地震正演模拟介绍.ppt

地震正演模拟技术及其在油田勘探开发中的应用,李景叶中国石油大学资源与信息学院,内容,前言地震数值模拟技术体系地震数值模拟技术应用实例1、锦州25-1S油田AVO模拟与分析2、绥中36-1油田时移地震可行性分析3、指导地震勘探设计4、对现有地震技术进行反思地震数值模拟软件结论,前言,地震正演模拟的定义：地震正演模拟是对特定的地质、地球物理问题作适当的简化，形成一个简化的数学模型或物理模型，采用数值计算的方法或物理模拟方法获取地震响应的过程，是理解地震波在地下介质中的传播特点，帮助解释观测数据的有效手段。,高精度地球物理模型试验系统,地球物理模型,薄互层（七层）地质物理模型示意图,物理模型观测示意图,物理模拟数据叠加剖面,砂层含气时偏移地震剖面,砂层含水时偏移地震剖面,砂层含油时偏移地震剖面,前言,地震数值模拟技术的定义：地震数值模拟技术是对特定的地质、地球物理问题作适当的简化，形成简化的数学模型，采取数值计算方法获取地震响应的过程，是理解地震波在地下介质中传播特点，帮助解释观测数据的有效手段。,前言,地震正演模拟技术的意义：1、为新技术的提出、可行性分析和应用试验提高质量的模拟数据。2、通过数值模拟直接指导实际数据的采集、处理、解释，还可以直接根据生产进行模拟，获得直接应用于生产的重要地震信息地震。,前言,地震正演技术的意义（续）：3、帮助地球物理工作者解释观测的地震数据，测试新的算法和处理技术，为地震反演问题研究提供思路和有效的验证数据。4、对地震波传播规律进行更深入的研究与认识，帮助认识与解决目前地震勘探与开发中的新难题。,物理模拟与数值模拟对比,1、实际意义对比2、适应性对比3、模拟成本对比4、模拟速度对比5、模拟可操作性对比6、模拟精度对比,报告内容,前言地震数值模拟技术体系地震数值模拟技术应用实例1、锦州25-1S油田AVO模拟与分析2、绥中36-1油田时移地震可行性分析3、指导地震勘探设计4、对现有地震技术进行反思地震数值模拟软件结论,岩石物理数值模拟方法,油藏岩石物理模型,油藏岩石物理模型是在合理的简化条件下，实现油藏参数变化到地震参数变化转化。油藏参数包括孔隙度、含油饱和度、孔隙压力、温度等，而地震参数主要包括密度、纵横波速度、体积模量、剪切模量等。对于时移地震油藏监测技术而言，油藏岩石物理模型是连接地震响应和油藏参数的桥梁，是进行时移地震可行性分析和时移地震资料解释的基础。,2.1孔隙流体计算模型2.2岩石计算模型,孔隙流体在很大程度上影响着岩石的地震属性。而在勘探地球物理学中普通孔隙流体的密度、体积模量和速度通常被大大的简化，或给流体性质最简单的估算。而实质上，沉积岩石中的流体在成分和物理属性上差别很大。流体变化是时移地震关注的重点，因此需要对流体属性进行更深入研究。,油藏岩石物理模型储层流体计算模型,天然气石油地层水多相混合流体,储层流体计算模型天然气,气体密度、体积模量随温度、压力变化曲线图（气体比重0.7）,天然气石油地层水多相混合流体,储层流体计算模型石油,不含溶解气与含气原油密度与油藏温度、压力变化关系曲线图,储层流体计算模型石油,不含溶解气与含气原油波速度与油藏温度、压力变化关系曲线,天然气石油地层水多相混合流体,储层流体计算模型地层水,地层水密度、波速度与油藏温度、压力变化关系曲线图,天然气石油地层水多相混合流体,储层流体计算模型混合流体,多相流体混合规则:Wood方程,含气饱和度变化时，气水混合流体的体积模量变化曲线,2.1孔隙流体计算模型2.2岩石计算模型,高孔低胶结砂岩模型泥砂岩模型稠油储层岩石模型,储层岩石计算模型高孔低胶结砂岩计算模型,高孔低胶结砂岩是一种特殊的储层岩石。由于岩石没有胶结或胶结程度很差、岩石埋藏较浅、压实性差、岩石孔隙度较大，岩石骨架具有较小的弹性模量，岩石骨架速度对有效压力变化敏感。,储层岩石计算模型高孔低胶结砂岩计算模型,岩石颗粒泊松比,是静水压力,岩石颗粒剪切模量,临界孔隙度,岩石颗粒的接触点数,根据接触理论，统一规格小球在静水压力P下任意堆放时其有效体积模量和剪切模量的表达式可表达为,储层岩石计算模型高孔低胶结砂岩计算模型,非临界孔隙度条件下,储层岩石计算模型高孔低胶结砂岩计算模型,岩石饱和流体时弹性模量可以根据Gassmann方程进行计算,储层岩石计算模型高孔低胶结砂岩计算模型,饱和岩石纵横波速度与油藏含油饱和度、有效压力变化关系,储层岩石计算模型高孔低胶结砂岩计算模型,岩石物理模型计算数据与测井测量数据对比结果,高孔低胶结砂岩模型泥砂岩模型稠油储层岩石模型,储层岩石计算模型泥砂岩计算模型,实验结果已经显示泥质含量对弹性波速度的影响。泥岩最具影响的方面应是泥岩颗粒的特殊形状，因为它控制了与泥岩有关孔隙几何形状。薄片状的泥岩颗粒形成的孔隙其纵横比小。,泥岩孔隙结构,砂岩孔隙结构,KusterToksoz模型,K-T模型假定孔隙之间相互不连通并且之间没有相互作用。因此，在使用K-T模型时要注意的一个问题是要假定孔隙和裂缝的密集程度必须很稀。,储层岩石计算模型泥砂岩计算模型,有效介质理论,孔隙或裂缝的总数目可被分为N个集合。对每一个集合孔隙浓度很小，可认为稀疏的孔隙浓度假设是有效的。结合有效介质理论，K-T模型可用来计算介质的有效弹性特征。,储层岩石计算模型泥砂岩计算模型,根据孔隙纵横比的不同，把岩石孔隙分为有泥岩孔隙和砂岩孔隙。当岩石孔隙中不含流体时，孔隙流体不会流动，孔隙流体之间不存在作用，利用K-T模型结合有效介质理论计算干岩石弹性模量。而当岩石充满流体时，岩石有效孔隙之间流体是连通并相互作用，利用Gassmann方程计算饱和流体弹性模量。,储层岩石计算模型泥砂岩计算模型,泥砂岩纵、横波速度变化与岩石孔隙度和泥质含量关系,储层岩石计算模型泥砂岩计算模型,泥砂岩纵、横波速度变化与岩石泥质孔隙纵横比关系,储层岩石计算模型泥砂岩计算模型,高孔低胶结砂岩模型泥砂岩模型稠油储层岩石模型,储层岩石计算模型稠油储层岩石计算模型,根据Hasin和Shtrikman研究，饱和水岩石弹性模量上下边界可表示为,岩石体积模量上下边界,岩石剪切模量上下边界,储层岩石计算模型稠油储层岩石计算模型,对于给定岩石，孔隙度一定时，其弹性模量表示了岩石孔隙强度，其弹性模量可用上下边界表示为,对于同一岩石，其孔隙度和孔隙强度一定，可根据饱和第一类流体弹性模量计算饱和不同时流体弹性模量,储层岩石计算模型稠油储层岩石计算模型,根据平均边界模型计算得到岩石饱和不同流体时纵、横波速度变化,纵波速度变化,横波速度变化,地震数值模拟技术体系,地震数值模拟技术,基于褶积模型地震模拟,基于声波方程地震模拟,基于弹性波方程地震模拟,油藏界面地震AVO模拟,基于射线追踪地震模拟,褶积模型模拟,简化条件：1、地震波垂直入射、垂直反射2、地层界面水平3、地震波能量在传播过程中不消耗。,参数输入,深度域到时间域转换,反射系数计算,褶积计算,加入随机噪音,合成地震记录输出,生成随机噪音,生成地震子波,流程图,褶积模型模拟,褶积模型模拟,利用测井资料合成地震数据,褶积模型模拟,子波频率20Hz,子波频率30Hz,子波频率40Hz,子波频率影响分析,地质模型,地震子波,射线追踪模拟,地面地震射线路径图,井间地震射线路径图,射线追踪模拟,地质模型,地震射线图,声波方程模拟,TTmax,SSmax,声波方程：,地质模型与合成单炮地震数据,声波方程模拟,声波方程模拟,Marmaousi速度模型,模拟CDP道集,三维叠前正演模型v1=1500，v2=1750，v3=2000，v4=2400，v5=2000,第A炮地震记录,第B炮地震记录,弹性波方程模拟,有限差分FCT方法求解得到时间切片的X分量和Z分量,弹性波方程模拟,模拟单炮记录X分量,直达P波,P-P波,S-P波,直达S波,P-S波,S-S波,模拟单炮记录Z分量,直达P波,直达S波,P-P波,P-S波,S-P波,S-S波,弹性波方程模拟,油藏界面AVO模拟,Zoeppritz方程,数值模拟得到不同油藏界面AVO变化曲线,油藏界面AVO模拟,常规叠加处理在增加地震数据信噪比同时，也损失了很多重要的振幅信息（如AVO)信息，给地震解释带来很大困难。,时移地震AVO,因此，时移地震AVO正演分析与叠前反演是区分油藏含油饱和度和有效压力变化，实现时移地震数据定量化解释很有潜力的方法。,实验室岩石测量数据和野外实际测量数据已经表明，油藏横波速度、纵波速度与密度对不同油藏参数变化有不同的响应组合。,时移地震AVOAVO正演分析,P-P波AVO曲线变化,高孔低胶结油藏含油饱和度变化时移地震AVO响应,P-SV转换波AVO曲线变化,P-P波AVO曲线变化,高孔低胶结油藏有效压力变化时移地震AVO响应,P-SV转换波AVO曲线变化,时移地震AVOAVO正演分析,P-P波AVO曲线变化,泥砂岩油藏泥质部分孔隙纵横比变化时移地震AVO响应,P-SV转换波AVO曲线变化,时移地震AVOAVO正演分析,P-P波AVO曲线变化,天然气藏含气饱和度变化时移地震AVO响应,P-SV转换波AVO曲线变化,时移地震AVOAVO正演分析,P-P波AVO曲线变化,稠油油藏加热开采前后时移地震AVO响应,P-SV转换波AVO曲线变化,时移地震AVOAVO正演分析,研究已经证明，各向异性对地震AVO曲线有很大的影响。多数储层的盖层为泥岩或页岩，在受到挤压后形成具有或强或弱各向异性的VTI介质，下面分析盖层各向异性对时移地震AVO分析的影响。,时移地震AVOAVO正演分析,曲线A:Sw=0.8,delta=0.0,epsi=0.15曲线B:Sw=0.8,delta=0.15,epsi=0.15曲线C:Sw=0.8,delta=0.3,epsi=0.15曲线D:Sw=0.2,delta=0.0,epsi=0.15曲线E:Sw=0.2,delta=0.15,epsi=0.15曲线F:Sw=0.2,delta=0.3,epsi=0.15,曲线A:Sw=0.2-0.8,delta=0.0,epsi=0.15曲线B:Sw=0.2-0.8,delta=0.15,epsi=0.15曲线C:Sw=0.2-0.8,delta=0.3,epsi=0.15,P-P波,差异,时移地震AVOAVO正演分析,曲线A：Sw=0.8,delta=0.0,epsi=0.15曲线B：Sw=0.8,delta=0.15,epsi=0.15曲线C：Sw=0.8,delta=0.3,epsi=0.15曲线D：Sw=0.2,delta=0.0,epsi=0.15曲线E：Sw=0.2,delta=0.15,epsi=0.15曲线F：Sw=0.2,delta=0.3,epsi=0.15,曲线A:Sw=0.2-0.8,delta=0.0,epsi=0.15曲线B:Sw=0.2-0.8,delta=0.15,epsi=0.15曲线C:Sw=0.2-0.8,delta=0.3,epsi=0.15,P-SV波,差异,时移地震AVOAVO正演分析,差异,P-P波,曲线A：Sw=0.8,delta=0.15,epsi=0.0曲线B：Sw=0.8,delta=0.15,epsi=0.15曲线C：Sw=0.8,delta=0.15,epsi=0.3曲线D：Sw=0.2,delta=0.15,epsi=0.0曲线E：Sw=0.2,delta=0.15,epsi=0.15曲线F：Sw=0.2,delta=0.15,epsi=0.3,曲线A:Sw=0.2-0.8,delta=0.15,epsi=0.0曲线B:Sw=0.2-0.8,delta=0.15,epsi=0.15曲线C:Sw=0.2-0.8,delta=0.15,epsi=0.3,时移地震AVOAVO正演分析,差异,P-SV波,曲线A：Sw=0.8,delta=0.15,epsi=0.0曲线B：Sw=0.8,delta=0.15,epsi=0.15曲线C：Sw=0.8,delta=0.15,epsi=0.3曲线D：Sw=0.2,delta=0.15,epsi=0.0曲线E：Sw=0.2,delta=0.15,epsi=0.15曲线F：Sw=0.2,delta=0.15,epsi=0.3,曲线A:Sw=0.2-0.8,delta=0.15,epsi=0.0曲线B:Sw=0.2-0.8,delta=0.15,epsi=0.15曲线C:Sw=0.2-0.8,delta=0.15,epsi=0.3,时移地震AVOAVO正演分析,报告内容,前言地震数值模拟技术体系地震数值模拟技术应用实例1、锦州25-1S油田AVO模拟与分析2、绥中36-1油田时移地震可行性分析3、指导地震勘探设计4、对现有地震技术进行反思地震数值模拟软件结论,地震数值模拟试验研究之一基于锦州25-1s油田5井AVO分析,锦州25-1南油气田位于渤海辽东湾海域，东经1205512110，北纬40094021，东北距锦州20-2凝析气田（中北平台）约45km，西南距绥中36-1油田（中心处理平台）约43km，西边界为辽西1号断层，东南呈缓坡向凹陷过渡，油气田范围内平均水深24.026.4m。区域构造上，锦州25-1南油气田位于辽西凸起中北段，西侧紧邻辽西凹陷中洼,东侧毗邻辽中凹陷中、北洼，处于油气富集的有利位置，辽西2号断层将锦州25-1南构造分为1号和2号两个高点，其中1、2、5、7、8井分布于1号高点，3、4D、6井分布于2号高点。,锦州25-1s油田,纵波测井曲线,含气层段,含油层段,气层测井特征分析,由于含气砂岩表现为高的纵波速度而小的密度，而泥岩表现为低的纵波速度而大的密度，是相对的波阻抗很小，因此给叠后反演识别气层不利。,上图显示了气藏顶界面，反射系数与地震记录随入射角度的变化，入射角度在0-50度。数据分析表明，反射振幅随入射角度变化会发生极性反转。,为了分析气藏顶界面AVO响应，首先建立双层模型，参数如下：泥岩盖层Vp：2385m/s，Vs：1070m/s，den：2.28g/cm3含气储层Vp：2631m/s，Vs：1396m/s，den：2.20g/cm3,气层顶界面AVO分析,楔形速度模型,地震数据变密度显示,地震数据波形显示,油藏厚度对AVO影响分析,楔形顶界面振幅最大值与楔形厚度关系,楔形底界面振幅最大值与楔形厚度关系,数据分析表明，油藏厚度小于5米时，波形叠加，反射振幅很弱，而在厚度达到14米（约为1/4波长）左右时，反射振幅最大。厚度超过28米时，地震波在波形上真正分开，AVO响应不受薄层影响。因此要在该区利用AVO识别气藏，首先需要对薄层的调谐效应进行补偿。,油藏厚度对AVO影响分析,为了分析薄层气藏AVO响应，建立三层模型，中间夹层为气层，厚度1米。,0-60度角道集,0-50度角道集,数据分析表明，薄层调谐效应改变了反射地震波的波形、AVO响应变化规律，因此要利用AVO响应识别气藏要首先消除薄层调谐效用。,油藏厚度对AVO影响分析,实际储层为薄互层气藏，为分析薄互层油藏AVO响应变化规律，利用结合了小层数据后测井资料，模拟分析AVO角道集。结果如下：,利用测井资料模拟0-50度AVO角道集,数据分析表明，薄互层的调谐效应完全改变了反射地震波AVO响应变化规律，因此在该区要利用AVO响应识别气藏要首先消除薄层调谐效用。,油藏厚度对AVO影响分析,地震数值模拟试验研究之二绥中36-1油田时移地震可行性研究,时移地震是在某一油田范围内进行一系列重复的地震测量，利用连续的地震测量间的差异反映该地区油藏内所发生的变化，包括油气水运动、压力以及温度变化等。,时移地震定义,时移地震可行性研究流程,注水前,182天,455天,油藏开发过程中，含油饱和度分布变化,油藏注水开发模拟,油藏开发前后地质模型,时移地震数值模拟,时移地震数值模拟,地震采集观测系统,时移地震数值模拟,单炮地震记录,时移地震数值模拟,偏移地震剖面,时移地震数值模拟,小结在绥中36-1油田进行是可行的，但难于区分小层的油藏变化，且上部油层含油饱和度的变化影响下层。,差异地震剖面,地震数值模拟试验研究之三指导地震勘探设计,测线经过的山地地形坚硬岩石出露地表（沟深约200M）,柴达木盆地山地地震波传播分析形成交叉同相轴,地震无效反射,地震侧面反射,地震有效反射,震源点,无沟模型图,有沟模型图,无沟模型炮点1记录,直达波,界面A反射波,绕射波,界面B反射波,有沟模型炮点1记录,直达波,界面A反射波,界面B反射波,直达波遇到沟的反射波,无沟模型炮点2记录,直达波,界面B反射波,绕射波,有沟模型炮点2记录,直达波,界面B反射波,直达波遇到沟的反射波,与沟有关的反射波,无沟模型图,有沟模型图,无沟模型炮点1记录,直达波,界面A反射波,界面B反射波,界面C反射波,有沟模型炮点1记录,直达波,界面A反射波,界面B反射波,界面C反射波,直达波遇到沟的反射波,无沟模型炮点2记录,直达波,界面B反射波,界面C反射波,界面D反射波,有沟模型炮点2记录,直达波,界面B反射波,界面C反射波,界面D反射波,直达波遇到沟的反射波,