约束稀疏脉冲反演在哈得逊油田开发中的应用

邹 义，李 强，杨 洋，张 泉

(1.西安石油大学，陕西西安 710065；2.中国石油东方地球物理公司勘探有限责任公司 )

约束稀疏脉冲反演在哈得逊油田开发中的应用

邹 义1，2，李 强2，杨 洋1，2，张 泉2

(1.西安石油大学，陕西西安 710065；2.中国石油东方地球物理公司勘探有限责任公司 )

约束稀疏脉冲反演作为储层预测广泛使用的方法，具有反演精度高、多解性少的特点。以哈得逊油田为例，通过对测井曲线标准化处理，利用多井密度-阻抗曲线分析储层地球物理特征，然后针对目的层进行精细井震标定和子波提取，最后对反演结果通过盲井进行验证，确保反演结果可靠。实例应用表明，该技术处理后的预测效果与钻井资料区域沉积特征相吻合，能够为后续开发提供依据。

哈得逊油田；约束稀疏脉冲反演； 储层预测

随着石油勘探开发的不断深入, 基于地震同相轴追踪进行层位解释的常规方法不能很好地满足薄储层识别和解释的地质需求[1]。借助于测井资料和地质认识, 利用波阻抗反演提高地震资料薄层识别能力已经成为地震资料解释和储层预测的重要技术手段[2]。尽管地震资料反演存在多解性，但勘探、开发的现实需求与地震资料分辨率的矛盾,使得波阻抗反演技术依然是薄储层预测不可或缺的技术手段[3]。

约束稀疏脉冲反演是目前波阻抗反演技术中广泛使用的一种方法。与其他波阻抗反演方法相比,约束稀疏脉冲反演技术是以测井资料为约束条件,从井点出发,首先完成井旁道反演，然后以地震解释的层位及断层结构作为地质框架控制,对所有地震道进行外推来完成波阻抗反演,使得反演结果逼近测井分辨率, 同时又保持较好的横向连续性。

1 稀疏脉冲反演原理

稀疏脉冲反演假设地下地层的波阻抗对应的反射系数序列是稀疏的,主要由起主导作用的(强)反射系数序列与具高斯背景的弱反射系数序列迭加组成。该方法的主要优点是能获得宽频带的反射系数, 较好地解决地震记录的欠定问题[4]。稀疏脉冲反演包括3个过程:通过最大似然反褶积求得一个具有稀疏特性的反射系数序列；通过最大似然反演导出宽带波阻抗；通过道合并得到一个全频带的绝对波阻抗[5〗。

1.1 反射系数反演

采用最大似然反褶积进行反射系数反演，最大似然反褶积对地层的假设认为:地层的反射系数是较大的反射界面的反射和具高斯背景的小反射叠加组合而成的,根据这种假设导出一个最小的目标函数

2Mln(λ)-2(L-M)ln(1-λ)

(1)

式中：R2和N2分别为反射系数与和噪音的均方值，r(K)和n(K)表示第K个样点的反射系数和噪音，M表示反射层数，L表示采样总层数，λ表示给定反射系数的似然值。通过多次迭代，求取反射系数。

1.2 最大似然反演

最大似然反演是转换反射系数,导出宽带波阻抗。根据最大似然反褶积中求得的反射系数,结合初始阻抗模型，采用递推算法，反演得到初始的波阻抗模型：

(2)

式中：Z(i)——第i层的波阻抗值，R(i)——第i层反射系数。

1.3 道合并

约束稀疏脉冲反演对每一道依据目标函数对计算出的初始波阻抗进行调整，包括对反射系数的调整。目标优化函数为：

F=Lp(r)+λLp(s-d)+α-1L1ΔZ

(3)

式中：F——目标函数；r——反射系数序列；ΔZ——为与阻抗趋势的差序列；d——地震道序列；s——合成道序列；λ——数据残差权重因子；α——趋势权重因子；Lp——模因子。具体的，右式第一项反映反射系数绝对值和,第二项反映实际地震道与合成记录道的差值,第三项为趋势约束项。

约束稀疏脉冲反演是基于道的反演，它的实质就是在阻抗趋势的约束下，用最小数目的反射系数脉冲达到合成记录与地震道的最佳匹配。

2 应用实例

2.1 地质背景

哈得逊地区位于塔里木盆地满加尔凹陷北缘,是轮南低凸起向南延伸的鼻状隆起带。多口钻井在下石炭统卡拉沙依组下泥岩段和东河砂岩段获得工业油气流。通过野外露头、岩心、钻井、测井资料综合分析，下泥岩段主要为滨浅海相沉积，岩性以灰色、褐色、灰黄色泥岩为主,夹薄层(单层砂体厚度小于4 m)细、粉砂岩。薄层垂向由5个单层砂体组成，横向连续性差，薄层厚15～20 m。

层序划分表明，下石炭统卡拉沙依组下泥岩段薄砂体属于层序I的高位体系域。5个单砂体分属5个不同的准层序,5套砂体组成的薄砂层构成一个前积准层序组,砂体间由海相泥岩分隔,互不连通,侧向均相变为泥岩,呈孤立的席状透镜体。

虽然工区内已有大量钻井钻遇下泥岩段的薄砂层，但工区内薄砂层的展布依然不清楚，单砂体刻画极其困难。前人虽依据钻井划分薄砂层及单砂体的展布，然而横向可预测性差。同时，工区内大量的钻井之间也存在非一致性，导致储层特征不明确。

2.2 测井曲线标准化

对比哈得逊油田44口井的测井曲线，发现密度、伽马、孔隙度曲线在下泥岩段其基值变化非常大，如此大的差异性必会影响到下泥岩段储层地球物理特征分析、反演结果的准确性。因此必须进行井间测井曲线标准化处理。

标准化处理的主要目标是声波、密度和伽马曲线，目的是消除井间由于施工年度、仪器设备刻度精度、钻井液、环境因素等环节引起的系统误差，使该区所有井曲线的整体特点与地质特征更加吻合，同时标准化后也使反演基础数据建立在统一的基准之上[6-12]。采用如下标准化方法。

(1)选取工区中广泛分布、稳定沉积的一套地层作为标准层进行统计。标准层具备三个条件：①全区分布，厚度适中；②靠近目的层；③岩性、物性稳定，泥岩、膏岩最宜。

(2)选取工区一口测井资料较好的井作为标准井。标准井选择具备四个条件：①位于构造的有利部位，钻井较深，代表性好，直井为宜；②测井系列齐全，测井条件优越，油基泥浆最好有必要的成像测井项目；③有系统的录井、取心、测试及实验室分析化验资料；④井眼条件好。

(3)在标准层对比井段，所有井的全部数据组合在一个大综合直方图中。根据统计的“正态分布”分析该综合直方图，产生一个概率分布曲线。

(4)以标准井的“正态分布”直方图为基础，确定校正井与其偏差，进行校正，最终校正井与标准井的“正态分布”形态及概率分布曲线形态相符。

选取区块稳定发育的下泥岩段中50 m厚的泥岩作为参考层，对钻井的声波、密度、伽马等曲线进行标准化处理，标准化后，多口井的密度曲线更集中，与地下地质情况吻合更好。

2.3 储层地球物理特征分析

为了明确不同岩石类型的地球物理特征和反演工作的可行性，在下泥岩段，选择砂岩和泥岩进行多井密度-阻抗曲线交会(图1)，交会图表明，砂岩密度2.35～2.5 g/cm3,声阻抗10 500～11 800 (g/cm3)×(m/s)，为低阻抗低密度特征，泥岩密度2.5～2.7 g/cm3，声阻抗11 500～13 500 (g/cm3)×(m/s)，为高阻抗高密度特征；泥岩与砂岩声阻抗虽有少量叠置，但还是有明显分布区间，通过稀疏脉冲反演，能够达到储层预测的效果。

图1 哈德逊地区多井下泥岩段密度-阻抗交汇图

2.4 井震标定与子波估算

井震标定与子波估算主要目的是确定准确时深关系，提供可靠子波用于反演，是储层预测中最为核心的环节。两者是一个相互迭代的过程。

声波测井主要在井孔内很小的范围沿井壁观测，所使用震源频率较高，通常为10～25 000 Hz；地震资料在地面观测，震源频率较低，通常为10～200 Hz。因此地震数据和声波测井数据之间 必然存在由速度频散引起的差异[13-15]，导致声波估算的时深关系存在一定的漂移量，在标定过程中一定要寻找多套标志层来判断漂移量大小，确保标定合理性，时深关系的准确性。

对工区内44口井，以二叠系火成岩顶底界面和石炭系双峰灰岩底界为标志层，根据地质分层、测井曲线和地震资料，进行了精细标定和子波估算。研究区内时深关系准确，目的层段子波形态、频带及相位一致性较好。在此基础上提取综合子波用于最后反演。

2.5 反演结果验证

在反演结果上，通过提取盲井井旁声阻抗曲线，与实际声阻抗曲线进行对比，是评价反演准确性的有效手段。从图2看，蓝色是原始阻抗曲线，紫色是反演抽取的阻抗曲线，本区无论钻井是否参与反演，实际

阻抗曲线与反演结果抽取的阻抗曲线形态及趋势基本保持一致，幅度相当，说明反演结果是准确的。

图2 哈德逊地区盲井实际阻抗与反演阻抗对比

2.6 反演效果分析

以储层地球物理分析结果为参考，图3中红色-暗红表示为砂岩储层。目的层段(黑色条带区域)砂岩的横向分布与实际钻遇砂体基本吻合，说明反演结果是可靠的，横向预测也是可靠的。

图3 哈德逊地区多井联井反演剖面

提取波阻抗反演数据体下泥岩段薄砂层的最小阻抗来反映砂体发育分布(图4)，同样根据钻井分析的储层地球物理响应特征，平面图上暗红-红-深黄区域对应砂体分布区，砂体被泥岩分割成三块(黑色指示线)，一个在北面，一个在东面，另一个在西南方向，砂体席状展布。工区已钻井也基本分布在这三块砂体上。

3 结论与建议

(1)利用稀疏脉冲反演技术在哈得逊地区开展储层预测，取得了较好的效果，主要表现在：①反演结果与已钻井吻合程度高，达到90%。②目的层段薄砂层横向分布规律明确，可以指导工区沉积微相分析工作；结合钻井，能为单砂体刻画提供依据。

(2)约束稀疏脉冲反演技术应用过程中，需要注意几点：①测井曲线标准化处理能够消除非地质因素造成的井间一致性问题，明确储层地球物理特征，使低频模型准确、储层预测可靠。②井震标定过程中，要考虑井震资料之间速度差异，根据多个标志层来确定时深漂移量，保障合理的时深关系、子波的准确估算。③对反演结果需进行盲井验证，以保障结果的准确性。

图4 哈德逊地区下泥岩段最小波阻抗平面图

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编辑：李金华

1673-8217(2015)01-0101-04

2014-10-20

邹义，工程师，1981年生，2004年毕业于中国地质大学(武汉)地球物理学专业，西安石油大学在职研究生，现从事地震资料解释与储层预测。

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”之课题“高精度地球物理勘探技术研究及应用”(2011zx05019-005)项目资助。

P631

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