引用本文
孙颖, 姚俊成, 李国良, 房金伟, 南雪芬, 孙皓. 地震拓频技术在苏X区块含煤致密砂岩储层预测中的应用[J]. 录井工程, 2024,35(1): 33-39.
SUN Ying, YAO Juncheng, LI Guoliang, FANG Jinwei, NAN Xuefen, SUN Hao. Application of seismic frequency extension technology in the prediction of tight sandstone reservoir with coal seam in Su X block[J]. Mud Logging Engineering, 2024,35(1): 33-39.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2024.01.006  
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地震拓频技术在苏X区块含煤致密砂岩储层预测中的应用
孙颖①, 姚俊成②, 李国良①, 房金伟①, 南雪芬①, 孙皓①
①中国石油渤海钻探油气合作开发分公司
②中国石油长庆油田公司第六采油厂

作者简介：孙颖 工程师,1986年生,2012年硕士毕业于长江大学地球探测与信息技术专业,现在中国石油渤海钻探油气合作开发分公司从事地球物理技术研究工作。通信地址：300457 天津市开发区第二大街83号中石油天津大厦。电话：18622939703。E-mail：loverpep@sina.com

收稿日期: 2024-02-05
基金: 中国石油渤海钻探工程有限公司科研项目“苏里格西区水平井开发研究”（编号：2023ZD19Y-04）
摘要

苏X区块目的层是典型的低孔、低渗、非均质性强的储层,并且其地表为沙漠、草地环境,储层内煤层发育,这些因素均对地震信号产生严重屏蔽作用,导致地震资料分辨率低、信噪比低、砂体地震响应特征不明显,从而增加了储层预测的难度。针对这些问题,对三维地震数据分步骤进行处理：首先采用子波分解技术去除煤层的屏蔽效应;然后采用时变分频反褶积技术进行拓频处理,提高地震数据分辨率;最后采用Alpha滤波去噪技术提高地震资料信噪比。通过三步数据处理后,地震资料的品质得到提升,地震信息更加丰富,地震属性更为精细,地震反射层位的地质意义更加明确,使得储层预测结果更为精准。应用效果表明,地震拓频技术适用于含煤致密砂岩储层的精细预测。

关键词: 地震资料; 拓频技术; 致密砂岩; 子波分解; 时变分频反褶积; Alpha滤波; 储层预测
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Application of seismic frequency extension technology in the prediction of tight sandstone reservoir with coal seam in Su X block
SUN Ying①, YAO Juncheng②, LI Guoliang①, FANG Jinwei①, NAN Xuefen①, SUN Hao①
①Oil & Gas Cooperation and Development Company, BHDC, CNPC, Tianjin 300457,China
②No.6 Oil Production Plant of PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi′an, Shaanxi 710006,China
Abstract

The reservoir of Su X block is characterized by typical low porosity, low permeability and strong heterogeneity, and the surface is desert and grassland environment. The coal seam is developed and the shielding effect of coal seam is serious, which leads to low resolution of seismic data, low signal-to-noise ratio and no obvious seismic response characteristics of sand body, thus increasing the difficulty of reservoir prediction. To solve these problems, the three-dimensional seismic data are processed step by step. Firstly, the wavelet decomposition technique is used to remove the shielding effect of coal seam. Then, the time-varying frequency division deconvolution technique is used to improve the resolution of seismic data. Finally, Alpha filtering denoising technology is used to improve the signal-to-noise ratio of seismic data. After three-step calculation, the quality of seismic data is improved, the seismic information is richer, the seismic attributes are finer, the geological significance of seismic reflection layer is clearer, and the prediction results are more accurate. The application results show that the seismic frequency extension technology is suitable for the prediction of tight sandstone reservoirs with coal seams.

Keyword: seismic data; frequency extension technology; tight sandstone; wavelet decomposition; time-varying frequency division deconvolution; Alpha filter wave; reservoir prediction
0 引言

地震勘探技术是油气田勘探和开发的主要方法之一[1]。岩性油气藏已成为目前新增储量的重点目标, 但岩性油气藏大多储层厚度比较薄, 横向发育规模小且变化大, 接触关系复杂, 对比追踪困难。另外, 受常规地震资料分辨率和信噪比等因素的限制, 纵向上地震资料能识别出的最小储层厚度只有1/4地震波长大小, 难以有效识别和描述出薄互层中的储层, 尤其油气藏开发阶段, 地震在横向上预测砂体的精度遇到了挑战[2, 3, 4, 5]。

随着油田井网密度的增加, 虽然可以根据测井数据, 结合区域地质情况和已有的油气藏认识来描述储层的平面分布规律, 并提供油田开发方案, 但在此阶段, 如果能够充分发挥地震资料特有的储层预测作用, 把薄互储层、微构造与岩性尖灭体等小尺度构造的地质特征搞清楚, 做到开发目标的精细解释和地质刻画, 就能为精细勘探开发薄互层砂体油气藏提供更为可靠的依据。因此, 提高地震资料分辨率和信噪比已成为众多地球物理工作者不断追求的目标[6]。前人已经开展过的大量研究与实践工作, 使高分辨率处理技术取得了飞速的发展[7]。目前, 提高叠后地震资料分辨率的方法主要有反褶积、反Q滤波、谐波提频、广义S变换、小波变换、谱反演和高频拓展技术（HFE）等, 这些方法主要是调整信号的能量分布, 拓宽地震资料频带, 不同方法在提高地震资料分辨率上各有优缺点[8]。

本文研究区苏里格X区块（简称苏X区块）以岩性气藏为主, 该区块地震资料分辨率低, 同时储层内煤层对砂岩层具有严重屏蔽作用, 进一步增加了储层预测的难度。针对这些情况, 在利用子波分解方法去除煤层屏蔽的基础上, 运用时变分频反褶积技术和Alpha滤波去噪技术, 有效地提高了该区块地震数据的主频, 拓宽了频带宽度, 使地震信息更加丰富, 地震反射层位的地质意义更加明确, 增强了对苏X区块地层的识别能力和有效储层预测精度, 对下步勘探开发具有积极意义。

1 区域地质概况

苏X区块位于苏里格气田西区南部, 构造上处于鄂尔多斯盆地天环坳陷与伊陕斜坡交界（图1）, 该区沉积环境纵向演化是工区内生、储、盖组合垂向叠置的主导因素, 宏观上具有下生、中储、上盖的垂向组合方式。目前发现的主要为上古生界天然气藏, 晚古生代沉积的地层是该区重要的含气层系[9], 自下而上依次发育有本溪组、太原组、山西组、石盒子组和石千峰组, 区域标志层为本溪组、太原组、山西组的煤层与石千峰组底部砂岩, 主要目的层为下石盒子组盒8下亚段, 其次为山西组山1段及山2段, 埋藏深度为3 550~3 800 m。盒8下亚段属于辫状河沉积, 山1段属于曲流河沉积, 主要有利沉积微相为心滩和边滩, 砂体的空间变化较快、连通性差、非均质性强, 为典型的低渗、低压、低丰度致密岩性气藏。

图1 研究区地理位置

2 研究区地震勘探存在的问题

研究区地表环境多为沙漠、草地, 表层疏松, 地震低降速带厚度大, 地表巨厚的沙丘对地震信号具有强烈的吸收衰减作用, 尤其对地震波的高频成分吸收作用更为强烈[10], 干扰波严重, 地表一致性差, 采集处理后的地震资料分辨率和信噪比低, 内幕反射连续性差。该区块低孔、低渗、非均质性强的储层特征也导致砂、泥岩波阻抗差异比较小, 砂体的地震响应特征不明显。另外, 下二叠系太原组和山西组均有煤层发育, 低速度、低密度的煤层会形成低波阻抗体, 与上下地层波阻抗差异明显, 形成强能量、高连续地震反射同相轴, 煤层对上下地层的干涉较强, 对储层地震反射振幅、频率和极性产生强烈影响, 尤其当目的层与煤层距离较近时, 有效信息淹没于强反射中被强反射遮盖, 对有效砂岩储层信息造成一定的屏蔽作用, 使得地震储层预测结果失真。上述问题严重影响了气田开发生产, 成为阻碍储层预测研究工作进展的主要技术瓶颈。

针对研究区地震勘探存在的这些问题, 制定了去煤层屏蔽处理、提高分辨率处理和提高信噪比处理的“ 三步走” 处理流程, 其具体方法分别为：对煤层附近地震道分解后筛选子波重新构建地震道、时变分频子波反褶积、在面元去噪作用下的Alpha滤波。实际地震资料处理结果表明, 在保证原始数据信息的同时, 该处理流程去掉了强轴对砂岩的屏蔽作用, 起到了提高地震资料主频、拓宽频带宽度和提高信噪比的作用, 有效改善了地震资料品质, 使地震反射轴更连续, 目的层反射特征更清晰, 更多细节突出, 为后期构造解释和储层预测奠定了基础, 增强了对薄互层砂体的预测精度。

3 地震数据拓频处理方法与效果
3.1 去除煤层屏蔽效应处理

去除煤层屏蔽效应处理主要是为了剔除煤层对附近储层的地震信号屏蔽影响。山西组内部和太原组顶部及内部均发育有煤层, 受煤层的影响, 煤层附近砂岩的地震信号被屏蔽, 具体表现为砂岩在地震信号上为弱响应或无响应特征。为了更好地突出砂岩的地震反射特征, 需要利用地震子波分解处理来剔除煤层的强轴屏蔽作用。

子波分解是把一个地震道分解成不同能量的地震子波集合。地震道分解后, 可以对子波进行筛选, 重构出新的地震道。若该集合内所有子波都用于重构, 则重构的地震道和原始地震道基本是相同的[11, 12, 13]。具体实现过程是将输入的地震数据体中的给定数据段分解成不同能量的子波分量, 不同能量的子波分量是基于输入地震数据段通过统计计算而得到的。第一能量分量代表在所有输入的地震数据段中具有最大共性、最大能量的子波分量; 第二能量分量代表在去掉第一能量分量输入数据段后剩余的数据段中具有最大共性、最大能量的子波分量; 第三能量分量则是去掉第一能量分量和第二能量分量后剩余的地震数据段中具有最大共性、最大能量的子波分量, 依此类推[14]。

在地质与地层解释中, 同一地震分量反映相应地质层段相似的地震岩相特征。第一能量分量反映覆盖地区最大一级的地质和地层特征, 它描述了不同地层和地质属性的最大一级区块分布; 第二能量分量则反映该地区次一级的地质岩性或岩相分类; 更高一级的分量可以类推[15]。

本文以太原组煤层强轴为界面, 向上向下开时窗30 ms, 把发育有煤层区域的地层包络在内, 进行子波分解处理操作。分解前, 煤层和砂岩对应同一个频带很宽、能量很强的复同相轴反射, 子波分解后, 强反射轴分为两个, 山2段煤层对应上面波峰, 太原组煤层对应下面波峰。从得到的各子波生成的数据体中, 通过与原始地震数据比对及地震合成记录标定, 选择最优地震数据体。

3.2 提高分辨率处理

薄层的识别和厚度预测是当前地震油气勘探领域的主要研究方向, 有效提高地震资料分辨率是其中一项重要的基础工作。高分辨率地震资料数据处理的关键环节就是压缩地震子波, 或者去除地震波在地下传播过程中干涉、调谐等效应对地层的影响, 拓宽有效地震信号的频带范围, 特别是较为准确地拓宽高频成分[16]。本次研究提高分辨率处理采用的是基于时变分频反褶积技术。

时变分频反褶积的原理是在频率域设计算子, 在时间域去除时变子波, 恢复被子波压制的反射系数低频和高频信息, 从而得到全频带的反射系数序列及高分辨率的地震剖面[17]。实现过程主要包括以下4步：（1）子波提取, 精细提取时变子波; （2）从地震数据中去除子波, 提取计算反射系数的奇部和偶部; （3）根据稀疏脉冲反演计算初始反射系数的方法, 反演出高频成分; （4）高频成分与奇部、偶部反射系数, 由权重函数控制, 组合出完整的宽频反射系数体[10, 11, 12]。其优点是不依赖于井, 且在不损失地震横向连续性的同时, 提高了地震的纵向分辨率, 为高分辨率储层预测提供了有效的帮助, 并增加井旁道提取子波功能, 增强地震资料信噪比的去噪方法。

时变分频反褶积整个过程依赖于子波, 所以子波视窗个数的选择尤为重要。本文研究是在上步子波分解后优选出地震数据体的基础上, 将此数据体再进行1 ms重新采样处理, 以得到的数据体作为此步骤的导入数据体。设置要提频目的层段的时间窗口1 400~2 400 ms, 经测试发现, 与半子波视窗长度64 ms进行除法运算, 选取16个分时窗个数时效果最佳, 通过软件内部程序计算, 优选基于反射系数反褶积得到的地震数据体。提频后得到的数据体含有无效的频带, 通过带通滤波低截频3 Hz、低通频8 Hz、高截频80 Hz、高通频60 Hz的参数设置, 使得到的地震数据体拓宽了有效地震信号的频带范围, 特别是较为准确地拓宽了其中的高频成分。

3.3 提高信噪比处理

高分辨率、高信噪比、高保真度是地震数据处理追求的目标, 而信噪比又是高分辨率和高保真度的保障。在地震数据处理中, 如果信噪比较低, 那么高分辨率和高保真度就不可能实现。由于地震资料分辨率与信噪比存在天然的矛盾性, 通过前述子波分解和提高分辨率处理操作后, 不可避免地会放大原始噪声并产生新的噪声, 叠后去噪处理显得尤为重要[10]。

去噪处理主要是针对地震数据体进行的滤波计算, 目前有多种数据滤波方法, 均为利用有效信号和噪声在时间-空间域、频率域或频率-波数域等中具有较好的分选性, 通过设计不同的滤波方法来滤除噪声所对应的成分, 进而实现去噪的目的, 各种滤波方法都有一定的优点和适用性。本次研究采用的是基于在面元中去噪的Alpha滤波方法, Alpha参数是用来平衡噪音与信号的能量比, 表示在面元中去噪的程度, 研究区地震资料信噪比较低, 又进行了提高分辨率的预处理, Alpha值选择0.3。经滤波处理后, 噪音在地震剖面上得到了明显压制, 地震剖面更为“ 干净” , 地震同相轴的连续性也有所加强, 并且地质体的特征信息得到了很好的保持。

4 地震数据处理效果分析

过高的拓频不仅容易带来噪声, 还会产生假的没有地质意义的同相轴, 故对叠后资料进行的拓频处理需要理性对待。提高分辨率处理过程中要特别注意做好质量控制, 可利用测井曲线、合成地震记录、平面属性等作为监控, 防止虚假地震同相轴的产生, 确保地震资料能够最大限度地真实反映地质现象, 从而找到确保分辨率和保真度之间的最佳平衡点。

4.1 反射剖面对比分析

苏X区块地震分辨率偏低, 煤层附近储层被屏蔽, 目的层段虽在测井曲线上有明显界面, 但在原始地震数据上不一定有反应, 无法满足气藏描述的需求, 故在该研究区块运用拓频处理技术。图2是拓频处理前后地震剖面对比, 通过利用子波分解+时变分频反褶积提频+带通滤波+Alpha滤波方法的技术处理流程, 拓频后目的层主频从23.5 Hz提高到35 Hz, 频带宽度也由10~40 Hz拓宽到8~60 Hz, 反映的地震信息更丰富, 地震反射轴更连续, 虚反射得到增强, 目的层反射特征更清晰, 相邻反射的接触关系变得更加清楚, 更多细节突出。从地震剖面对比来看, 拓频前, 山2段和太原组在原始地震数据上主要为大的复波峰反射, 井上的砂体都与上下的煤层表现为复合响应。拓频后, 强轴复波峰得到分解, 强轴对砂岩的屏蔽作用被去掉, 原来反射很宽、能量很强的太原组煤层由一个反射轴分为两个, 使原来太原组煤层以上的空白反射区出现反射轴。太原组煤层所分离出的上面的波峰对应山22亚段的煤层, 横向可连续追踪, 下面的波峰对应太原组的煤层, 经过拓频后地震数据的地质意义比常规地震剖面更清晰, 因此拓频处理可为山2段储层提供更为精确可靠的基础地震数据资料。

图2 拓频处理前后地震剖面对比

4.2 地震合成记录吻合结果对比分析

选择工区内所有井进行拓频前后精细合成记录对比分析, 结果表明, 原始地震数据中与合成地震记录吻合较好的层位, 在拓频处理结果中吻合也很好, 整体上保持一致。地震数据经拓频处理后, 增加的细节与合成记录道也有很好的对应关系。通过SX-13-X 8井拓频前后合成地震记录对比（图3）可以看出：拓频前, 合成记录与原数据井旁地震道对应良好; 拓频后, 其对应合成记录除能保持拓频前合成记录上好的对应关系外, 与井旁道上新分辨出的反射细节也有较好的对应关系。地震资料为负极性起跳, 通过负相位子波标定, 煤层与其上下地层形成波峰反射界面, 子波分解并提频后新生成的强反射轴与山22亚段的煤层对应较好, 分解后下面的波峰与太原组煤层对应较好。

图3 SX-13-X 8井拓频前后合成地震记录对比

4.3 地震振幅属性对比分析

从地震属性分析来看, 由于拓频后地震数据分辨率提高、地震信息更加丰富, 分别用原始地震数据体和拓频后地震数据体提取目的层段盒8下亚段的均值振幅属性, 结合砂体图做相关性分析（图4）, 沿近南北向方向, 盒8下亚段发育4条主河道, 其中拓频数据体得到的均值振幅反映出的第一、三、四河道特征有所增强, 图中红色圆圈区域拓频后的均值属性与对应砂体图吻合度更高, 可更好地描述砂体的平面分布特征, 对于储层预测起到了更为细致的刻画作用。

图4 盒8下亚段拓频前后均值振幅属性对比

5 结论

（1）针对苏X区块存在的地震资料分辨率太低、煤层对附近砂岩储层有屏蔽效应的情况, 对叠后地震数据进行去除煤层屏蔽效应等处理, 提升了地震资料品质。本文中应用到的去除煤层屏蔽效应处理、提高分辨率处理及提高信噪比处理都是针对性的地震资料处理技术, 实际处理结果表明, 在含煤层致密砂岩储层地质情况下, 将这3项技术结合起来作为一个完整的处理流程, 可以更加显著地提高原始地震数据的品质。

（2）地震数据处理过程中, 以合成记录标定等手段作为监控, 以属性效果对比分析作为验证, 可防止虚假地震同相轴信息的产生, 确保地震资料能够真实合理地反映地质现象。处理后的地震数据体提高了主频、拓宽了频带宽度、提升了资料品质, 展现了更加丰富的地质信息, 解决了苏X区块山西组、太原组薄煤层对储层屏蔽效应的问题, 提供了更为精准可靠的基础地震数据, 达到了预期效果。

编辑 唐艳军

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