油气信息化

页岩气高精度地震成像及“甜点”预测技术进展

摘要:中石化物探院作为油田企业油气勘探开发的重要技术支撑单位,在 J、JN、N、D、W、Y 等地区对页岩气的 勘探开发均给予了重要的技术支撑和成果支撑。在长期的技术和成果支撑过程中,研究人员有效的面向页岩气分 布区“双复杂”地质特征,分析问题、寻找思路、解决问题,明确了页岩气分布区地表复杂、构造复杂问题给地 震资料处理解释造成了严重的静校正问题、去噪问题、速度建模问题、偏移成像问题、构造解释问题、甜点参数 预测问题、地应力预测问题等。针对这些问题,研究中确定有效开展静校正处理、去噪处理、速度建模、高精度 偏移成像、构造精细解释、“双甜点”参数预测、地应力预测等是有效提高研究成果精度和有效性的重要步骤。围绕这些重要步骤,通过研究形成了地震处理、解释两大技术系列,主要技术包括融合静校正技术、空间定位多 域去噪技术、网格层析速度建模技术、TTI-RTM 偏移成像技术、多参数拟合地质甜点预测技术、基于 CPS 模型的 地层压力预测技术、基于叠前 AVAZ 反演的地应力预测技术等,取得的地震成果成像效果好、构造误差小、页岩 气“甜点”预测精度高,有效支撑了 J、W、Y 等地区的页岩气勘探开发。 


关键词:双复杂地区  速度建模  高精度地震成像  地质甜点预测  工程甜点预测 

 

1  概述 

自 J 地区页岩气获得发现以来,SGRI 页岩气 攻关组一直致力于川东南及川南地区页岩气的勘 探开发,在 J、JN、D、N、W、Y 等地区开展了 地震处理、解释等技术攻关,涉及到的技术包括复 杂山地地表去噪技术和静校正处理技术、复杂构造 速度建模技术、TTI 介质高精度成像技术、复杂地 区构造综合解释技术、页岩气地质和工程双甜点参 数预测技术、页岩气综合评价技术等,解决了研究 区静校正和高精度成像等问题,取得了丰富的研究 进展,为 J 地区 JY 井组,D 地区 DY 井组,W 地 区 WY 井组,Y 地区 YY 井组的钻探及页岩气勘 探开发提供了有利的技术支撑和成果支撑。通过研 究,建立了地震处理和解释技术流程,形成了双复 杂地区去噪技术、静校正处理技术、速度建模技术、 TTI 高精度成像技术、页岩定量描述技术、构造综 合解释技术、页岩气地质工程双甜点预测及评价技 术系列,为中石化页岩气的高效勘探开发做出了较 大的贡献。 


2  高精度地震成像技术 

2.1  面向山地复杂地表的精细静校正技术 主要包括层析静校正技术、地表一致性剩余静 校正技术和融合静校正技术,其中层析静校正技术是把地表模型作为任意介质处理的曲射线静校正 方法,它对地表高差、低降速带速度和折射界面不 做限制。该技术考虑了速度的垂向和横向变化,认 为地下介质是连续变化的,提出了弯曲射线模型, 能适应风化层速度变化,支持速度的横向变化。由 于这个模型是由物性参数不同的小单元组成,更适 应地表结构较复杂的地区,能使求取的校正量更加 准确。地表一致性剩余静校正技术是一种在数据叠 加之前改善 CMP 道集质量的方法,它是通过求取 炮点、检波点与模型道进行相关时移曲线计算时移 量,对时移量进行炮点、检波点分解,计算剩余时 差的过程。经过多次速度分析与地表一致性剩余静 校正迭代,逐步提高静校正的精度,使有效信号能 同相叠加。融合静校正技术是物探院自主创新的一 项技术,该技术主要是利用“三步法”实现多套静校 正量优势融合,第一步:优选多套静校正软件及方 法,对比分析各自优势区域;第二步:针对优势区 域的大小确定融合边界,在区域边界对低频分量进 行软拼接(即在一定的过渡带范围内利用斜坡过渡 法计算出静校正量);第三步:对原始的高频分量 和融合拼接后的低频分量进行加和运算,最终形成 统一的总静校正量。


2.2  双复杂地区地震资料叠前去噪技术 针对页岩气研究区复杂的山地特征,在地震资 料处理中针对不同的噪音特点采用不同的压制方法联合去噪,满足叠前时间偏移技术的要求,保证 处理质量,叠前去噪的思路如下:

①针对地震采集记录中存在的各种干扰现象 和特点,在系统试验的基础上,采用有针对性的去 噪技术,进行叠前去噪处理;

②在反褶积之前进行一次噪音衰减,去除野外 记录上的不正常道、大跳等强能量干扰波,以保证 反褶积的处理效果;反褶积后再做一次噪音衰减, 去除反褶积之后仍然存在的个别大跳,以净化记录, 确保处理质量;

③压制噪声不能损失有效波成分,对每束线的 记录进行品质分析统计,对干扰较重的单炮记录进 行单独去噪处理。叠前去噪主要涉及的内容包括不正常道识别 与衰减、50 赫兹工业电干扰衰减、面波及线性干扰 压制、异常振幅干扰压制、低频强能量线性干扰。


 2.3  双复杂地区地震资料保幅处理技术 地震波在传播过程中,能量吸收严重,深层目 标层位置有效反射信号能量弱,为消除地震波在传 播过程中波前扩散和吸收因素影响,以及地表条件 变化引起的振幅变化,使地震波振幅更好地反映地 下岩性变化的特点,在处理过程中首先采用球面扩 散补偿地震波传播过程中的能量衰减,然后采用地 表一致性振幅补偿技术补偿炮间、道间的能量不一 致,使横向和浅、中、深层能量变化合理,真实的 地反映地下岩性变化。几何球面扩散补偿是一个保真处理方法,它利 用合理区域速度沿偏移距对排列内各道能量进行 振幅补偿,使道间能量较为均匀,也使远近道、中 深层能量得到一定的补偿。地表一致性振幅补偿可 以消除激发接收因素对资料振幅的影响,不破坏原 始数据振幅的相对关系。


2.4  双复杂地区地震资料提高分辨率技术 面向实际工区双复杂地质特点,开展地震资料 提高分辨率处理的思路如下:

①进行充分的叠前反褶积试验,选取最佳的反 褶积处理方法和处理参数,为取得高信噪比和高分 辨率的处理成果打好基础;

②重点考虑采用地表一致性预测反褶积技术进 行地震资料的提高分辨率处理,它不但能提高地震 资料整体频率,而且能有效地消除频率的不一致性;

③在提高分辨率的同时,保持波组特征和信噪比,同时兼顾浅、中、深层的各有效波组。


2.5  双复杂地区地震资料叠前深度偏移处理技术 叠前深度偏移处理是以提高地震资料信噪比、 减少井震误差为原则的一项必需技术,面向页岩气 勘探开发需求,该技术近些年不断的取得进步并得 到了应用。   根据研究区地质特征及资料特点,叠前深度偏 移处理技术主要工作思路如下:

①综合分析现有的地震地质资料,做好速度检 查工作;

②针对资料的特点制定可行且有效的流程测 试方案;

③充分发挥前期邻区地震资料处理经验,做好 试验工作;

④采用多套处理系统优势互补,确保最佳处理 效果;

⑤流程参数测试及批量生产处理过程中采用 处理解释一体化模式进行工作。开展深度偏移处理的主要目标是根据地质任 务获取高精度深度域成像地震数据体,准确落实主 要目的层深度、地层产状以及各级次断裂展布,能 定量描述区域速度场和局部速度场的变化,结合钻 井开发动态,指导页岩气水平井部署及钻探。目前, 在深度域处理方面已经形成了两大技术系列,即深 度域速度建模技术系列、叠前深度偏移处理技术。


(1)精细的深度速度建模技术 叠前深度偏移速度模型建立一般包括构造建 模、初始速度建模、目标线偏移成像、模型的优化 迭代和更新、叠前深度偏移体偏移五个过程,其中 模型的优化迭代是其关键和核心步骤。首先采用叠 前时间偏移的速度模型作为叠前深度偏移的初始 速度模型,能提高叠前深度偏移速度建模的效率, 并保证初始速度模型具有一定的精度;其次,使用 克希霍夫叠前深度偏移方法产生目标线的CIP道集, 为拾取反射波同相轴提供较为稳定的剩余延迟拾 取依据;速度模型的优化和迭代通过解网格层析方 程的方式求取深度域的速度扰动,引入地质导向约 束网格层析成像技术,提高速度反演精度;经过多 次迭代,最终为偏移处理提供较为可靠的深度域层 速度模型,充分发挥叠前深度偏移在山地资料处理 中的优势。


(2)各向异性叠前深度偏移处理技术 常用的地震偏移技术在对地下介质的认识方 面是非常简单的,是建立在各向同性假设的前提下 进行求解的。然而,复杂构造介质广泛存在各向异 性特性,即 TTI 各向异性。在复杂构造成像过程中 有必要引入 TTI 各向异性叠前深度偏移技术。要描 述 TTI 各向异性介质特性就需要5 个参数,分别是:Epsilon、Delta、各向异性速度、TTI 地层倾角和方 位角。其中,Epsilon 描述地层各向异性特性,用来 解决各向同性偏移道集远排列校正不足的问题;Delta 描述成像深度与实际深度的误差,用来解决偏 移深度与井不吻合的问题;倾角和方位角两个参数 是用来描述 TTI 介质不同地层倾角和方位角。偏移 处理过程主要有三步,如下:第一步,利用满足各向同性假设的近炮检距数 据进行各向同性叠前深度偏移和速度迭代,得到各 向同性的深度剖面和速度体;第二,求取 TTI 各向异性的 5 个参数;第三,进行目标线的 TTI 各向异性偏移。偏移 后,判断道集是否校平、偏移深度与井的误差是否 得到消除,如果没有,重新进行 TTI 各向异性参数 的调整和优化,直到道集得到校平、偏移深度与井 吻合为止,最后得到最终 TTI 深度模型进行 TTI 各 向异性体偏移。 


3  页岩气甜点预测技术 

3.1  基于地震预测和储层参数分析的页岩储层定 量描述技术 在优质页岩厚度预测方面,围绕页岩气勘探开 发目标层段或者小层段研究储层地震响应特征、测 井响应特征,发展了基于地震叠后波阻抗反演技术 的储层参数预测技术,主要包括基于模型的地震反 演技术、随机反演技术等。在页岩孔隙度预测方面,基于多参数回归结果 发展了协模拟地震反演技术,针对页岩物性参数, 通过多元统计分析的方法建立了孔隙度与测井参 数的关系,通过协模拟地震反演预测出页岩孔隙度 曲线以及数据体。在页岩 TOC 预测方面,基于统计分析结果开 展了基于岩石物理分析的叠前预测技术。主要是基 于岩石物理分析,通过测井参数分析建立页岩 TOC 与密度(或波阻抗等)或 TOC 与多参数之间的数 学关系(密度参数反演不稳定,研究中考虑摒弃该项参数),应用地震叠前、叠后反演技术反演出相 关参数,应用建立的多参数数学关系计算出页岩的 TOC。在页岩含气性(量)预测方面,目前应用的技 术主要可以分为两类,一类是通过地震属性、地震 叠前叠后反演进行页岩含气性预测;另一类主要是 利用多元统计或者一元统计分析技术创建页岩含 气量与参数的关系,利用协模拟地震反演技术进行 预测。


3.2  页岩脆性叠前地震参数反演技术 对于页岩的脆性,目前较多的是采用杨氏模量 和泊松比参数来描述,主要是通过杨氏模量和泊松 比的组合关系式进行计算和描述;另外,随着技术 的发展,目前也推出利用杨氏模量和拉梅常数的组 合参数进行页岩脆性的预测。上述方法能较好的预 测脆性较强的区域,但是在实际的页岩气开发过程 中发现,随着页岩中石英含量的增加,杨氏模量增 大,但是随着孔隙度的增加,杨氏模量会减小。同 时,随着储层中有机质与孔隙含气量的增加也会导 致杨氏模量的减小。因此传统的脆性计算方式对高 孔隙度、高有机质含量和高含气性的优质页岩层发 育的区域缺乏有效的表征。为兼顾二者,针对孔隙 度较高的脆性含气区进行研究,提出了新的脆性指 数--E/。该指数只与泊松比相关,不仅避免了岩石 孔隙度、流体、有机质等因素对杨氏模量的影响, 对有利脆性区也有较好的指示效果,同时,对脆性 含气区判别上存在明显优势,具有描述地质和工程 双甜点的意义。


3.3  基于岩石物理建模的页岩储层孔隙压力预测 技术 Eaton 方程和等效深度法是页岩地层异常压 力预测的经典方法,但是该方法在构建正常压实 趋势线时具有较强的主观性和随意性,对于缺少 实际压力资料的新探区尤其不适用。为了降低压 实趋势线建立的不确定性,目前已经引入利用改 进的 CPS(clay plus silt)模型来计算页岩气储层 的正常压实趋势线,再结合基于波阻抗的 RT 地 震地层压力预测思路对页岩储层孔隙压力进行 预测。


3.4  基于 AVAZ 方位数据地震反演的地应力预测技术 常规的地应力预测技术较多的是基于弹性参 数反演方法开展的,这些方法在将弹性参数转换成脆性参数时不可避免的会带来误差,而且没有考虑 应力各向异性带来的影响。为了提高地应力预测精 度,更好的指导压裂工程,目前已经发展出基于叠 前 AVAZ 反演为核心的地应力预测技术流程,创新 性的加入构造应力校正项,进一步提高地应力的预 测精度。该方法在获得裂缝发育方位及裂缝各向异 性参数基础上,通过各向异性参数进一步计算可以 获得高精度的最大主应力方向及水平应力差指示 因子(DHSR),以指导压裂工程施工。


3.5 多参数叠前叠后裂缝预测技术 主要包括基于叠后地震数据开展的相干技术、 曲率技术、蚂蚁追踪技术、曲波相干多尺度裂缝检 测技术以及基于叠前地震数据方位各向异性裂缝 检测技术,目前随着技术的发展基于 OVT 域数据 的裂缝预测技术也用于页岩裂缝预测。 


4  结束语 

通过页岩气研究人员不断的努力,相关技术及 成果不断丰富完善,并得到了较好的应用。但是随 着页岩气研究的不断深入,页岩气生产开发对地震 处理解释技术也提出了更高的要求,在以后一段时 间内希望有更多的技术不断得到深化、创新并得到 广泛的应用。因此,本研究组拟确定下一步页岩气 研究的攻关方向如下:一是复杂地震波场分析与成像方法研究,目标 是形成适用于地表复杂、地下构造复杂地区的三维 建模技术、软件和流程,基于二维/三维模型的地震 处理,开展波场特征和技术攻关研究。二是复杂区地震高精度成像技术,目标是针对 性的开展静校正、叠前去噪、提高分辨率、深度域速度建模、RTM、TTI-RTM 等技术研究,改善复杂 构造成像效果,完善 RTM、TTI-RTM 处理流程。三是复杂储层的定量解释技术,目标是针对性 开展复杂储层特征描述技术,明确储层特征、储层 参数关系,满足地震属性、地震反演技术满足页岩 气开发的需求。

来源 | 中石化     时间 | 2019-08-19
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