楊立強(qiáng)，鄔長武，王箭波，董 寧

（中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院，北京海淀 100083）

基于小波變換的分頻技術(shù)在碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測中的應(yīng)用

楊立強(qiáng)，鄔長武，王箭波，董 寧

（中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院，北京海淀 100083）

塔河油田奧陶系海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層埋藏深，地震反射信號(hào)弱，且風(fēng)化殼多為雜亂反射，儲(chǔ)集體類型復(fù)雜多樣，有裂縫、溶洞、孔洞等類型，縱橫向非均質(zhì)性強(qiáng)，勘探難度大，屬世界級(jí)難題。針對(duì)上述難題，這里引入基于小波變換的地震分頻技術(shù)，首先針對(duì)該區(qū)實(shí)際地質(zhì)情況設(shè)計(jì)模型，檢驗(yàn)了該方法的可行性；然后對(duì)該區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層進(jìn)行了預(yù)測，預(yù)測結(jié)果與實(shí)鉆數(shù)據(jù)相一致，由此可見，分頻解釋技術(shù)可以有效刻劃碳酸鹽巖儲(chǔ)層空間分布特征。研究表明，經(jīng)分頻處理后的地震數(shù)據(jù)，其解釋分辨率高于常規(guī)地震主頻所能達(dá)到的分辨能力，不需要建立假設(shè)的模型，尊重原始地震數(shù)據(jù)，減少了人為因素干擾帶來的假象。該項(xiàng)技術(shù)在確定油藏邊界、儲(chǔ)層預(yù)測方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

塔河油田；分頻解釋；碳酸鹽巖；儲(chǔ)層預(yù)測

0 前言

分頻解釋技術(shù)是一種全新的地震儲(chǔ)層研究方法，該方法在對(duì)三維地震資料時(shí)間厚度，地質(zhì)不連續(xù)性成像和解釋時(shí)，可在頻率域內(nèi)對(duì)每一個(gè)頻率所對(duì)應(yīng)的振幅進(jìn)行分析。這種分析方法排除了時(shí)間域內(nèi)不同頻率成份的相互干擾，從而可得到高于傳統(tǒng)分辨率的解釋結(jié)果。經(jīng)過分頻解釋處理后呈現(xiàn)出來的是全新的儲(chǔ)層成像，是進(jìn)行儲(chǔ)層厚度計(jì)算、確定儲(chǔ)層邊界、優(yōu)化井位設(shè)計(jì)的先進(jìn)技術(shù)［1～5］。

塔河油田奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層大都位于5 300m以下，其頂部地層多遭風(fēng)化剝蝕，反射信號(hào)較弱且雜亂。碳酸鹽巖的主要儲(chǔ)集空間為裂縫及溶洞，儲(chǔ)集層在縱橫展布上非均質(zhì)性較強(qiáng)，成藏條件十分復(fù)雜，預(yù)測很困難。作者在本文中將基于小波變換的地震分頻解釋技術(shù)引入塔河油田奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測中，取得了較好的效果。

1 技術(shù)原理

分頻解釋技術(shù)［6～9］是進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測研究的新技術(shù)，經(jīng)分頻處理后的地震數(shù)據(jù)，其解釋分辨率高于常規(guī)地震主頻所能達(dá)到的分辨能力，該項(xiàng)技術(shù)在確定油藏邊界、儲(chǔ)層預(yù)測方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。在地震橫向和垂向分辨率不高的情況下，可利用分頻解釋技術(shù)在頻率域內(nèi)進(jìn)行全頻段掃描、成像，對(duì)每一個(gè)頻率所對(duì)應(yīng)的振幅進(jìn)行分析。這種方法擺脫了常規(guī)地震分辨率的限制，充分利用了高頻的信息，從而可得到高于傳統(tǒng)分辨率的解釋結(jié)果，在整體上描繪儲(chǔ)層展布形態(tài)，檢測儲(chǔ)層厚度。用分頻解釋技術(shù)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層分布預(yù)測的結(jié)果具有較高的可信度，它有別于地震反演等儲(chǔ)層預(yù)測方法，不需要建立假設(shè)的模型，可直接對(duì)地震波的頻率和振幅進(jìn)行觀察和計(jì)算，尊重原始地震數(shù)據(jù)，減少了由人為因素干擾帶來的假象。

作者在本次分頻計(jì)算中引入了目前比較先進(jìn)的小波變換算法。小波變換［10～15］是近年來迅速發(fā)展起來的新興數(shù)學(xué)手段，被認(rèn)為是近年來在工具和方法上的重大突破，是泛函分析、調(diào)和分析等的完美結(jié)晶，它在理論上和實(shí)際應(yīng)用中都有重要價(jià)值。小波變換繼承和發(fā)展了窗口傅立葉變換的局部化思想，它能在時(shí)間域和頻率域同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行局部化分析，并且能隨著頻率成份的改變而自動(dòng)調(diào)整窗口的形狀以達(dá)到所需的要求。所以，它在地震數(shù)據(jù)處理中存在著廣闊的應(yīng)用前景。

小波變換的基本理論［16～18］如下：

設(shè)ψ（t）∈L2（R）（L2（R）表示平方可積的實(shí)數(shù)空間，即能量有限的信號(hào)空間），其傅里葉變換為（W）。若（W）滿足條件式（1），母小波ψ（t）經(jīng)伸縮和平移后，就可以得到小波序列。

式中 稱ψ（t）為母小波。

對(duì)于連續(xù)小波序列為：

其中 a為伸縮因子；b為平移因子。

離散小波序列為：

2 正演模擬及其分頻特征

根據(jù)塔河油田儲(chǔ)層類型、發(fā)育規(guī)模、埋藏深度以及前期巖石物理分析測試的速度、密度、孔隙度等參數(shù)，結(jié)合實(shí)際鉆井資料，作者設(shè)計(jì)了與塔河油田實(shí)際地質(zhì)結(jié)構(gòu)相似的地質(zhì)模型（見圖1），模型參數(shù)如表1。本次研究采用通過波動(dòng)方程正演模擬（有限差分法），碳酸鹽巖儲(chǔ)層的地震識(shí)別模式與實(shí)際地震資料相一致，在此重點(diǎn)驗(yàn)證分頻技術(shù)在該地區(qū)的適用性問題。

表1 模型參數(shù)Tab.1 Cavity model parameters

圖1 不同溶洞發(fā)育模式模型Fig.1 Different cavity developmental model

圖1及圖2是不同的溶洞模型及其地震響應(yīng)特征。由圖1、圖2可見，1號(hào)、3號(hào)、6號(hào)溶洞為內(nèi)幕溶洞，地震響應(yīng)為溶洞底部邊界為波峰，整體呈串珠狀反射；2號(hào)溶洞為風(fēng)化殼附近；5號(hào)為風(fēng)化殼附近裂縫發(fā)育帶，溶洞和裂縫帶頂為弱反射，下面為雜亂反射；4號(hào)為三個(gè)垂向疊置的溶洞，呈典型的串珠狀反射特征。

圖3為不同溶洞模型的地震反射特征及在10Hz、30Hz和60Hz上的分頻特征。由圖3可見，在不同頻率上，溶洞的反射特征是不一樣的，在30Hz上的分頻特征是能量最聚焦的，也是最能接近實(shí)際溶洞情況的。

3 實(shí)例分析

圖4為過TK427井、T402井、T401井、S48井、T414井的地震數(shù)據(jù)聯(lián)井剖面及其分頻特征剖面，分別為10Hz、30Hz、65Hz的分頻計(jì)算結(jié)果，可見不同的頻率剖面表現(xiàn)了不同的異常特征。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，頻率越高，異常特征越細(xì)微，30Hz分頻剖面異常特征能量最聚焦，邊界最清楚，與實(shí)際地質(zhì)認(rèn)識(shí)最吻合。

圖4 過井地震剖面及其分頻結(jié)果立體圖Fig.4 The separate frequency response characteristics of well－tie sections

由圖5可見，分頻異常在剖面上成單珠狀分布，與地震剖面上強(qiáng)弱相間、波峰波谷相間的串珠狀異常相比，分頻異常內(nèi)部能量集中，視覺上更突出，邊界更清楚，更容易識(shí)別。在時(shí)間切片上，分頻異常跟地震一樣，也呈橢圓狀分布或聯(lián)片分布，但部份波峰和波谷，均為正值，非異常值被壓制，從而異常邊界更清楚，視覺效果更好。通過分頻計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)更多細(xì)微的小異常，異常發(fā)育帶更清晰，范圍更明確，對(duì)于儲(chǔ)層預(yù)測有重要的意義。

圖7為沿層分頻特征平面分布圖。由圖7可見，分頻特征與實(shí)際鉆井情況相吻合，如分頻特征異常的井油氣產(chǎn)量比較高（如TK427井、S48井）；而分頻特征無異常的井油氣產(chǎn)量較低（如S23井），甚至沒有油氣產(chǎn)出（如T414井）。

4 結(jié)論

作者在本文將小波變換引入分頻計(jì)算中，利用小波變換的時(shí)頻局域化優(yōu)良特性，增強(qiáng)了地震信號(hào)的局部特性，并將該技術(shù)應(yīng)用于塔河油田奧陶系碳酸鹽巖的儲(chǔ)層預(yù)測中，取得了較好的效果，與實(shí)際鉆井對(duì)比，吻合率很高，對(duì)解決塔河油田碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測這一世界性難題，提供了一個(gè)比較有效的解決手段。

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1001—1749（2012）03—0253—05

TE 122.2＋4

A

10.3969/j.issn.1001－1749.2012.03.03

楊立強(qiáng)（1976－），男，高級(jí)工程師，博士后，主要從事油藏描述、地震資料綜合解釋等研究工作，近年來在國內(nèi)外期刊上公開發(fā)表十余篇文章。

中國石化科研攻關(guān)項(xiàng)目（P04086）

2011－07－25改回日期：2012－02－21