多分量地震全波形弹性反演预测砂岩油藏剩余油分布

中国东部油田经过几十年的开采,主力油层先后进入高含水后期,但仍有相当一部分原油留存在地下。笔者依据中国东部油田原油及地层水的物性特征,分析并研究了流体黏滞性对饱和岩石剪切模量的影响以及黏滞流体剪切模量的变化规律,提出了基于Krief模型和广义Gassmann方程的剪切模量分解及油、水识别方法,并在此基础上进行油水分布预测。根据地震波场的矢量特性和东部油区陆相沉积地层特征,将全波形弹性波动方程反演方法应用于叠前多分量数据处理,获取深度域地层密度、拉梅常数和剪切模量。在大庆油田某油区2D3C地震数据的应用结果表明,利用多分量地震数据全波形弹性反演和流体剪切模量可以比较好地识别油和水,预测剩余油分布。

弹性波全波形反演中时频域单频能量谱初始建模技术

弹性波全波形反演(EFWI)是一个高度病态的非线性过程,反演精度十分依赖初始纵横波速度模型的精度和多分量炮集中的可用低频成分。当初始模型精度过低且输入的三分量炮集中缺少有效的低频信息时,反演往往不能收敛于全局极小,导致反演失败。本文研究了一种基于时频域单频能量谱反演的EFWI初始模型构建方法:先利用S变换从缺失低频信息的炮集数据中提取不同频率的单频能量谱,然后推导了时频域能量谱反演的目标函数、梯度表达式以及伴随震源公式,实现了多分量数据的弹性波单频能量谱反演,以单频能量谱反演结果作为初始模型进行混合域多尺度EFWI,最终实现了低频信息缺失情况下多波数据的高精度的EFWI。模型数据测试结果表明:该方法能够在多分量地震数据缺失低频信息时反演得到良好的初始纵横波速度模型,进而提高EFWI的反演精度。

基于弹性波全波形反演的主被动源多分量混采地震数据速度建模

在常规地震采集中,被动源地震波场往往被视为噪声而去除,这就造成了部分有用信息的丢失.在目标区进行主动源和被动源弹性波地震数据的多分量混合采集,并对两种数据进行联合应用,使其在照明和频带上优势互补,能显著提高成像和反演的质量.本文针对两种不同类型的主被动源混采地震数据,分别提出了相应的联合全波形反演方法.首先,针对主动源与瞬态被动源弹性波混采地震数据,为充分利用被动源对深部照明的优势,同时有效压制被动震源点附近的成像异常值,提出了基于动态随机组合的弹性波被动源照明补偿反演策略.然后,针对低频缺失主动源与背景噪声型被动源弹性波混采地震数据,为充分利用被动源波场携带的低频信息,并避免对被动源的定位和子波估计,提出了基于地震干涉与不依赖子波算法的弹性波主被动源串联反演策略.最后,分别将两种方法在Marmousi模型上进行反演测试.结果说明,综合利用主动源和被动源弹性波混采地震数据,不仅能增强深部弹性参数反演效果,还能更好地构建弹性参数模型的宏观结构,并有助于缓解常规弹性波全波形反演的跳周问题.

纵横波分离的多震源弹性波全波形反演

弹性波全波形反演(EFWI)具有获取高精度纵、横波速度和地层密度的潜力,但计算成本高。纵、横波耦合会引起串扰噪声,降低反演精度。多震源编码技术能大大提高EFWI的计算效率,但会增加波场的复杂度,致使非线性问题更严重。为此,提出一种基于纵、横波分离的多震源弹性波全波形反演(ES_SEFWI)方法,通过动态震源随机编码技术压制多震源串扰噪声,同时采用波场分离技术缓解纵、横波耦合引起的串扰效应。纵、横波速度结构相关的Marmousi模型和纵横波速度结构不相关的Marmousi-Ⅱ模型测试结果表明,所提反演方法能有效压制串扰噪声并提高计算效率。

弹性波全波形反演中的四种优化方法对比

弹性波全波形反演(EFWI)是一种高精度成像方法。由于EFWI本质是一个强非线性问题,因此常采用局部优化算法进行求解,不同优化算法的反演结果差异很大。在较为常用的共轭梯度法(CG)、L-BFGS法(Limited-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno Algorithm)的基础上使用伪Hessian矩阵作为梯度预条件算子,实现了预条件共轭梯度法(P-CG)和预条件L-BFGS(P-L-BFGS)反演方法。文中首先对这四种优化算法的原理及实现流程进行了介绍;然后通过绕射体模型和MarmousiⅡ模型对四种算法进行测试。结果表明:①近似Hessian预条件算子可以对深部能量进行补偿,并加快反演的收敛速度;②CG法、P-CG法实现较为简单,但由于仅使用了一阶梯度信息,无法对多参数耦合效应进行压制,对于较为复杂的MarmousiⅡ模型,P-CG法可得到略差于L-BFGS法的反演结果;③L-BFGS法和P-L-BFGS法的实现更复杂,但由于在反演过程中使用了近似Hessian矩阵,对于多参数耦合效应具有一定的压制效果;④对于MarmousiⅡ模型,L-BFGS法和P-L-BFGS法都能反演出精度较高的纵、横波速度模型,但密度反演会出现过拟合现象。

应用包络反演为弹性全波形反演构建初始模型

开发了一种弹性包络反演算法。波场的包络带来了超低频信息,用其可恢复模型的主要部分,以减轻初始模型对波形反演的依赖,为弹性包络反演推导出不拟合函数和相应的梯度算子。用合成数据为MarmousiⅡ模型做了数值试验,证明了该算法的正确性和可行性。通过包络反演和波形反演组合来反演P波、S波速度,证明其比普通的弹性全波形反演结果有极大的改善。此外,为了测试弹性包络反演对于震源频带的独立性,使用低切震源子波(小于5Hz)来生成合成数据。全频带震源结果表明,包络反演和联合EI+WI没有明显的差别。

基于包络目标函数的弹性波波形反演

弹性波场的复杂性致使反演问题非线性性增强,寻优过程极易陷入局部极值。多尺度反演能在一定程度上提高反演的稳定性及分辨率,但多尺度反演策略无法解决实际数据的低频缺失问题。针对该问题,提出了一种新的基于包络目标函数的弹性波多尺度反演策略。首先将包络反演方法应用到弹性波,恢复地下弹性介质参数中的低波数信息;然后将包络反演结果作为常规多尺度反演的输入,进一步提高反演的稳定性。Marmousi2模型试算结果表明该策略能够更加准确地反演纵、横波速度以及密度信息。

多分量数据全波形反演在气藏检测中的关键问题——以苏里格气田为例

苏里格气田是中国典型的致密砂岩气藏,构造简单、平缓,横向非均质性强,有效储层与围岩声学特征差别小,地震响应不明显,常规地震监测方法预测难度大,但气田含气砂岩泊松比低,是地震气藏检测的有效参数。利用弹性全波形反演精度高和能处理复杂非均质介质的优势,反演地层拉梅常数、剪切模量和密度,并计算泊松比,从而进行气藏预测。重点阐述了苏里格气田多分量数据全波形反演初始模型建模、先验模型建模和地震数据预处理3个关键问题的处理方法。二维三分量数据反演和"甜点"预测结果表明:①对于具有强非均质性的苏里格气田,利用全波形反演获得精度较高的地层弹性参数能显著提高气藏预测的准确度;②苏里格地区构造简单、平缓,利用常规叠加速度并结合构造解释可以建立比较好的初始模型,从而有效地解决了周波跳跃和局部极小的难题;③先验知识的约束和地震数据的预处理是全波形反演成功应用于苏里格气田气藏检测的关键。