（地球探测与信息技术专业论文）克里金储层预测技术及应用.pdf

克里金储层预测技术及应用 杨阳( 地球探测与信息技术) 指导教师：曲寿利教授，印兴耀教授 摘要 针对鄂尔多斯大牛地气田由于地震资料分辨率低且噪声大、储层 薄且非均质性强所导致的储层预测精度和砂体厚度预测精度不高的 关键问题，本文开展了以克里金方法为主的储层预测技术及应用研 究。在调研国内外储层预测技术优缺点的基础上，提出了应用因子克 里金滤除属性图空间噪声和贝叶斯克里金进行储层预测、储层建模及 反演的新方法。通过理论分析、公式推导、编程试算和实际数据的应 用，证实了该方法的有效性，形成了实用的克里金储层预测技术。 本文中主要研究工作可归纳为三个部分：( 1 ) 大牛地储层预测分 析。在分析大牛地气田地震资料特点、储层特征的基础上，剖析了该 区储层预测的关键问题，进而有针对性地调研总结储层预测技术现 状，分析各种方法的优缺点和适用性，并提出了新的研究方向：( 2 ) 因子克里金方法地震属性数据空间滤波去噪方法研究。针对地震采集 形成的空间噪声，提出使用因子克里金的思想，将空间上的点变换到 变差函数域中，在这里对不同的成分进行分离，去除噪声后再将其还 原回到空间域中。文中推导公式、进行了编程和试算，可以将属性图 中的那些人为“脚印”去除；( 3 ) 贝叶斯克里金方法提高储层预测精 度研究。传统的普通克里金预测单纯依赖于井，不能将地震信息进行 有效利用，显然不能满足更加精细的属性预测。引入贝叶斯克里金的 测井、地震数据相结合共同进行储层属性预测的思想，能很好的解决 井数据与地震数据进行联合预测的问题。通过编程和试算，在砂体预 测、地质统计建模及反演中都有很好的应用效果。 本文深化了克里金方法的研究并形成了实用技术，在大牛地气田 石板太地区进行了实际应用。属性图空间滤波效果显著，得到了预测 目标砂体的储层参数横向分布成果，同时井震结合进行储层建模及反 演也取得满意的效果。该方法有很高的理论价值，同时又获得了良好 的实际应用效果，有很好的发展前景。 关键词：储层预测，因子克里金，贝叶斯克里金，变差函数，滤波 r e s e r v o i rp r e d i c t i o nt e c h n o l o g ya n d a p p l i c a t i o nu s i n gk r i g i n gm e t h o d y a n g y a n g ( g e o p h y s i c a lp r o s p e c t i n ga n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rq us h o u - l ia n dy i n x i n g - y a o a b s t r a c t i no r d e rt or e s o l v et h ep r o b l e mt h a tt h el o wp r e c i s i o ni nr e s e r v o i r p r e d i c t i o nt h a tb e c a u s eo ft h el o wr e s o l u t i o nt h en o i s ea n dt h er e s e r v o i r a n i s o t r o p yi ne r d u o sd a n i u d ig a sf i e l d , k r i g i n gm e t h o di su s e dt op r e d i c t r e s e r v o i ri nt h i sa r e a i nt h i sa r e a ，f a c t o r i a lk r i g i n gi su s e dt od e l e t et h e n o i s ei nt h ea t t r i b u t em a p sa n db a y e s i a nh - i g i n gi su s e dt op r e d i c tt h e r e s e r v o i ra n dm a k em o d e lo ft h er e s e r v o i r a tt h es a m et i m e t h e a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f t h et r a d i t i o n a lw a y sf o ro i lp r e d i c t i o na r e d i s c u s s e da g a i ni nt h i sa r t i c l e t h ee f f e c to ft h i sm e t h o dh a sb e e np r o v e d b ya n a l y z i n gt h et h e o r ya n dt e s t i n gd a t ai nt h i sa r e a t h e r ea r et h r e ep a r t so ft h i sa r t i c l e ：( 1 ) t h e a n a l y s i so fr e s e r v o i r p r e d i c t i o ni nd a n i u d i f i r s tt h ea r t i c l ea n a l y z ec h a r a c t e r i z eo f t h ed a n i u d i g a sf i e l da n dt h e nt h ep a p e rm a k e so u tt h ep r o c e s so fa p p l y i n gf a c t o r i a l k r i g i n ga n db a y e s i a nk r i g i n gm e t h o d l a s t ，i tm a k e sac o n c l u s i o na b o u t t h ec u r r e n tr e s e r v o i rp r e d i c t i o nm e t h o d sa n ds h o w ss o m ea d v i c e sa f t e r d i s c u s s i n g t h e a d v a n t a g e s a n dd i s a d v a n t a g e so ft h et r a d i t i o n a l m e t h o d s ；( 2 ) f a c t o r i a lk r i g i n gi su s e dt od e l e t et h en o i s ei nt h ea t t r i b u t e m a p s f a c t o r i a lk r i g i n gi sag e o s t a t i s t i c a la p p r o a c ht oi s o l a t i n ga n d e x t r a c t i n gf e a t u r e sr e l a t e dt ot h em o d e l e dv a r i o g r a m i nt h i sc a s e ，t h e v f o o t p r i n ti nt h ea t t r i b u t em a p c a l lb ei s o l a t e da n dr e m o v e dv e r ys i m p l y ；( 3 ) b a y e s i a nk r i g i n gi su s e dt op r e d i c tt h er e s e r v o i ra n dm a k em o d e lo ft h e r e s e r v o i rt h et r a d i t i o n a lk r i g i n g - o r d i n a r yk r i g i n go n l y 慨t h ew e l ld a t a t om a k ep r e d i c t i o n ，a n dt h es e i s m i cd a t ac a n tb eu s e d e f f e c t i v e l y o b v i o u s l y , t h er e s e r v o i rw o n tb ep r e d i c t e ds u b t l yb yt h i sw a y b a y e s i a n k r i g i n gc a nc o m b i n et h ew e l ld a t aw i t hs e i s m i cd a t at op r e d i c tt h e r e s e r v o i r t h i sm e t h o dc a nr e s o l v et h ep r o b l e mt h a th o wc a nc o m b i n et h e w e l ld a t aw i t hs e i s m i cd a t at op r e d i c tr e s e r v o i r a n dt h e s em e t h o d sh a v e g o o de f f e c t o nr e s e r v o i rp r e d i c t i o na n dg e o s t a t i s t i c a l m o d e l i n ga n d i n v e r s i o n t h ep a p e rm a k e so u tt h ep r o c e s so fa p p l y i n gf a c t o r i a lk r i g i n ga n d b a y e s i a nk r i g i n gm e t h o d t h e r ea r eg o o de f f e c t so nf i l t e r i n gt h en o i s eo f t h ea t t r i b u t e m a p r e s e r v i o ra n dp a r a m e t e r s d i s t r i b u t i o nm a p sa r e a c h i e v e d a n dt h em o d e l i n ga n di n v e r s i o no f t h er e s e r v o i ru s i n gw e l ld a t a a n ds e i s m i cd a t aa l s oh a v eag o o de f f e c t f i n a l l y , i tm a k e sac o n c l u s i o n a b o u tt h et w ok r i g i n gm e t h o d sa n ds h o w ss o m ea d v i c e s t h i st e c h n o l o g y b o t hh a sap r o f o u n dt h e o r yv a l u ea n dg e t sav e r yi m p o r t a n tp r a c t i c a lv a l u e t h e r em u s tb eaw e l lo u t l o o ko nt h i sm e t h o di nt h ef u t u r e k e yw o r d s ：r e s e r v o i rp r e d i c t i o n ，f a c t o r i a lk r i g i n g ，b a y e s i a nk r i g i n g ， f j i t e r 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中国石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名： 叼- ) 年p j ，日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅； 学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： 蝴年月日 阳 年月fe l l 哿 岛上，乙 蜘掘 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 第1 章前言 1 1 选题的目的和意义 随着油气勘探程度的日益提高，对储层预测技术的要求也越来越 高。在许多传统储层预测方法不能很好的解决现今储层预测的新问题 的情况下，需要找到一些新的解决途径。实际生产中待需解决的新问 题就是理论研究的方向。 大牛地气田位于鄂尔多斯盆地北部，是中石化集团在鄂尔多斯盆 地勘探程度最高、油气成果最为丰富的探区。近几年随着该区开发程 度的不断深入，高精度三维地震勘探技术得到了快速发展，经过多家 单位的辛勤工作和研究，形成了许多行之有效的方法技术并取得了令 人瞩目的油气地质成果。地震属性及地质统计分析、地震相一沉积相 分析、模型正演技术、储层反演技术已得到了广泛的应用，从储层圈 定、储层描述、储层物性研究、储层油气检测等四个层次对气藏进行 了描述，基本查清了三维工区西南部单采区盒2 、盒3 段主河道砂体 的富集规律及空间展布形态，为开发井井位部署提供了准确的依据。 目前，虽然西南单采区的盒2 、盒3 段地震储层预测取得了较大 的进展，但是其它区域及其它层位的岩性识别及预测仍举步为艰。合 采区的储层在大牛地气田的开发中，已经成为影响气田生产和研究工 作进展的主要技术障碍，严重制约了下一步开发井网的部署。前期的 研究分析表明，合采区储层预测的主要难点为： ( 1 ) 沿层属性图切片上普遍出现的线状噪声。这是切片过程中产 生的人为“脚印”，因为该“脚印”的存在会影响储层预测的精度及 其效果。 ( 2 ) 储层的非均质性：该区储层仍为河流相沉积的河道砂体，河 道的频繁摆动、冲刷、侵蚀和叠置使得砂体的发育极不规律，侧向尖 灭快，横向非均质性极强而且非常薄，致使岩性圈闭的外形、边界和 内部结构及厚度难以落实。 ( 3 ) 有效储层预测方法不完善：虽然该区已应用了地震属性、地 质统计分析、地震相一沉积相分析、储层反演等技术，但还不能很好 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 地解决该区上述储层描述问题，特别是用克里金方法提高砂体厚度预 测精度的方法还没有应用。 因此，本文通过对石板太地区储层预测研究，探索解决储层预测 技术难题的新思路和新技术，重点研究克里金方法在储层预测方面的 应用。该方法研究成功将会大大提高储层预测精度，对克里金技术在 储层预测方面的深入发展有重要的意义。 1 2 国内外研究现状 地震储层预测始于2 0 世纪7 0 年代出现的“亮点”技术，主要是 利用反射波的振幅和极性等属性进行气藏的预测。从2 0 世纪8 0 年代 起，模式识别技术受到特别重视，预测对象从单一的储层厚度和岩性 发展到用多种属性预测油气。地震勘探由解决构造问题发展到解决储 层描述的问题。目前，以多属性分析、约束反演为代表，国内外已发 展了多种储层预测技术，在油气田勘探开发领域发挥了越来越重要的 作用。 从技术发展角度看，当前储层特征描述与预测己进入第三代。第 一代为岩石物理方法，用测井数据、岩心数据和测试资料直接确定储 层特性：第二代为地质类比法，类比物依据现代沉积环境提出，它是 在第一代的基础上发展起来的；第三代就是当今使用的多学科储层特 征描述与预测方法，采用现代概率统计和风险评价分析技术，结合地 质、工程、地球物理信息给出最佳储层模型。以多属性分析、约束反 演为主的储层预测方法对于形态与物性变化不快、且有一定厚度的储 层是非常有效的工具，但解决不了像大牛地地区这种横向非均质性极 强而且非常薄的储层预测上的技术难题。 地质统计学经过4 0 多年的发展，已成为能表征和估计各种自然 资源的工程学科，并由法国、南非及一些法语国家推广到几乎全世界。 作为一门年轻的边缘学科，仍正处于蓬勃发展的阶段。地质统计学研 究的发展如下【i j ： ( 1 ) 出现了理论上的两大学派：以g 马特隆为首的参数地质统 计学派，即枫丹白露地质统计学派，继续开展以正态假设为基础的析 取克里金法及条件模拟的研究，同时把主成分分析和协同克里金法结 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 合起来，提出多元地质统计学的基本思想，形成了简单克里金、普通 克里金、泛克里金以及析取克里金等一套理论和方法，上述方法所有 计算均依赖于实际样品数据，并求得区域化变量理论模型的若干参 数，故称为“参数地质统计学”；以a g 儒尔奈耳( a g j o u r n a l ) 为首的“斯坦福地质统计学派”又称“非参数地质统计学派”，发展 了无须对数据分布做任何假设的指示克里金法和概率克里金法以及 快速条件模拟等一套方法，同时考虑如何使用软数据的问题，两个学 派都在研究地质统计学中的稳健性问题。 ( 2 ) 不同的数学方法不断地引进克里金法，多学科渗透形成各种 新的克里金法。例如：对于含有特异值( 如特高品位) ，接近高斯分布 的数据，将稳健统计学的思想应用于求变差函数，提出了稳健克里金 方法；应用条件概率估计空间分布用以解决可回采储量的估计和预报 区间的确定问题；将多元域化变量引入克里金法，利用两个以上具相 关性的变量协同对某一变量进行估值，产生了协同克里金法；将多元 区域化变量引入指示克里金法便产生协同指示克里金；将多元统计思 想引进克里金产生因子克里金等。 近年来，克里金技术在石油勘探开发中的应用日益广泛深入，效 果也越来越明显。应用的主要内容包括，估计地层的埋深、层厚、孔 隙度、渗透率和含油饱和度等地质和地球物理参数的空间分布，绘制 各种地质图件。除此之外，还可以进行油气藏的随机模拟。利用这种 方法可以划分沉积相带，研究油气藏的非均质性，预测油气藏的动态 特征，为制定开发方案和调整方案，提高采收率提供依据。但是，该 方法还没有合理地应用于鄂尔多斯大牛地气田薄储层的预测。 总之，针对鄂尔多斯大牛地气田这样复杂的储层，目前的方法还 存在着不适应性和不完善性，如何解决属性图上出现的人为噪声、储 层的非均质性给反演及储层预测带来的一系列问题和薄储层厚度的 预测等，还需要深入的研究。为此，本文将重点研究因子克里金法空 间滤波去噪方法和贝叶斯克里金法储层预测技术及储层建模。 3 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 1 3 研究的主要内容与技术路线 1 3 1 研究的主要内容 储层预测主要涉及两方面内容：一是几何形态和空间展布特征； 二是内部结构特征。无论前者还是后者，均需通过一些参数( 岩性参 数、物性参数、含油气性参数等) 的变化来进行具体描述。严格地说， 这些参数只有通过打井才能直接测定，而无法直接由地震数据确定。 但从井中所测到的各种参数只是一个点上的信息，即使井很多也只能 是分布在一些离散的点上。要了解这些参数的空间分布规律，就必须 依托于地震数据在空间上展开，这在技术上将面临两个问题：通过 井旁地震道信息，建立井中所测各种参数与地震信息之间的关系( 标 定) ；再利用这种关系，通过具有空间分布特征的地震信息，估算 出相应空间位置上的各种参数( 横向预测) 。 针对本区的薄储层的地质特点，重点研究与储层厚度预测及物性 参数和含油气性参数提取相关的克里金方法，包括三方面的内容： 1 、储层预测概述 调研总结储层预测技术现状，分析各种方法的优缺点和适应性， 提出新的研究方向。 2 、因子克里金方法地震属性数据空间滤波去噪方法 储层预测的精度，首先取决于地震属性的精度，去除地震属性数 据空间噪声可以大大提高属性的可靠性。通常，地震数据的处理是按 道进行的，但是地震属性在储层预测和含油气检测的应用方法更多的 是沿层进行空间分析。由于受地震采集观测系统的影响和属性数据提 取方法的约束，沿层地震属性数据上会出现一些规则的线性噪声和随 机噪声，这些噪声对于储层预测和含油气检测的精度有严重的影响。 在很多属性分析软件的应用过程中都会出现这种情况，但目前还没有 一个很好的办法解决该问题。为了滤除这些噪声，本文提出使用因子 克里金的方法，将空间上的点变换到变差函数域中，在这里对不同的 成分进行分离，去除噪声后再将其还原回到空间域中。 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 因子克里金的主要思想为：把一个模型看成是由两个或更多个独 立的随机组分( 也称因子) 构成的l i p z ( 砷= 磊( “) + 互( “) + + 互( 砷利用 这种假设可以滤掉未选组分的协方差函数的贡献，在实际应用中有利 于滤除地震资料中的噪声，人为假象及二维闭合差。 3 、贝叶斯克里金方法在砂体预测和储层建模及反演上的应用 针对该区储层非均质性强，横向变化显著以及砂、泥岩薄互层的 沉积特征等特点。采用贝叶斯克里金方法在地震信息与储层物性之间 建立起经验关系。它能综合不同学科的信息( 包括：测井、岩心、地 震、试井、地质等) 进行地下结构的描述，同时还可对分析所得结构 ( 指构造、地层、产层、最小、最大整体情况等) 。提供有关风险性 或不确定性的分析。该技术包括下面这样一种数据利用方式，即在井 位处“硬”数据之间提供额外的“软”证据，经常由地震数据提供这 种“软”证据。实质上，如果发现井中观测到的地层参数与研究区域 内观测到的地震属性之间存在一个统计上( 和物理意义上) 的相关性， 则可以利用地质统计技术来建立井口处硬数据的“信用度”，并且在 井之间进行内插( 一般采用克里金技术) ，或多或少使地震解释受益。 在没有地震数据的情况下，利用先进的地质统计技术能生成井间范围 各种可能的“实现”。但在存在具有可靠预测能力的地震数据时，这 类模型的范围会大大缩小1 2 l 。 目前常用的传统克里金方法是：普通克里金。普通克里金预测仅 仅是单纯的利用井点数据进行外推插值，在井点较密集地区可以达到 较好的插值效果，但是在远离井点或井点稀疏的地区，这种单纯的利 用井信息进行插值很难真实的体现出地下储层的分布情况及其横向 上的变化。这时候就需要贝叶斯一克里金软硬数据结合估计的方法。 利用地震数据对未知区域进行合理猜测，在有地震数据作为趋势模型 的背景下，再利用井点数据作为确定性信息进行联合估计，这样就能 既体现地震的大范围趋势优势，又能利用井点处的精确数据进行标 定，使得估计结果更贴近实际情况。在储层建模及反演上则可以在通 过井的控制来提高纵向分辨率的同时又可以通过地震数据来更好的 体现同相轴横向的变化。 5 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 1 3 2 技术路线 在调研现有储层预测方法优缺点的基础上，研究以克里金方法 为主的储层预测新方法。以岩石物理、测井资料和地震属性资料为基 础，应用因子克里金空间滤波去噪方法优化沿层地震属性数据，提高 属性数据的可靠度，在此基础上，利用贝叶斯克里金方法提高砂体厚 度预测精度和储层物性和含气性预测精度如图卜1 。 图1 - 1 技术路线图 1 3 3 完成的工作量 基于实际工作中出现的一些具体问题而寻求其解决方案，这应该 是科研工作的指导方向。 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 由于沿层属性切片上的一些比较严重的噪声干扰及人为假象已 经严重影响了属性图的精准度，同时也对进一步的分析造成了不利影 响。所以探讨使用因子克里金方法对其进行滤波，以期达到去除噪声 进而进行下一步的分析研究的目标。在研究中可以看出，运用因子克 里金滤波后的属性图可以去除沿层地震属性图切片中的“脚印”难题。 使得下一步的属性预测及地质统计建模少了人为干扰，更加贴近于实 际情况。 而传统的普通克里金预测单纯依赖于井，不能将地震信息进行有 效利用，显然不能满足更加精细的属性预测。所以引入贝叶斯克里金 的测井、地震数据相结合共同进行储层属性预测的思想。该方法能很 好的解决井数据与地震数据进行联合预测的问题。 在实际编程试算过程中，首先，对因子克里金所面对的大量数据 如何能够提高其运算速度是一个重要问题。研究中发现克里金方程组 是病态方程组，一般的一些解方程组的方法并不能应用于该方程组， 本文在实际应用过程中对其方程组的求解方法做了一些改进，使得运 算速度有所提高。其次，如何对变差函数进行最佳拟合也是该算法的 个难点，数据量大，数据变化过快都是影响拟合精度的主要问题。 本文采用分段多次拟合，平滑断点等方法取得了不错的拟合效果。 1 3 4 取得的成果及创新点 l 、在调研现有储层预测方法优缺点的基础上提出研究以克里金方法 为主的储层预测新方法； 2 、详细分析一维、二维实验变差函数的计算方法及理论模型的拟合 方法，并将其应用到实际数据的结构分析中； 3 、因子克里金方法地震属性数据空间滤波去噪方法及其软件实现； 4 、贝叶斯克里金方法提高砂体厚度及物性参数等预测精度的方法及 其软件实现，以及用贝叶斯克里金方法将测井、地震相结合进行地质 建模及其在反演中的应用。 5 、应用克里金方法，在大牛地石板太地区取得了储层预测的新成果。 7 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章储层油气预测方法 第2 章储层油气预测方法 2 1 储层预测的一般方法 储层预测是利用测井、地震等信息，在地质理论的指导下，对储 层参数的空间展布和几何形态进行宏观描述，进而预测其物性参数， 揭示油气分布，指导油田下一步的勘探开发【3 l 。 早期的储层油气预测，是根据储层分布的地质规律，采用小层对 比的方式来完成井间地层内插，实现储层的横向预测工作，通过计算 与油气密切相关的一些参数，定性评价含油气性的分布，当然这些参 数是具有明确的物理意义的。而现代储层预测技术可以认为是以数据 库为平台，综合运用地震、测井、地质等资料，通过人机交互的方式， 实现各种信息的可视化，并将其信息流在地质概念约束下进行地球物 理学原理的转换，以揭示地下目标层( 储层、孔隙流体等) 的空间几何 形态( 包括储层厚度，储层顶底的构造形态，延伸方向、延伸范围、 尖灭位置) 和储层微观储集性能参数( 包括孔隙度、渗透率、含油饱 和度、孔隙度等) 的展布特征，通过人工智能模式识别的方法得到含 油气性的有利区域。因此，现代储层预测技术是一项综合性应用技术。 利用地震勘探直接寻找油气一直是人们研究追求的目标。直接利 用地震资料及其特征参数识别预测储层的含油气性的方法研究可以 追溯到2 0 世纪6 0 年代。起初人们就已经开始意识到可以直接利用地 震参数识别油气异常，比如地震反射系数、振幅、纵横波速度等特征 参数都与油气有关。到了7 0 年代，利用亮点、平点技术、波阻抗参 数、横向各向同性参数、三瞬参数及柏松比参数进行油气检测。8 0 年代，吸收系数、非品质因素、各向异性、a v o 等技术在直接油气 识别中发挥了作用【4 l 。从9 0 年代到现在，分形分维、灰色理论和小 波域中的各种参数又被成功地用于油气检测中1 5 1 。 以上各种直接找油的方法都是利用了单一的一种与油气有关的 地球物理参数，在应用这些参数的同时，人们注意到不是所有的特征 参数异常都能同时观测。在不同工区、不同地震地质条件下，不同类 型的油藏，其地震异常目标反映到的特点也不同，这就增加了预测油 8 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章储层油气预测方法 气藏的不确定因素。为使油气预测取得成功，除了提高地震勘探技术 水平外，还应充分利用多种地震特征参数信息综合研究，提高预测结 果的可靠性。到现在为止，储层预测的方法有很多，首先是基于模式 识别理论的地震多参数的线性判别技术、模糊判别技术以及神经网络 判别技术等。其原理是：在地震数据体上，在包含目的层的一定时窗 内，提取地震信号的多种运动学和动力学特征参数，从中选择几种有 代表性的能够反映某种地下地质信息的特征参数组成矩阵，用已钻井 的井旁道训练样本，用模糊的或人工神经网络的算法进行判别，划分 有利储层分布区和不利储层分布区，甚至划分含油区和非含油区，以 指导下一步的钻井部署；其次是基于地震多参数统计特征的聚类分析 技术。其原理是：将沿目的层得到的一定时窗内的地震信号特征参数 进行聚类分析，根据己知信息划分有利储层分布区和不利储层分布 区，划分含油区和非含油区，以指导下一步的钻井部署；其三是基于 地震波形特征的波形分类技术。其原理是：相同成因的地层( 沉积) 单 元，具有相同的地震波形特征，提取目的层段的地震波形特征，并按 照一定规则进行分类，划分沉积相带，进而预测有利储层分布区。 以上这些技术均基于一个基本假设条件：地下地质体的空间特征 造成的地震响应，足以影响地震波的运动学和动力学特征，也就是说 必须在地震资料的分辨率要求范围内进行，且不同方法均在各自特定 条件下进行运用的。在实践中，人们往往采用多种方法综合分析来确 定最终的结论【6 】。 此外，地震波阻抗反演方法是储层参数和油气预测的重要方面。 上述研究的多数方法都是基于反射界面信息的，而波阻抗反演方法则 是将界面信息转化为地层信息，因此在地质意义上更具有说服力，人 们在这方面也作出很多研究工作，也取得了很多方法技术”。 2 2 波形特征与储层的关系 地震波形的变化与地震波传播的物理机理、岩石物理特征和地层 结构等因素密切相关i | j 。从广义上讲，地震波的波形特征包括了振幅、 频谱及相位等综合地质特征信息，也就是地震波振动图的特征。但在 地震资料解释过程中，人们又往往把波形特征与振幅、频谱等并列， 9 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章储层油气预测方法 也可以说，波形特征指的是定性地反映反射波振动图的相位数、各相 位幅度的相对大小、包络形状、极性等特点。 地震波的频谱与其波形的关系是互为正、反傅立叶变换的关系， 其数学表达式为： ，( 国) = if ( t ) e x p ( - j c o t ) d t( 2 1 ) 1 ，( f ) = 圭i f ( t o ) e x p ( j e o t ) d c o( 2 2 ) z 7 一 所以地震波的波形及其频谱是同一物理现象的两种不同的表达 形式。波形特征沿纵横方向上的变化反映了地层介质在纵横方向上的 差异：反射波频谱上的差异则反映了岩性和流体成分的不同以及地层 厚度的变化等。 波形特征与岩性的变化存在着一定的关系。反射振幅的强弱主要 取决于反射系数的大小，而横向上能否形成反射同相轴则主要取决于 沉积组合沿水平方向的稳定性这样一个结论。地震地层学解释的实践 和大量的资料表明：反射标准层的品质主要取决于地层的沉积岩相条 件，海相灰质岩在地震剖面上所对应的地震响应最佳；深水湖相的薄 层灰质岩地层组合亦对应了较好的反射标准层；浅水湖相的暗色泥质 岩为主、夹有灰岩的沉积剖面以及沼泽相的煤系地层的地震响应也具 有一定的稳定性；河流三角洲相的砂泥岩互层组合，沉积稳定性差， 表现在地震剖面上为波形不稳定，变化大；氧化条件下以红色砂岩为 主的河流相沉积地层，其地震反射特征表现为短反射、断续的性质。 另外，沉积区内总有不同于其它岩性的特殊岩性体存在，表现在地震 剖面上最明显的特征就是波形上的差异；同一特殊地质体上亦有可能 产生不同的波形特征，它们都有助于我们分析、区别特殊地质体上的 沉积亚相带。 2 3 储层预测的相关方法 2 3 1 岩石物理学方法进行储层预测 地震岩石物理学研究是油气勘探的基础工作，它是用于研究油气 富存的地球物理识别标志，具体就是研究速度、密度和吸收等和岩石 1 0 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章储层油气预测方法 微结构( 岩性特征、流体特征) 的关系。因此，可以根据实测与油气 藏直接有关的地球物理异常来预测有利储层的存在，地震亮点技术、 a v o 技术就是属于这一类。但是油气藏的存在连同它的周围环境介 质具有复杂的物理性质变化，油气藏本身引起的地球物理异常经常是 很微弱的，随着现代计算机技术飞速发展、数值计算方法研究以及地 震资料分辨率的不断提高，就可以利用地震资料分析研究储层中含油 气性，这就是地震岩石物理学研究，它给我们指出了地震属性的基本 解释准则，是储层预测的基础1 9 】。 油气藏的物理性质在很大程度上决定于储层岩石性质，如岩石颗 粒的矿物成分、粒度、岩石骨架的结构特征、胶结物质和骨架的力学 性质、渗透率、孔隙度、孔隙水和它的矿化度等，此外，在油气藏的 作用下，储层岩石性质还会发生次生变化，这些变化表现为次生胶结 岩石致密化，在孔隙和裂缝中产生新的矿物。 地面地球物理勘探方法一般是不能直接测定储层参数的，必须通 过地球物理参数来研究储层参数，进而验证油气存在的有利区域。多 年来，地球物理勘探及地震资料处理的巨大进步，为直接研究储层、 确定油藏参数提供了可靠数据i l o 】。例如，高分辨率三维地震波阻抗反 演技术、井间地震观测及地震层析成像技术、多波多分量地震观测及 地震各向异性特征的研究等正在被用来做储层预测和油藏描述1 3 j ，储 层预测由定性研究逐步转移到了定量研究【l ”。 2 3 2 砂体预测技术 1 、模型正演技术 根据储层砂体的地质地球物理特征设计一些模型进行正演，一方 面是对地震相解释结果的验证，另外一方面进一步明确地震反射异常 为何种地质现象引起，从而为利用地震参数获取砂体厚度方面的信息 提供理论依据和指导。 2 、分频解释技术 分频解释技术是地震属性分析中一种较为特殊的形式，对于薄层 砂体的预测较有价值。通常地层的反射系数近似为白噪，在进行长时 窗频谱分析时，其幅值为一常数，从频谱分析中无法得到薄层的反射 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章储层油气预测方法 信息。但是，在短时窗频谱分析时，由于薄层顶底反射界面的干涉， 振幅谱中出现了频陷，两个频陷之间的距离正好对应薄层的时间厚 度。不同频率对不同厚度的地层敏感程度不同高频对薄层有调谐 响应，可以分辨薄层，低频对厚层有调谐响应用以分辨厚层。离散频 率与时间厚度一一对应，时间厚度为离散频率之倒数i i “。 在应用分频技术时，首先在三维数据体上解释出目的层段；对所 要研究的目的层段进行离散傅立叶变换，将时间域的地震体转化为频 率域的调谐体；然后浏览调谐体，找出能够代表储层特征的频率切片； 最后将这些切片叠合就可得到砂体定量解释的结果。 3 、波阻抗反演技术 波阻抗反演是指利用地震资料反演地层波阻抗( 或速度) 的地震 特殊处理解释技术。波阻抗反演具有明确的物理意义，是储层岩性预 测中的确定性方法，通常所说的地震反演就是指波阻抗反演。通过波 阻抗反演，将界面信息转换成为岩层信息，把地震资料变成可与钻井 直接对比的形式，例如不同岩性( 如砂泥岩) 的波阻抗差异较大，可 以很方便地应用波阻抗反演结果进行砂体分布预测。 反演波阻抗数据体的纵向分辨率与原始地震数据相当，但较好地 保持了横向分辨率。对于河流向沉积环境，岩相横向快速变化的地层， 预测数据体的横向分辨率非常重要。 4 、储层岩性反演技术 储层岩性反演技术有效应用的关键在于结合其它手段和技术，选 择合适的表征岩性的参数，选择合适的变差函数模型以及确定合适的 变程等参数。在选择合适的岩性表征参数方面，研究中通过大量的实 验，最终选取了对砂泥岩区分较为敏感的g r 和c n l 来重构能够反 映岩性特征，同时也与波阻抗曲线有良好的相关性的岩性指示曲线 ( 相关系数达到0 7 ) ，保证了随机模拟反演结果的可靠性。同时，由 于钻井信息在该技术框架内的重要性，研究中还应用井信息来对空间 变量的变异结构模型的构建进行了大量的分析和研究，对结合该地区 露头信息，如河道砂体的宽度厚度比等信息构建侧向变差函数模型 等相关技术环节有了较好的把握。 1 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章储层油气预测方法 5 、三维可视化技术 三维可视化能够从不同方位浏览扫描各类数据体( 时间域、深度 域均可) ，不同可视化方式之间的转换、组合十分方便、快捷。利用 可视化能够从不同角度、不同时间段发现数据体的异常特征，通过调 节色块、子体检测等方法可以突出、细化、雕刻异常体，从而将异常 体转化为直观的、形象的、具立体感的地质现象、地质目标体，如砂 岩( 体) 、地层岩性变化、隐形圈闭等等，通过综合分析、解释能够获 得具有空间立体感的地质认识和结论。 6 、地震属性分析技术 通过研究砂体厚度与振幅能量类地震属性的相关关系，可以对砂 体厚度及其展布趋势进行预测。同时，由于频率等地震属性对沉积环 境也可能有一定的反映，而砂体又发育于一定的沉积环境之中，因此， 也可以对多种地震属性和砂体厚度之间的关系进行分析，进而定性地 预测砂体分布。利用这种地震数据作为整体趋势，测井数据为精确标 定，二者结合可以预测砂体厚度及分布趋势。这就是利用贝叶斯_ 克 里金进行砂体预测的核心思想。 2 3 3 属性图空间滤波 由于受地震采集观测系统的影响和属性数据提取方法的约束，导 致很多地震属性图切片都会存在一些人为的“脚印”及条带噪声。利 用因子克里金可以很好的滤除地震资料中的噪声、人为假象和二维闭 合差。使得属性图能更真实的反应实际，同时使得后续的预测更精确。 图2 1 和图2 2 是因子克里金滤波效果的示意图。 1 3 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章储层油气预测方法 图2 1 滤波前的地震属性图 图2 2 滤波后的地震属性图 1 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章地质统计学克里金方法 第3 章地质统计学克里金方法 在确定性的储层建模中，往往应用插值方法对空间上每个网格赋 以储层参数值( 孔隙度、渗透率或含油饱和度) 。插值的方法有很多， 大致可分为传统的统计学估值方法和地质统计学克里金估值方法。由 于传统的数理统计学插值方法( 如距离平方反比加权法) 只考虑观测 点与待估点之间的距离，而不考虑已知点位置之问的相互联系，也就 是地质规律所造成的储层参数在空间上的相关性，因此插值精度相对 较低。为了提高对储层参数的估值精度，人们广泛应用克里金方法进 行井间插值l ”j 。 3 1 克里金估计与地质统计学 克里金方法( k r i g i n g ) ，亦称克里金技术，或克里金，是以南非矿 业工程师d g k f i g i n g 名字命名的一项实用空间估计技术，是地质统 计学的重要组成部分i 4 l 。 克里金技术是随着采矿业的发展而兴起的一门新兴的应用数学 的分支，它最初起源于矿床估计问题。上世纪5 0 年代初期，南非矿 业工程师克里金在矿山工作时观察到金属的分布在空间上并非是纯 随机的，而是在空间上具有相互联系。为了准确的估计矿石中金属的 含量，就必须考虑样品的尺寸及其在矿体中的位置。法国巴黎矿业学 院马特隆教授( g m a t h e r o n ) 将克里金的经验和方法上升为理论，即区 域化变量理论( r e g i o n a l i z e dv a i l a b l et h e o r y ) 的雏形，从而为地质统计 学理论体系的形成创造了条件。美国斯坦福大学应用地球科学系儒尔 耐耳( a g j o u m e l ) 教授等人在1 9 7 8 年出版的专著矿业地质统计学 ( m i n i n gg e o s t a t i s t i c s ) 对地质统计学进行了系统的叙述，并总结了地质 统计学在矿业中应用的实际经验。8 0 年代，克里金技术在理论和应用 上得到了前所未有的蓬勃发展，在石油勘探开发领域也得到了广泛的 应用，成为储层和油藏参数( 如层厚、孔隙度、渗透率、饱和度和泥 质含量等) 的空间估计、建模及非均质性分析的有力工具。 3 2 地质统计学的定义 从广义上讲，地质统计学的定义剧“j ：以区域化变量理论为基础， 1 5 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章地质统计学克里金方法 以变差函数为基本工具，研究在空间分布上既具有随机性又具有结构 性的自然现象的科学。显然，按照定义，凡是研究空间分布数据的结 构性和随机性，并对其进行最优、无偏的估计，或要模拟所研究对象 的离散性，波动性以及其他性质时均可应用地质统计学的理论和方 法。 地质统计学研究的主要内容包括：克里金空间估计、变差函数理 论、区域化变量空间变异结构分析以及随后发展起来的随机模拟。其 中变差函数理论和区域化变量的空间变异结构分析等重要内容是进 行克里金估计的基础和前提，可视为克里金的组成部分。 3 3 区域化变量理论 能用其空间分布来表征一个自然现象的变量叫区域化变量。区域 化变量是克里金技术应用的理论基础。它的内容在于利用随机函数理 论来解决有关的问题：分析和处理观测数据，建立统计关系，求取估 计方差 4 1 。 一些常规的取样手段( 如钻井、测井或地震) 的处理结果可作为 区域化变量的观测值。这些观测值及其所显示的各个局部异常的特 点，在一定程度上可以表示出区域化变量在区域上的变化特征和趋 势，再加上所表征的自然现象所具有的某种连续性，因此，区域化变 量具有空间结构特征。另一方面，由于观测数据本身的特性各异以及 观测过程中的误差和随机因素，区域化变量又具有随机性的特点。因 此，区域化变量是结构性和随机性的有机结合。 在统计模式的建立过程中，需要把空间一点薯处的观测值z ( 葺) 解释为在空间该点处的一个随机变量z ( ) 的一个随机实现，这样， 在空间各点处定义的随机变量的集合就可以构成一个随机函数 z ( x ) 。因此，表征z ( x ) 的空间变异性的问题就转化成研究随机函数 z ( x ) 在各点处的各个随机变量z ( ) 和z ( x ，) 之间的相关关系的问 题。 ( 1 ) 如果随机函数z ( x 1 的分布函数有一个期望值，这个期望值是 1 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章地质统计学克里金方法 石的函数，则为z ( x ) 的一阶矩，记为： e e z o ) - - m 0 1 ( 3 1 ) ( 2 ) 如果z ( x ) 的方差存在，就将随机变量z ( x ) 对于其期望值 m ( x 1 的中心二阶矩定义为方差，即： 陆 z ( x ) = e l ( z (