩感知的非规则观测系统优化设计和地震数据重建方法。基于贪心序贯策略,利用逐个选取采样点位置的方法来降低感知矩阵的最大互相关值,从而完成非规则观测系统的优化;利用L0正则化和L1正则化混合迭代的方法求解欠定采样矩阵,重建地震记录,获得良好的效果。进行了TFT工区实际观测系统的设计,鉴于接收电缆长度的限制,添加最大道间距和最小道间距作为观测系统设计过程中的约束,得到了符合实际勘探要求的非规则观测系统的优化设计。该方法为三维高密度地震勘探的大规模开展提供了有效的方案。
为了提高羌塘盆地地震资料采集质量,早日实现该地区油气地球物理勘探突破,2015年在北羌塘坳陷、中央隆起带和南羌塘坳陷分别进行了常规可控震源、低频可控震源、大吨位可控震源、炸药震源激发试验及高密度、高覆盖宽线采集试验,取得以下认识:①最佳激发因素。常规可控震源振动台次为3台1次,驱动幅度为70%,扫描频率为6.0~84.0 Hz,扫描长度为18 s;低频可控震源振动台次为2台1次,驱动幅度为60%,扫描频率为1.5~84.0 Hz,扫描长度为16 s;大吨位可控震源振动台次为2台1次,驱动幅度为70%,扫描频率为6.0~84.0 Hz,扫描长度为16 s。炸药震源为单井高速层下7 m激发,最浅井深18 m,药量18 kg;组合激发方式为2口井×15 m×12 kg或3口井×12 m×8 kg。②尽管可控震源单炮的能量、信噪比、频谱及子波一致性与炸药震源相比并不占优,但可控震源激发在高密度高覆盖采集条件下仍能获得等同于或明显优于井炮激发质量的地震资料。③基于“环保、安全、经济、高效”考虑,羌塘盆地宜采用可控震源和井炮联合的高密度、高覆盖宽线采集方案,可控震源最佳观测系统为3L3S或2L3S,覆盖次数960次以上;井炮震源最佳观测系统为2L3S或3L2S,覆盖次数为300~360次。
完全匹配层(PML)吸收边界条件已广泛应用于地震波场模拟中,但PML吸收边界条件存在一些问题,如对低频和地震波为掠射波时会产生虚假反射等。褶积完全匹配层(CPML)吸收边界条件能够有效地解决PML吸收边界条件存在的问题。推导了带有CPML条件的一阶速度-应力波动方程,并且在方程中引入记忆变量代替复杂褶积项的运算,将CPML与交错网格有限差分算法相结合,发挥了该边界条件节省计算存储空间、易于编程实现等优点。数值模拟结果表明,在不增加计算量的情况下,CPML吸收边界条件有效地提高了波场模拟精度。
随着测井技术的发展,各大油田采集和存储的测井数据量呈井喷式增长,并存在大量冗余和噪声,在进行油气层识别前必须对测井数据进行压缩和去噪等预处理。低秩矩阵恢复(Low-Rank Matrix Recovery,LRMR)理论将压缩感知(Compressed Sensing,CS)中向量样例的稀疏表示推广到矩阵的低秩情形,从较大但稀疏的误差中恢复出本质上低秩的数据矩阵,可更好地保持数据结构,提高去噪效果。因此将低秩矩阵恢复理论中的去噪方法应用于石油测井中,实现对测井数据的去噪处理。对比研究了加速近端梯度算法(Accelerate Proximal Gradient,APG)、精确增广拉格朗日乘子(Exact Augmented Lagrange Multipliers,EALM)法和非精确增广拉格朗日乘子法(Inexact Augmented Lagrange Multipliers,IALM)在测井数据中的去噪效果,对去噪前后的测井数据分别采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)和相关向量机(Relevance Vector Machine,RVM)进行油气层识别,结果表明,与不去噪情况相比,利用三种算法进行去噪处理后油气层识别精度都有了显著提升。通过参数优化减少迭代次数,可使得IALM算法在运算时间上优于EALM算法和APG算法,明显提高了运算效率。
波阻抗是地震数据岩性处理解释中的重要参数。提出了一种基于反射波动方程的叠前地震反射数据深度域波阻抗相对变化成像方法。从变密度的声波方程出发,首先利用高频近似,推导出基于波阻抗相对变化的一次反射波场的线性传播方程,然后基于该传播方程,利用线性反演理论推导出获得深度域波阻抗相对变化近似估计的成像公式。受反射地震数据频带范围的限制和波形线性反演问题近似求解成像方法的限制,该波阻抗相对变化成像方法所获得的成像结果的保真性和分辨率会存在不足,但其计算量与逆时偏移的计算量基本相当。合成数据的模型试验结果验证了波阻抗相对变化成像方法的有效性。
针对微地震信号具有随机性、非平稳性与时频耦合的特点以及经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的模态混叠问题,提出了基于经验模态分解互信息熵与同步压缩变换(Synchrosqueezing Transform,SST)的微地震信号去噪方法。首先对微地震信号进行经验模态分解,获得从高频到低频排列的固有模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)分量;然后求取相邻固有模态函数分量之间的互信息熵,从而辨识出高频与低频部分的分界;最后利用同步压缩变换提取高频部分的有效信号,将其与低频部分重构,实现微地震信号的有效去噪。利用不同噪声强度的理论模型和实际资料,对本文方法与直接舍弃高频成分的去噪方法进行了对比,结果表明,本文方法能够很好地去除微地震信号中的混叠噪声,并将有效信号从噪声中提取出来,提高了资料的信噪比。
基于接收阵列的时域地震波束形成方法在处理低信噪比地震记录时,因叠加记录数量过大,导致有效波束宽度不能覆盖全部接收排列,波束宽度外的信号产生畸变。而且,当地震记录中相干噪声和随机噪声很强时,该方法压制噪声不均匀,降噪效果不佳。为此,针对相干噪声和随机噪声强、目标信号弱的地震记录,提出了一种基于奇异值分解的角度域地震波束形成方法。该方法根据地震记录中噪声与信号之间的相干性差异,利用角度域地震波束形成方法增强整个反射信号的能量和相干性,利用奇异值分解方法压制相干噪声和随机噪声,从降噪和增强有效信号的双重处理上,较大程度地提高地震记录的信噪比。仿真实验和实测信号分析结果表明,该方法不仅能增强有效信号,还能进一步压制记录中相干噪声和随机噪声,明显提高了地震记录的信噪比。
地震资料中有效反射信号具有丰富的纹理及边缘特性,在Contourlet变换域系数较大并具有相关性,而随机噪声均匀分布于Contourlet变换域且系数较小。考虑K-L变换具有分类特征提取的优势,在Contourlet变换基础上应用K-L变换,采用最大似然估计法和多尺度噪声估计法估算地震记录中有效信号及随机噪声的Contourlet系数方差,并将其应用到K-L变换域能量百分比阈值函数的定义中,自适应地确定用于K-L反变换的特征向量,修改Contourlet变换的系数,再进行Contourlet反变换压制随机噪声。数值模拟及实际地震资料去噪效果表明,基于Contourlet变换的K-L变换去噪方法不仅可以有效地压制地震资料中的随机噪声,提高地震资料信噪比,而且具有较好的保真性。
高质量的地震剖面对碳酸盐岩缝洞储层的流体识别、储量预测具有重要作用,因此对叠后地震数据进行去噪处理很有必要。为此,分析研究了基于稀疏约束反演谱分解的去噪方法在碳酸盐岩缝洞储层叠后地震数据中的应用效果。首先介绍了该方法的基本原理,然后分别将该方法用于数值模拟数据、物理模拟数据以及实际地震数据的处理,并分析去噪效果。在数值模拟测试中,将该方法与小波阈值去噪法的处理结果进行了比较,表明该方法具有较好的去噪性能和保幅性。物理模拟测试以及实际资料的处理结果均表明,该方法可以较好的压制碳酸盐岩缝洞储层叠后地震数据中的随机噪声和偏移噪声,使地震剖面中碳酸盐岩孔洞的弱反射特征得到突显,提高了地震数据处理成果的质量,为后续的定量解释奠定了良好的基础。
提出了一种联合结构张量与运动学反偏移的立体层析数据空间提取与反演策略。首先在数据域搜索得到初始数据空间,可获得初始反演结果与初始成像数据体,然后基于初始成像数据体内的共偏移距成像剖面人工拾取出比较可靠的数据点位置,在这些位置搜索构造倾角与剩余曲率,最后利用运动学反偏移将上述成像域运动学信息反偏移到数据空间并实施校正,获得更为可靠与均匀的立体层析数据空间。无论是第一步的数据域搜索还是第二步的成像域搜索都是基于高效率、高精度的结构张量算法的实现,可认为是一种联合结构张量与运动学反偏移的两步法立体层析数据空间提取与反演策略。同时还探讨了当射线参数水平分量信息引入层析反演的数据空间后,实施反演算法的各种可能性。理论数据证实了上述策略的可靠性,为后续的实践奠定了理论基础。
高斯束层析介于射线类层析和波动方程类层析之间,兼具了计算效率高和过程稳定的优势,是速度建模的一种重要手段。但是,常规高斯束层析灵敏度矩阵建立在射线的基础上,不能遍历整个模型,求解过程不收敛。为此,建立了高斯束层析反演的完整流程,给出了高斯束层析灵敏核函数的构建方法,并且为了使层析反演过程趋于稳定且快速收敛,提出了将地质构造反射界面的倾角场和反射点的位置信息融入高斯光滑矩阵对高斯束层析矩阵进行正则化的方法。理论模型和实际地震资料测试结果验证了方法的可行性和有效性。
探讨了潜水波胖射线走时层析速度反演的方法原理、处理流程以及关键步骤、关键参数和影响因素,给出了基于该技术建立深度偏移初始速度模型的方法。潜水波胖射线走时层析速度反演技术针对既定的观测系统,通过拓宽射线路径,降低了层析反演矩阵的稀疏性,提高了速度模型反演的稳定性,较常规折射波层析反演获得的近地表速度模型深度更大,将其与深层速度模型进行合理拼接,可以为深度偏移提供更为准确的初始速度模型。实际资料处理结果表明:采用该方法建立初始速度模型,可以明显改善深度偏移成像品质,消除浅层速度剧烈变化引起的构造假象,提高地震剖面的信噪比,降低井震误差。
针对现有核磁共振测井渗透率模型对孔隙结构复杂的致密砂岩储层预测精度不高的问题,在分析误差反向传播神经网络的缺陷后,提出了一种利用集成正则化改进神经网络(BPNN)算法与核磁共振T2全谱预测致密砂岩储层渗透率的方法。该方法采用自构形算法自动确定隐层神经元的个数,采用自适应雨林优化算法避免BP神经网络迭代陷入局部极小值,利用L2正则化算子保证算法的稳定性,采用Adaboost集成算法串联若干BP神经网络以提高模型泛化能力。提取某区致密砂岩储层192块岩样的核磁共振T2全谱数据进行建模,并应用于非建模井的渗透率评价,认为基于集成正则化改进BPNN算法评价储层渗透率精度较高,均方误差仅有0.286。
应用水平井H1,H2和H3的微地震、压裂及地震数据综合分析了四川盆地W地区下志留统龙马溪组页岩储层特征。由微地震监测数据分析可知,H1井的压裂主要以激活先期天然裂缝为主,H2井的压裂以形成人工压裂裂缝网络为主,H3井的压裂则以激活先期天然裂缝和人工压裂裂缝网络共同出现为主。分析了有无天然裂缝以及天然裂缝与井筒不同产状关系情况下不同的压裂效果,进而评价了3口水平井的压裂效果,H2井压裂效果最好,H3井次之,H1井较差。最后,利用神经网络技术建立了页岩四大主控因素(总含气量、孔隙度、脆性指数和裂缝密度)地质模型,获得页岩产能数据并将其与具有生产测井数据的H1水平井进行了对比,结合微地震压裂数据对H2井、H3井产能进行了预测,预测结果为H2井产能是H3井的2倍,实际生产测试为2.3倍,吻合性好,页岩产能剖面优化了水平井部署、井轨迹设计、压裂方案参数以及更好的完井设计。
元坝长兴组生物礁相储层平面相变快、纵向上多期次叠加,各礁带内小礁体连通性复杂。在实际开发生产中，生物礁体或礁群之间的连通性研究为井位调整优化、井轨迹设计和减少遇水的风险提供了重要依据。目前研究储层静态连通性主要是利用地质综合研究方法或井间地震技术。将频谱成像技术应用于储层静态连通性的研究中,初步形成了一套基于频谱成像技术判定生物礁体或礁群连通性的方法。首先分析井位处生物礁储层与非储层的频谱差异性,然后用这种差异性来指导区域横向上的频谱差异性,进而判定礁体或礁群之间的连通性。利用该方法研究了元坝长兴组各生物礁带的连通性,所取得的认识已初步应用于元坝长兴组气藏开发中,新部署的开发井成功避水,并获得了高产。
介绍了基于C++和Fortran混合编程,通过动态链接库(DLL)集成的大地电磁处理解释系统(MTI)。概要介绍了该系统的设计思想,动态链接库的实现、内存优化和多线程工作模式以及软件的四大功能模块,包括了从数据管理、分析、处理到反演解释的整个流程,基本涵盖了目前常用的大地电磁处理解释方法,功能全面,集成度高。模型数据和实测资料的应用结果验证了该系统对于复杂地质构造解释的有效性,体现了多算法分析解释的优越性。
提出了一种二维直流电阻率倾斜各向异性自适应有限元数值模拟算法,利用对偶加权后验误差估计因子指导网格自动细化过程,并在易于模拟起伏地形和倾斜界面等复杂构造的非结构三角网格上实现了这种算法。模拟了水平两层电阻率倾斜各向异性模型的直流视电阻率,并将其与解析解以及电阻率各向同性模型的直流视电阻率进行了比较,结果表明,除了电源点附近测点的有限元数值解误差较大外,其它测点处相对误差都在1%以内,且电阻率各向异性对视电阻率曲线的峰值和形态都有明显影响。二维电流密度矢量图能够很好地解释视电阻率曲线峰值和形态随电阻率各向异性倾角变化而变化的现象。
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