儲集層預測技術

儲集層預測技術是綜合套用地震、地質、鑽井、測井等各項資料對地下儲集層的分布、厚度及岩性和物理性質變化進行追蹤和預測的一項先進技術。儲層預測的主要工作內容大體分為儲層岩性預測、儲層形態預測，儲層物性預測和儲層含油氣性綜合分析。大體上可分為地震反演方法、地震屬性分析技術、AVO技術等三大類。

基本介紹

• 中文名：儲集層預測技術
• 外文名：Reservoir prediction technology
• 別稱：儲層預測技術
• 套用領域：能源勘探領域
• 涉及學科：自動化、石油技術

簡介

儲層是儲集層的簡稱，在油氣勘探生產中特指地下可供油氣聚集、儲存的岩層。

儲集層預測技術是綜合套用地震、地質、鑽井、測井等各項資料對地下儲集層的分布、厚度及岩性和物理性質變化進行追蹤和預測的一項先進技術。

儲層預測的主要工作內容大體分為四個方面：

（1）儲層岩性預測，即研究構成儲層的岩性以及控制儲層發育的相帶；

（2）儲層形態預測，包括儲層的分布、厚度和頂、底面構造形態；

（3）儲層物性預測，主要研究儲層的主要物性參數，即孔隙度和滲透率；

（4）儲層含油氣性綜合分析，即研究儲層內所含流體性質及其分布。

儲層預測技術是一門技術方法多、綜合性強、相互交叉的技術系列，單項技術不下數十種。大體上可分為地震反演方法、地震屬性分析技術、AVO技術等三大類，這些都是以常規的地面地震反射縱波法勘探為基礎的儲層地震預測技術，也是當前儲層地震預測技術的主體。此外，一些發展中的前緣技術，如利用地震縱橫波差異研究儲層特徵的多波多分量地震技術、利用井眼激發接收的井間地震技術和VSP（垂直地震剖面）技術、重複觀測的時移地震（4D）技術、利用鑽頭作為震源的隨鑽地震技術、利用地震數據的譜分解來識別超薄層的譜分解技術等，為儲層地震預測增添了豐富的技術手段。

發展狀況

儲層預測技術的快速發展是在多次覆蓋技術和數字地震技術出現之後。多次覆蓋技術顯著地改善了地震資料的信噪比，而數字地震技術取代模擬地震技術使得地震記錄的動態範圍大幅度提高，使地震記錄的後續處理能力大大增強，地震資料品質有了質的飛躍，為儲層預測技術的迅速發展奠定了基礎。1963年，Churdin和Sergeyev報導了地震資料中四個重要的油氣直接檢測參數：亮點、油氣藏邊界干涉模式、平點和吸收係數。1969年，Cook和Taner發現速度譜中包含有相當豐富的岩性和地層變化信息，利用速度譜資料識別出泥岩層段和砂岩體，並利用均方根速度與層速度間的關係，進行岩性（主要是砂地比）預測。

三維地震勘探技術進一步推動了儲層地震預測技術的迅速發展。Lindseth（1972）和Lavergne（1977）研究了道積分和遞推反演方法。20世紀70年代，Anstey發現了含氣砂岩波阻抗的異常變化，使用反射波振幅變化特徵——亮點、暗點，對含氣砂岩儲集體進行預測。Gardner（1974）指出：有很多因素能影響地震反射係數，而速度和密度取決於岩石骨架的礦物成分和粒狀特性，取決於膠結物、孔隙度、流體成分和圍壓，並特別討論了岩石微裂隙導致的壓力對速度的影響作用。同時，Turhan Taner繼承了Anstey的工作，並在其基礎上提出了全新的地震屬性計算方法——複數地震道分析法，使得利用瞬時振幅、瞬時頻率和瞬時相位以及吸收係數進行岩性、含油氣性預測的方法在70～80年代廣為流行。

20世紀80年代，隨著採集處理技術的進步，人們對AVO技術進行了專門研究，通過對疊前信息的利用，為識別“亮點”、判彆氣/油或氣/水界面、反演彈性參數、估算岩性等提供了有力手段。同時，新的反演技術不斷出現，如廣義線性反演（Cooke，1983）、地震岩性模擬（SLIM）（Gelfand，1984）、速度反演方法（ROVIM）（Fabre，1989）、寬頻約束反演（BCD）（Martinez，1988）、具有全局最佳化特點的遺傳算法、模擬退火算法（Smith et al.，1992；Sen and Stoffa，1995）、蒙特卡羅搜尋法（Cary and Chapman，1988）以及人工神經網路法（Calderron-Macias et al.，1998）等。80年代地震屬性的數量迅速增加，其中許多屬性有很好的數學定義並且在其他學科中有明確的意義，但其地質意義卻含糊不清。儘管為了更好地理解地震屬性，首次使用了多元屬性分析技術，但地震屬性的混亂不清使其並沒有得到信任。到了80年代晚期，多維屬性如傾角和方位角的初步發展，導致了三維連續屬性在90年代的廣泛套用。

20世紀90年代隨著全三維解釋技術的發展，相干數據體（一種特殊的屬性體）斷層自動化解釋和地質異常體檢測的效果，使三維屬性體技術引起了人們的普遍關注。利用根據面元法提取的三維屬性體來反演油藏參數的方法得到發展。近幾年發展起來的隨機模擬地震反演技術，能夠實現地震反演（模擬退火法等）與地質統計模擬技術（協克里金、高斯等算法）的有機結合，最大限度地利用地震、地質及測井等資料，使反演結果與己知條件充分吻合。其結果既能符合地震反射資料特徵，又受地質構造框架模型和井點已知資料的三維空間統計模擬結果控制，在鑽井較多地區與實際鑽井吻合，儲層解析度高。

矢量地震中的多分量技術，在改善地震成像、裂縫檢測、岩性和流體識別等多項套用研究近些年以來在儲層地震預測中也開始有很大的發展。經過幾十年不斷的發展，自20世紀80年代以來，儲層地震預測技術基本成熟，形成了以地震反演、地震屬性分析、AVO分析等為技術主體的一整套儲層地震預測技術系列，在儲層的岩性、形態、物性和含油氣性預測中發揮著重要作用，成為油氣勘探開發的主導技術，並在實際套用中不斷發展完善。

地震反演法

原理

地震反射波法勘探的基礎在於：地下不同地層存在波阻抗差異，當地震波傳播到有波阻抗差異的地層分界面時，會發生反射從而形成地震反射波。地震反射波等於反射係數與地震子波的褶積，而某界面的垂直反射係數就等於該界面上下介質的波阻抗差與波阻抗和之比。也就是說如果已知地下地層的波阻抗分布，我們可以得到地震反射波的分布，即地震反射剖面，我們將由地質的地層波阻抗剖面得到地震反射波剖面的過程稱為地震波阻抗正演，反過來，我們由地震反射剖面也可以想辦法換算出地質的地層波阻抗，與地震波阻抗正演相對應，我們將由地震反射剖面得到地層波阻抗剖面的過程稱為地震波阻抗反演。

地震反演是利用地表地震觀測地震資料，以已知地質規律和鑽井、測井資料為約束、對地下岩層空間結構和物理性質進行成像（求解）的過程。

在油田開發中，鑽井資料的特點是縱向精細、橫向稀疏，地震資料的特點是縱向粗略、橫向密集，包含著豐富的岩性、物性信息。因此，通過地震反演技術把二者的優勢有機的結合起來，經過地震反演，把界面型的地震資料轉換成岩層性的測井資料，使其能與鑽井、測井直接對比，以層岩為單元進行地質解釋，研究儲層特徵的空間變化，可為勘探開發提供重要依據。

地震反演是地震解釋--反演處理--地質認識--再解釋--再反演--再認識的一個不斷深化的過程，是地震與測井相互驗證、相互補充、相互結合的一個綜合過程。反演的解析度和解決地質間題的能力受多種因素的制約，除了反演方法之外，主要是基礎資料的品質，地震解釋模型的精度及橫向外推的控制，地下地質情況複雜的程度以及我們對地下地質情況的認識。

分類

由於地震反演技術尚處在發展過程中，目前國內外都沒有系統的分類方案。大體上有以下幾種分類方法：依據地震資料分為疊前反演和疊後反演；依據反演方法分為線性反演和非線性反演；依據解的多解性分為確定反演和非確定反演等。

地震反演法分類

對主要方法進行介紹

（1）模擬退火反演

“退火”是處於熱平衡狀態下的物理系統在溫度下降時的演化過程。用於某類最佳化問題，就是將退火過程中亞穩態的玻璃體模擬成搜尋到局部極值，而將穩態的晶體生成模擬成搜尋到整體極值。

（2）遺傳進化算法反演

遺傳算法是一種模擬生物系統中自然選擇和遺傳變異機制的完全非線性反演方法。與一般的反演方法在模型參數空間中從一點到另一點進行搜尋的方式不同，遺傳算法採用對模型群體進行搜尋的方式，因而它具有比一般反演算法更大且更複雜的記憶，具有更大的潛力。

（3）機率法神經網路反演

人工神經網路是模擬生物神經網路的結構和功能的一種人工系統，它力圖模擬人類大腦神經網路的一些功能。目前人工神經網路有幾十種，結構性能各不相同。但無論它們差異如何，它們都是由大量簡單的基本處理單元廣泛連線而成的，這種基本處理單元稱為神經元，它是生物神經元的模擬物。

（4）非線性隨機反演（M.Dorigo，2005）

隨機地震反演技術是一種將隨機模擬理論與地震反演相結合的反演方法，該方法可以有效地提高地震資料的垂向解析度，並充分考慮地下地質的隨機特性，使反演結果更符合實際地質情況。近兩年來新的算法套用到求反演解的過程主要有：量子退火法、蟻群算法等。蟻群算法是近年來發展起來的一種仿生模擬進化算法。蟻群算法的思想就是模擬螞蟻的覓食行為，即使用大量人工螞蟻在搜尋空間中隨機搜尋，並且用類螞蟻的人工信息素來加強搜尋路線，引導其它螞蟻的搜尋，同時引入信息素的揮發機制。這種正反饋使該算法能夠找到全局最優解，而不會象其它搜尋方法那樣容易陷入局部最優解。自M.Dorigo提出來後，在多方面得到了套用，並取得了較好的效果。

（5）分頻波阻抗反演

將地震資料分成幾個一定頻寬的頻段數據進行反演，在用低頻成分反演時，避免高頻噪聲的影響；用高頻成分時，避免低頻噪音的影響，該方法穩定性強，反演結果較常規方法信噪比高。

（6）地震波形特徵反演

利用小波變換的多分辨性和數學顯微鏡的性質，將地震波放在一系列嵌套空間進行分析。並充分利用多尺度（不同特徵波形）間的聯繫，以引導最佳化算法搜尋方向。一般先在大尺度上疊代反演，得到一個比較好的參數估計，再將這個估計作為小尺度的初始值進行反演，直到反演出原問題的全局最優解。

（7）混沌反演

所謂混沌就是“無序中的有序”，地球物理反問題的不可實現性、非線性和解的不適定性普遍存在。混沌現象是非線性系統的屬性，混沌控制理論是人們對非線性現象加以利用的重要手段，也是混沌動力學在實際套用中的理論基礎。現在，反問題求解中的非線性問題受到人們的廣泛關注，並在地震道非線性混沌研究方面取得了新的進展。 混沌反演目前尚處於初級階段，還有待進一步研究。

（8）相控聯合反演（Alekseev，2003）

關於地震相控制下的聯合反演的研究，Alekseev(2003)等指出在地震相模型的控制下，通過原始數據將各個單個反演問題結合成一個聯合反演問題可以降低聯合反演在描述參數幾何形態時的各個單個反演問題的自由度，從本質上提高了地球物理研究的效果，並從理論上給出了基於相模式下聯合反演比無地質層位概念的、單獨的一種地球物理資料的反演更優越的結論。

（9）疊前波動方程反演

理想的疊前反演方法應當計算出全地震回響，包括轉換波和多次波等。只有這樣，其反演結果才能準確地描述任何橫向變化介質的地震記錄所顯示出來的主要特徵，包括薄層調諧效應及透射效應，這需要三維彈性有限差分或有限元建模方法。

（10）疊前彈性波組抗反演

彈性阻抗包含了AVO信息，與聲波阻抗一起使用可提高判別岩性的能力，彈性阻抗與聲波阻抗結合能解決聲波阻抗不能解決的問題，是地震數據體多屬性（縱、橫波速度、密度和泊松比等）提取、進行岩性解釋的新方法。通過對地震數據有針對性的疊前時間偏移處理、精細層位解釋和測井約束來實現地震波組抗反演的一體化操作，可以從地震資料與測井資料聯合反演中提取不同入射角的彈性阻抗參數，能夠比常規的波組抗反演更精確、直觀的反映地下地質體油氣藏的分布特徵，而且還能提取更合理、更真實的其它地震屬性。

反演的實現過程

（1）測井曲線的校正

（2）反演子波的提取和深時關係的標定

（3）構造解釋

（4）建立地質模型

（5）帶約束的稀疏脈衝反演

（6）多屬性模型參數反演

（7）序貫高斯配置協模擬

（8）岩性指示模擬

研究主要趨勢

目前地震反演研究的主要趨勢包括以下幾點

（1）利用疊前地震資料發展快速高精度的疊前反演技術將是今後研究的重點之一。

（2）綜合利用地震、測井及有關地質資料,進行聯合反演方法將成為今後的重要方向。

（3）由於很多油氣儲集層表現很強的各項異性特徵,因此對於具有各向異性特性的複雜儲集層問題,各向異性參數反演仍將是今後研究的重要內容;

（4）隨著實際資料的增加、反演區域的擴大以及高解析度反演的要求,並行化反演方法研究將成為不可逆轉的發展趨勢;

（5）實現四維地震反演成像以加強油氣流體等生產的監控將成為今後的研究熱點;

（6）高維問題的高精度、高解析度非線性反演的理論和方法將繼續成為今後的重要研究內容。

（7）還有許多反演問題(如不適定問題等)的理論和方法也有待於發展和研究。

地震屬性分析

地震屬性分析簡介

地震屬性分析技術是儲集層預測的重要手段。目前，包括時間、振幅、頻率、相位和吸收衰減等方面的地震屬性已多達60多種。加上幾何方面、統計方面，以及綜合和派生的屬性，已經有上百種屬性參數可以提取和利用。而且目前人們還在挖掘新的屬性，其中，曲率屬性近幾年來得到了迅速發展和套用。

在斷裂和裂縫預測中，曲率屬性是一組重要的屬性。基於層位傾角和地層傾角方位的一階導數可以增強用其他方法無法反映的微小斷層。基於曲率圖的二階導數把上述處理又往前推進了一步。最近，在商業化工作站環境中，己經出現了基於層位的曲率計算，使得無權使用處理軟體的地學科技人員和沒有時間或不願意編程的地學科技人員擁有了這些工具。由於更注重於解釋，所以可以修改基於層位曲率的工作流程，使其能夠實現曲率體估計的更重要目標，包括提高精度和估算長波長曲率。作為曲面的二階導數，曲率對噪聲很敏感。這需要通過疊代使用層位面的空間濾波來加以處理。均值濾波器似乎效果很好。能幫助辨別不同曲率面上的細節，每個濾波器都能給出略為不同的認識，因此對準確的地震解釋十分有用。與其他屬性相比。對於所研究的數據體而言，走向曲率、形態指數、最大正曲率和最大負曲率能提供隱蔽斷層細節的更好解釋。Blumentritt指出，傾角和方位角數據體中。在適當大小的時間視窗中，拾取零點計算出的曲率體更利於分析裂縫方向。

流程

地震屬性分析流程如下所示

地震屬性分析儲層預測流程

發展趨勢

（1）屬性的最佳化和融合。

地震屬性之間可能有非常複雜的關係，有的屬性是互補關係，而有些屬性則是線性相關的，關聯度很高，而有些屬性可能會產生相互矛盾的結果，多屬性綜合信息預測將是屬性發展的一個主要方向，如通過神經網路和模式識別理論，建立屬性參數儲層預測模式。

（2）地震波場屬性參數的系統研究。

針對不同的地質現象和不同的儲層特徵，如碳酸鹽岩儲層和碎屑岩儲層的特點，應該系統地研究出最佳屬性，最小屬性集合等。避免盲目套用屬性。

（3）井地聯合屬性分析技術。

儘管地震屬性分析主流技術是在三維數據體上進行並且取得了成功。然而我們還需要最佳化屬性參數，使其在解析度和信噪比上都可以用來準確地進行儲層預測，這其中最可能為地質學家接受的就是採用井地聯合屬性提取與分析技術。通過測井、井間地震和三維VSP與地面地震的屬性聯合分析或屬性反演。提高地面地震屬性參數的解析度，這應該是屬性研究的一個主要方向。

（4）基於頻譜分解的地震屬性反演與分析。

譜分解已經證實了它在薄層分忻中的重要地位。這使得我們可以在譜分解的尺度上來研究地震屬性，如波峰、波谷，拐點導數等等。

（5）疊前屬性和疊後屬性聯合套用。

疊前地震記錄真實地記錄了來自地下界面的波場信息，沒有經過多次疊加所帶來的平均效應，可以更加容易地檢測出弱散射異常，而這種異常往往就有可能預示著氣儲層。

（5）加強正演模擬和岩石物理分析。

通過更加逼近野外實際以及更為系統的岩石物理分析和地震正演模擬分析。提煉不同儲層的地震回響特徵，分析儲層物性與地震屬性的關係，從而實現對儲層的定量預測。

AVO技術

AVO技術簡介

AVO技術是利用反射係數隨入射角變化的原理，在疊前道集上分析振幅隨偏移距變化的規律，估求岩石的彈性參數、研究岩性、檢測油氣的重要技術。AVO是振幅隨偏移距變化(Amplitude Variation with Offset)的英文縮寫或振幅與隨偏移距關係(Amplitude Versus Offset) 的英文縮寫，AVA是振幅隨入射角變化(Amplitude Variation with Incident Angle)的英文縮寫。在地震勘探中，共中心點道集記錄的偏移距可以等價地用入射角表示，故AVO與AVA等價。

該技術自20世紀80年代提出以來，在油氣勘探中不斷發展，並得到迅速推廣和廣泛套用。尤其是在天然氣勘探中指導尋找天然氣藏發揮了重要作用，對提高天然氣勘探成功率受到了很好的效果。

從近幾年的技術發展情況看，P波方位AVO已作為一種預測油氣藏各向異性的有效方法而受到青睞。

AVO技術近年來取得重大進展，相繼在陸相盆地中進行儲層預測準確率較高，而在海相地層中的套用則很少。通過對研究區內的已知井儲層段進行AVO分析，得到了該區海相含氣儲層具有第Ⅳ類AVO異常回響特徵，而非含氣儲層則具有第Ⅲ類AVO異常回響特徵。上述結果和陸相含氣儲層的AVO特徵具有較大差異，應該為岩石物理性質——如壓實度等引起。其次，低含氣飽和度亦可以引起AVO異常是這個方法的局限性，如何識別商業性含氣異常和非商業性含氣異常是現今AVO分析的努力方向。

AVO 技術目前存在的問題

雖然 AVO 技術最近幾十年發展迅速，現在套用 AVO 技術對疊前道集數據預測含流體砂岩有很大的優勢，但也不能期望過高。由於 AVO 分析只針對波峰或波谷來進行，因此 AVO 技術也就有它的局限性。

（1）由於 AVO 分析只針對波峰或波谷來進行，而油氣藏不可能都位於地震數據的波峰或波谷上，另外由於地震數據的解析度有限，也就不能完全找準氣藏的位置，只是大概的區間而已。不能強求 AVO 結果與井數據完全吻合，但大概的位置（縱、橫向）後地震剖面上是找不到的。這是 AVO 技術的優勢，但 Zoeppritz 方程的近似公式基本上是弱反差近似，當地層岩性差異較大時，計算就會出現較大的誤差，AVO 反演結果就會受到影響。

（2）如何認識 AVO 的類型？如何確認地層是含水、油，還是氣？這個工作很重要。

僅憑疊前地震 CRP 道集數據，可以發現 AVO 現象，但是不能確認含流體的性質。如果想要解決這個問題，必須有鑽井來揭示。這就是單純依靠 AVO 的另一個局限。

（3）如果要依靠井來揭示地層的流體性質，就要有測井數據，而必須要有 P-sonic，S-sonic，density 測井數據。才能較好地進行 Zoeppritz 道集正演，了解井數據的 AVO特徵與 AVO 類別。一般，S-sonic 測井很缺少；如果存在 S-sonic 數據，但由於測井誤差，也是不合理的橫波數據。如果用有錯誤的橫波測井數據，進行 Zoeppritz 正演，得到的 AVO 特徵有時會與井旁的疊前道集上的 AVO 特徵不一致，這就給 AVO 類別的確認帶來困惑，使工作很難進行下去。