岩石物理驱动的正交各向异性方位叠前地震反演方法

基于长波长近似假设,周期性薄互层中发育一组平行排列的垂直裂缝则可视为等效的正交各向异性介质.岩石物理是构建裂缝参数与地震响应之间联系的基础,地震散射理论是各向异性介质参数反演的有效途径.文章提出了一种利用方位叠前地震数据实现正交各向异性裂缝储层Thomsen弱各向异性参数与裂缝弱度参数可靠预测的方法.首先,综合考虑矿物基质、孔隙、裂缝及各向异性岩石中流体替换的影响,通过构建正交各向异性裂缝岩石物理等效模型,实现正交各向异性刚度系数的估测,进而预测储层测井数据的弹性参数、Thomsen弱各向异性参数及裂缝弱度参数,为后续地震反演提供初始模型约束;然后,基于地震散射理论,推导了面向Thomsen弱各向异性参数与裂缝弱度参数反演的正交各向异性介质纵波反射系数方程,为后续地震反演奠定了理论基础;最后,发展了贝叶斯框架下的正交各向异性裂缝储层Thomsen弱各向异性参数与裂缝弱度参数AVAZ反演方法,同时考虑柯西稀疏约束正则化和平滑模型约束正则化约束,使用非线性的迭代重加权最小二乘策略实现正交各向异性特征参数的稳定估算.模型和实际资料处理表明,该方法能够稳定可靠地从方位叠前地震资料中获取正交各向异性特征参数,为正交各向异性介质的特征参数预测提供了一种高可靠性的地震反演方法.     

流体饱和度对裂缝-孔隙岩石频变纵波速度及其各向异性的影响

流体饱和度会改变裂缝性储层的纵波速度,从而影响地层速度的频散特性及各向异性程度,导致储层地震响应特征复杂,储层预测多解性强,流体识别难度大.本文根据多相流体饱和裂缝性储层的特点,借助于Norris和KG模型,建立部分饱和裂缝-孔隙等效介质模型,给出频变地震波速度随流体饱和度变化的精确关系式.数值模拟结果表明,当气、水两相共存时,随着含水饱和度的增加,高频段纵波相速度逐渐增大,各向异性程度逐渐减小;低频段纵波相速度逐渐减小,各向异性程度不变;相速度频散及其各向异性程度逐渐增强.组合已有的孔隙弹性理论模型,对实验室人工裂缝-孔隙砂岩岩样的纵波速度进行拟合,计算得到的曲线与实验室测量散点值吻合度较高,表明组合模型在给定参数下的有效性.该研究能够为多相流体饱和裂缝性储层的地震响应特征分析奠定扎实的理论基础,为提高储层预测的确定性和流体识别的准确性提供可靠的理论依据.

     

非均匀正交各向异性特征参数地震散射反演方法研究

在长波长假设条件下,水平层状地层中发育一组垂直排列的裂缝构成了等效正交各向异性介质.各向异性参数与裂缝弱度参数的估算有助于非均匀各向异性介质的各向异性特征描述,而弹性逆散射理论是非均匀介质参数反演的有效途径.基于地震散射理论,我们首先推导了非均匀正交介质中纵波散射系数方程,并通过引入正交各向异性特征参数,提出了一种新颖的正交各向异性方位弹性阻抗参数化方法.为了提高反演的稳定性与横向连续性,我们发展了贝叶斯框架下的正交各向异性方位弹性阻抗反演方法,同时考虑了柯西稀疏约束正则化和平滑模型约束正则化,最终使用非线性的迭代重加权最小二乘策略实现了各向异性特征参数的稳定估算.模型和实际资料处理表明,反演结果与测井解释数据相吻合,证明了该方法能够稳定可靠地从方位叠前地震资料中获取各向异性特征参数,减小参数估算的不确定性,为非均匀正交介质的各向异性预测提供了一种高可靠性的地震反演方法.

     

裂缝型HTI介质的纵波弹性阻抗

裂缝发育导致的地震波场各向异性,是裂缝型油气藏的一个重要特征.然而针对该类油气藏的叠前弹性阻抗技术,一直没有通过各向异性弹性阻抗公式建立与裂缝参数的直接关系.本文在回顾封闭平行硬币状裂缝模型和线性滑动模型的基础上,将裂缝填充物性质、分布密度与围岩的横纵波速度比,引入裂缝型HTI介质弹性阻抗公式,并对相应的归一化弹性阻抗响应特征进行模拟分析.分析表明,弹性阻抗受以上三参数的影响规律存在明显差异,其中含气裂隙介质随裂缝密度的变化要明显高于对应的流体裂隙介质,流体填充裂隙介质随横、纵波速度比的变化幅度要高于对应的含气裂隙介.该结论初步为裂缝型油气藏流体识别工作提供了依据.     

改进的地震AVAZ裂缝弱度反演方法及其在致密砂岩储层中的应用

致密砂岩气储层具有低孔、低渗的特征,裂缝的存在可以提高储层的渗透率,同时裂缝是油气重要的储存空间和运移通道,裂缝发育也有利于水力压裂过程中裂缝网络的形成,裂缝预测可为致密砂岩气储层的开发和部署提供重要依据.地震振幅随方位角的变化可以提供储层中垂直裂缝的信息,本文针对HTI介质提出了一种改进的方位振幅差异反演方法,并结合岩石物理理论预测表征裂缝性质的裂缝弱度参数.常规的反演方法一般同时反演弹性参数和裂缝参数,改进的方位振幅差异方法引入一个参考方位,构建消除各向同性背景的方位振幅差异道集,仅反演与各向异性项相关的裂缝弱度参数,充分利用方位各向异性响应,提高裂缝识别的敏感性与裂缝参数反演的准确性.实际数据应用表明,方位振幅差异反演方法对裂缝参数预测的敏感性较常规方法有所提高,预测的裂缝弱度与测井渗透率曲线相吻合,并且与致密砂岩气储层产气性具有明显的相关性.因此,利用方位振幅差异方法预测裂缝分布及其发育程度可为致密砂岩储层含气有利区的识别与开发提供可靠的指标.     

裂缝诱导的TTI介质固液解耦反射系数方程及裂缝和流体参数反演方法

利用地震数据进行裂缝预测及流体识别对于裂缝性储层的勘探开发具有重要意义.针对单组旋转对称的倾斜裂缝诱导的TTI介质, 基于各向异性Gassmann方程, 推导了固液解耦纵波反射系数近似公式, 分析了不同条件下近似公式的精度.根据实际研究工区裂缝储层的特征, 选用高裂缝倾角近似公式, 通过奇异值分解从方位弹性阻抗中估算裂缝密度和裂缝方位, 进而分离和消除各向异性项, 建立流体等效体积模量及孔隙度贝叶斯反演预测方法.模型试算表明, 在信噪比大于2时, 流体等效体积模量、孔隙度和裂缝参数的估计较为可靠, 实际应用也验证了反演方法的有效性.

     

基于方位各向异性的裂缝密度反演方法及应用

裂缝预测是页岩气甜点预测的重要内容.页岩气储层高角度裂缝发育,具有明显的HTI介质各向异性特征,基于各向异性参数与裂缝密度的相关性,提出了一种裂缝密度反演的新方法.首先推导了一种能反映裂缝密度的方位AVO近似公式及其方位弹性阻抗方程（EVAAz方程）;然后应用贝叶斯理论,形成了组稀疏方位弹性阻抗反演目标泛函,在此基础上通过阻尼最小二乘算法求解弹性矩阵,稳健得到了剪切模量、法向弱度与切向弱度;最后应用裂缝弱度与裂缝密度的关系,实现了裂缝密度的定量预测.经实际数据试验,预测结果与页岩压裂参数吻合度高,证实该方法是有效的.

     

利用叠前地震数据预测裂缝储层的应用研究

叠前地震资料储层预测技术是在Zoeppritz方程基础上发展起来的,通过处理地震数据随着不同入射角地震反射属性,得到地震属性随着入射角变化而改变,研究分析得到反映岩性变化的纵波速度、横波速度、泊松比和截距与梯度剖面,预测裂缝储层的发育及分布.同时根据不同方位角地震资料属性,计算得到不同方位角目的层的属性差异,使用各向异性椭圆公式作拟合,求出背景趋势A和各向异性因子B,利用最大振幅包络方位和对应θ,求出裂缝发育优势方向,及B/A各向异性因子,实现对裂缝储层预测.     

瞬时频域衰减属性及其在碳酸盐岩裂缝检测中的应用

基于AVO梯度、走时及速度的纵波方位角裂缝检测已有较多研究和应用.由于裂缝及所含流体的综合作用,碳酸岩裂缝性储层的地震响应具有高频衰减、频带低移及方位各向异性的特点,因此应用衰减属性进行裂缝预测具有重要价值.基于小波变换计算的瞬时频域振幅谱及以此为基础提取的衰减属性,由于在时域和频域都有较好的分辨率能力,能够准确地刻画出碳酸岩裂缝性储层的非均质性.结合三维地震纵波数据的分方位角处理和分析技术,可以由方位衰减属性估算裂缝相对密度.对Z区下古生界潜山碳酸岩储层进行的裂缝预测表明,由衰减梯度和85%能量比频率两种属性导出的裂缝发育密度具有很好的相关性,且与实际情况符合.     

裂缝型储层流体识别方法

裂缝型储层的描述包括预测裂缝分布特征和识别裂隙充填物.依据等效介质理论计算的纵波速度随裂缝密度的增大而减小.正演地震记录显示,裂缝介质含气时反射振幅最大,且变化程度比含油或含水时大.叠前方位AVO反演所得的各向异性梯度Bani与裂缝密度成正比,可用于描述有效裂缝发育强度.对于不同的裂缝密度,各向异性梯度Bani与各向同性梯度Biso的比值Ifluid(1)近似为常数,且对流体敏感.经裂缝纵横比和背景介质拉梅常数修正后,流体因子Ifluid既不随纵横比变化,又不受背景介质的影响,是裂缝型储层敏感的流体识别因子.在塔里木盆地塔北哈拉哈塘地区热瓦普区块碳酸盐岩储层裂缝发育区域,运用该参数在井点处的流体识别效果与钻井结果一致.     

岩石物理驱动的储层裂缝参数与物性参数概率地震反演方法

长波长假设条件下,各向同性背景地层中发育一组平行排列的垂直裂缝可等效为具有水平对称轴的横向各向同性（HTI）介质.基于不同观测方位的岩石地震响应特征变化,宽方位地震数据不仅可实现裂缝岩石弹性参数与各向异性参数的预测,同时也蕴含着丰富的孔隙度等储层物性参数信息.本文结合实际地震资料提出了贝叶斯框架下岩石物理驱动的储层裂缝参数与物性参数概率地震联合反演方法,首先基于AVAZ反演裂缝岩石的弹性参数与各向异性参数,并在此基础上通过统计岩石物理模型表征孔隙度、裂缝密度等各向异性介质储层参数与裂缝岩石参数的相互关联,并采用马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）抽样方法进行大量样本的随机模拟,使用期望最大化（EM）算法估计后验条件概率分布,最终寻找最大后验条件概率对应的孔隙度、裂缝密度等HTI裂缝介质储层参数即为反演结果.测井及实际地震数据处理表明,该方法能够稳定合理地从方位地震资料中获取裂缝岩石弹性参数与各向异性参数,并提供了一种较为可靠的孔隙度、裂缝密度等裂缝介质储层参数概率地震反演方法.

     

基于方位各向异性弹性阻抗的裂缝岩石物理参数反演方法研究

裂缝储层岩石物理参数的准确获得对地下裂缝预测具有重要意义,而叠前地震反演是获得裂缝岩石物理参数的有效手段.本文从裂缝岩石物理等效模型的构建出发,从测井数据上估测了裂缝岩石物理参数,通过推导含裂缝岩石物理参数的方位各向异性弹性阻抗公式,探讨了基于方位各向异性弹性阻抗的裂缝岩石物理参数地震反演方法.实际工区地震数据应用表明,基于方位各向异性弹性阻抗的裂缝岩石物理参数反演方法合理、可靠,可以降低裂缝岩石物理参数估测的不确定性,为地下裂缝预测提供有力的依据.     

横波分裂和纵波方位各向异性在油气勘探中的应用

本文首先回顾了横波分裂和纵波方位各向异性应用于油气勘探的发展历程; 在此基础上重点讨论了二者在上地壳中的分布情况、相互关系及应用条件.横波分裂是地震波传播经过裂缝时所独有的横波双折射现象, 40年的科学研究及生产应用表明这一物理现象在上地壳中广泛存在, 并主要存在于近地表1200 m以浅.纵波方位各向异性从浅到深在上地壳中分布差异较大; 应用于检测裂缝时仅对含气裂缝发育区敏感, 对含其他流体的裂缝区不敏感.针对裂缝发育区的预测, 本文利用理论和实验数据分析论证了横波分裂与纵波方位各向异性的关系; 阐明在油气勘探中横波分裂分析与纵波方位各向异性预测裂缝储层须首先消除近地表的影响, 这在一定程度上限制了二者的应用.同时阐明二者的应用还需要满足近地表相对简单、裂缝储层相对较厚等条件; 且需采集非零偏或环形垂直地震剖面(VSP)资料进行标定.即多分量地震数据品质、近地表地震地质条件及储层方位各向异性发育程度是影响横波分裂及纵波方位各向异性应用效果的3个关键因素.

     

多组垂直裂缝诱导各向异性的HTI近似及其特征分析

在裂缝诱导各向异性理论研究中通常使用等效HTI介质来近似多组裂缝所引起的综合效应.由于构造运动的复杂性,多组裂缝普遍存在于地壳与油气储层中.为了研究多组裂缝的地震属性特征,分析常用的等效HTI模型对于多组裂缝近似精度及附加裂缝对介质属性特征的影响,本文利用线性滑移模型进行了多组垂直裂缝的单斜各向异性等效介质理论计算,并利用空间搜索方法求取与其最为接近的HTI介质各向异性弹性参数.重点研究了在两种各向异性介质中纵波速度、快慢横波速度和极化特征及其差异,量化分析附加裂缝对于地震属性如速度、极化方向和走时等的影响,研究对附加裂缝敏感的地震属性.此研究结果和方法为进一步研究多组裂缝的反演及识别方法提供基础,同时对于将高阶对称性各向异性介质中已存在的计算方法应用于低阶对称性时的适用程度、精度分析及相关方法研究具有重要作用.

     

基于Born逆散射理论的反射系数参数化及弱度参数反演方法研究与应用

裂缝预测是非常规油气储层勘探开发的重要环节.地震振幅随入射角和方位变化(Seismic Amplitude Variation with the Angle And Azimuth,即AVOAZ)的反演方法是地下裂缝参数预测的重要手段.然而裂缝型储层的模型参数化,正演方程的构建及反问题的求解依旧存在较大的挑战.所以本文将以均匀各向同性岩石中发育一组垂直定向裂缝(可等效为具有水平对称轴的横向各向同性介质,Horizontal Transversely Isotropic medium,即HTI介质)为研究目标,利用线性滑动模型,推导基于裂缝弱度参数表征的HTI介质刚度矩阵,然后采用Born逆散射理论和稳相法,在界面弱差异假设下,推导HTI介质PP波反射系数方程.为了提高裂缝弱度参数的预测精度,接着提出了方位差异弹性阻抗方程.在此基础上,发展了一套模型低频信息正则化约束的Bayesian反演方法.将该方法应用到裂缝型工区,应用结果表明本文所提出的方法是合理的.     

利用含可控裂缝人工岩样研究裂缝密度对各向异性的影响

利用新方法制作出含可控裂缝的双孔隙人工砂岩物理模型,具有与天然岩石更为接近的矿物成分、孔隙结构和胶结方式,其中裂缝密度、裂缝尺寸和裂缝张开度等裂缝参数可以控制以得到实验所需要的裂缝参数,岩样具有真实的孔隙和裂缝空间并可以在不同饱和流体状态下研究流体性质对于裂缝介质性质的影响.本次实验制作出一组具有不同裂缝密度的含裂缝人工岩样,对岩样利用SEM扫描电镜分析可以看到真实的孔隙结构和符合我们要求的裂缝参数,岩样被加工成八面棱柱以测量不同方向上弹性波传播的速度,用0.5 MHz的换能器使用透射法测量在饱和空气和饱和水条件下各个样品不同方向上的纵横波速度,并得出纵横波速度、横波分裂系数和纵横波各向异性强度受裂缝密度和饱和流体的影响.研究发现流体对于纵波速度和纵波各向异性强度的影响较强,而横波速度、横波分裂系数和横波各向异性强度受饱和流体的影响不大,但是对裂缝密度的变化更敏感.     

基于全方位地震数据的方位AVO(AVAZ)反演

利用地震数据较为准确地预测地下介质的裂缝发育信息,是裂缝型储层预测的关键手段,也是非常规页岩油气储层压裂改造的关键参数.方位AVO(AVAZ)在描述HTI介质的裂缝分布及发育方向等方面有重要应用,本文提供一种基于全方位地震数据的方位AVO(AVAZ)反演方法,为裂缝预测提供参考资料.首先利用Ruger近似方程正演计算不同方位角及入射角下的反射系数,继而与方位角度道集中地震反射振幅建立目标函数,然后基于正演方程及目标函数采用最小二乘法进行AVAZ反演.实现了从全方位地震资料中同步反演纵波反射系数、各向同性梯度、各向异性梯度及裂缝发育方向.模型数据和实际地震资料应用表明该方法能够有效的预测HTI介质的裂缝分布及方向.     

基于碳酸盐岩裂缝岩石物理模型的横波速度和各向异性参数预测

高角度缝隙充填的碳酸盐岩储层可以等效为具有水平对称轴的横向各向同性介质.本文提出了适用于裂缝型碳酸盐岩的岩石物理模型构建流程,重点介绍了在碳酸盐岩各向同性背景中,综合利用微小裂隙模型和线性滑动模型添加缝隙系统,并分析了当缝隙充填不同流体时,各向异性参数随纵横波速比的变化特征.同时本文讨论了裂缝密度和缝隙充填流体对地震反射系数的影响,推导了不同类型流体充填时储层反射系数与裂缝密度的近似关系式,阐述了各向异性流体替换理论,最终实现饱含流体碳酸盐岩裂缝储层的纵横波速度和各向异性参数的估测.选取某碳酸盐岩工区A井对该方法进行试算,结果表明基于碳酸盐岩裂缝岩石物理模型估算的纵横波速度值与测井值吻合较好,而且估测所得的各向异性参数值也能够较好地反映出裂缝储层位置.     

基于叠前弹性反演的含气储层预测技术

叠前弹性反演是目前岩性气藏储层预测的主要技术,仅仅使用纵波阻抗反演预测储层在理论和准确性方面都存在着一些不足,反演的多解性更是其致命的缺陷.本文从横波测井资料不同岩性、流体的岩石物理参数分析入手,优选能够区分岩性和流体的最佳敏感弹性参数,通过叠前反演获得反映储层岩性和含气性的弹性参数体,最后进行地震弹性参数交汇解释预测储层和识别流体.将纵向分辨率较高的测井岩石物理参数分析和横向分辨率较高的地震叠前反演结合起来,应用多个弹性参数,明显提高了储层预测的精度.地震数据中的AVO信息得到了充分的应用,采用纵波独立变量求解Zoeppritz方程.为有效储层预测和流体识别探索出了新途径.在靶区利用叠前弹性纵横波速比的属性,刻画出五级层序单砂体,在此基础上确定建议的水平井井位及其轨迹,通过叠前弹性反演比P波数据独立反演钻井成功率提高了10%以上.     

塔中北坡地区奥陶系碳酸盐岩叠前地震裂缝预测方法应用研究

塔中北坡顺南地区奥陶系碳酸盐岩具有良好的勘探开发前景,近期在多个层系钻遇了储层和油气.研究显示该地区裂缝比较发育,并对储层的形成和改造起到了非常关键的作用,但目前针对该区的裂缝预测技术研究成果较少,以叠后属性评价为主.因此,本文从裂缝实际地质特征观察出发,基于叠前地震资料,综合多种方法进行裂缝预测.首先利用叠前构造应力场反演间接评价裂缝的发育密度和方向,基于评价结果对地震叠前数据进行不同方位划分方案的资料处理并对比,使用纵波方位各向异性方法预测储层裂缝发育方向与相对密度.多方法结合的预测结果符合研究区裂缝发育规律并与地质模式相吻合,通过与岩心及成像测井资料对比,验证了该地区使用较窄方位采集的地震数据进行裂缝预测结果的有效性.