裂缝密度、发育方位和充填物类型等裂缝参数的预测在很多工程领域起到非常重要的作用。在油气勘探方面,裂缝参数预测方法众多,其中基于纵波属性随入射角和方位角变化(五维地震)的裂缝预测技术具有预测范围广、分辨率高等优势,近年来受到越来越多的关注。在第一部分(Ⅰ)综述了裂缝储层等效各向异性岩石物理理论研究现状与进展的基础上,第二部分(Ⅱ)从椭圆拟合分析和基于等效各向异性岩石物理理论的裂缝参数预测两个方面,综述了具有不同复杂程度的裂缝储层五维地震预测方法研究现状。第一个方面概要介绍了AVO梯度椭圆拟合和杨氏模量椭圆拟合两种方法,AVO梯度椭圆拟合较杨氏模量椭圆拟合操作更简单,但杨氏模量椭圆拟合较AVO梯度椭圆拟合预测结果更稳定。第二个方面根据采用的岩石物理理论差异,从三个角度分别总结了当前国内外裂缝密度、裂缝方位和流体分布的五维地震预测技术研究现状。在此基础上,给出西南某页岩气工区裂缝参数预测实例。随着勘探目标预测难度的不断增大,未来应关注更稳定的模型参数化、正演算子和反演算法构建方法及复杂地层中模型参数的解耦策略研究,以提高裂缝参数预测精度,同时强各向异性介质反演理论也是未来的探索方向。
三维地震构造解释与建模是油气勘探开发的关键步骤之一,随着三维地震数据体的规模不断增大,大量依赖于人工的传统方法在效率、精度和分辨率方面均难以满足生产需求;同时,随着计算机软硬件技术的发展,基于计算机辅助的自动化三维地震构造解释与建模是必然趋势,并且近10年来该领域取得了较大进展。介绍并讨论了一整套全自动三维地震构造解释与建模的计算机实现技术流程及其在多个实际数据中的成功应用案例。该流程主要包括:①三维地震断层检测、断层面构建、断距场估计和断层恢复等一系列断层解释功能的实现;②盐丘、火成岩和溶洞等各类地质体的识别与三维建模;③不整合面、层序界面检测与提取;④基于断层、地质体和不整合面等边界信息约束的层位体解释和Wheeler体构建;⑤融合所有构造和层位解释结果的构造建模和井震联合物性参数建模。对相关方法技术进行了综述,并将其与相应的实际地震数据应用情况相结合展开讨论,以呈现整个自动化地震构造解释与建模过程中所面临的计算机技术问题及其实现情况。其中,断层检测、地质体识别和层位提取等问题得到了较好的自动化实现,而断层面组合、构造恢复、精细层序解释和构造建模等方面依然高度依赖人工参与。深度学习方法对所有这些任务的自动化实现均具有较好的应用前景,但目前仍需要更好地解决训练样本缺乏的问题以及如何合理引入地质、物理先验信息约束等方面的问题。同时,由于缺乏对结果的合理评价、质控和使用的友好度,自动化方法可能会面临在实际场景应用中未被合理使用或获得不合理结果的风险。但是,在自动化智能化发展的大背景驱使下,计算构造解释与建模的发展前景令人期待。
层间多次波的存在严重影响地震资料品质,造成合成地震记录与实际资料不匹配,对油气勘探开发造成许多负面影响。由于层间多次波来自表层以下的反射位置,因而与一次波差异小,且多源叠加造成多次波周期性特征复杂,目前还没有非常有效的压制方法可以借鉴。针对层间多次波“识别难,压制难”问题,在广泛技术调研的基础上,改变思路,提出了一种处理解释一体化的层间多次波识别与压制技术方案,以四川盆地高石梯—磨溪地区灯影组为例,介绍其实际应用效果。首先,研发了基于反射率法的多次波正演模拟技术,通过含与不含多次波正演模拟结果与实际资料对比分析,结合其它多种手段论证了高石梯—磨溪地区井震不匹配主要是由层间多次波造成的,并得到VSP资料的验证。其次,利用剥层法多次波正演模拟与周期性分析,明确了灯影组层间多次波主要来源于其上覆4组速度反转层。其后,在层间多次波模拟与来源层位指导下,通过多次波压制试验优选技术,建立了偏移前、偏移后和叠后分步组合迭代的多次波压制技术流程,并通过层控剩余速度分析与叠加速度优化,以及层控Radon变换解决了层间多次波与一次波速度差异小的瓶颈问题。最后,基于速度谱上速度展度,研发了多次波发育强度平面预测技术,形成了点、线、面完整的多次波压制处理质控技术,保障了在压制多次波的同时不伤及有效波。该技术方案在高石梯—磨溪地区已经得到规模化应用,落实了超深层地层结构,取得了显著地质效果;在GS1井区应用中提高了井震匹配程度,储层预测符合率提高了20%以上;在GS19井区应用中首次在灯影组内幕发现了大量弱“串珠”反射,它们是未来重要的资源接替区;在高石梯东地区应用中消除了台缘带假像,降低了井位部署风险。
相比于传统匹配相减方法,模式学习方法将多次波衰减分成多次波模式学习和自适应相减的两个独立过程,因而能够更好地保护一次波。然而,由于多次褶积的影响,预测多次波模型存在相位、频带、振幅误差。为了在不损伤一次波的基础上,尽可能减少多次波残留,提出了基于伪地震数据的模式学习方法。利用预测地震道,得到其Hilbert变换道以及预测道和Hilbert变换道的一阶导数,作为伪地震数据的4个分量,补充预测多次波模型中相位和高频信息。模式学习阶段利用主成分分析法分别学习伪地震数据4个分量的多次波字典矩阵,然后按列拼接得到联合字典矩阵;自适应相减阶段基于学习到的联合字典矩阵,利用裂步Bregman算法从原始地震数据中重构多次波,实现一次波和多次波的分离。模拟数据和实际资料处理结果表明,该方法在保护一次波的同时,能有效压制多次波,模型数据的一次波信噪比提升了1dB。
实际陆上地震数据中存在严重的层间多次波,利用数值正演模拟方法可以帮助理解层间多次波的生成机理。常用的全波场数值模拟方法无法将一次反射波和层间多次波单独分离,缺乏灵活性。为此提出了一种新的层间多次波数值模拟方法,该方法基于反射率模型,将地震波传播过程与多次波分阶过程单独分开,通过循环递归方式灵活地实现不同阶次的层间多次波模拟,采用傅里叶有限差分法进行波场延拓以提高地震波的横向传播精度,同时在不同维度的模型中实现层间多次波高精度数值模拟。数值实例表明,层间多次波分阶模拟可以有效地分离不同阶次的层间多次波,记录到的总地震波场数据是各阶层间多次波的组合(一阶反射波认为是0阶多次波)。新的层间多次波数值模拟方法还可以帮助识别和预测深部储层上覆地层产生的层间多次波,指导速度分析,提高储层解释的精度。
抛物线Radon变换是地震数据多次波压制的常用算法。三维Radon变换考虑了地震波场的三维传播特性,可更精确地描述波场的传播特征,能取得更好的效果。但受离散采样和有限采集孔径的影响,传统最小二乘三维Radon变换存在着分辨率低的问题,影响一次波和多次波的分离。为此,对多次波压制中的几种高分辨率抛物线Radon变换算法进行了对比分析研究。首先详细介绍了三维Radon变换的最小二乘算法,之后分别给出了迭代重加权、低频约束以及迭代阈值收缩三种高分辨率Radon变换算法,并用模拟数据测试了每种算法的计算效果、计算效率,分析了各算法的抗噪性能及对小剩余时差多次波的压制能力。结果表明,频率域高分辨率算法只能提高变换域横向分辨率,时间频率混合域算法可以同时提高横向和纵向分辨率;各高分辨率算法均具有较好的抗噪能力,且低频约束高分辨率算法在小剩余时差多次波压制方面效果最佳。
地震数据的智能化处理可以降低人工成本,减少对未知先验信息的依赖,提升数据处理效率。在地震勘探数据中多次波通常被视作噪声,需要基于一定的数学物理模型对其进行压制或分离。研究利用与多次波全局时空高度相关的自注意力卷积自编码器神经网络压制多次波,可以避免实际计算中的超参数选取,大幅提高计算效率。其中,自注意力机制可以提升网络性能。将实测地震数据成像道集作为神经网络输入,使用商业软件将多次波压制后的结果作为标签数据,利用10%的工区地震数据训练神经网络以及90%的工区地震数据测试神经网络。神经网络测试的输出结果与标签数据的残差均值为0.0014,两者差距极小,说明使用该神经网络压制多次波的结果是正确的。与传统方法相比,基于自注意力机制的卷积自编码器多次波压制方法只需人工处理小样本量数据,再进行神经网络训练便可处理工区的大体量地震数据,为实际地震数据的多次波压制提供了一种有效且高效率的智能化处理方法。
自适应相减是预测减去法压制多次波的重要环节。基于匹配滤波器的多次波自适应相减方法通常采用逐个数据窗口进行匹配来估计滤波器。逐个大数据窗口求解长滤波器进行多次波自适应相减会导致较低的计算效率,另一方面在复杂地质构造中,逐个小窗口匹配估计的短滤波器不足以表征预测多次波与真实多次波之间的复杂差异。为进一步有效均衡一次波保护和多次波压制并且提高计算效率,引入多个窗口联合优化来求解滤波器,同时利用多个小窗口的预测多次波信息来匹配原始数据。引入快速迭代收缩阈值算法(FISTA)求解多个小窗口估计一次波的L1范数最小化约束问题,从而有效分离一次波与多次波。模型数据和实际数据处理结果表明,与传统的逐个大数据窗口进行多次波自适应相减的方法相比,基于多窗口联合优化的多次波自适应相减方法在保持计算精度的同时提高了计算效率;与传统的逐个小数据窗口进行多次波自适应相减的方法相比,基于多窗口联合优化的多次波自适应相减方法可以更有效地平衡多次波去除和一次波保护。
浅水区表面多次波的压制问题一直是业界难题,确定性水层多次波压制(DWD)+表面相关多次波压制(SRME)是近年来工业界应用较有效的方法之一,将该方法应用于南海西部某浅水工区表面多次波压制时发现存在两个问题:①由于一次水底反射与折射波混叠,DWD外推算子应用于数据时,一阶的强能量水底反射多次波难以有效预测;②DWD+SRME组合压制后道集中依然存在残留的多次波。为此,改进了噪声压制技术流程:在DWD环节引入正演的一次水底反射,利用波场外推算子模拟一阶水底全程多次波;然后将该模型与初始DWD模型进行能量匹配后相加,得到含有一阶水底多次反射波的DWD模型,与原始数据进行自适应匹配相减后,在SRME的自褶积环节,将改进的DWD处理后的数据与原始数据褶积,以提高振幅预测精度;最后将DWD多次波预测模型以及SRME预测出的多次波模型同时进行自适应相减进一步提高多次波压制效果。将改进的流程应用于南海西部浅水工区的地震资料处理,结果表明,叠加剖面中的一阶海底多次波得到了明显压制,多次波在炮域和共偏移距域道集上的相干相长现象也得到了明显缓解。
塔里木盆地巴麦地区的地震资料受复杂地震地质条件的影响,层间多次波广泛发育,识别和压制难度大,导致奥陶系碳酸盐岩断控缝洞型储层成像不准确,制约了该地区油气勘探部署。通过模型正演及邻区VSP波组特征标定分析,明确了层间多次波产生的必要条件、发育特征及对有效反射信号的影响,并有效识别出二叠系火成岩巴楚组标准灰岩、二叠系不整合面小海子组灰岩等多套产生层间多次波的“源镜”组合,形成了“两步法”层间多次波叠后压制技术:首先利用多次波分布规律,采用匹配追踪法压制层间多次波;然后基于剖面频率特征,利用优势频率信息提取技术,压制高频层间多次波并增强资料信噪比。研究区实际资料处理结果表明,该方法能够有效压制奥陶系内幕层间多次波,提升目的层断控碳酸盐岩缝洞型储层成像质量。
时移地震可以指导进入开发中后期的油气田进行二次开发和调整挖潜,以提高油气田采收率,增加经济效益。但是,时移地震监测结果的不确定性和高投入使监测采集具有高风险性。因此,在油气田实施时移地震监测采集前,须对其采集时机可行性进行系统分析和评价。以南海L气田为例,基于油藏数值模拟结果,利用岩石物理模型将气藏开发过程中的流体及孔隙压力变化转换成声学参数变化,并通过地震正演模拟得到气藏开发过程中各个时间点的理论合成地震响应。从气藏动态数据递减趋势规律分析、时移地震响应变化规律分析以及信噪比影响分析3个方面对L气田时移地震采集时机可行性问题进行了研究。结果表明,L气田最佳的时移地震采集时机应在2022年前后。研究结果为指导L气田进行更有效的时移地震采集提供了重要依据。
传统的块匹配三维协同滤波方法在数字信号去噪中虽然取得较好的应用效果,但其块匹配及分组结果易受块间能量差异影响,参数选取效率不高且去噪效果有待进一步提升,为此,提出一种基于分块能量归一的块匹配三维协同滤波方法,该方法主要包括以下2步:①先对分块数据在二维变换(先在行(列)方向进行一维变换,再在列(行)方向进行一维变换)域进行软/硬阈值滤波和分块能量归一处理;②进行二维变换域块匹配及分组、块顺序方向一维变换(即分块数据的三维变换)和三维变换域软/硬阈值滤波、分块数据三维反变换和保持分块数据能量关系的块聚集。理论分析、模型数据试验和实际数据应用结果表明,该方法能消除块间能量差异的影响,提升相似块匹配精度和计算效率,最终提升去噪效果,可被广泛用于去噪处理。
山前带地区地表起伏剧烈、地下构造复杂。当地表速度横向变化剧烈或地表高程变化很大时,基于高程静校正的常规偏移成像方法难以消除起伏地形对偏移的影响。针对山前带高陡构造的成像,提出了一种曲坐标系下起伏地表棱柱波逆时偏移成像方法。将棱柱波逆时偏移成像方法引入曲坐标系下的声波方程中,推导出曲坐标系棱柱波逆时偏移方程,利用棱柱波提高山前带高陡构造的成像精度,并采用贴体网格剖分技术及坐标变换技术,在曲坐标系下进行偏移计算。简单起伏地表凹陷模型和起伏地表火山岩模型试算结果表明,坐标变换后的起伏地表被映射为水平地表,曲坐标系下起伏地表棱柱波逆时偏移成像方法克服了起伏地表对成像的影响,得到了准确的山前带高陡构造成像结果。
裂缝型储层是目前油气勘探开发的重要领域之一,有效压力预测在此类油气藏的开发中发挥着重要作用。有效压力可由有效压力参数计算得到,具有丰富方位及偏移距等信息的五维地震数据为裂缝型储层有效压力参数预测提供了基础资料。基于各向异性Gassmann方程和线性滑动理论,结合Smith有效压力参数函数和临界孔隙度模型,推导出由有效压力参数、流体体积模量和裂缝法向及切向裂缝弱度参数直接表征的正交各向异性(OA)介质纵波反射系数弱各向异性近似方程。在此基础上,提出了五维地震时频域分步反演方法,即在分步反演策略的基础上,综合利用时间域地震反演的抗噪性和频率域反演的高分辨率优势,提高预测精度。基于五维地震频率和振幅信息及岩石、测井和地质资料,实现了裂缝型储层有效压力参数及流体参数和裂缝法向及切向裂缝弱度参数的直接预测。模型测试和实际数据应用结果表明,反演结果与井上实际数值吻合程度较高,为裂缝型储层五维地震有效压力预测提供了一种可靠的方法。
顺北地区超深层断控储集体沿下古生界北东、北西走向单剪走滑断裂展布,主要储集空间为与走滑断裂相关的洞穴、构造高角度缝和沿缝溶蚀孔洞,埋藏深(大于7000m)、非均质性强。断控储集体空间位置的准确刻画、储集体内部的物性和流体性质的精确预测,是断控储集体油气藏勘探开发的重点和难点。首先利用测井解释成果,将测井曲线分类为储层相和致密相,然后根据叠后地震敏感属性分析结果提取井旁储层敏感地震属性,在井位处对敏感属性和岩相分类结果进行标定,制作标签。利用贝叶斯分类算法,建立断控储集体储层敏感属性的岩相概率分类量版,将多个地震敏感属性体转化为储层相概率体,并以概率的方式表征其空间展布特征。最后在储层相的控制下,根据岩石物理分析得到的认识,结合叠前同步反演结果预测出断控储集体储层物性和流体性质敏感数据体。研究结果表明,地震几何属性要比地震动力学和运动学属性更准确可靠地刻画断控储集体,多属性融合概率表征有助于储层的量化研究,形成了一套适用于顺北地区断控储集体精细描述的技术流程。
孔隙结构是影响碳酸盐岩储层渗透率的重要因素之一。孔隙结构对地震响应特征的影响主要体现在岩石骨架模型中。从岩石骨架模型中推导出的剪切柔度因子能够表征孔隙结构且对渗透率有一定的敏感性。在岩石物理模型调研基础上,归纳总结了常用的几种模型,并从中推导出新的孔隙结构因子;然后对比了各孔隙结构因子对低孔低渗和高孔高渗碳酸盐岩渗透率的敏感性,优选出对渗透率更敏感的剪切Lee因子;最后进行了剪切Lee因子渗透率敏感机理分析。分析结果表明,剪切Lee因子对渗透率敏感性更高,因此在渗透率预测时考虑剪切Lee因子可以提高预测精度;同时剪切Lee因子与孔隙主尺度之间具有良好的线性关系,这为孔隙主尺度地震预测提供了一条途径。
为了研究海拉尔盆地贝尔凹陷中部苏德尔特地区南一段油气聚集规律,在其断裂和砂体运移油气优势通道研究的基础上,通过断裂向砂体侧向分流运移油气形式以及和油气分布之间关系,对苏德尔特地区南一段断裂向砂体侧向分流运移油气形式及其与油气富集关系进行了研究,结果表明,苏德尔特地区南一段断裂向砂体侧向分流运移油气有4种形式:①汇聚型断裂向砂体侧向分流运移油气形式,主要分布在F1断裂的a,b,c处;②先发散后汇聚型断裂向砂体侧向分流运移油气形式,主要分布在F1断裂的d处;③发散型断裂向砂体侧向分流运移油气形式,主要分布在F2断裂的e处;④断裂无法向砂体侧向分流运移油气形式,主要分布在F3断裂的f,g处。断裂向砂体侧向分流运移油气形式不同,油气富集程度不同,在汇聚型断裂向砂体侧向分流运移油气形式分布处的F1断裂a,b,c附近,最有利于油气在南一段中运移和聚集,发现的油气储量范围最大;在先发散后汇聚型断裂向砂体侧向分流运移油气形式分布处的F1断裂d附近,较有利于油气在南一段中运移和聚集,发现的油气储量范围中等;在发散型断裂向砂体侧向分流运移油气形式分布处的F2断裂e附近,不利于油气在南一段中运移和聚集,发现的油气储量范围最小。在断裂无法向砂体侧向分流运移油气形式分布处的F3断裂f,g附近,无油气聚集,无油气储量发现。
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