河流相储层建模中测井和地震资料整合研究.pdf
第3 6 卷第1 期中国矿业大学学报 V 0 1 .3 6N o .1 2 0 0 7 年1 月J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g yJ a n .2 0 0 7 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 7 0 1 0 1 2 6 0 6 河流相储层建模中测井和地震资料整合研究 黄继新1 ’2 ,彭仕宓1 ,黄述旺1 1 .中国石油大学资源与信息学院,北京1 0 2 2 4 9 ;2 .中海石油研究中心,北京1 0 0 0 2 7 摘要对于储层非均质性非常严重的河流相储层来说,如何更好的利用三维地震资料一直是一个 难点,本文探讨了一种综合地震、测井、地质资料的方法,并以大港油田某区块为例建立了基于地 质统计和地震反演的定量储层地质模型.首先通过对测井约束地震反演得到的波阻抗数据体分 析,提取三维空间变异函数,利用具外部漂移的泛克里金模拟方法建立出砂体的分布模型;然后 以此砂体模型为相控制条件,建立储层物性参数模型.经过验证表明,本方法可以避免常规建模 方法中存在的物性分布与岩相分布不匹配的现象,从而获得与地质认识一致的结论. 关键词地震反演;波阻抗;外部漂移泛克里金;储层建模;储层物性 中图分类号T E1 2 2 .2 3文献标识码A S t u d yo fI n t e g r a t i n gS e i s m i ca n dL o g g i n gD a t ai n F l u v i a lR e s e r v o i rM o d e l i n g H U A N GJ i x i n l ”,P E N GS h i m i l .H U A N GS h u w a n 9 1 1 .R e s o u r c ea n dI n f o r m a t i o nA c a d e m y ,C h i n aU n i v e r s i t yo fP e t r o l e u m ,B e i j i n g1 0 2 2 4 9 ,C h i n a ; 2 .C h i n aN a t i o n a lO f f s h o r eO i lC o r pR e s e a r c hC e n t e r ,B e i j i n g1 0 0 0 2 7 ,C h i n a A b s t r a c t I nh i g h l yh e t e r o g e n e o u sf l u v i a lr e s e r v o i rm o d e l i n g ,h o wt oi n t e g r a t e3 Ds e i s m i cd a t a i sak e yp r o b l e m .B a s e dm a i n l yo ng e o s t a t i s t i c sa n ds e i s m i ci n v e r s i o n ,an e wm e t h o do fi n t e g r a t i n gs e i s m i c ,l o g g i n ga n dg e o l o g i c a ld a t aw a sd i s c u s s e di nt h ep a p e r .T a k i n gt h eD a g a n go i l f i e l df o re x a m p l e ,t h eq u a n t i t a t i v er e s e r v o i rg e o l o g i c a lm o d e lw a se s t a b l i s h e d .T h r o u g ha n a l y z i n ga c o u s t i ci m p e d a n c ev o l u m eo b t a i n e df r o ml o g g i n gc o n s t r a i n e ds e i s m i ci n v e r s i o n ,t h e3 D v a r i o g r a mw a so b t a i n e d ,a n dt h ed i s t r i b u t i o nm o d e lo fs a n db o d yw a se s t a b l i s h e du s i n gU n i v e r s a lK r i n g i n gs i m u l a t i o nm e t h o dw i t he x t e r n a ld r i f t .T a k i n gt h i ss a n db o d ym o d e la sf a c i e s c o n t r o l l i n gc o n d it i o n s ,ar e s e r v o i rp r o p e r t ym o d e lw a sp r o p o s e d .R e s u l t si n d i c a t et h a tt h i sm e t h o d c a ne f f e c t i v e l ya v o i dm i s m a t c h e sb e t w e e nr e s e r v o i rp r o p e r t yd i s t r i b u t i o na n dl i t h o f a c i e sd i s t r i b u t i o n ,w h i c hi sc o m m o n l yc a u s e di nc o n v e n t i o n a lr e s e r v o i rm o d e l i n gm e t h o d s ,a n dc a ng e t r e a s o n a b l ec o n c l u s i o ni nc o n s i s t e n tw i t hg e o l o g i c a lk n o w l e d g e . K e yw o r d s s e i s m i ci n v e r s i o n ;a c o u s t i ci m p e d a n c e ;U n i v e r s a lK r i n g i n gw i t he x t e r n a ld r i f t ;r e s e r v o i rm o d e l i n g ;r e s e r v o i rp r o p e r t y 在储层模拟过程中综合利用地震数据,可以获 得较高的横向分辨率等丰富的井间信息.虽然这种 分辨率通常为2 5m ,但对井而言已经是很高了.这 样定量储层地质模型既能继承井的垂向分辨率,又 能充分反映井间的储层变化特征.最明显的效果 是当井间砂体在井上没有反映时,那么使用地震 收稿日期2 0 0 5 一0 5 一0 8 基金项目国家重点基础研究发展计划 9 7 3 项目 2 0 0 2 C C A 0 0 7 0 0 作者简介黄继新 1 9 7 7 一 ,男,吉林省松原市人,博士,从事油气田开发地质方面的研究 E - m a i l h u a n g j x 2 c h o o c .c o r n .c nT e l 1 3 8 1 0 3 0 5 9 7 8 万方数据 第1 期黄继新等河流相储层建模中测井和地震资料整合研究1 2 7 资料将是最科学的,特别是对于横向多变的陆相储 层而言 如河流、冲积扇储层 ,其作用可以得到充 分的体现.另外,由井对比的地层剖面虽然纵向上 可以很精确,但井间层位的确定往往只能靠趋势估 计或插值来解决.当有地震资料时,精细的层位标 定和同向轴追踪往往可以提供更客观的层位信息. 如何科学地、高效地、合理地综合利用各种不同规 格的数据,不少学者进行过有益的探讨‘1 ‘8 。. 1 地质统计算法优选 A r a k t i n g i 嘲等将综合测井和地震2 种资料的 地质统计方法大致归结为4 类 见表1 。 表1 综合测井和地震2 种资料的地质统计方法 T a b l e1G e o - s t a t i s t i c a lm e t h o d so fi n t e g r a t i n gs e i s m i ca n dl o g g i n gd a t a 纵观不同的资料综合方法,不难发现适合于垂 向剖面无井区插值或外推的方法应该是第2 种.第 1 种虽然简单,但适用性差,精度很低,对河流相几 乎不适用.后二者更适用于平面估计,当井间估计 要求很高的精度时,它们并不适用. 由于河流相储层横向变化迅速,整体可以抽象 为不同岩类透镜体的空间叠合,因而其空间变异函 数不可避免地具有广泛的漂移现象及块金效应,建 模时必须能够充分反映这种特性.本文采用具外部 漂移的泛克里金法来解决测井、地震资料的综合问 题,并重点针对权系数问题进行了改进,使测井与 地震反演相结合,以获得更高精度和可信度的定量 储层地质模型.本方法也被称作S e c o n W e l m S e i s m i cC o n s t r a i n e dW e l lM o d e l i n g 方法E 1 0 。1 1 | . 2 具外部漂移的泛克里金法 2 .1 克里金估计的基本原理 常规地质统计方法多用方差来表示不同样品 之间的差别.在无法确切知道待估计点真实数值的 情况下,这种方差其实也是无法真实表征的,但我 们却可以通过已知点的数据来统计不同方向上的 整体空间变化特征.鉴于这一要求,地质统计学中 引入了“变异函数”这一强有力的工具,它不仅能揭 示空间数据的相关性,还能从一定程度上反映其随 机性. 对于二阶平稳的区域化变量Z 。,,其通用的 变异函数表达式为 y ∞一妻E [ z 。 一Z 升 ] 2 . 1 由于分析数据通常都是离散的,因此式 1 可 以写成 .N ‰一志善[ %- Z z 一 ] 2 , 2 式中N 。。 为相距h 的数据对{ 乙.,Z h l , 的个 数. 随着h 的不同,便可求取某一方向上的 y 五, 图 即变异函数图 .由于数据点的有限 性,变异函数通常需要拟合.在应用时,根据未知点 X 。与已知点X 。的距离,在其相应的变异函数图上 读取对应的y 函值,建立克里金方程组. 2 .2 普通克里金与泛克里金法 当已知点数据满足二阶平稳假设时,待估计点 X 。的函数值可表示为 Z 。。 ∑A ,z 。, 3 式中A 为对应于不同已知点数值Z 。的权系数,是 7 “ /个数值的线性组合.估值方差表示为 O “ e2 一d 。2 一z ∑A 乳。 ∑∑A ,A ,乳。乳,, 4 i , 式中民2 为所估计点的块段品位方差;%为待估 点与已知点的方差;吒仃。 为已知样品之间的方差. 克里金估计的准则是在保证估计量磊 是 无偏的,且估计方差最小的情况下,求出行个权系 数A 。. 万方数据 1 2 8中国矿业大学学报 第3 6 卷 根据上述准则,满足无偏要求 f E Z 。 一m , 1 ∑A i 一1 i 一1 ,...,讥 ∞’ 根据求极值原理,要使e 。2 最小,则以2 对A 。的 偏导数应为0 .当约束条件存在时,即 P 一∑A 一l 一0 , 6 根据拉格朗日原理 F 一0 .e2 2 心, 7 必然最小. 式中弘为新的未知数拉格朗日乘子. 这样,可据所有未知数A i 和肛来求 F 一盯。2 2 P ∑A ;一1 , 8 的偏导数,并令其等于0 ,即 f 蔷三一2 %, 2 ∑A ,乱,。, 2 p o , i 等三B 一1 一o i ””,班 这样可建立咒个A 。和卢,共咒 1 个未知数、n 1 个方程的线性方程组. f ∑A 几。。, f f 一乳。, ‘ 1 0 l ∑A ;一1 待1 ,⋯,n . 上式写成矩阵形式 [ 石] [ A ]一[ D ] , 1 1 式中[ 三] 一 陬1 A 。 [ A ] 一㈠ A 。 ∽ 0 .i 10 “ 1 2 0 - 2 12 2 吒1以2 11 ;[ D ] 一 0 “ 1 。 1 0 .2 。 1 ●● % 1 10 由于[ 朗,[ D ] 可以据已知数据借助于变异函 数很容易得到,所以方程可获求解. 普通克里金要求区域化变量Z 。。,是平稳的,或 至少是准平稳的.但在生产实践中,尤其在河流相 储层中,不少变量是非平稳的,即数学期望并不是 常数,而是空间距离的函数.即 E [ Z 。 ] 一m 。 , 1 2 式中m 。。,即为通常所称的漂移 D r i f t .漂移的存 在对估计的精度会产生影响. 为解决非平稳条件下的最佳线性无偏估计问 题,泛克里金法应运而生.对所研究的大多数地质 对象,用二次漂移已足够用以描述其特征.在这种 情况下,克里金方程组需要加入新的约束条件 ∑A 而一z 。 E A 挑一;。, ∑A 函Y i 一面万。, 1 3 ∑A 而2 一三。2 , E A 执2 一;。z , 式中z 。,Y i 是已知点的坐标;z 。,Y 。为估计点的坐 标.于是,泛克里金方程组可以写成 V z 二.』 Z 1X 2 ⋯ Y 1Y z ⋯ z l 2 z z 2 ⋯ Y 1 2 Y 2 2 w z l y lz 2 y 2 ⋯ z 1Y 1z 1 2 Y l2 卫1 Y 1 z 2Y 2z 2 2 Y 2 2 z 2 Y 2 z 。Y 。z 。2Y n 2z Y n O 1 4 这也是本文用于井间估计时求解权系数的基 本算法。 3S e c o n W e l m 的插值方法 由于地震所提供的只是宏观变化趋势,而不追 求局部的细节,因而就可以解决井与地震垂向分辨 率不匹配的问题.简单地讲,就是从地震资料中提 取空间变异函数,建立克里金方程组,求解一组权 系数,供井数据插值用. 毫无疑问,在插值过程中会出现这样的问题 在井筒方向上,当网格点的地震数据与测井数据吻 合不太理想时,由地震所提取的权系数在应用于井 数据计算时,经常不能客观地再造估计点的参数 值,甚至可能出现对估计参数而言很奇异的数值. 针对这一问题,本文对计算方法作了一些改 2 2 D ‰ 如 磊 弘 ‰ % %;%● 万方数据 第1 期黄继新等河流相储层建模中测井和地震资料整合研究 进使用相对权系数,当权系数归一化到o ~1 之间 时,避免了出现奇异值的情形.然而,经过该处理会 给估计带来另一个问题估计值永远介于井点数据 的最高值与最低值之间,当真实值超出这一范围 时,就无法得到合理的估计.解决这个问题的办法 是对井间地震道依据地震参数的整体趋势进行振 幅校正.实际结果表明,振幅校正是很关键的,也是 很有效的,并且与实际地质情况更符合.这样就实 现了对权系数问题的改进,从而可以得到由井和地 震共同约束的确定性定量储层地质模型. 4 S e c o n W e l m 建模示例 S e c o n W e l m 建模的流程 见图1 ,具体步骤如 下 以大港油田某区块为例 . 图1建模流程 F i g .1 P r o c e d u r e so fm o d e l i n g 4 .1 地震反演求取参数剖面 考虑到井与地震数据相互关系,这里选用速度 剖面作为软资料 S o f tD a t a .因为由井或地震数据 求取速度值都比较方便,且可以减少由于其它参数 的引入所增加的误差.速度数据的获得可以根据研 究区的实际情况选择相应的反演方法来得到. 4 .2井模型 井模型的建立主要靠测井和岩芯 包括露头 资料.基础的工作要进行岩芯与测井资料之间的标 定和解释工作,建立合理的测井~地质解释模型. 这一工作对检验最终实现的可信度也是很重要的. 完成了对测井资料的标定和解释之后,需要对 测井数据进行重采样,以达到与地震数据之间的某 种统一. 4 .3 层模型 建立层模型的关键是进行合理的层位标定和 解释.在综合使用地震数据的情况下,层模型可以 获得进一步的改善.地震同相轴追踪可以真实地反 映井问的地质界面的展布和变化规律. 在具体建模时,这部分工作可纳入地震反演过 程.波阻抗反演结果 图2 基本能粗略地反映地质 单元的形态和方位.在进行数据搜索时,依据不同 地质单元所适用的区间值 即相应的量板 ,给定有 效距离,即可获得相关的形态信息,并根据它来确 定供插值用的井点数据. 图2波阻抗反演结果 F i g .2 A c o u s t i ci m p e d a n c er e s u l to fs e i s m i ci n v e r s i o n 4 .4变异函数的提取 使用地震资料作为变异函数的源数据体,只要 任意给定2 点的位置,就能求取过这2 点的直线方 向上的惟一的变异函数.并且由于点距较小 比井 小一个数量级 ,在实际计算时可以省去拟台环节, 精度也较高.在建立河流相油藏定量储层地质模型 时,各向异性的表征主要归结为不同方向的变异函 数及相同方向不同位置的变异函数的求取 图3 . A 1 与A 2 相差极小的角度 3 .O 。 ,但二者的差别 却是非常明显的. 距离/m 图3各向异性变异函数 F i g .3A n i s o t r o p yv a r i o g r a m 在不使用地震数据时,它们可能会被同一个变 异函数代替,所求取的协方差也就与实际情况相去 甚远.再看B 1 ,B 2 ,B 3 这3 个变异函数,它们属于 同一方向.B 1 ,B 2 相距不到5m ,但变异函数已发 生较显著的变化,当然,其趋势却是一致的.B 3 与 B 1 相距3 0m ,变异函数已是完全不同了.如果同 一方向使用相同的变异函数,则各向异性特征根本 得不到应有的表征.由这一例子可以发现,对于河 流相这样的非均质性特别明显的储层而言,仅使用 测井或岩芯数据来拟合变异函数具有较大的局限 性,它不能真实反映储层的空间变化特征.从图中 还可以发现,漂移现象是很普遍的,这与河流相的 块状沉积单元特征也是相符的.但使用较少的测井 数据去拟合实验变异函数通常无法使漂移现象得 到“客观、真实”的反映.由此看出综合使用地震数 据的优势之所在. 万方数据 1 3 0中国矿业大学学报第3 6 卷 通过前文所述之变异函数特征可以发现,对于 各向异性介质,拟合变异函数的过程中会带来更多 的误差.因此应该使用任意方向、任意位置的变异 函数 1坠 y ㈨%m 一焘∑[ 毛 一z x i h ] 2 , 1 5 一1 ’L n Ji 1 式中臼代表方向;P ,P 。代表变异函数所处的位置. 通过变异函数计算及模型拟合,可以得到砂体 的统计长度、宽度、厚度以及物源的大致方向.在地 质建模过程中,这些统计参数可以控制砂体的空间 展布. 4 .5 岩相模型的建立 根据地质统计学理论E l z - 1 3 ] ,地质变量可分为离 散型地质变量和连续型地质变量2 大类.本次应用 中的岩相属于离散型地质变量.确定大港油田X X 区块储层砂体空间分布,是以地震反演资料为基础 的相控储层建模方法应用的主要目的. 在地震数据提取变异函数的基础上,对研究区 各小层进行了三维岩相的随机建模 图4 .图4 为 研究区N g 组三维岩相随机建模的一个实现.该图 为反映河道与溢岸砂体空间分布的三维岩相模型 图,反映了研究区目的层岩相分布的一种可能性. 图4储层岩相三维模型 F i g .4 R e s e r v o i rl i t h o f a c i e s3 Dm o d e l 4 .6储层参数随机模型 应用相控建模方法,对研究区进行三维储层参 数建模 图5 研究.模拟输人的参数主要包括以下 4 个方面. 1 井数据各井岩相的一维井模型,此为岩相 建模的硬数据. 2 测井约束反演的波阻抗数据体,此为岩相 建模的软数据. 3 波阻抗数据与岩相的概率关系. 4 地质统计特征参数主流线方向、砂体微相 的形状、长/宽/厚分布、体积含量等. 本次研究中,储层物性模型的建立是在岩相模 型的控制下,在地震反演数据的约束下,充分发挥 测井数据具有较高垂向分辨率而能够反映薄层,以 及地震数据可以反映储层横向延伸情况的优势,选 用前述针对权系数问题进行了重点改进的外部漂 移泛克里金算法完成的. 图5储层渗透率三维模型 F i g .5 R e s e r v o i rp e r m e a b i l i t y3 Dm o d e l 4 .7效果分析 1 井模型中模型与实际井的吻合情况 对模型中井旁道与实际井吻合程度的检验可 以帮助我们来评估井模型的可靠程度 图6 .图6 是z h 8 井的声波速度与模型速度对比的情况.从图 中可以看出,二者在整体特征上是一致的,局部细 节也得到了较好的反映.二者的相关系数为0 .8 7 , 因此,该模型无论是从测井,还是从地震角度都是 比较尊重原始记录的,可信度较高. 速度/ m ’S 1 图6井吻合度 F i g .6 W e l lg o o d n e s so ff i t 2 三维模型与地质认识的吻合情况 从大港油田X X 区块N g 组储层岩相模型、孔 隙度分布模型可以看出,N g 组储层主要为辨状河 砂沉积,受古地形影响,河道在羊儿庄断层和羊儿 庄南断层相交界处分流为东西2 个方向.辨状河心 滩、辨状河道沉积砂体储层物性相对较好,较有利 于油气聚集. 所有这些结论都与目前的地质认识相一致.另 万方数据 第1 期黄继新等河流相储层建模中测井和地震资料整合研究 外,依据储层地质模型计算的大港油田X X 区块 N g ,E s 。油组的储量 表2 与容积法所计算的储量 的误差小于5 %,并且依据模型计算的储量略小, 这也进一步证明,储层地质模型的建立是可靠的. 表2储量对比结果 层位瓣⋯ k m 2 .利r n ㈣。。鬈‰,溅篡 n g l 2 2 .28 .81 8 .91 6 6 .31 5 9 .4 N g z 0 .6 22 .51 7 .54 3 .84 2 .7 E s 3 14 .93 9 .1 1 3 .15 1 0 .9 5 3 0 .3 E s 3 2 1 .58 .9 1 3 .31 1 8 1 1 2 .2 兰鲨 i 1 5 结论 1 储层地质模型在以地震反演资料为基础的 相控储层建模过程中是分2 次运算得到的,但由于 岩相分布与储层物性变化有共同的数据来源,因此 岩相分布与物性分布有很好的一致性,即在砂体的 中心部位物性好,而向边部物性变差,这样就避免 了物性与岩相分布不匹配的“两层皮”,从而获得与 地质认识一致的结论. 2 在应用以地震反演资料为基础的相控储层 建模方法进行储层地质建模时,波阻抗与储层物性 之间必须要有一定的相关性,只要地震资料对大部 分储层有反映,就可以应用这种方法,因为目前的 地震资料分辨率不可能与测井分辨率相比. 3 本文建模方法对井的依赖性很强.井间插 值及外推的精度有赖于变异函数的表征能力.当井 距扩大后,变异函数的搜索距离必然会增大,由其 表达式可知,搜索的点越多,平均效应就越明显.由 此可见,搜索距离的确定是很关键的.根据经验,搜 索距离以略大于井距为佳,并且应根据估计点的位 置来调整不同方向的搜索距离,这样可以有效地降 低平滑效应.另外,在搜索井筒方向的数据点时也 不能太多.数据点多时,权系数的进一步分配将导 致显著的平滑效应,又使计算量急剧增大,耗费过 多机时.而数据点过少,权过于集中,如果地震、测 井参数对比不太理想时,所得模型将会偏离实际太 远.因此在计算时,每口井选用3 个点左右,代表储 层厚度约5m . 参考文献 [ 1 ] B E H R E N SRA .I n c o r p o r a t i n gs e i s m i ca t t r i b u t e m a p si n3 - Dr e s e r v o i rm o d e l e d [ J ] .S P E ,1 9 9 6 , 1 - 2 1 崇仁杰,刘静.以地震反演资料为基础的相控储层 建模方法在B Z 2 5 1 油田的应用E J 3 .中国海上油 气地质,2 0 0 3 ,1 7 5 3 0 7 - 3 1 1 . C H O N GR e n - j i e ,L I UJ i n g .A p p l i c a t i o no faf a c i e s c o n t r o l l e dr e s e r v o i rm o d e l i n gm e t h o db a s e do ns e i s - m i ci n v e r s i o nd a t ai nB Z 2 5 ~1o i lf i e l d [ J ] .C h i n aO f f s h o r eO i la n dG a s g e o l o g y ,2 0 0 3 ,1 7 5 3 0 7 3 1 1 . 1 - 3 1 曹宏,齐文同,宋新民,等.储层相对稳定性及其在 储层模拟中的应用[ J ] .石油学报,2 0 0 2 ,2 3 3 5 6 6 0 . C A OH o n g ,Q IW e n t o n g ,S O N GX i n - m i n ,e ta 1 . C o n c e p to fr e l a t i v er e s e r v o i rs t a b i l i t ya n di t sa p p l i c a t i o nt Or e s e r v o i rs i m u l a t i o n [ J 1 .A c t aP e t r o l e iS i n c a , 2 0 0 2 ,2 3 3 5 6 - 6 0 . [ 4 ] D E U T S C HCV .G e o s t a t i s t i c a lr e s e r v o i rm o d e l i n g a c c o u n t i n gf o rp r e c i s i o na n ds c a l eo fs e i s m i cd a t a [ J 1 .S p e ,1 9 9 6 ,3 6 4 9 7 9 - 1 9 . [ 5 1王仁铎,胡光道.线性地质统计学[ M ] .北京地质出 版社,1 9 8 8 6 8 7 1 . 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