频谱分解技术在储层刻画及流体识别中的应用

张海义，马佳国，蒋志恒，王 腾，赵志平，李 博

(中海油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459)

频谱分解技术在储层刻画及流体识别中的应用

张海义，马佳国，蒋志恒，王 腾，赵志平，李 博

(中海油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459)

频谱分解技术是利用数学变换将地震信号从时间域转换到频率域，在频率域内对储层进行刻画，避免了时间域内不同频率的相互干扰，对大套厚层砂岩及薄储层都有很好的识别能力，用分频混色显示能更有效展示砂体的叠置关系。利用储层含油气后，在低频端能量快速增强及在高频端能量快速衰减的特性，能有效区分含油储层和含水储层。该方法在渤海油田蓬莱构造某区块的运用，还原了真实的频谱特征，在储层刻画及油气识别中取得很好的效果。

频谱分解 油气检测 储层刻画 岩性油藏 广义S变换

1 频谱分解原理

频谱分解方法经历短时傅里叶变换(STFT)、连续小波变换(CWT)和广义S变换(ST)三个阶段。短时傅里叶变换公式中的时窗函数是固定的，不会因信号频率的变化而改变，因此其只适合分析分段平稳信号或者近似平稳信号，转换得到的单频体往往不能反应真实的信号。连续小波变换在STFT的基础上引进了小波基函数，利用时窗的伸缩和平移对信号的频率进行分析，因此连续小波变化具有多分辨率的特点。广义S变换以时间和频率为变量，建立一个联合函数来描述信号，更好地实现时频局部化分析，能同时提高时间分辨率和频率分辨率，表达式为：

(1)

广义S变换兼具短时傅里叶变换和连续小波变换的优点，具有很强的数据适应性和稳定性，具有无损可逆性和高分辨率，能很好地适应复杂勘探要求的高精度频谱分解[1]。从图1的频谱分解试验可以看出，广义S变换具有比短时傅里叶变换更高的时间和频率分辨率，与真实频谱更为接近。

图1 频谱分解方法对比

2 频谱分解技术刻画储层

分频解释技术主要利用谱分解得到的两种类型的数据体：调谐体和离散频率能量体[2]。离散频率体与常规数据体在垂向上均为时间，但离散频率体只包含单一的频率成分，可以通过不同频率能量的变化来研究储层的垂向分布。调谐数据体是沿层或对两层之间进行短时窗离散傅氏变换，生成在垂向上频率连续变化的振幅数据体。平面上研究储层在调谐体上不同频率上的响应，可以发现很多常规数据体下地震属性无法获得的信息。为清楚展示储层细节信息，笔者选用RGB分频混色显示技术做沿层切片展示。RGB分频混色显示具体是指将分频得到的互不重叠的低频段、中频段、高频段能量属性体分别形成切片，再进行RGB融合显示[3]。由于低频信息丰富，有利于厚储层的解释，而高频信息有利于薄层解释，而目的层段内可能包含不同厚度的地质体，且任何地质体也不会以单一厚度呈现，因此将不同频率的振幅切片以混色显示(图2)，可以更好地展现地下地质体的空间分布特征，具有很强的立体感。图2a和图2c的混色方案是Red、Green、Blue，分别对应主频、高频、低频；图2b和图2d的混色方案是Red、Green、Blue，分别对应高频、主频、低频。从图2a、图2b中可以清楚看出河道的切割关系，弄清了河道的期次，为分析砂体的连通性奠定了基础。从图2c、图2d中可以清楚看到河道的延展及三角洲前缘，及水下分流河道，为井位部署提供重要依据[4]。

图2 分频混色显示

3 频谱分解技术在油气检测中的应用

研究油气层与地震剖面的关系，发现厚的油气层在地震剖面上常表现为强振幅，低频，即常说的亮点[5]，但这一特征不可逆推，在剖面上表现为强震幅低频的地震轴并不全部为含油气层，为此笔者利用频谱分解技术来探讨这一问题。

地震波在地下介质中传播，由于波前扩散和克服非完全弹性介质内部颗粒摩擦作用导致的吸收，使地震波的能量发生衰减。实验结果证实，吸收衰减系数是岩性和频率的函数，与岩石致密程度呈负相关性，与频率呈正相关性。

A(f,r)=A0e-a(f)

(2)

其中：A为振幅;A0为初始振幅；f为频率；a为衰减系数；r为传播距离。

当地层含油气与地层含水时相比，非致密度更大，频谱曲线具有明显的主频降低，带宽变窄，低频能量强度增加，高频端随频率的增加具有更强的衰减现象，这为含油气预测提供了理论依据。笔者利用频谱分解技术将数据体离散成一系列单频体，研究单频体上亮轴能量随频率的变化，以此来区分含油气储层和含水储层[6]。从图3的4张单频剖面上看，含油储层在低频上表现为强能量，随频率增加能量出现衰减，而水层在低频表现为弱能量，在30 Hz油层能量都衰减完时水层才表现出最强能量。

图3 油层在单频能量体上的响应

图4 目的层段单频平面图

对目的层段做分频调谐体，开时窗20 ms包括整套砂体。3井在这套砂体上钻遇油层近30 m，4井为纯水层。从图4可以看出，3井钻遇沿断层分布的条带状异常体，而4井在异常体之外，与钻井完全吻合，因此认为这种方法区分含油储层和含水储层较为可靠。在4井西侧可以明显看到一个异常体，其与3井钻遇的异常体在相同频率上具有相同的能量响应，低频在15 Hz时能量很强，在20 Hz左右能量进一步加强，局部也出现衰减现象，高频30 Hz时能量几乎衰减为零，因此认为该异常体极有可能为岩性油气藏。从分频混色切片来看，该异常体与3井钻遇的条带状异常体也有相同的颜色响应。

4 结论

(1)广义S变换下的频谱分解方法的时频分辨率较高，可以满足复杂断裂带精细勘探的要求。应用分频混色显示技术能将储层刻画得更清楚，有效识别储层边界、储层期次。

(2)含油气砂体在地震剖面上表现为反射强，在单频体上表现为低频振幅增强速度快于干层和水层，高频振幅衰减速度快于干层及水层。

(3)利用单频体切片的方法，能快速有效地寻找隐蔽油气藏，为钻井决策提供依据。

[1] 卜鸿飞，邢成奎，张云涛.S变换精确分频技术在河流相储层及流体识别中的应用[J].油气地球物理，2012，10(2)：49-50.

[2] 袁志云，孔令洪，王成林.频谱分解技术在储层预测中的应用[J].石油地球物理勘探，2006，41(S1)：11-15.

[3] 姜秀娣，翁斌，刘亚茹，等.分频混色技术在高精度地震解释中的应用[J].地球物理学进展，2013，28(2)：882-888.

[4] 陈永波，潘建国，高建虎，等.岩性油气藏关键技术攻关与应用研究——以准噶尔盆地准东阜11井区为例[J].地球物理学进展，2012，27(4)：1598-1608.

[5] John P.Castagna，袁洪光.瞬时频率分析：低频阴影油气检测[J].油气地球物理，2013，11(2)：72-73.

[6] 宋效文，马世忠，秦秋寒，等.频谱分解技术在深层致密砾岩气藏检测中的应用[J].石油地球物理勘探，2012，47(1)：107-113.

(编辑 韩 枫)

江苏油田不同类型油藏水平井开发水淹规律研究效果显著

由江苏油田采油一厂完成的《不同类型油藏水平井开发水淹规律研究》科研项目，针对江苏油田高含水期水平井，开展了水平井水淹机理、水淹程度评价、水淹规律预测等研究。通过研究，提出了导致水平井局部水淹的三种机理，确定了水平井水淹的主控因素；形成了水平井潜力评价方法，确定了江苏油田高含水期水平井挖潜潜力；建立了新水平井水淹规律预测方法，包括无水采油期、水淹程度与单井产量递减。

项目在水平井潜力评价、水淹规律预测等方面形成了原创性的技术，推动了油田水平井领域的技术进步，填补了国内相关领域的空白，获局科技进步奖一等奖，并发表学术论文5篇，其中SCI期刊1篇，核心期刊2篇。

研究成果在江苏油田采油一厂得到广泛应用，以水淹程度为指标，确定不同水淹井的需求方向，掌握了124口水平井水淹状况，指导开展低产水平井治理40井次，实施水平井水动力学调整3井次，累积增油超过2×104t，经济效果显著。下一步可在采油二厂40多口水平井推广应用。此外，研究成果的理论基础并不局限于井身结构，也可应用于直井开发油藏，应用前景广泛。

(李立峰 王喜梅)

Application of spectral decomposition technique in reservoir characterization and fluid identification

Zhang Haiyi,Ma Jiaguo,Jiang Zhiheng,Wang Teng,Zhao Zhiping，Li Bo

(TianjinBranchofCNOOCLtd.，Tianjin300459，China)

Spectrum decomposition technique is to use mathematical transformation converting seismic signal from time domain to frequency domain.For reservoir characterization in frequency domain,the technique can avoid the interference between different frequencies in time domain and has very good ability to identify a large set of thick sandstone or thin reservoir.Taking advantage of the low frequency energy change,it is good to identify oil and gas regions.In this paper,we use the high resolution spectrum decomposition approach to restore the real spectrum characteristics,and provide a technical support for reservoir characterization and identification of oil and gas.Using this method,a good application effect was obtained in some block of Penglai constructs in Bohai Oilfield.

spectrum decomposition;hydrocarbon detection;reservoir characterization;lithologic reservoir;S transform

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.01.006

2016-11-18；改回日期：2016-11-18。

张海义(1977—)，工程师，硕士，主要从事地震资料的综合解释和储层研究及烃类检测工作。电话：022-66500581，E-mail: zhanghy7@cnooc.com.cn。

十二五重大专项“近海大中型油气田形成条件及勘探技术”2011ZX05023-006-002。

P631.4

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