岩石物理驱动的储层物性参数非线性地震反演方法

叠前地震反演和岩石物理反演分别是获取弹性参数和物性参数的重要手段, 两者结合有助于实现储层参数预测并精细刻画储层特征.储层物性参数的反演依赖于岩石物理模型, 在进行物性参数反演时可以将复杂的岩石物理模型做泰勒展开, 进而得到其一阶或高阶的近似表达式, 然而这会降低模型的精确性并增加反演的误差.为了提高储层物性参数反演的稳定性和准确性, 本文以碎屑岩储层为例, 提出了岩石物理驱动的储层物性参数非线性地震反演方法.首先, 基于贝叶斯框架和高斯分布约束条件, 从叠前地震数据中实现纵、横波速度及密度等弹性参数的反演.其次, 通过碎屑岩岩石物理模型建立起弹性参数与物性参数之间的联系.最后, 利用粒子群算法进行全局寻优获得较为准确的孔隙度、泥质含量和含水饱和度等物性参数.合成数据和实际资料测试结果验证了所提方法的可行性和准确性, 反演结果与测井数据吻合较好, 可有效指示含气储层区域, 本文方法在储层预测和评价方面具有广泛的应用前景.

     

储层弹性与物性参数地震叠前同步反演的确定性优化方法

储层弹性与物性参数可直接应用于储层岩性预测和流体识别,是储层综合评价和油气藏精细描述的基本要素之一.现有的储层弹性与物性参数地震同步反演方法大都基于Gassmann方程,使用地震叠前数据,通过随机优化方法反演储层弹性与物性参数;或基于Wyllie方程,使用地震叠后数据,通过确定性优化方法反演储层弹性与物性参数.本文提出一种基于Gassmann方程、通过确定性优化方法开展储层弹性和物性参数地震叠前反演的方法,该方法利用Gassmann方程建立储层物性参数与叠前地震观测数据之间的联系,在贝叶斯反演框架下以储层弹性与物性参数的联合后验概率为目标函数,通过将目标函数的梯度用泰勒公式展开得到储层弹性与物性参数联合的方程组,其中储层弹性参数对物性参数的梯度用差分形式表示,最后通过共轭梯度算法迭代求解得到储层弹性与物性参数的最优解.理论试算与实际资料反演结果证明了方法的可行性.     

基于地质统计先验信息的储层物性参数同步反演

本文提出的储层物性参数同步反演是一种高分辨率的非线性反演方法,该方法综合利用岩石物理和地质统计先验信息,在贝叶斯理论框架下,首先通过变差结构分析得到合理的变差函数,进而利用快速傅里叶滑动平均模拟算法（Fast Fourier TransformMoving Average,FFT-MA）和逐渐变形算法（Gradual Deformation Method,GDM）得到基于地质统计学的储层物性参数先验信息,然后根据统计岩石物理模型建立弹性参数与储层物性参数之间的关系,构建似然函数,最终利用Metropolis算法实现后验概率密度的抽样,得到物性参数反演结果。并将此方法处理了中国陆上探区的一块实际资料,本方法的反演结果具有较高的分辨率,与测井数据吻合度较高;由于可以直接反演储层物性参数,避免了误差的累积,大大减少了不确定性的传递,且计算效率较高。     

基于地质统计先验信息的储层物性参数同步反演(英文)

本文提出的储层物性参数同步反演是一种高分辨率的非线性反演方法,该方法综合利用岩石物理和地质统计先验信息,在贝叶斯理论框架下,首先通过变差结构分析得到合理的变差函数,进而利用快速傅里叶滑动平均模拟算法(Fast Fourier TransformMoving Average,FFT-MA)和逐渐变形算法(Gradual Deformation Method,GDM)得到基于地质统计学的储层物性参数先验信息,然后根据统计岩石物理模型建立弹性参数与储层物性参数之间的关系,构建似然函数,最终利用Metropolis算法实现后验概率密度的抽样,得到物性参数反演结果。并将此方法处理了中国陆上探区的一块实际资料,本方法的反演结果具有较高的分辨率,与测井数据吻合度较高;由于可以直接反演储层物性参数,避免了误差的累积,大大减少了不确定性的传递,且计算效率较高。     

基于角弹性参数的多波地震储层预测方法

弹性参数作为反映岩石弹性性质的参数,在储层预测中具有重要作用.常规弹性参数的构建主要基于PP波地震信息.PP波与PS波地震振幅因其携带的信息不同,对岩性与流体的敏感性也不同.本文提出联合利用PP波与PS波弹性阻抗以及角度信息构建角弹性参数来预测有利储层.首先,对常规PS波弹性阻抗方程进行重新推导,使得PS波弹性阻抗取值的数量级不随角度变化且能够与PP波弹性阻抗具备形式上的匹配;其次,根据常规弹性参数构建公式,采用PP波弹性阻抗、PS波弹性阻抗替代纵波阻抗、横波阻抗,提出角弹性参数的概念及构建公式,从而将角度信息引入到弹性参数的构建中;最后,在PP波与PS波弹性阻抗反演的基础上构建得到对储层敏感性较强的角弹性参数,利用角弹性参数的取值特征预测有利储层.模型与实际资料测试均表明角弹性参数具备较高的储层敏感性.     

基于双相介质理论的储层参数反演方法

传统基于单相介质理论的储层参数反演方法将孔隙流体与固体骨架等效为单一固体,弱化了孔隙流体的影响,反演结果精度不高. 本文提出根据双相介质理论反演储层参数的方法. 首先,在前人研究的基础上,利用岩石物理模型建立弹性参数与孔隙度、饱和度、泥质含量等储层参数间的关系,进而将双相介质反射系数推导为储层参数的函数;其次,根据贝叶斯反演理论,在高斯噪声假设的基础上,采用更加符合实际情况的修正柯西分布函数描述反射系数的稀疏性,推导出储层物性参数目标反演函数;最后, 应用差分进化非线性全局寻优算法来求解目标反演函数,使得反演结果与实际资料间误差最小. 新方法旨在突出流体对介质反射系数的影响,以期得到较高的储层参数反演精度. 模型与实际资料测试均表明该方法可行、有效且反演精度较高.     

基于计算岩石物理方法的页岩储层弹性参数提取

发展了应用数值计算方法获取页岩储层的速度、各向异性参数的计算岩石物理系列方法.该系列方法包括了大尺度精细地质模型数值建模、计算网格尺度的地球物理建模和地震波数值模拟提取岩石物理弹性参数.本文方法利用储层的统计数据而不是具体岩心的测量数据,可获得储层岩石物理弹性参数的变化规律.相比于基于岩心测试的岩石物理方法,本文方法可精细考虑实际储层的非均匀特征,可得到岩心测试难以求取的与尺寸效应高度相关的弹性参数,也避免了求取弹性参数变化规律时获取不同地质特征岩心的困难.本文发展了计算岩石物理方法,为计算岩石物理面临的大尺度地质建模和计算能力限制问题提供了有效的解决方案.文中以胜利罗家的页岩储层为例,求得了储层TOC含量从3%到21%变化情况下储层的P波、S波速度以及各向异性参数变化规律.

     

基于弹性参数加权统计的地震岩相预测方法

岩相信息能够反映储层岩性及流体特征,在地震储层预测中具有重要作用.常规方法主要利用与岩相信息关系密切的弹性参数定性或定量地转化为岩相信息.在实际应用中,弹性参数的获取主要基于叠前地震反演技术.而不同弹性参数的叠前地震反演精度间存在着差异,势必影响岩相的整体预测精度.本文提出对弹性参数进行加权统计来预测岩相.首先,基于贝叶斯理论,引入权重系数来调节弹性参数信息的采用量,构建出最终的目标反演函数;其次,考虑到勘探初期缺少明确的测井岩相信息,提出利用高斯混合分布函数来自动估算岩相先验概率;最后,根据输入弹性参数的取值,计算每类岩相对应的后验概率密度,将目标反演函数取最大后验概率密度时对应的岩相类别作为最终预测的岩相.新方法旨在减少弹性参数精度间的精度差异对岩相预测结果的影响,以期提高地震岩相的预测精度.模型与实际资料测试均表明该方法可行、有效且预测精度较高.

     

基于扩展方位弹性阻抗的裂缝参数及地应力参数预测方法

裂缝参数及水平应力差异比（DHSR）的准确估测对于裂缝预测及水力压裂具有重要意义.扩展弹性阻抗是一种预测弹性参数及物性参数的有效方法,但其并未考虑各向异性的影响,本文将其推广到水平横向各向同性（HTI）介质中,提出一种基于扩展方位弹性阻抗的裂缝参数及DHSR预测方法.首先推导HTI介质中的扩展方位弹性阻抗方程及傅里叶系数方程,分析表明扩展方位弹性阻抗的二阶傅里叶系数与裂缝参数及DHSR相关性较好.其次,提出一种柯西稀疏约束和平滑模型约束正则化的贝叶斯地震反演来估测截距阻抗、梯度阻抗及曲率阻抗.最终,结合最优的旋转角和扩展方位弹性阻抗的二阶傅里叶系数实现裂缝参数及DHSR预测.模型测试和实际应用表明,该方法能够得到合理可靠的裂缝参数及DHSR预测结果,有助于指导裂缝发育区域及有利压裂区域的横向识别.

     

带先验约束的碎屑岩储层物性参数反演方法

对弹性参数进行转换而获取物性参数的方法,适用范围有限且预测精度不高.本文基于岩石物理理论,提出一种带先验约束的碎屑岩储层物性参数预测方法,为储层预测、流体识别、储层描述、储量估计、烃类开发方案设计提供重要参数.应用岩石物理理论和物性参数先验信息建立了带先验约束的目标函数;并利用最优化方法对反演目标函数进行优化求解,对储层的物性及孔隙度和泥质含量进行同步迭代反演.经过正演数据及实际地震资料的测试应用,其结果表明本文方法反演得到的孔隙度和泥质含量为储层综合预测提供了愈加丰富的评价指标,同时孔隙度和泥质含量数据的联合应用对减小储层预测的多解性和降低勘探开发的风险有重要意义.     

基于入射角的两项流体阻抗反演方法

本文在孔隙弹性介质理论的指导下,基于入射角AVO近似方程推导了包含Russell流体项的两项AVO近似方程和相应的弹性阻抗方程,通过分析可知其精度符合反演要求.在贝叶斯理论框架下,建立了包含正则化约束的弹性阻抗反演方法,在此基础上直接提取Russell流体项.该方法可在缺少大角度叠前地震资料的情况下进行叠前直接反演得到流体因子,减少传统方法带来的累积误差.模型试算表明,该方法具有较好的准确度和稳定性.实际工区应用取得了良好的效果,表明该方法有实用性.     

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.     

基于贝叶斯框架的各向异性页岩储层岩石物理反演技术

页岩岩石物理建模旨在建立页岩矿物组分、微观结构、流体填充与岩石弹性参数的关系.对四川盆地龙马溪组页岩进行岩石物理建模研究,针对页岩黏土含量高、层间微裂缝发育等特点,利用Backus平均理论描述页岩黏土矿物弹性参数,利用Chapman理论计算与水平微裂缝有关的VTI各向异性,并利用Bond变换考虑地层倾角的影响.提出以黏土矿物纵、横波速度和孔隙纵横比为拟合参数进行岩石物理反演的方法,并引入贝叶斯框架减小反演的多解性.由已知的黏土矿物纵、横波速度和孔隙纵横比作为先验信息,并以测井纵、横波速度作为约束条件建立反演的目标函数,同时利用粒子群算法进行最优化搜索.计算结果表明,基于先验约束和粒子群算法的反演方法能够较准确地反演黏土矿物的弹性参数、孔隙形态参数以及裂缝密度等参数.计算得到的黏土纵、横波速度较高,并且在一定范围内变化,这可能与龙马溪组页岩的黏土矿物组分中具有较高弹性模量的伊利石含量较高有关,同时也与黏土定向排列等微观物性特征有关.反演得到的裂缝密度与纵波各向异性参数ε呈明显的正相关,而与横波各向异性参数γ相关性较小.另外,页岩各向异性参数与黏土垂向的纵横波速度有较强的相关性.

     

基于弹性波阻抗的拉梅参数反演与应用

(Connolly的弹性阻抗(EI)公式是纵、横波速度、密度和入射角的函数,应用该公式的常规反演方法只能直接得到纵、横波速度和密度的信息,而且不同角度的弹性阻抗在数值上差别很大,不在同一尺度上,无法进行对比。本文针对常规反演方法的缺点,提出了基于Gray的Zoeppritz近似方程的新的弹性阻抗公式,并对这个公式进行了标准化以实现不同角度的弹性阻抗在数值上的统一,最后用标准化后的公式进行了反演,利用拉梅参数与弹性阻抗问的线性关系可从反演得到的弹性阻抗数据体中直接提取得到拉梅参数。应用实例表明用这种方法提取得到的弹性参数更加稳定、准确,而且能很好地反映储层信息。这种新的方法是对以Connolly公式为基础的传统方法的改进。     

Lamé parameters inversion based on elastic impedance and its application

The Connolly (1999) elastic impedance (EI) equation is a function of P-wave velocity, S-wave velocity, density, and incidence angle. Conventional inversion methods based on this equation can only extract P-velocity, S-velocity, and density data directly and the elastic impedance at different incidence angles are not at the same scale, which makes comparison difficult. We propose a new elastic impedance equation based on the Gray et al. (1999) Zoeppritz approximation using Lamé parameters to address the conventional inversion method’s deficiencies. This equation has been normalized to unify the elastic impedance dimensions at different angles and used for inversion. Lamé parameters can be extracted directly from the elastic impedance data obtained from inversion using the linear relation between Lamé parameters and elastic impedance. The application example shows that the elastic parameters extracted using this new method are more stable and correct and can recover the reservoir information very well. The new method is an improvement on the conventional method based on Connolly’s equation. Wang Baoli graduated with a Bachelor’s degree in Prospecting Information and Engineering from the China University of Petroleum (East China) in 2004 and earned her Master’s degree from the department of Geophysical Prospecting and Information Technology in the China University of Petroleum ((East China) in 2006. She now studies for her PhD at the China University of Petroleum (East China). Her research interest is elastic impedance inversion.     

基于线性贝叶斯和改进的典型相关分析法的地震岩石物理反演

岩石物理反演作为一种直观的定量解释手段, 是储层表征的一个重要研究课题, 其中岩石物理模型是联系储层物性参数与弹性参数的桥梁.传统岩石物理反演往往需要在井位处校准岩石物理模型, 而在地下介质复杂时, 常规的岩石物理模型难以准确描述二者之间的关系, 极大地影响了岩石物理反演的准确性.为降低岩石物理模型校准带来的误差, 本文引入改进的典型相关分析(BP-CCA)法来构建储层物性参数与弹性参数之间的统计岩石物理关系, 从而获得地下储层物性参数的空间展布信息.此外, 该方法采用线性贝叶斯理论从叠前地震数据反演得到纵、横波速度及密度等弹性参数, 具有较高的反演精度和计算效率.本文对提出的方法进行了合成数据实验和实际数据应用测试.结果表明, 该方法可实现对储层参数的准确刻画, 验证了其可靠性.

     

碳酸盐岩储层多角度弹性阻抗流体识别方法

碳酸盐岩储层的AVO响应要比碎屑岩储层响应微弱,因此,弹性阻抗（EI）即使在确定了最佳入射角的情况下,要判断碳酸盐岩储层中的流体性质,依然十分困难.本文提出了一种多角度扩展弹性阻抗（MEEI）反演进行碳酸盐岩储层流体识别方法.利用已有钻井的测井数据,通过计算目的层段的MEEI,建立相应的含流体模式,进而建立了碳酸盐岩储层流体检测中的有效气水判据.通过不同入射角下EEI随入射角变化的不同趋势,可以有效识别储层中含气或含水情况,判别储层好坏.本文方法的有效性在四川盆地某地区实际资料应用中取得了良好的流体检测效果.