專利名稱：多方位地震能量梯度差碳酸鹽巖溶洞型儲層識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物探技術(shù)，屬于石油天然氣勘探與開發(fā)領(lǐng)域，是一種多方位地震能量梯度差碳酸鹽巖溶洞型儲層識別方法。
背景技術(shù)：
碳酸鹽巖儲層對世界油氣生產(chǎn)具有重要的戰(zhàn)略意義。據(jù)統(tǒng)計，世界范圍內(nèi)超過60 %的石油產(chǎn)量和40 %的天然氣產(chǎn)量來自于碳酸鹽巖儲層。油藏地質(zhì)與開發(fā)地質(zhì)綜合分析表明，碳酸鹽巖油氣藏具有不同于常規(guī)油氣藏的特性，如油氣分布的分散性、油氣性質(zhì)的多樣性、油氣聚集的成層性與非均質(zhì)性、油氣產(chǎn)出的不穩(wěn)定性等。其中，碳酸鹽巖儲層強(qiáng)烈的非均質(zhì)性是控制碳酸鹽巖儲層與油氣藏的最主要的因素。碳酸鹽巖儲層具有多種類型，可歸納為6種類型 (I)不整合面之下的石灰?guī)r和白云巖；(2)潮上帶到潮下帶的白云巖；(3)鮞粒、團(tuán)粒淺灘；(4)生物礁；(5)泥晶灰?guī)r、白堊內(nèi)的微孔隙；(6)泥晶灰?guī)r內(nèi)的微裂縫。在以上碳酸鹽巖儲層類型中，主要的油氣儲集體為巖溶體和生物礁，其儲集空間主體由構(gòu)造縫、成巖縫、壓溶縫、基質(zhì)孔與溶蝕孔洞組合形成的縫洞系統(tǒng)組成。在這些不同類型的儲集空間中，溶洞型儲集體是油氣的主要儲集空間。溶洞型儲集體在縱向和橫向上均具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，在地震剖面上表現(xiàn)為串珠狀的反射特征，導(dǎo)致溶洞型儲集體的橫向連續(xù)極差，很難采用常規(guī)手段進(jìn)行識別或識別效果不好。在過去幾十年里，有關(guān)碳酸鹽巖儲層預(yù)測的方法和技術(shù)取得了很大進(jìn)展，從層序地層學(xué)到碳酸鹽巖儲層建模，從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)到譜分解方法，都在海相碳酸鹽巖儲層識別中取得了一定程度的成功。但由于碳酸鹽巖儲層的特殊性，常規(guī)技術(shù)很難取得好的效果?；谝陨显颍腥诉M(jìn)行了很多相關(guān)的研究，根據(jù)大量的物理和理論模型，針對溶洞儲層的特點(diǎn)提出了多種多樣的疊后溶洞檢測方法，如相干體技術(shù)，波形分類技術(shù)，頻率差異分析技術(shù)，疊前方位AVO分析技術(shù)、曲率分析技術(shù)等。以上技術(shù)對碳酸鹽巖儲層識別有一定效果，但是受地質(zhì)因素(如巖性、構(gòu)造、斷層等)和非地質(zhì)因素(如噪聲、分辨率等)的影響，這些方法僅能反映溶洞或溶洞群發(fā)育的大概部位，無法在識別溶洞時消除雜亂的背景，給井位部署帶來一定的難度。因此尋找一種分辨率高、能夠盡量去除噪音和背景的溶洞檢測新方法將對提高鉆探成功率、減少鉆探風(fēng)險有實(shí)際作用。與常規(guī)圖像不同，地震剖面是由一系列的波形組成的，從縱向上看地震剖面表現(xiàn)為一系列的同相軸。由于同相軸的存在及噪音的影響，利用以上方法求取梯度時效果較差，其中最突出的缺點(diǎn)是同相軸背景難以較好地消除，因此實(shí)用性不足。要想更好地識別地震剖面上的碳酸鹽巖溶洞型異常體，需要根據(jù)其特點(diǎn)尋找更合適的方法。基于線性擬合算法的振幅梯度估算方法是一個不錯的選擇。梯度技術(shù)在圖像處理中應(yīng)用非常廣泛，它是圖像邊緣檢測中的關(guān)鍵技術(shù)之一。求取一個圖像的梯度有多種方法。常用的梯度計算方法有差分法、Sobel算子、Roberts算子、Prewitt算子、Laplace算子、Canny算子等。其中，差分法是最原始、最基本的方法，它根據(jù)灰度迅速變化處一階導(dǎo)數(shù)達(dá)到最大的原理，利用導(dǎo)數(shù)算子檢測邊緣。這種算子具有方向性，要求差分方向與邊緣方向垂直，目前很少采用。Sobel算子根據(jù)像素點(diǎn)上下、左右鄰點(diǎn)的灰度加權(quán)差，在邊緣處達(dá)到極值這一現(xiàn)象檢測邊緣。該算法對噪聲具有抑制作用，能提供較為精確的邊緣方向信息，但邊緣定位精度不夠高，當(dāng)對精度要求不是很高時，Sobel算子是一種較為常用的邊緣檢測方法。Roberts算子采用對角線方向相鄰兩像素之差近似梯度幅值檢測邊緣，該算法檢測水平和垂直邊緣的效果好于斜向邊緣，定位精度高，對噪聲敏感。Laplace算子是二階微分算子，利用邊緣點(diǎn)處二階導(dǎo)函數(shù)出現(xiàn)零交叉原理檢測邊緣。該算法精度較高，但不具方向性且對噪聲敏感。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)碳酸鹽巖溶洞型儲層預(yù)測和識別、反映碳酸鹽巖溶洞的空間位置、形態(tài)特征的多方位地震能量梯度差碳酸鹽巖溶洞型儲層識別方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟I)激發(fā)及記錄地震波，采集地震數(shù)據(jù)，對疊前地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得疊后地震數(shù)據(jù)體；所述的處理包括地表一致性振幅處理和地表一致性反褶積處理，速度分析、動校正和剩余靜校正、剩余振幅補(bǔ)償，疊加和偏移處理。2)對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行Hilbert變換，求取地震能量數(shù)據(jù)體；所述的Hilbert變換，是公知技術(shù)，指在數(shù)學(xué)和信號處理領(lǐng)域廣泛使用的一種線性算子計算方法。3)根據(jù)地質(zhì)目標(biāo)和地質(zhì)特征選擇梯度估算參數(shù)(估算方位和估算半徑)；所述的梯度估算參數(shù)是指梯度估算方位和估算半徑。所述的梯度估算方位是指地震能量的提取方向。梯度估算方位以度為單位，水平向右為O度，垂直向下為90度。所述的梯度估算方位是根據(jù)地震剖面上地質(zhì)目標(biāo)的方位和形態(tài)確定的，需選擇2個敏感方位。在選擇敏感方位時，先對地質(zhì)目標(biāo)的形態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計，估算出地質(zhì)目標(biāo)的長軸方位。然后選擇平行于地質(zhì)目標(biāo)長軸的方位作為第一個敏感方位(主敏感方位)，選擇垂直于地質(zhì)目標(biāo)長軸的方位作為第二個敏感方位(次敏感方位)。例如，探區(qū)碳酸鹽巖溶洞的長軸方位為90度(即垂直于水平方向)，因此可以選擇90度(垂直向下方向)和O度(水平向右方向)作為敏感方位。所述的梯度估算半徑是指估算梯度時所使用的地震數(shù)據(jù)范圍，以地震道數(shù)為單位。4)以目標(biāo)點(diǎn)為中心，在估算半徑范圍內(nèi)分別沿著2個估算方位確定采樣點(diǎn)，并組成兩個矢量序列；
所述的兩個矢量序列是在估算半徑范圍內(nèi)，沿估算方位將所有符合要求的采樣點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，并將所有采樣點(diǎn)的序號組成變量X，將所有采樣點(diǎn)上的地震能量組成變量Y。5)利用最小二乘法對X變量和Y變量組成的函數(shù)y = f (X)進(jìn)行最小二乘法線性擬合，獲得二者之間的線性關(guān)系式，將其表達(dá)為I = G+Ρχ的形式，其中的G為截距，P為梯度；所述的最小二乘法是通過最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配，利用最小二乘法求得兩個變量之間的關(guān)系，并使求得的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最小。所述的截距和梯度是指利用最小二乘法所擬合得到的關(guān)系式的兩個特征值，截距是指在直角坐標(biāo)系中，一個函數(shù)或關(guān)系式與直角坐標(biāo)系的Y軸相交的點(diǎn)的I坐標(biāo)；梯度是指該直線的斜率。 6)將線性擬合所獲得的同一方位的截距和梯度之積作為目標(biāo)點(diǎn)的能量梯度值；7)求取不同方位的能量梯度差；所述的能量梯度差是指將兩個方位的梯度值進(jìn)行相減而獲得的。8)繪制碳酸鹽巖溶洞分布剖面圖和平面圖，用于碳酸鹽巖儲層的識別、油氣預(yù)測。所述的繪制碳酸鹽巖溶洞分布剖面圖和平面圖是根據(jù)能量梯度差的值域分布范圍將所有采樣點(diǎn)上的能量梯度差值映射為某種顏色并顯示成剖面圖或平面圖，獲得碳酸鹽巖溶洞的空間位置和形態(tài)。本方法采用利用最小二乘法線性擬合方法求取能量梯度。與常規(guī)的梯度估算技術(shù)相比，線性擬合方法更穩(wěn)定，并且可任意定義估算半徑；其次，根據(jù)溶洞的地震響應(yīng)特點(diǎn)，先估算出兩個方位的梯度值(水平梯度和垂直梯度)，然后求取梯度差，突出了溶洞體的能量變化特征，可準(zhǔn)確地刻畫碳酸鹽巖溶洞的空間位置和形態(tài)。本方法實(shí)驗(yàn)證實(shí)多方位地震能量梯度差分析方法對碳酸鹽巖溶洞的識別有效，可以顯著提高碳酸鹽巖儲層預(yù)測的準(zhǔn)確性和效率。


圖I碳酸鹽巖溶洞特征；圖2最小二乘法估算梯度示意圖；圖3不同的梯度估算方法對比圖，(a)最小二乘法，(b) Sobel 算子；圖4不同方位梯度及梯度差對比圖，(a)原始地震剖面，(b)水平梯度，(C)垂直梯度，(d)水平與垂直梯度差；圖5方位地震能量梯度差剖面圖，A :原始地震振幅，B :振幅梯度差剖面圖；圖6方位地震能量梯度差平面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的目的在于提供一種利用計算機(jī)技術(shù)自動實(shí)現(xiàn)碳酸鹽巖溶洞型儲層預(yù)測和識別的技術(shù)，采用多方位地震能量梯度差分析方法將碳酸鹽巖溶洞的空間位置、形態(tài)特征刻畫出來。本發(fā)明首先利用Hilbert變換將疊后地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地震能量數(shù)據(jù)體，根據(jù)碳酸鹽巖溶洞型儲層的空間特征選擇2個不同的方位，利用最小二乘法進(jìn)行梯度估算，然后求取不同方位的梯度差。本發(fā)明有效地利用最小二乘法線性擬合方法從不同方位對地震能量的梯度進(jìn)行估算，然后求取該點(diǎn)處的能量梯度差。與其它方法相比，本方法具有兩個特點(diǎn)，一是采用線性擬合方法求取能量梯度；與常規(guī)的梯度估算技術(shù)相比，線性擬合方法更穩(wěn)定，并且可任意定義估算半徑；其次，本方法根據(jù)溶洞的地震響應(yīng)特點(diǎn)，先估算出水平梯度和垂直梯度，然后求取梯度差，進(jìn)一步突出了溶洞體的能量變化特征，可較準(zhǔn)確地刻畫碳酸鹽巖溶洞的空間位置和形態(tài)。本發(fā)明的多方位地震能量梯度差碳酸鹽巖溶洞型儲層識別方法，包括以下步驟I)激發(fā)及記錄地震波，采集地震數(shù)據(jù)，對疊前地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得疊后地震數(shù)據(jù)體；步驟I)所述的處理包括地表一致性振幅處理和地表一致性反褶積處理，速度分析、動校正和剩余靜校正、剩余振幅補(bǔ)償，疊加和偏移處理，形成疊后地震數(shù)據(jù)。2)對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行Hilbert變換，求取地震能量數(shù)據(jù)體；步驟2)所述的Hilbert變換，是指在數(shù)學(xué)和信號處理領(lǐng)域廣泛使用的一種線性算子，是由德國數(shù)學(xué)家David Hilbert發(fā)明并命名的。設(shè)原始地震信號為f (t)，則Hilbert變換的公式為
權(quán)利要求
1.一種多方位地震能量梯度差碳酸鹽巖溶洞型儲層識別方法，特點(diǎn)是采用以下步驟實(shí)現(xiàn) 1)激發(fā)及記錄地震波，采集地震數(shù)據(jù)，對疊前地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得疊后地震數(shù)據(jù)體； 2)對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行Hilbert變換，求取地震能量數(shù)據(jù)體； 3)根據(jù)地質(zhì)目標(biāo)和地質(zhì)特征選擇梯度估算方位和半徑； 4)以目標(biāo)點(diǎn)為中心，在估算半徑范圍內(nèi)分別沿著2個估算方位確定采樣點(diǎn)，并組成兩個矢量序列，兩個矢量序列是在估算半徑范圍內(nèi)，沿估算方位將所有符合要求的采樣點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，并將所有采樣點(diǎn)的序號組成變量X，將所有采樣點(diǎn)上的地震能量組成變量Y ； 5)利用最小二乘法對X變量和Y變量組成的函數(shù)y= f(x)進(jìn)行最小二乘法線性擬合，獲得二者之間的線性關(guān)系式，將其表達(dá)為I = G+Px的形式，其中的G為截距，P為梯度； 6)將線性擬合所獲得的同一方位的截距和梯度之積作為目標(biāo)點(diǎn)的能量梯度值； 7)求取不同方位的能量梯度差； 8)繪制碳酸鹽巖溶洞分布剖面圖和平面圖，用于碳酸鹽巖儲層的識別、油氣預(yù)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，特點(diǎn)是步驟I)所述的處理包括地表一致性振幅處理和地表一致性反褶積處理，速度分析，動校正和剩余靜校正，剩余振幅補(bǔ)償，疊加和偏移處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，特點(diǎn)是步驟3)所述的梯度估算方位是指地震能量的提取方向；梯度估算方位以度為單位，水平向右為O度，垂直向下為90度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，特點(diǎn)是步驟3)所述的梯度估算方位是根據(jù)地震剖面上地質(zhì)目標(biāo)的方位和形態(tài)，選擇2個敏感方位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，特點(diǎn)是在選擇敏感方位時，先對地質(zhì)目標(biāo)的形態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計，估算出地質(zhì)目標(biāo)的長軸方位；然后選擇平行于地質(zhì)目標(biāo)長軸的方位作為主敏感方位，選擇垂直于地質(zhì)目標(biāo)長軸的方位作為次敏感方位。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，特點(diǎn)是步驟3)所述的梯度估算半徑是指估算能量梯度時所使用的地震數(shù)據(jù)范圍，以地震道數(shù)為單位。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，特點(diǎn)是步驟5)所述的最小二乘法是通過最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配，利用最小二乘法求得兩個變量之間的關(guān)系，并使求得的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最小。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，特點(diǎn)是步驟5)所述的截距和梯度是指利用最小二乘法所擬合得到的關(guān)系式的兩個特征值；截距是指在直角坐標(biāo)系中，一個函數(shù)或關(guān)系式與直角坐標(biāo)系的Y軸相交的點(diǎn)的I坐標(biāo)；梯度是指該直線的斜率。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，特點(diǎn)是步驟7)所述的能量梯度差是指將兩個方位的梯度值進(jìn)行相減而獲得的。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，特點(diǎn)是步驟8)所述的繪制碳酸鹽巖溶洞分布剖面圖和平面圖是根據(jù)能量梯度差的值域分布范圍將所有采樣點(diǎn)上的能量梯度差值映射為不同顏色并顯示成剖面圖或平面圖，獲得碳酸鹽巖溶洞的空間位置和形態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明物探技術(shù)中多方位地震能量梯度差碳酸鹽巖溶洞型儲層識別方法，首先利用Hilbert變換將疊后地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地震能量數(shù)據(jù)體，根據(jù)碳酸鹽巖溶洞型儲層的空間特征選擇2個不同的方位，利用最小二乘法進(jìn)行梯度估算，然后求取不同方位的梯度差。本發(fā)明線性擬合方法穩(wěn)定，并且可任意定義估算半徑，可準(zhǔn)確地刻畫碳酸鹽巖溶洞的空間位置和形態(tài)，對碳酸鹽巖溶洞的識別有效，可以顯著提高碳酸鹽巖儲層預(yù)測的準(zhǔn)確性和效率。
文檔編號G01V1/30GK102879799SQ201110198688
公開日2013年1月16日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者陳茂山, 詹仕凡, 萬忠宏, 張紅英 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司