基于衰减与补偿的地震高分辨率.doc

开 题 报 告时移地震叠前反演方法研究第二部分 开题报告目录一、课题来源1二、选题目的及意义1三、国内外技术研究现状2四、主要研究内容与研究技术路线44.1研究内容54.2主要研究技术路线6五、关键技术7六、技术创新点7七、预期目标7八、论文时间安排8一、课题来源国家重点基础研究发展计划（973计划）：油藏动态表征及流体分布描述。二、选题目的及意义我国许多老油田已进入开发中后期，陆相湖盆碎屑岩储层内部结构复杂，非均质性强，岩石内部流体分布与油藏开发动态复杂，导致石油采收率平均值低，存在大量的剩余油。时移地震油藏监测技术是在油藏开采过程中，对同一油气田在不同的时间重复进行三维地震测量，其地震响应随时间的变化可以表征油藏性质的变化，通过特殊的四维地震处理技术、差异分析技术、差异成像技术和计算机可视化技术来描述油藏内部物性参数（孔隙度、渗透率、饱和度、压力、温度）的变化并追踪流体前缘。因此，利用时移地震技术可以认识油藏内部流体（油、气、水）的排泄形式，寻找剩余油气带，帮助设计、确定合理的钻探井位，以达到优化开采、延长油田寿命、提高采收率的目的，尤其在优化油藏管理和二次、三次采油中的油藏动态监测及油藏性质测定等方面发挥着重要的作用。对不同时期采集的资料经过合理的处理后，通过求取差异可以获得表征储层动态变化的地震响应。常规叠加处理在提高地震数据信噪比的同时，也损失很多重要的振幅变化信息，如振幅随偏移距变化( AVO )信息，这给时移地震定量解释带来很大困难，甚至可能误导时移地震解释。因此，时移地震叠后波阻抗反演只能作定性解释或半定量解释。实验室岩石测量数据和野外实际测量数据表明，油藏横波速度、纵波速度与密度对含油饱和度和孔隙压力等参数有不同的响应组合。Zoeppritz方程分析表明，P-P波AVO属性变化既包含了纵、横波速度变化信息，也包含了密度变化信息。因此，时移地震AVO及弹性阻抗反演是区分油藏含油饱和度和有效压力变化及实现时移地震数据定量化解释的很有潜力的方法，也越来越受到人们的重视。三、国内外技术研究现状在油田的生产过程中，油藏内部发生变化。在不同时期采集的地震资料上其地震响应有所不同，主要包括旅行时的差异和振幅差异（图1）。时移地震的主要目的就是通过油藏在不同时期的地震响应之间的差异获得油藏的动态变化信息。为此，国内外学者作了大量的研究工作。图1 时移地震监测的物理机制油藏在开发过程中，储层发生变化，非储层基本保持不变。因此，通过对不同时期的地震资料求取差异，非储层部分的地震响应被消去，剩下的应该是反映油藏动态变化的地震响应。然而，这只是理论上的假设。在实际问题中，由于采集、处理等多种因素的影响，非油藏部分依然存在着差异。因此在求差获取油藏动态信息之前要进行匹配处理，以尽量消除静态信息所造成的不合理的差异1-5。经过匹配处理后就可以求差进行解释。依据不同时期以及不同的要求，时移地震解释可以分为定性解释6-7和定量解释，定性解释主要分析差异发生的大体位置，定量解释对差异作进一步的定量分析。地震反演可以将反映界面效应的地震响应转换成反演储层属性的弹性参数，因而是定量解释的一种重要手段。但是，由于数据中噪声的存在和观测信息的不足，反演过程是病态的，其结果具有强烈的多解性。建立合理的反演流程，在反演过程中施加合理的约束以消除反演的病态性、降低反演结果的多解性一直是国内外研究的热点。由于地震信号的有限带宽限制，直接从数据反演的结果其分辨率往往不能满足实际应用的要求。另一方面，测井信息有很高的分辨率，但在远离井点的位置，其横向分辨率很低。因此，有效地结合测井信息和地震信息，对于反演的质量是至关重要的。理论上来说，时移地震需要不同时期的地震资料和相关的测井资料。但在实际工作中，相关的二次测井曲线往往很难获得，因此，如何利用一次测井曲线，分析油田的生产动态信息，基于岩石物理和监测资料进行井点处的反演是至关重要的，其往往决定了最终反演结果的质量。8-15由于数据中存在着噪声，因此在反演过程中一般将其看成随机变量。对于待求的参数，有两种不同的方法。一种是将待求参数看成是确定的物理量，通过反演方法获取其合理的取值，并估计相应的误差，此为确定性反演方法。另一种方法是贝叶斯方法。贝叶斯反演把待反演的参数看成是随机变量，通过数据表征似然信息，将其它约束信息以及对反演结果的特征期望作为先验约束信息，基于贝叶斯定理或信息合取法则得到反演参数的后验分布信息。根据后验分布，可以进一步地获取相关的信息，诸如参数的期望值、最大概率解以及不确定性评价。与确定性反演方法相比，贝叶斯方法具有较高的灵活性和适用性。通过似然函数，可以对数据中的噪声进行表征，通过先验信息，可以施加从地震资料以外的数据获取的约束信息16-18。在时移地震反演中，有多种不同的反演方法。依据所使用的数据，可以分为叠前反演和叠后反演；依据基础资料和监测资料在反演过程中的相关性，可以分为分别反演、顺序反演、差异反演和联合反演19-21；依据所采用的信息，可以分为振幅反演和结合旅行时差的反演。叠后反演可以获得反应储层变化的纵波阻抗属性22-23。然而，在油藏开发过程中，多种因素都会导致纵波阻抗发生变化，使用纵波阻抗变化来区分这些变化因素非常困难。AVO分析表明，不同的弹性参数组合具有不同的AVO响应。因此，通过叠前反演获取相应的叠前属性变化，可以对引起油藏变化的各种因素进行有效的区分，实现油藏的定量、动态表征24-32。基于振幅的叠前反演大体上可以分为AVO反演和弹性阻抗反演。其中，弹性阻抗由于使用部分叠加信息，因而有效地提高了资料的信噪比，反演过程更加稳定。但是由于弹性阻抗使用了一定的假设，其反演精度不如AVO反演33-36。时移地震差异包括旅行时差异和振幅差异。在利用振幅差异反演地层属性前，需要做旅行时差异校正。常用的旅行时差异校正分为基于互相关求取法，以及逐点匹配方法。旅行时差在判断储层压实、盖层沉降方面有重要的作用37。基于时窗内互相关求取的旅行时差异信息由于受到时窗长度的限制，其稳定性和精度受到限制。在极端的情况下，由于速度的变化而导致的波阻抗差异，会使的波形也发生变化，因而互相关可能得不到合理的时差信息。近年来，同时反演旅行时差异和振幅差异的反演方法越来越受到重视。与基于振幅差异的反演方法相比，由于考虑了旅行时差异变化，不考虑储层压实效应的情况下可以施加新的约束，从而使反演结果更加稳定，在考虑储层压实的情况下可以同时得到储层厚度的变化信息。37-43为提高原油采收率，我国很多油田都采用了注水强化开采的作用方式。对于水驱强化开采，由于水的注入和原油的采出，一方面，储层内部原油饱和度、含水饱和度会发生变化，另一方面，储层内部孔隙压力也发生变化。流体饱和度的变化和压力的变化对地震响应的影响往往是叠合在一起的。如何从地震响应中获得相应的储层变化是水驱时移地震反演的研究重点。AVO分析表明，压力变化和流体饱和度变化所引起的AVO响应是不同的。基于时移地震差异响应的AVO分演所获得的差异AVO属性，结合储层特点，经过岩石物理分析可以得到储层内部的流体饱和度、孔隙压力等变化情况。44-47一般来说，反演过程是以离散运算的方式进行的。依据反演时参数离散化方法，反演可以分为数据驱动和模型驱动。在数据驱动的过程中，模型参数的离散化一般依据数据的采样间隔。而模型驱动的反演方法主要基于地质认识，参数的离散化主要依据地质层位确立。与数据驱动的反演方法相比，由于层位的约束引入了地震数据所不具备的低频和高频信息，因此其分辨率较数据驱动要高。但是，模型驱动的方法也存在着一些制约和不足。首先，需要对地下的储层结构有相当准确的认识，如果层位定义不准确，则反演结果必然是错误的。在有测井曲线的情况下，层位的定义往往比较准确。但是在远离井点的位置，由于储层的非均质性和结构的复杂，准确定义层位将变得非常困难。另一方面，模型驱动的反演方法一般认为同一层位内的弹性参数的变化是一个固定量，即同一层位表征的不同位置的弹性产生变化是均匀的，同样由于非均质的影响，这一假设往往不符合实际情况。48时移地震反演的主要目的是揭示油藏的动态变化。与油藏工程相结合，利用地震资料较高的横向分辨率对油藏进行动态描述是一个重要的发展方向。储层描述在垂向上一般分辨率很高，但横向上其网格跨度也一般大于地震道间距。采用一致的网格，利用时移地震来约束油藏数值模拟结果已经越来越受到研究者的重视。49由于反演问题固有的多解性，对反演结果的不确定性就显得尤为重要。对于时移地震，由于采集、处理等诸多原因，非储层的静态部分会产生不合理的差异。这一部分差异形成了最终动态差异的噪声背景。当动态差异的能量小于其背景噪声时，基于地震差异的反演结果是不可靠的。如何定量表征背景噪声，对反演结果的可靠性进行评价，是时移地震反演的重要研究内容。50四、主要研究内容与研究技术路线本论文主要研究基于褶积模型的P-P波时移地震叠前反演方法。在反演过程中利用旅行时差异信息和振幅差异信息反演储层的纵、横波阻抗和密度的变化，同时反演旅行时差异。结合旅行时差异，纵、横波阻抗和密度变化的交会分析可以定量分析引起油藏变化的因素，更好地描述油藏的动态变化特征。4.1研究内容本论文拟对以下内容进行研究：（1）基于贝叶斯架构的基础资料和监测资料的叠后波阻抗分别反演方法由于基础资料和监测资料采集于不同的时期，其采集参数、处理方法有所不同。虽然经过匹配处理后可以部分消除不一致性，但出于保护有效信号的考虑，在最终的处理结果中仍然存在不同程度的噪声能量。基础资料和监测资料中的噪声是相互独立的，对基础资料和监测资料分别反演，可以对这些噪声能量分别进行处理。由于反演固有的多解性，在反演过程中施加何种约束以获得稳定的解是这部分的研究内容。通过对不同约束方法的比较，选择一种合适的约束作为后期的联合反演时的约束方法。同时，基于分别反演的结果，可以对基础资料和监测资料在非储层部分的重复性进行评价，为后续的反演提供参考和响应的噪声水平参数。（2）时间匹配函数求取在进行振幅反演之前，需要校正由于速度变化引起的基础资料和监测资料地震响应的旅行时差异。基于时窗内的互相关技术是目前主要采用的方法。但是，研究表明，由于相关时窗长度的影响，求取的时差往往不稳定，而且精度不高。因此本论文研究逐点求取时间匹配函数的方法。可以基于振幅或波阻抗求取时间匹配函数。基于振幅的求取方法可以直接在地震资料上进行，而基于阻抗的求取方法需要基础资料和监测资料的分别反演结果。阻抗剖面的信噪比比较高，因此，基于阻抗的时间匹配函数求取应该更加稳定。但是，基于阻抗的时间匹配函数求取方法有一个约束条件，就是密度的变化相对波阻抗变化可以忽略。对于实际情况，该假设可能引起误差或降低分辨率。因此，需要针对实际情况分析两种方法结果的异同，依据信噪比和实际情况作定量分析。（3）基于时间匹配函数的基础资料和监测资料的叠前同时反演方法；基于贝叶斯框架构建反演目标函数，确定相应的模型先验信息。基于测井约束进行时移地震叠前联合反演。时移地震需要不同时期的地震资料和测井资料，以及生产动态信息。由于在实际工作中二次测井曲线很难获得，因此首先研究在缺乏二次测井曲线的情况下，结合一次测井、基础和监测资料、岩石物理数据、生产动态数据等诸多信息反演井点二次测井曲线的反演方法。在此基础上，研究时移地震叠前联合反演方法。（4）局部范围内的模型驱动的反演方法对于局部比较连续的区域，可以应用模型驱动的反演方法。首先基于测井曲线、岩石物理、生产数据及地震分辨率的层位定义方法。结合地质层位确立空间参数的分布网格，通过模拟退火等非线性反演方法，确定层厚、弹性参数的变化。（5）反演结果的不确定性评价 由于反演问题本身的多解性，需要对反演结果进行不确定性评价。基于随机抽样的方法，对局部敏感参数进行随机抽样，依据抽样结果定量分析反演结果的不确定性。4.2主要研究技术路线本论文的研究拟按下面流程进行：1次测井曲线2次测井曲线基础资料监测资料基础纵波阻抗监测纵波阻抗旅行时差异、时间匹配函数时移地震叠前联合反演局部模型驱动反演纵波阻抗横波阻抗密度岩石物理、生产动态信息五、关键技术该课题的关键技术主要有以下几项：（1）井点处的时移地震反演；（2）基于贝叶斯架构的基础资料和监测资料的叠后波阻抗分别反演方法；（3）基于分别反演获得的基础纵波阻抗和监测纵波阻抗的时间匹配函数求取；（4）基于时间匹配函数的基础资料和监测资料的叠前同时反演方法（5）反演结果的不确定性评价六、技术创新点本课题计划创新点包括以下几项：（1）基于生产信息、岩石物理信息和一次测井曲线的测井曲线重构方法；（2）基于旅行时差、振幅差异的时移地震叠前反演方法；（3）基于时间匹配函数获取时移旅行时时差属性。七、预期目标通过本课题的研究，预期达到以下目标：