约束稀疏脉冲反演在杜坡油田核三段中的应用

张　义，尹艳树

（长江大学地球科学学院，武汉430100）

约束稀疏脉冲反演在杜坡油田核三段中的应用

张义，尹艳树

（长江大学地球科学学院，武汉430100）

杜坡油田储层受构造和河道砂体的双重控制，断裂极为发育，储层横向变化快，阻碍了油田后期的开发生产。为了更加清楚地认识储层平面展布特征，亟需通过地震反演技术来刻画储层砂体的发育和分布情况。通过分析研究区地质、地震及测井等资料，对核三段Ⅱ—Ⅵ油组进行储层预测。根据约束稀疏脉冲反演的基本原理，首先对数据进行可行性分析；其次进行井震联合标定、子波提取；然后利用解释的层位、断层构建框架模型；最后在低频模型基础上通过设置重要的反演参数完成约束稀疏脉冲反演研究。利用反演成果分析了杜坡油田核三段砂体的发育和分布情况，这在一定程度上刻画了储层的展布特征，为杜坡油田下一步开发调整提供了参考依据。

约束稀疏脉冲反演；子波提取；低频模型；核三段；储层预测；杜坡油田；

0　引言

杜坡油田位于泌阳凹陷的中部深凹区，构造位置位于泌阳凹陷古城油田南部，北部与泌123断块相距400 m，西部与东部分别为井楼油田和江河油田［1］（图1）。杜坡油田整体北西高、南东低，以宽缓近东西走向的鼻状构造为主；断裂发育，断层主要为北北东向；其砂体处于古城与双河平氏砂体交会带，受北部古城砂体自北向南延伸的影响，储层非均质性较严重，砂体空间变化快［2］。由于在开发过程中对储层平面分布认识不够明确，严重阻碍了后期的油气勘探开发工作，亟需通过地震反演技术来刻画砂体的发育和分布情况。

图1　杜坡油田地理位置Fig.1　The location of Dupo Oilfield

地震反演技术是在地震资料基础上发展起来的一项储层预测技术［3］，它充分发挥了地震数据的高横向分辨率和测井资料的高纵向分辨率优势，把界面反射型地震资料反演成岩层单元型波阻抗地层物性参数。波阻抗反演是地震反演的重要组成部分，它是联系地质、地震和测井的媒介［4］。作为递推反演方法的一种，约束稀疏脉冲反演方法在实际应用中取得了较好的效果［5］，已成为目前使用较多的一种反演方法。

笔者通过反演方法的优选，确定以约束稀疏反演为核心的储层预测方法对核三段Ⅱ—Ⅵ油组进行预测，明确其砂体的发育和分布情况［6］，从一定角度展示有利的挖潜区域，以期为杜坡油田下一步油气勘探开发指明方向。

1　反演方法优选

地震反演方法在储层预测中起着关键性作用，不同地区、不同类型的储层使用的反演方法不同。根据杜坡油田钻井、测井及地震资料的品质和储层特征等来选择合适的反演方法［7］。

1.1不同反演方法对比

模拟退火反演是应用最大后验概率准则，采用模拟退火算法寻找全局最优解的反演方法，其结果能较好地保留地震的反射特征。由于原始地震资料的质量直接决定着反演结果的好坏，因此，应用此方法的前提是地震资料应是保幅的，并且具有宽频、低噪声等特征［8］。

测井约束反演是一种基于模型的地震反演技术，它通过反复修改更新地质模型，使正演合成的地震记录与原始地震数据达到最佳匹配。由于初始模型与实际地质情况不完全一致，因此，反演结果存在多解性。在同样的地质条件下，钻井越多，结果越可靠，基于以上原因，测井约束反演通常适用于钻井数量较多的地区［9］。

约束稀疏脉冲反演是基于脉冲反褶积基础上的声阻抗反演方法。反演过程中利用地质和测井资料作为空间软约束，低频模型补充了井上的低频信息，在一定程度上拓宽了反演频带。该方法对初始模型依赖较小，反演结果准确度较高，唯一性较好［10］（反演精度取决于原始数据特征）。

1.2研究区反演方法选择

杜坡油田钻井资料较少，断裂极为发育，砂体相变快。由于地震资料品质较差（低频带、高噪声），储层预测难度较大，不适于应用模拟退火反演方法。测井约束反演方法对初始模型要求较高，难以适用于此类复杂断块，而约束稀疏脉冲反演不依赖模型，其反演精度取决于原始数据特征。因此，运用以约束稀疏反演为核心的储层预测方法对研究区核三段Ⅱ—Ⅵ油组进行预测。

2　约束稀疏脉冲反演基本原理

约束稀疏脉冲反演是基于脉冲反褶积的递推反演方法，其思想是假设地层波阻抗模型对应的反射系数序列是由一系列服从高斯分布的大反射系数和小反射系数背景叠加而成的［11］。从地质意义上讲，大反射系数相当于地下不连续界面和岩性分界面［12］，通过对每一道逐点增加脉冲，反射系数被逐渐改变，直至该反射系数序列合成的地震道和原始地震道达到最佳匹配，得到最终的反射系数序列。在此基础上求得相对波阻抗，加上井的低频约束就可以得到约束稀疏脉冲的绝对波阻抗［13］。目标函数如下：

式中：F为反演目标函数；i为反演的道数；ri为反射系数样点；di为地震道样点［14］；si为合成道样点；ti为趋势约束；zi为自定义控制范围内的波阻抗，g/cm3· m/s；λ为数据匹配因子；p和q均为优化因子；α为趋势匹配因子。

约束稀疏脉冲反演是基于地震道的反演，它的实质就是在波阻趋势的约束下，用最少数目的反射系数脉冲达到合成记录与地震道的最佳匹配［15-16］。

3　主要技术步骤

约束稀疏脉冲反演包括以下步骤：①数据可行性分析；②井震联合标定和子波提取；③利用解释的层位、断层构建框架模型；④建立低频模型；⑤设置反演参数并得到最终阻抗体。

3.1数据可行性分析

数据可行性分析主要包括测井数据可行性分析和地震数据可行性分析，其目的是确保测井曲线均为标准化之后的，且地震数据不受“采集脚印”的影响。利用测井储层评价与岩石物理正演技术研究储层的弹性响应特征（对于叠后反演主要指的是纵波波阻抗），在波阻抗能够指示并区分岩性的前提下进行下一步的研究。在研究中主要是评估用于反演数据输入的地震、层位和井数据，保证资料齐全、品质好，对于资料品质达不到要求的可以做一些简单处理等。

3.2井震标定和子波提取

合成地震记录是进行时深转换的基础，是连接地震、地质和测井工作的桥梁。其目的是利用测井资料的高分辨率精细标定各岩性界面在地震剖面上的反射位置［17］，它担负着井震标定和子波提取两大任务。井震标定和子波提取是一个不断迭代的过程，两大部分内容相辅相成。笔者针对杜坡油田测井资料的品质，选取了14口井分别制作了合成地震记录：首先用声波时差和密度数据生成波阻抗和反射系数曲线，使之与初始Ricker子波进行褶积得到合成地震记录，调整合成记录使其与井旁地震道吻合良好；其次进行多轮子波提取，本次研究采取了四轮子波提取方法，即提取振幅谱子波、相位谱子波、振幅-相位谱子波和多井综合子波（图2）；然后分别用提取的这一系列子波制作合成记录，调整时深关系使相关系数达到最高，井上分层与解释层位尽量对齐，如此反复，直至得到理想效果［合成地震记录与地震波形具有良好的相似性（相关系数达到0.7以上），相对能量关系以及频率和相位都与地震道较为匹配（图3）］。

图2　子波估算及提取Fig.2　Wavelet estimation and extraction

图3　B208井合成地震记录Fig.3　Synthetic seismogram of B208 well

3.3低频模型的建立

利用Jason软件中的Earth Model FT模块，将地震解释的层位和断层等数据导入后，建立地质框架模型，在框架模型控制下，用快速克里金插值将波阻抗数据沿层进行内插和外推，进而生成低频模型。低频模型的建立是为了给出反演的低频趋势，减少反演的不确定性，从而揭示波阻抗的空间变化趋势。杜坡油田储层复杂，断层发育，但断距比较小，而约束稀疏脉冲反演的分辨率比较低，使得断层对反演影响较小，因此在低频模型的建立中没有加入断层数据（图4）。

图4　低频模型Fig.4　Low frequency model

3.4反演重要参数设置

在反演过程中，稀疏性约束因子、地震信噪比、合并频率及子波刻度因子等质量控制参数比较重要。其中，稀疏性约束因子反映的是反射系数序列的稀疏性，其值越小，反射系数序列越稀疏；地震信噪比反映约束反演结果与地震数据的相似性，信噪比越高，表示从反演结果中转换的合成记录与地震道相关性越好；合并频率就是地震与模型合并的低频点，从几赫兹开始由模型中的低频替换掉反演的低频成分；子波刻度因子通常直接按默认值1进行反演是没有问题的，但由于提取子波的时窗与反演时窗通常不一致，所以有必要进行调试子波刻度因子。由于地震数据缺少低频成分，反演得到的纵波波阻抗的低频成分是不稳定的，因此，约束稀疏脉冲反演时不用这部分低频，而是用模型中的低频成分替代。对以上4个参数进行测试，用General QC功能，选取拐点处的值即可。

4　反演结果分析

约束稀疏脉冲反演是基于地震道的反演，其垂向分辨率可达1/8波长。当地震资料品质较差时，该方法难以分辨薄层。图5为杜坡油田反演得到的波阻抗剖面，图中砂岩表现为高阻抗特征。从图5可看出：核三段Ⅱ，Ⅲ和Ⅵ油组砂体明显比其他油组发育，砂体纵向变化较大，其间发育薄层泥质沉积，这与地质研究成果较为符合，10 m以上的砂层基本得以分辨。图6为核三段Ⅵ油组波阻抗平面分布图，色标从蓝绿色到红黄色反映波阻抗值从低到高的特征。由此看出：Ⅵ油组砂体横向变化大，整体连续性较差，西部地区砂体较为发育，东部地区泥岩较为发育。在西北地区钻遇的井中，如B232井和B370井，均有很好的油气显示，证实了反演结果的准确性，但是约束稀疏脉冲反演对于薄层预测不甚理想，薄层在反演剖面上分辨不清，垂向分辨率有待提高。由于该方法较好地保留了地震数据的原始特征，能在空间上反映波阻抗的总体变化趋势，如果资料允许，可以对反演结果求取横向变差函数，采用先进的地质统计学方法进行薄层识别和预测。

图5　核三段Ⅱ—Ⅵ油组波阻抗反演剖面Fig.5　The section of P-impedance inversion ofⅡ-Ⅵoil groups of the third member of Hetaoyuan Formation

图6　核三段Ⅵ油组波阻抗平面分布Fig.6　The plane distribution of P-impedance inversion ofⅥoil group of the third member of Hetaoyuan Formation

5　结论

（1）约束稀疏脉冲反演较准确地预测了杜坡油田储层砂体的纵向和横向展布规律，为后期油气勘探开发提供了参考依据。

（2）杜坡油田核三段砂体纵向变化较快、横向连续性差，Ⅱ，Ⅲ和Ⅵ油组砂体明显比其他油组发育，Ⅵ油组西部地区砂岩较发育，东部地区泥岩较发育，B232井区和B370井区是Ⅵ油组下一步油气勘探的重点区域。

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（本文编辑：杨琦）

Application of constrained sparse spike inversion in the third member of Hetaoyuan Formation in Dupo Oilfield

ZHANG Yi，YIN Yanshu
（College of Geosciences，Yangtze University，Wuhan 430100，China）

The reservoir in Dupo Oilfield is controlled by structure and channel sand body，and has fast lateral variation andwell developedfracture，whichrestrictsthedevelopment ofoilfieldinthelateproduction.Inorder to make clear the reservoir distribution characteristics，we need to depict the development and distribution of sand body through seismic inversion technique.Based on the geologic，seismic and logging data，this paper carried out reservoir prediction ofⅡ-Ⅵoil groups of the third member of Hetaoyuan Formation.According to the basic principle of constrained sparse spike inversion，carried out feasibility analysis，well-to-seismic calibration and wavelet extraction，formed frame model by using interpreted formation and fault，then established low frequency model，and finally completed the study on constrainedsparse spike inversion by setting important parameters.Through analyzing inversion results，the development and distribution of sand body of the third member of Hetaoyuan Formation in Dupo Oilfield are clear，which depicts the distribution characteristics of reservoir to a certain extent and provides a reference for the next development and adjustment ofDupoOilfield.

constrained sparse spike inversion；wavelet extraction；lowfrequencymodel；the third member ofHetaoyuan Formation；reservioir prediction；DupoOilfield

P631.4

A

1673-8926（2015）03-0103-05

2014-12-22；

2015-02-28

国家重大科技专项“精细油藏描述技术及剩余油赋存方式研究”（编号：2011ZX05011-001）资助

张义（1990-），男，长江大学在读硕士研究生，研究方向为精细油藏描述。地址：（430100）湖北省武汉市蔡甸区大学路长江大学地球科学学院。E-mail：1551269385@qq.com

尹艳树（1978-），男，博士，教授，主要从事储层地质建模和油藏描述方面的教学与科研工作。E-mail：yys@yangtzeu.edu.cn。