基于弹性阻抗的孔隙结构与物性参数非线性同步反演

碳酸盐岩储层具有复杂的孔隙结构,其显著影响了岩石的弹性和地震响应特征,也影响物性参数预测精度.现有的岩石物理反演方法主要是针对碎屑岩储层,反演的对象主要是孔隙度和饱和度,采用的数据主要是弹性参数,使用的算法主要是线性近似法,缺少针对碳酸盐岩储层的孔隙结构与物性参数反演方法.针对这些问题,文章首次提出了一种基于弹性阻抗的适用于碳酸盐岩复杂孔隙储层的孔隙结构和物性参数贝叶斯非线性同步反演新方法,该方法把多孔介质岩石物理模型、Gassmann方程、AVO理论、贝叶斯理论和非线性反演算法结合起来,实现复杂孔隙储层的孔隙结构和物性参数的定量同步预测.模型正演揭示,孔隙结构参数即孔隙扁度对AVO反射系数和弹性阻抗的贡献度仅次于孔隙度,远远大于含水饱和度的影响.实际资料应用表明,文章提出的从叠前道集中直接反演物性参数和等效孔隙扁度新方法可以准确预测储层孔隙度和饱和度及其空间展布,并可评价有效储层的孔隙结构.     

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.     

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...     

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.     

储层物性的地震预测技术综述

想要掌握储层物性的空间分布情况,地震预测是不可或缺的手段.近半个世纪期间,主要出现了 7种有关储层物性地震预测的方法技术,包括阻抗反演技术、储层物性间接反演技术、储层物性波动方程反演技术、地质统计方法和人工智能预测方法,以及以上方法技术所依赖的机理性岩石物理分析技术和统计岩石物理分析技术,本文论述了这些方法技术的原理及现状.从反射地震数据出发反演得到地层的声阻抗和弹性阻抗,这已经是石油工业界常规的技术流程.借助理论和实验手段进行机理性岩石物理分析,进而经由储层物性和阻抗间的媒介关系进行储层物性的间接反演或是基于波动方程进行直接反演,这是进行储层表征的有效途径.另外,地质统计方法和人工智能方法在储层物性的空间展布预测方面正发挥着独特的作用.很多情况下,简化物理模型难以描述复杂的动力学机制,而综合了岩石物理理论、随机模拟和Bayes估计的统计岩石物理分析技术是另外一种可供选择的储层物性预测方法.同时,本文也客观地指出了每种预测技术的优点、适用性和局限性,以便读者可以迅速掌握各种技术手段的精髓,并在工作中能够选用适合自己任务特点的储层物性地震预测技术.     

带先验约束的碎屑岩储层物性参数反演方法

对弹性参数进行转换而获取物性参数的方法,适用范围有限且预测精度不高.本文基于岩石物理理论,提出一种带先验约束的碎屑岩储层物性参数预测方法,为储层预测、流体识别、储层描述、储量估计、烃类开发方案设计提供重要参数.应用岩石物理理论和物性参数先验信息建立了带先验约束的目标函数;并利用最优化方法对反演目标函数进行优化求解,对储层的物性及孔隙度和泥质含量进行同步迭代反演.经过正演数据及实际地震资料的测试应用,其结果表明本文方法反演得到的孔隙度和泥质含量为储层综合预测提供了愈加丰富的评价指标,同时孔隙度和泥质含量数据的联合应用对减小储层预测的多解性和降低勘探开发的风险有重要意义.     

针对深层流体识别的两项弹性阻抗反演与Russell流体因子直接估算方法研究

Russell流体因子是判识深层储层含流体特征的敏感指示参数.针对深层地震资料缺失大角度入射信息以及信噪比普遍较低的特点,开展了基于贝叶斯理论框架的两项弹性阻抗反演与Russell流体因子直接估算方法研究.首先,在饱和孔隙弹性介质理论的指导下,推导了包含Russell流体因子和纵波阻抗参数的两项反射系数近似公式,并且进一步得到了新的两项弹性阻抗方程.其次通过模型的近似精度分析,验证了新弹性阻抗方程满足小角度近似精度要求.最后提出了贝叶斯弹性阻抗反演和Russell流体因子的直接估算方法,通过模型试算表明直接估算方法不仅充分利用了弹性阻抗反演的高抗噪性与实用性,并且有效的避免了间接累计误差对流体因子计算精度的影响,实际应用则进一步验证了直接估算的Russell流体因子可以提高深层储层流体识别的可靠性.     

砂泥岩储层孔隙度和含水饱和度同步反演

基于岩石物理和地震反演理论,提出了一种同步反演储层孔隙度和含水饱和度的方法.以岩石物理为基础,建立了砂泥岩储层物性和弹性参数之间定量的关系-Simon模型,以贝叶斯理论为手段,结合不同类型的砂泥岩储层,建立了多信息联合约束的物性参数反演目标函数,并通过蒙特卡罗和遗传算法相结合的思路求解该目标函数,最终得到孔隙度和含水饱和度的同步反演结果.将该方法应用于河道砂和砂砾岩两种不同的砂泥岩储层中,孔隙度和含水饱和度数据的联合应用,进一步减少了储层预测的多解性,为石油地质综合研究提供了更加丰富准确的基础数据.     

SG地区叠前地震弹性参数交会定量解释技术预测有效储层的方法

鄂尔多斯盆地SG气田是我国典型的低孔,低渗,致密砂岩气藏的代表.该区地震勘探开发面临着两大难题:一是含气砂岩和围岩的声波阻抗存在较大范围叠置,利用声波阻抗预测储层存在明显的多解性;二是SG气田局部地区气、水关系复杂,地质上不存在统一的气、水层分界面,产水井严重影响产能建设,流体类型的识别是面临的又一难题.为了降低声波阻抗预测砂岩储层的多解性,提高有效储层预测精度,定量识别储层中流体的类型,本文提出了叠前地震弹性参数交会定量解释技术,从横波测井资料不同岩性、流体的岩石物理参数分析入手,优选了能够区分岩性和流体的最佳敏感弹性参数,制作了敏感弹性参数交会模板,通过地震叠前反演获得反映储层物性和含气性的地震弹性参数体,最后进行地震弹性参数交会定量解释预测有效储层和识别流体.勘探实例证实了该技术方法在SG地区对有效储层的预测是有效的,能够为井位优选提供可信的依据.地震弹性参数交会技术将纵向分辨率较高的测井岩石物理分析和横向分辨率较高的地震叠前反演结合在一起,使用了多个弹性参数交会,减少了以往单一弹性参数预测储层的多解性,最终获得比较可靠、更量化的反映储层物性和含气性的地震弹性参数交会体,为有效储层预测和流体识别探索出了新的途径,这一技术的应用和推广可以降低地震解释的风险,提高储层预测精度.     

基于统计岩石物理模型的各向异性页岩储层参数反演

提出了各向异性页岩储层统计岩石物理反演方法.通过统计岩石物理模型建立储层物性参数与弹性参数的定量关系,使用测井数据及井中岩石物理反演结果作为先验信息,将地震阻抗数据定量解释为储层物性参数、各向异性参数的空间分布.反演过程在贝叶斯框架下求得储层参数的后验概率密度函数,并从中得到参数的最优估计值及其不确定性的定量描述.在此过程中综合考虑了岩石物理模型对复杂地下介质的描述偏差和地震数据中噪声对反演不确定性的影响.在求取最大后验概率过程中使用模拟退火优化粒子群算法以提高收敛速度和计算准确性.将统计岩石物理技术应用于龙马溪组页岩气储层,得到储层泥质含量、压实指数、孔隙度、裂缝密度等物性,以及各向异性参数的空间分布及相应的不确定性估计,为页岩气储层的定量描述提供依据.     

Nonlinear simultaneous inversion of pore structure and physical parameters based on elastic impedance

Carbonate reservoirs have complex pore structures, which not only significantly affect the elastic properties and seismic responses of the reservoirs but also affect the accuracy of the prediction of the physical parameters. The existing rockphysics inversion methods are mainly designed for clastic rocks, and the inversion objects are generally porosity and water saturation. The data used are primarily based on the elastic parameters, and the inversion methods are mainly linear approximations. To date, there has been a lack of a simultaneous pore structure and physical parameter inversion method for carbonate reservoirs. To solve these problems, a new Bayesian nonlinear simultaneous inversion method based on elastic impedance is proposed. This method integrates the differential effective medium model of multiple-porosity rocks, Gassmann equation,Amplitude Versus Offset(AVO) theory, Bayesian theory, and a nonlinear inversion algorithm to achieve the simultaneous quantitative prediction of the pore structure and physical parameters of complex porous reservoirs. The forward modeling indicates that the contribution of the pore structure, i.e., the pore aspect ratio, to the AVO response and elastic impedance is second only to that of porosity and is far greater than that of water saturation. The application to real data shows that the new inversion method for determining the pore structure and physical parameters directly from pre-stack data can accurately predict a reservoir's porosity and water saturation and can evaluate the pore structure of the effective reservoir.     

基于约束最小二乘与信赖域的储层参数反演方法

基于包体岩石物理模型的储层参数地震反演方法面临数学形式复杂、多解性强、适应性差、涉及迭代运算等问题,本文提出一种基于约束最小二乘与信赖域的储层参数地震反演方法.该方法基于储层参数与弹性参数关联岩石物理模型,使用最小二乘方法构建目标函数和信赖域约束全局寻优求解,有效降低了地震反演多解性,极大提高了收敛速度.特别是通过在最小二乘求解中引入垂向约束,有效提高反演结果的抗噪声能力.经过模型测试和实际资料的应用,验证了方法的可行性和适用性.     

基于弹性参数加权统计的地震岩相预测方法

岩相信息能够反映储层岩性及流体特征,在地震储层预测中具有重要作用.常规方法主要利用与岩相信息关系密切的弹性参数定性或定量地转化为岩相信息.在实际应用中,弹性参数的获取主要基于叠前地震反演技术.而不同弹性参数的叠前地震反演精度间存在着差异,势必影响岩相的整体预测精度.本文提出对弹性参数进行加权统计来预测岩相.首先,基于贝叶斯理论,引入权重系数来调节弹性参数信息的采用量,构建出最终的目标反演函数;其次,考虑到勘探初期缺少明确的测井岩相信息,提出利用高斯混合分布函数来自动估算岩相先验概率;最后,根据输入弹性参数的取值,计算每类岩相对应的后验概率密度,将目标反演函数取最大后验概率密度时对应的岩相类别作为最终预测的岩相.新方法旨在减少弹性参数精度间的精度差异对岩相预测结果的影响,以期提高地震岩相的预测精度.模型与实际资料测试均表明该方法可行、有效且预测精度较高.     

高分辨率非线性储层物性参数反演方法和应用

对于陆相沉积环境下的复杂隐蔽岩性储层,由于观测信息不准确,如信息重叠、信息缺失和噪音污染,以及岩石物理关系模糊等原因,储层横向预测存在不惟一性、不稳定性和不确定性.基于线性假定的常规储层横向预测技术已不适用于复杂隐蔽岩性储层的勘探.本文采用一种非线性储层岩性物性褶积模型,建立波阻抗与孔隙度/泥质含量的函数关系;通过多级结构分解和双向边沿子波检测来刻画复杂岩石物理关系;通过Caianiello褶积神经网络实现确定性反演、统计反演和非线性理论三者有机结合;最后联合应用基于逆算子的反演方法和基于正算子的重建算法实现了综合地质、测井和地震波阻抗信息进行高分辨率储层物性参数反演.非线性储层物性参数反演采用多井约束机制和分频反演方式,在陆相和近海油气勘探资料的实际应用中,取得了明显应用效果.     

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.     

页岩储层叠前密度稳定反演方法

密度参数是页岩储层评价的重要敏感参数,但通常认为准确获得密度信息难度较大.本文探索提出了一种稳定的基于弹性阻抗的叠前密度反演方法,以提高优质页岩的识别精度.首先,基于不同的参数化弹性阻抗方程开展密度敏感性分析,优选了敏感性最高的Aki-Richards近似弹性阻抗方程作为反演方程.然后,在弹性阻抗方程线性化的基础上,假设反演方程系数矩阵的逆存在,将密度(取对数)表示为多个角度弹性阻抗(取对数)的加权和,通过井旁道弹性阻抗反演结果与测井数据的回归求取加权系数,避免了常规反演方法对大型系数矩阵的求逆计算,从而提高了密度反演的稳定性,同时由于利用测井资料作为匹配目标,密度反演的精度也得到了提高.模型试算和涪陵页岩气田的实际资料应用实践均表明了该方法能够有效地提高密度反演的精度与稳定性.     

Joint AVO inversion in the time and frequency domain with Bayesian interference

Amplitude variations with offset or incident angle (AVO/AVA) inversion are typically combined with statistical methods, such as Bayesian inference or deterministic inversion. We propose a joint elastic inversion method in the time and frequency domain based on Bayesian inversion theory to improve the resolution of the estimated P- and S-wave velocities and density. We initially construct the objective function using Bayesian inference by combining seismic data in the time and frequency domain. We use Cauchy and Gaussian probability distribution density functions to obtain the prior information for the model parameters and the likelihood function, respectively. We estimate the elastic parameters by solving the initial objective function with added model constraints to improve the inversion robustness. The results of the synthetic data suggest that the frequency spectra of the estimated parameters are wider than those obtained with conventional elastic inversion in the time domain. In addition, the proposed inversion approach offers stronger antinoising compared to the inversion approach in the frequency domain. Furthermore, results from synthetic examples with added Gaussian noise demonstrate the robustness of the proposed approach. From the real data, we infer that more model parameter details can be reproduced with the proposed joint elastic inversion.     

时移地震资料贝叶斯AVO波形反演

针对时移地震差异数据,给出了一种基于贝叶斯理论的AVO波形反演方法.该方法可以利用时移地震差异数据同时反演出纵波阻抗、横波阻抗和密度的变化.利用时移地震资料进行反演,由于采集和处理过程中存在一定的差异,不同年份地震资料在非注采过程影响区域也会存在一定的变化,而该变化会导致反演结果在非注采区域有较大的变化.针对这一问题,本文采用贝叶斯理论框架,将待求的纵横波阻抗、密度变化的先验信息和包含在地震数据中的信息结合起来,对于纵横波阻抗和密度变化,假设其服从Gauss分布,并以时移地震分别反演的结果作为其期望,同时,为了更好地表征储层属性变化,提高分辨率和抑制非注采区域弹性参数的变化,假设弹性参数变化的导数服从改进的Cauchy分布.数值模拟试验和实际资料处理结果皆表明,本文提出的反演方法能够有效地抑制假象,突出储层性质的变化,得到高分辨率的弹性参数变化信息,为研究储层属性的变化和优化开采方案提供更多的有效的信息.