页岩裂缝型储层模型参数化及AVAZ反演预测方法研究

随入射角和方位角振幅变化(AVAZ)反演是地球科学领域从叠前和方位角地震数据中估计弹性参数和各向异性参数的最广泛使用的反演方法之一,有助于预测裂缝.发育一组垂直或近垂直定向裂缝的各向同性均匀岩石储层可以等效为具有水平对称轴的横向各向同性介质(Horizontal Transversely Isotropic medium,即为HTI介质).我们的目标是开发一种适用于页岩储层裂缝预测的稳定反演方法,并充分利用页岩裂缝型储层的宽方位地震数据,提高反演稳定性.首先推导出一个HTI介质三项PP波反射系数近似表达式,该方程减少待求参数的个数,并保持足够的精度来描述HTI介质的反射特性,进而提高反演的鲁棒性.此外,开展了基于贝叶斯理论的AVAZ反演方法,提高反演的稳定性.利用柯西概率分布和高斯概率分布作为模型参数和似然函数的先验信息,提高了反演精度.通过与已有近似方程的精度分析对比,验证了基于新近似方程的反演方法的可行性.在不同噪声条件下,对所提出的反演方法进行了实际工区应用,通过实例验证了该方法在裂缝性储层反演预测中具有较高的鲁棒性和稳定性.     

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.

     

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.

     

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.

     

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。     

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.     

基于黏弹性Chapman-Kelvin模型的裂缝储层频变AVAZ反演研究

为了在地震资料和裂缝储层特征之间建立联系,对裂缝储层采用了等效介质模型.而传统的等效介质模型未充分考虑非完全弹性介质理论和基于频变各向异性理论的双相或多相流体假设,也不能对实际裂缝储层中的地震波频散和衰减现象提供准确合理的解释,并且储层参数的反演研究对裂缝储层的定性预测和定量描述举足轻重.为此,本文首先根据所提出的黏弹性Chapman-Kelvin动态等效介质模型,该模型考虑了耦合的双相流体假设、黏弹性理论、喷射流以及斑块效应,并在此基础上分析了裂缝储层参数（主要为裂缝密度、裂缝长度、孔隙度和含水饱和度）对地震波频变特征的影响.然后基于黏弹性Chapman-Kelvin模型与Schoenberg和Protazio概括的Zoeppritz方程所计算出的频变反射系数,分析了反射PP波和PS波的频变AVAZ（Amplitude Versus Angle and Azimuth）特性和PP波频变反射系数与裂缝储层参数的关系.同时考虑到发生地震频散时,反射系数和频率产生关系,构建了在角度、方位和时间域内的新型正演方程.最后,基于PP波频变反射系数对裂缝密度、裂缝长度、孔隙度和含水饱和度的变化有较好的敏感性特点,进行了两种反演方法研究：其一是基于贝叶斯理论直接反演方法,其中以对数绝对范数作为似然函数和高斯分布,即L2范数度量作为先验约束;其二是基于频变反射系数的MCMC（Markov Chain Monte Carlo）随机反演方法.通过频变AVAZ进行裂缝储层参数的反演研究,结果表明,MCMC随机反演方法在缺失先验的储层参数信息时,反演结果的不确定性较强.当存在有效且足够的先验信息时,反演结果的可靠性进一步提升.而基于贝叶斯理论直接反演方法,则显示出基于频变AVAZ来区别大尺度裂缝和微尺度裂隙的潜力.

     

弹性阻抗反演及应用研究

利用常规叠后波阻抗反演方法不能得到可靠的波阻抗和其它岩性信息.本文运用弹性阻抗反演理论对某地区的地震资料进行了分析研究,应用实例表明,用弹性阻抗反演方法可得到较理想的反演结果,且从反演所得到的波阻抗剖面中能提取出许多岩性参数,这些岩性参数能反映岩性和流体特征.与传统的波阻抗反演相比,弹性阻抗反演具有信息量丰富、分辨率高的特点;与定性的AVO反演相比,该方法达到了定量的程度,而且速度快.     

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.     

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.

     

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.

     

基于逆散射理论的介质参数与其地震响应的尺度对应关系研究

在反演过程中进行频带控制是多尺度反演的重要策略,但数据频率成分与要反演的参数之间的尺度对应关系尚不清晰。本文利用Kormendi论文中的测井曲线模型,基于逆散射理论将地下介质参数的扰动分解为0-0-9-11 Hz、9-11-18-22 Hz、18-22-36-44 Hz和36-44-80-90 Hz共4个尺度,并利用反射率正演模拟方法生成4个尺度扰动成分的地震响应。通过对比地下介质参数不同尺度的扰动及其地震响应的频带成分,发现二者在4个扰动尺度上均具有一致性,由此得出介质参数与其地震响应具有定量尺度对应关系的结论。据此从介质扰动的尺度概念引申出反射系数的尺度概念,从逆散射理论角度探讨实验结果的理论依据,并对其在指导反演分频参数选取及薄互层解释等方面的应用展望进行讨论。     

基于Fatti近似的弹性阻抗方程及反演

用Connolly的弹性阻抗(EI,elastic impedance)公式进行反演只能直接得到纵、横波速度和密度的信息,然后才可间接计算得到纵横波阻抗等其它的参数数据体,这样便增加了一步误差使数据的准确性降低.本文首先针对该方法的这些缺点和不足,提出了以Zoeppritz方程的Fatti近似为基础一种新的弹性阻抗公式,由该公式可得到比用Fatti近似更准确的反射系数,然后对这个公式进行了标准化以实现不同角度的弹性阻抗间量纲的统一,最后用标准化后的公式进行了反演,从反演得到的不同角度的弹性阻抗数据体中可直接提取得到纵横波阻抗数据体.应用实例表明用这种方法提取得到的纵横波阻抗更加稳定、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.     

基于双相介质简化传播方程的储层参数反演方法

双相介质的传播方程可同时考虑孔隙流体与骨架结构,但因为传播方程较为复杂,难以直接用于储层参数反演.通过推导公式对其进行了简化,将双相介质反射透射方程退化近似为储层参数方程,验证了简化方程的精确度,分析了主要储层参数的影响,并利用最小二乘方法对储层参数进行了反演.数值实验和实际资料表明,利用此简化传播方程进行反演方法可行...     

双参数混合正则化方法及在电导率反演成像中的应用

通过引入带有二阶正则算子的正则化项,建立了一种双参数混合正则化方法.为确定最佳正则化参数,这里主要应用L-曲线法、偏差原理和广义交叉校验准则的优化组合来确定.首先对理论模型进行了数值模拟,通过与截断奇异值分解法、共轭梯度法及标准Tikhonov正则化法的结果比较,表明该方法不仅精度高,而且对于数据的随机扰动具有稳定性.然后将此方法应用于对电导率反演成像的计算中,得到的电导率反演成像精确细致可靠,也符合实际情况.这表明该方法求解地球物理反问题时,在增强反演的稳定性及减少多解性的同时,还能进一步提高反演计算速度.     

基于流体因子叠前地震反演的油水识别方法研究与应用

在双相介质理论指导下构建的流体因子Gassmann流体项f可以实现对油水层的有效判识。本文基于包含流体因子f的反射系数近似公式推导,得到相应的流体弹性阻抗方程,将流体因子纳入地震反演过程并直接参与目标储层的流体识别,实现了从弹性阻抗数据体中直接反演流体因子f的方法技术流程。流体因子f的直接反演有效减少间接计算所带来的累计误差,提高了地震流体识别的精度。在实际资料应用中,结合研究区地质背景与地球物理特征开展的岩石物理分析表明,Gassmann流体因子f对含油和含水特征有较好的区分作用。反演结果表明,流体因子f能为有效地识别目的层的油水特征,为下一步的钻井开发提供可靠的技术支持。      

基于EEI反演的储层油气识别研究

埕岛油田是我国极浅海地区第一个投入开发的大油田,其馆陶组上段属河流相砂泥岩沉积,油气富集程度高。该层段分为五套砂组,其中三砂组和四砂组是主要的含油储层。此次研究的目标工区内主要的烃类是重质油,含油储层与含水储层的物性差异较小,通过反演常规的弹性参数无法准确指示油气。基于测井曲线和岩石物理交汇分析,本文构建了敏感的油气指示因子,通过扩展的弹性阻抗反演技术反演该指示因子从而进行油气展布预测。该方法在工区得到了良好的应用效果。