利用测井约束波阻抗反演预测砂体厚度的方法和装置

摘要

本发明提供了一种利用测井约束波阻抗反演预测砂体厚度的方法和装置，该方法包括以下步骤：在目标勘探区进行地震勘探钻井采样后获取对应的地震数据和地质测井数据；以所述地质测井数据为约束条件，根据所述地震数据对所述目标勘探区进行测井约束波阻抗反演，获取所述目标勘探区的测井约束波阻抗反演模型；在所述测井约束波阻抗反演模型的反演剖面上，针对所述目标勘探区的每一砂组分别均匀选取若干个采样点以拟合出对应砂组的砂体总波阻抗值与其砂体厚度的关系曲线；根据所述关系曲线得到对应砂组的砂体厚度。本发明提高了对于地质条件复杂、储层厚薄不一、物性变化大的地层的砂体分布及厚度预测的可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及油气勘探技术领域，特别是涉及一种利用测井约束波阻抗反演预测砂体厚 度的方法和装置。

背景技术

在地质勘探中，目前常用的砂体厚度技术包括地震属性提取技术和测井约束波阻抗反 演技术等。

地震属性提取是指地震数据经过数学变换而导出的有关地震波的几何形态、运动学特 征、动力学特征和统计学特征的具体测量。地震波在地层中传播是个复杂的过程，是对地 下地层特征的一种综合反映，地震信号的特征是由岩层物理性质及其变异直接引起的。地 下地层性质的空间变化，必然导致地震反射波特征的变化，进而影响地震属性的变化。当 地下地层含油气时，地震响应会发生变化，同样地震属性也随之变化。地震波通过含油气 地层时产生的地震属性异常变化往往要比岩石物性变化引起的属性异常突出。因此，一方 面，地震属性携带有地下地层信息，另一方面地震属性和储层的含油气性之间也必然存在 某种形式的内在联系，这就是地震属性技术预测油气的理论基础。

一般来讲在地震属性中，时间类属性能提供构造的信息；振幅类属性可以用来识别以 下地质信息：含气砂体、岩性、孔隙性地层、河道及三角洲砂体、某些类型的礁体、不整 合面、层序地层变化、调谐效应等，其中瞬时振幅可能会比较明显地突出储集性能的变化 与细节，而窗内平均振幅与总振幅却能更好地反映储集层的规律性和全貌；频率类属性一 般对地层结构的变化以及地层所含流体反映比较敏感，地质地球物理意义也比较明确，可 揭示裂缝发育带和含气吸收区。在提取多种地震属性时，振幅类属性与储集特性一般呈正 相关关系，频率类属性则由于孔隙及其内部流体的吸收与衰减作用比非储集层强而表现出 负相关性。这两类属性一般情况下在反映储集性和含油气性能力上也具有很好的相关性与 稳定性。

测井约束波阻抗反演通常是利用实际三维地震资料，以地质钻井和测井信息为约束条 件，对地质构造和储层物性进行求解的过程。

测井约束波阻抗反演的基本思路是先建立一个初始波阻抗模型，然后由此模型进行地 震正演，求得合成地震记录，将合成地震记录与实际地震记录相比较，根据比较结果，修 改地下波阻抗模型的速度、密度、厚度值及子波，再正演求取合成地震记录，与实际地震 记录比较后，继续修改波阻抗模型，如此多次反复，从而不断地通过迭代修改，直至残差 小到一定程度（即合成地震记录与实际地震记录最接近），终止迭代，得到最终的波阻抗 模型（即测井约束波阻抗反演模型）。模型反演可用公式表示为：

$M=M_0+{[G^T·G+G_n·C_m^{-1}]}^{-1}·G^T·(S-D)$

其中，M为更新的模型；M0为初始模型；G为灵敏度矩阵，或称雅可比算子，它是 由一系列偏导数组成的矩阵；Cn为噪音协方差矩阵；Cm为模型协方差矩阵；S是地 震数据；D是计算的地震数据；S-D称剩余偏差或残差。普通的高分辨率地震剖面不能分 辨薄储层，而测井约束波阻抗反演技术以测井资料丰富的高频信息和完整的低频成分补充 地震有限带宽的不足，综合地质、测井信息作为约束条件，得到高精度的波阻抗资料。

然而，随着石油勘探技术的发展，勘探领域不断扩大。对于地质条件复杂，储层厚薄 不一，物性变化大的地层，要搞清其储层特征及其分布规律，仅使用单一的常规方法存在 困难。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种利用测井约束波阻抗反演预测砂体厚度的方法和 装置，以提高对于地质条件复杂、储层厚薄不一、物性变化大的地层的砂体分布及厚度预 测的可靠性。

为实现上述目的，本发明提供一种利用测井约束波阻抗反演预测砂体厚度的方法，包 括以下步骤：

在目标勘探区进行地震勘探钻井采样后获取对应的地震数据和地质测井数据；

以所述地质测井数据为约束条件，根据所述地震数据对所述目标勘探区进行测井约束 波阻抗反演，获取所述目标勘探区的测井约束波阻抗反演模型；

在所述测井约束波阻抗反演模型的反演剖面上，针对所述目标勘探区的每一砂组分别 均匀选取若干个采样点以拟合出对应砂组的砂体总波阻抗值与其砂体厚度的关系曲线；

根据所述关系曲线得到对应砂组的砂体厚度。

为实现上述目的，本发明还提供一种利用测井约束波阻抗反演预测砂体厚度的装置， 包括：

数据采集模块，用于在目标勘探区进行地震勘探钻井采样后获取对应的地震数据和地 质测井数据；

波阻抗反演模块，用于以所述地质测井数据为约束条件，根据所述地震数据对所述目 标勘探区进行测井约束波阻抗反演，获取所述目标勘探区的测井约束波阻抗反演模型；

砂体厚度预测模块，用于在所述测井约束波阻抗反演模型的反演剖面上，针对所述目 标勘探区的每一砂组分别均匀选取若干个采样点以拟合出对应砂组的砂体总波阻抗值与 其砂体厚度的关系曲线，根据所述关系曲线得到对应砂组的砂体厚度。

本发明在测井约束波阻抗反演预测的基础上，采用采样点统计方法预测砂体厚度。即 在测井约束波阻抗反演预测的基础上，针对目标勘探区的每一砂组分别均匀选取若干个采 样点以拟合出对应砂组的砂体总波阻抗值与其砂体厚度的关系曲线；然后根据关系曲线得 到对应砂组的砂体厚度。由于测井约束波阻抗反演模型反映的岩性变化内容丰富，纵向成 层性好，横向分辨率较高，而采样点数据统计法则依据若干实际采样点数据研究导出砂体 分布规律及其厚度，从而使储层的可辨识性与反演预测结果的可靠性得到明显的提高，因 而其可以提高对于地质条件复杂、储层厚薄不一、物性变化大的地层的砂体分布及厚度预 测的可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成 对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明实施例的利用测井约束波阻抗反演预测砂体厚度的方法的流程图；

图2为本发明实施例的利用测井约束波阻抗反演预测砂体厚度的装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中A斜坡区的第三系沉积前古地质图；

图4为本发明实施例中A斜坡区的埕海1-埕海10井二叠系地层对比图；

图5a为本发明实施例中A斜坡区的二叠系砂体波阻抗概率统计图；

图5b为本发明实施例中A斜坡区的二叠系泥岩波阻抗概率统计图；

图6为本发明实施例中A斜坡区的二叠系测井约束波阻抗反演剖面图；

图7为本发明实施例中A斜坡区的二叠系一砂组的总波阻抗值平面图；

图8为本发明实施例中A斜坡区的二叠系一砂组的砂体总波阻抗值与砂体厚度的关系 曲线图；

图9为本发明实施例中A斜坡区的二叠系一砂组的砂体厚度图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图， 对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发 明，但并不作为对本发明的限定。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

请参阅图1所示，图1为本发明实施例的利用测井约束波阻抗反演预测砂体厚度的方 法，该方法包括以下步骤：

步骤101、在目标勘探区进行地震勘探钻井采样后获取对应的地震数据和地质测井数 据。

步骤102、以地质测井数据为约束条件，根据地震数据对目标勘探区进行测井约束波 阻抗反演，获取目标勘探区的测井约束波阻抗反演模型。以某A斜坡区为例，其测井约束 波阻抗反演过程如下：

1）、精细构造解释。

在A斜坡区工区面积340km2，全部为三维地震满覆盖区域，三维面元为25×25m， 地震资料频率主要分布在5～80Hz之间，其中目的层主频为30Hz。

根据精细层位标定的结果，对本区的5个地震反射层进行了层位追踪对比解释，分别 为第三系（E）底界、中生界（Mz）底界、石炭系(C)底界、二叠系(P)底界和奥陶系(O)底 界。根据地质测井数据可知，中生界（Mz）地层以侏罗系（J）、三叠系（T）为主，白垩 系（K）剥蚀严重，全区缺失。

经过对A斜坡区的精细解释，完成了该区第三系沉积前古地质图（如图3所示）。从 图3中可以看出A斜坡区中生界、二叠系、石炭系、奥陶系地层依次向斜坡高部位（东南 方向）上超，逐层遭受剥蚀。因此，二叠系地层在工区南部缺失。

2）、精细单井储层分析。

研究区内钻穿二叠系的探井较少，仅埕海1井和埕海10井。据埕海1井、埕海10井 及邻区海古1井的地质测井数据可知，本区二叠系岩性为浅灰色、紫红色、白色砂体，夹 灰绿色砂体和泥岩，在中下部棕红色、灰色泥岩中夹3～4套煤层。地质测井数据结合地震 数据分析认为工区南部二叠系地层遭严重剥蚀，地层缺失。如图4所示，通过对比分析这 两口井，将二叠系砂体自上而下划分为一砂组、二砂组、三砂组,。从埕海1井资料看三个 砂组自上而下砂体总厚度及单层厚度均逐渐减薄，在三砂组发育四套薄煤层。以此为依据， 将埕海10井二叠系地层中的砂体全部划分到三砂组，该井点处缺失一砂组和二砂组。

3）、测井约束波阻抗反演预测砂体分布。

根据己有地质测井数据，统计了二叠系埕海1井、埕海10井及庄海4x1井（未钻穿 二叠系）的砂、泥岩波阻抗值，分别如图5a和图5b所示。

二叠系砂体波阻抗范围在9000～10500m/s.g/cm³，泥岩波阻抗范围在7500～9500 m/s.g/cm³，砂、泥岩波阻抗差异明显，运用测井约束波阻抗反演能够较好的预测砂体储层。 利用埕海1井、埕海10井和庄海4x1井的地质测井数据做为约束条件，结合地震数据对 工区内二叠系地层做了测井约束波阻抗反演。图6为过埕海1井的二叠系测井约束波阻抗 反演剖面，根据钻井资料划分的三个砂组的层位位置，在测井约束波阻抗反演模型上埕海 1井和埕海10井井点处准确标定了三个砂组（埕海10井只有三砂组），从图6中可以看出， 该反演剖面反映的岩性变化内容丰富，纵向成层性好，横向分辨率较高。最终由埕海1井 及埕海10井出发，逐层追踪三个砂组的顶底界面，三个砂组在反演剖面上辨识率较高， 从而提高了预测二叠系三个砂组分布范围的准确性。

一般来讲，在测井约束波阻抗反演模型上，在等厚情况下波阻抗值的大少基本反映了 砂体的含量，波阻抗值越高，砂体含量越多，泥岩含量越小。根据这一结论，在测井约束 波阻抗反演模型体上对三个砂组分别提取了其总波阻抗值来反映砂体的整体分布，图7为 二叠系一砂组总波阻抗值平面图，从图7中可以看出，工区北部总波阻抗值较大，向南逐 渐降低。说明工区北部砂体较厚，向南逐渐减薄至砂体尖灭。

步骤103、在测井约束波阻抗反演模型的反演剖面上，针对目标勘探区的每一砂组分 别均匀选取若干个采样点以拟合出对应砂组的砂体总波阻抗值与其砂体厚度的关系曲线。 以上述A斜坡区为例，其具体过程如下：

1）、测井约束波阻抗反演模型的反演剖面上读取某一采样点处一砂组的地层厚度，然 后以设定波阻抗值（例如10000m/s.g/cm³）为界并根据地质测井数据中统计的砂、泥岩波 阻抗值来读取采样点处一砂组的砂体厚度。此外，还可以据此计算出砂地比以备后期可能 要检查设定波阻抗值取值的合理性。

2）、在测井约束波阻抗反演模型的一砂组的总波阻抗值平面图上读取采样点处一砂组 的总波阻抗值。

3）、通过对一砂组的总波阻抗值平面图以及地质测井数据的对比分析，确定采样点处 一砂组的砂体和泥岩的总波阻抗界限值（例如100000m/s.g/cm³），并以总波阻抗界限值为 界划定采样点处一砂组的砂体尖灭处。

4）、用采样点处一砂组的总波阻抗值减去总波阻抗界限值即得到采样点处一砂组的砂 体总波阻抗值。

5）、重复以上步骤分别获取20个采样点中其他采样点处一砂组的砂体厚度和砂体总 波阻抗值。得到一个如下表1所示二叠系一砂组采样点数据统计表。

表1二叠系一砂组采样点数据统计表

6）、通过在20个采样点读取的一砂组的砂体厚度和砂体总波阻抗值拟合出一砂组的 砂体总波阻抗值与其砂体厚度的关系曲线，如图8所示。为保证砂体厚度为零时，砂体总 波阻抗值也为零，拟合出的关系曲线必须过原点。

7）、重复以上步骤分别获取目标勘探区中其他砂组的砂体总波阻抗值与其砂体厚度的 关系曲线。

步骤104、根据关系曲线可以得到对应砂组的砂体厚度。如图9所示，二叠系砂体受 东北物源影响较为发育，受砂体内部东西向断层控制在庄海4x1井、埕海5井、埕海2井 及庄海12井之间区域较为富集，最大厚度在180m左右，总体来看北部砂体较厚，逐渐向 南部减薄。一砂组面积最小，最大厚度在50m左右，北厚南薄，在埕海1井周围受南部断 层控制，形成一个小的砂体富集区；二砂组砂体在工区内有两部分，面积较大部分较为平 坦，厚度变化不大，最厚处约为45m左右，面积较小部分厚度变化较大，由北向南逐渐减 薄，最大厚度约为55m；三砂组面积最大，平均厚度最大，同样在工区内有两部分，面积 较大部分最大厚度在70m左右，面积较小部分最大厚度在95m左右，砂体变化趋势与一 砂组、二砂组相同。

在本发明实施例中，在获取对应的地震数据和地质测井数据之后，还可以根据地震数 据获取对应的地震属性（例如振幅类属性和频率类属性等），并根据地震属性获取所述目 标勘探区的砂体预测分布。由于振幅属性包括均方根振幅属性、平均能量属性和总能量属 性与其表现出的砂体分布情况相近，而频率属性中的弧长属性相差较远，因此预测二叠系 三个砂组的分布时可以振幅类属性作为参考。而在步骤104根据关系曲线得到对应砂组的 砂体厚度后，为使计算结果更加符合地质规律，可以根据砂体预测分布修正对应砂组的砂 体厚度的异常值及异常趋势。

本发明实施例的利用测井约束波阻抗反演预测砂体厚度的方法是测井约束波阻抗反 演预测的基础上，采用采样点统计方法预测砂体厚度。即在测井约束波阻抗反演预测的基 础上，针对目标勘探区的每一砂组分别均匀选取若干个采样点以拟合出对应砂组的砂体总 波阻抗值与其砂体厚度的关系曲线；然后根据关系曲线得到对应砂组的砂体厚度。由于测 井约束波阻抗反演模型反映的岩性变化内容丰富，纵向成层性好，横向分辨率较高，而采 样点数据统计法则依据若干实际采样点数据研究导出砂体分布规律及其厚度，从而使储层 的可辨识性与反演预测结果的可靠性得到明显的提高，因而其可以提高对于地质条件复 杂、储层厚薄不一、物性变化大的地层的砂体分布及厚度预测的可靠性。

结合图2所示，本发明实施例的利用测井约束波阻抗反演预测砂体厚度的装置包括： 数据采集模块21、波阻抗反演模块22、砂体厚度预测模块23、砂体分布预测模块24（可 选）和砂25体厚度修正模块（可选）。其中：数据采集模块21用于在目标勘探区进行地 震勘探钻井采样后获取对应的地震数据和地质测井数据.波阻抗反演模块22用于以地质测 井数据为约束条件，根据地震数据对目标勘探区进行测井约束波阻抗反演，获取目标勘探 区的测井约束波阻抗反演模型。砂体厚度预测模块23用于在测井约束波阻抗反演模型的 反演剖面上，针对目标勘探区的每一砂组分别均匀选取若干个采样点以拟合出对应砂组的 砂体总波阻抗值与其砂体厚度的关系曲线，根据关系曲线得到对应砂组的砂体厚度。砂体 分布预测模块24用于在获取对应的地震数据和地质测井数据之后，根据地震数据获取对 应的地震属性，根据地震属性获取目标勘探区的砂体预测分布。由于振幅属性包括均方根 振幅属性、平均能量属性和总能量属性与其表现出的砂体分布情况相近，而频率属性中的 弧长属性相差较远，因此预测二叠系三个砂组的分布时可以振幅类属性作为参考。砂体厚 度修正模块25用于在根据关系曲线得到对应砂组的砂体厚度后，为使计算结果更加符合 地质规律，可根据砂体预测分布修正对应砂组的砂体厚度的异常值及异常趋势。

从图2中可以看出，砂体厚度预测模块23又具体包括采样点砂体厚度获取子模块231、 砂组总波阻抗获取子模块232、砂组总波阻抗界限值确定子模块233、砂体总波阻抗值计 算子模块234、第一控制子模块235、关系曲线拟合子模块236、砂体厚度获取子模块237 和第二控制子模块238。其中，采样点砂体厚度获取子模块231用于在测井约束波阻抗反 演模型的反演剖面上读取某一采样点处一砂组的地层厚度，然后以设定波阻抗值（例如 10000m/s.g/cm³）为界并根据地质测井数据中统计的砂、泥岩波阻抗值来读取采样点处一 砂组的砂体厚度。砂组总波阻抗获取子模块232用于在测井约束波阻抗反演模型的一砂组 的总波阻抗值平面图上读取采样点处一砂组的总波阻抗值。砂组总波阻抗界限值确定子模 块233用于通过对一砂组的总波阻抗值平面图以及地质测井数据的对比分析，确定采样点 处一砂组的砂体和泥岩的总波阻抗界限值（100000m/s.g/cm³），并以总波阻抗界限值为界 划定采样点处一砂组的砂体尖灭处。砂体总波阻抗值计算子模块234用于用采样点处一砂 组的总波阻抗值减去总波阻抗界限值即得到采样点处一砂组的砂体总波阻抗值。第一控制 子模块235用于控制采样点砂体厚度获取子模块231、砂组总波阻抗获取子模块232、砂 组总波阻抗界限值确定子模块233和砂体总波阻抗值计算子模块234重复工作以分别获取 若干个采样点中其他采样点处一砂组的砂体厚度和砂体总波阻抗值。关系曲线拟合子模块 236用于通过在若干个采样点读取的一砂组的砂体厚度和砂体总波阻抗值拟合出一砂组的 砂体总波阻抗值与其砂体厚度的关系曲线，其中关系曲线过原点。砂体厚度获取子模块237 用于根据关系曲线得到对应砂组的砂体厚度。第二控制子模块238用于控制第一控制子模 块235、关系曲线拟合子模块236和砂体厚度获取子模块237重复工作以分别获取目标勘 探区中其他砂组的砂体总波阻抗值与其砂体厚度的关系曲线。

本发明实施例的利用测井约束波阻抗反演预测砂体厚度的装置中，测井约束波阻抗反 演预测的基础上，采用采样点统计方法预测砂体厚度。即在测井约束波阻抗反演预测的基 础上，针对目标勘探区的每一砂组分别均匀选取若干个采样点以拟合出对应砂组的砂体总 波阻抗值与其砂体厚度的关系曲线；然后根据关系曲线得到对应砂组的砂体厚度。由于测 井约束波阻抗反演模型反映的岩性变化内容丰富，纵向成层性好，横向分辨率较高，而采 样点数据统计法则依据若干实际采样点数据研究导出砂体分布规律及其厚度，从而使储层 的可辨识性与反演预测结果的可靠性得到明显的提高，因而其可以提高对于地质条件复 杂、储层厚薄不一、物性变化大的地层的砂体分布及厚度预测的可靠性。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护 范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修正、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。