专利名称：一种利用中心频率随入射角变化衰减信息进行气藏检测的方法
一种利用中心频率随入射角变化衰减信息进行气藏检测的方法 所属领域
本发明属于石油地球物理勘探的烃类检测技术，具体是一种利用中心频 率随入射角变化衰减信息进行气藏检测的方法。
技术背景。
根据地震资料进行天然气藏识别，除了最常用的AVO分析方法外，气藏 反射地震资料的衰减特性研究正越来越受到人们的重视。实践测量表明，对 于压縮P波，在含气储层中传播时，高频成份衰减严重，能量被强烈吸收(即 具有非常小的品质因子^)。因此，品质因子g可作为判别地层中是否含气的 一个指示剂，可利用它来检测气层。
利用衰减因子(吸收系数)进行气藏检测已有成熟的方法，通常采用的 方法是谱比法，子波能量吸收法(Sheriff等，1995; Lichman等，2004)。谱 比法是一种频率域的线性拟合方法，其估算的误差受时窗长度、频带范围等 参数影响较大，这种方法的垂向分辨率较低。信号的频率属性也是进行衰减 分析常用的工具，谱分解法是常使用的方法。2003年发表在"LeadingEdge" 的用于碳氢检测的瞬时谱分析技术(Castagna等2003)，利用信号在不同频率的 能量分布来检测气藏在实际应用中得到较好的效果。信号的衰减特征可在频 率域由信号的频谱/功率谱的平均量度(Bames，1993)来描述。Quan等1997 年提出基于中心频率移动的地震衰减估计方法并把它应用于井间层析的地震 资料中。在提高采收率法采油的蒸汽驱项目中，Hedlin等(2002)把信号的
中心频率应用到时移地震资料中，运用两次不同时间阶段测量的地震资料的 中心频率差异作为衰减异常标志，来识别流体。
当前这些衰减评估技术主要是利用叠后地震资料，由粘弹性波的传播方 程知信号的衰减量与品质因子和传播时间有关。在品质因子一定时，衰减 量由传播时间控制。因此，叠后衰减评估技术存在两个缺陷 一是叠后记录 是自接自收时间，信号在薄层内的旅行时间最短，信号的衰减量不高，因而 衰减属性对薄层的敏感性降低；二是叠加效应使得估计的衰减属性存在误差， 我们知道不同偏移距道集的信号在薄层中的旅行时间不同，衰减量也不一样， 远道的衰减量要比近道的衰减量要大，叠加使得不同地震道的信号的衰减量 加在一起，是一个平均衰减量，用它来进行衰减估计时，必然会导致误差， 影响气藏识别和检测的效果。
发明内容
本发明目的在于提供一种从地震记录中提取与孔隙流体密切相关属性， 提高油气检测敏感性的利用中心频率随入射角变化衰减信息进行气藏检测的 方法。
本发明通过以下技术方案实现 具体步骤包括
(l)激发并记录地震波，按常规地震资料进行高保真处理，形成可直接用 于振幅随偏移距变化分析的正常时差校正后的道集；
所述的高保真处理是保持振幅的相对变化规律，以反映地震波在地层中 传播的反射、衰减特征。
所述的高保真处理或是指信号的频宽和主频不变，以保持信号的原始频 率特征。
(2)利用下式将步骤(1)中偏移距域数据转换到角度域中，得到角度道
<formula>formula see original document page 8</formula> (1 )
式中，x为炮检距，Vp为地层的层速度，t。为零偏移距旅行时，Vrms为 地层的均方根速度；
(3)对角度道集作频率补偿以消除由于动校正拉伸效应所导致的信号频 率畸变；
所述的畸变是指地震信号随着入射角增大而频率降低的人为衰减现象。 所述的频率补偿是指对不同角度域上的地震反射数据进行分频振幅补 偿，采用以下步骤
利用下面的基于动校正的振幅拉伸系数近似公式来校正不同偏移距的振 幅变化，使远道的统计平均振幅谱匹配零偏移距道，
<formula>formula see original document page 8</formula> (2) 式中"'为压縮系数，"为零偏移距双程传播时间，^为双程传播时间，F，。
为动校正均方根速度；
利用下式对地震信号作以角度为参数的压縮变换来消除远偏移距、大角
度入射地震信号由于动校拉伸所造成的降频现象，
<formula>formula see original document page 8</formula>(3)
式中购为拉伸后子波，w为零偏移距子波，^为反射角，^为传播时间， w为角频；(4)对角道集的所有地震道，计算每个采样点的瞬时频谱，利用下式计 算角道集中每个地震记录的瞬时中心频率，形成中心频率角道集，
f贝M "、
式中乂为中心频率，户(/)为信号的功率谱； (5)利用以下公式从中心频率角道集中提取零角度中心频率属性/。(o。)和 梯度属性G(l/込,)，
/c(0) = /c(0°) + G(l/2,0w(sin26>)， (5) 式中/。(。为角度^的中心频率，梯度属性G(l/e，0与传播时间^和地层品 质因子^的倒数1/^成正比；
所述的中心频率除与入射角有关外，还与垂直自接自收的传播时间Z和地 层的品质因子^有关。
上式中的截距厶(0°)和梯度属性G(l/g")可称之为中心频率随入射角变化
属性，这两个属性的提取过程求解下面的方程组
<formula>formula see original document page 9</formula>(6)
式中《，i = l， 2，…，n为步骤(2)中得到角道集地震数据的入射角； (6)由中心频率角道集，利用部分角度叠加的方法，即把某一角度范围 内的中心频率道叠加在一起求平均，提取远、近角度的中心频率属性道/^和
/cfar;
禾U用属性道/了，/，和/。(0。)之间的频率差异，以及梯度属性G的负异
常值，确定孔隙中的流体异常和检测地层岩性的油气变化。
所述的确定孔隙中的流体异常和检测地层岩性的油气变化是在远、近 角度中心频率剖面上，含气储层的中心频率值降低，差异大，非含气储层的 中心频率值差异则小。
所述的确定孔隙中的流体异常和检测地层岩性的油气变化是在由中心 频率随入射角变化公式反演得到的中心频率梯度剖面上，含气储层的中心频 率梯度值为异常高的负值，而非含气储层的中心频率梯度值则表现为较小的 负值。
本发明直接从叠前地震资料中提取与孔隙中的流体密切相关的频率异常 衰减信息的方法勿需先验信息，不依赖于测井资料，提高了气层识别的敏感 性，降低了常规衰减方法中的不确定性，气藏识别准确。
图1是本发明中心频率随入射角变化衰减分析技术流程图2a和2b分别是从气井(图3的WC1井)和非气井(图3的YL2井)的井
旁CDP道集中提取的中心频率角道集剖面图，角度范围在1-33°。 图3a是CFVA反演得到的中心频率属性零角度剖面图； 图3b是是CFVA反演得到的中心频率属性角度22-30°的中心频率道进行
叠加得到的远角度中心频率剖面图3c是提取的中心频率梯度剖面图4是利用叠后地震数据提取的中心频率剖面图。
具体实施例方式
本发明从经过叠前频率保持的共中心点(CDP)动校正道集出发，首先要 对做了动校正处理后的CDP道集进行频率补偿，这是由于动校正拉伸效应导 致地震信号的频率产生畸变；然后从地震道集中提取中心频率随入射角变化
(CFVA)道集；从CFVA道集上利用推导的中心频率随入射角变化公式提取
零角度、中心频率梯度道以及远、近角度中心频率属性道进行流体识别。
中心频率随入射角变化衰减分析技术对叠前地震资料的处理有较高的要 求，处理过程中不宜采用对地震信号的频率成分有改造的处理模块，也就是
说所分析的对象必须是经过叠前频率保持的CDP动校正道集。
本发明具体步骤包括
(1) 激发并记录地震波，按常规地震资料处理进行振幅保持的高保真处 理，但对信号的频率不作任何修饰性处理以保持信号的原始频率特征，形成
可直接用于振幅随偏移距变化分析的正常时差校正后的道集；
(2) 利用下式将步骤(1)中偏移距域数据转换到角度域中，得到角度道
集，
<formula>formula see original document page 11</formula>(1 )
式中，x为炮检距，Vp为地层的层速度，t。为零偏移距旅行时，Vrms为地层 的均方根速度；
(3)对角度道集作频率补偿以消除由于动校正拉伸效应所导致的信号频率畸 变，，这种畸变表现在地震信号随着入射角增大而频率降低的人为衰减现象。 频率补偿是指对不同角度域上的地震反射数据进行分频振幅补偿，采用以下 步骤
<formula>formula see original document page 11</formula> (2)
式中&为压縮系数，"为零偏移距双程传播时间，,为双程传播时间，^wm。 为动校正均方根速度。
②利用下式对地震信号作以角度为参数的压縮变换来消除远偏移距、大角度 入射地震信号由于动校拉伸所造成的降频现象，
式中We为拉伸后子波，W为零偏移距子波，^为反射角，,为传播时间， W为角频；
(4)对角道集的所有地震道，计算每个采样点的瞬时频谱，利用下式计 算角道集中每个地震记录的瞬时中心频率，形成中心频率角道集(如图2所 示)，
式中fe为中心频率，P (f)为信号的功率谱；
(5)利用下面发明的公式从中心频率角道集中提取零角度中心频率属性 /;(o。)和梯度属性G(l/e，,)(如图3c)，
式中/。(。为角度6的中心频率，梯度G(l/2力与传播时间t和地层品质因子Q 的倒数1/Q成正比。信号的中心频率除与入射角有关外，还与垂直自接自收 的传播时间t和地层的品质因子Q有关。在地层厚度一定时，品质因子越小， 信号的中心频率随入射角降低的越快，因而远角度的中心频率对地层的品质 因子具有较大的敏感性，梯度G(l/込,)反映了中心频率随入射角的降低程度。
上式中的截距厶(0。)和梯度G(l/2力可称之为中心频率随入射角变化即CFVA 属性，这两个属性的提取过程可以转化为求解下面的方程组
<formula>formula see original document page 13</formula>(6)
式中《，i = l， 2，…，n为步骤(2)中得到角道集地震数据的入射角；
(6) 由中心频率角道集，利用部分角度叠加的方法，即把某一角度范围 内的中心频率道叠加在一起求平均，提取远、近角度的中心频率属性道/了和 /，(如图3a和3b);
(7) 利用属性道/了，/，和/。(0。)之间的频率差异特征，以及梯度属性G是 否存在较大的负异常值，我们就可以分析孔隙中的流体异常和地层岩性的变 化，来进行油气检测。地震波在地层中传播时其中心频率始终是降低的，由 于地层含气时具有很低的品质因子，根据式5可知，在远、近角度中心频率 剖面(如图3a和3b)上，含气储层的中心频率值差异会较大，而非含气储层 的中心频率值差异则较小，尽管它们也是降低的。因此，利用远近角度的中 心频率属性的差异特征可检测气藏。相应地，在由中心频率随入射角变化公 式反演得到的中心频率梯度剖面(如图3c)上，含气储层的中心频率梯度值 表现为异常高的负值，而非含气储层的中心频率梯度值则表现为较小的负值， 因而梯度属性上大的负异常值通常指示气藏的存在。
中心频率,的是入射角的正弦函数的偶次幂函数。随着传播时间的增大，
信号的中心频率会逐步降低，降低的幅度与地层的品质因子有关。随着入射 角的增大中心频率降低，品质因子越小，中心频率降得越快。
实践表明储层含气与不含气时的品质因子存在明显的差别，含气储层的品质因子分布在5-30之间，而非含气层的品质因子则具有较大的值 (Klimentos， 1995; Sheriff等，1995)。因此，在由中心频率随入射角变化公式 反演得到的远、近角度中心频率剖面上，含气储层的中心频率值差异较大， 而非含气储层的中心频率值差异较小，尽管它们也是降低的；同样，在中心 频率梯度剖面上，含气储层的中心频率梯度值表现为异常高的负值，而非含 气储层的中心频率梯度值则表现为较小的负值。
本发明的实例图1是本发明中心频率随入射角变化衰减分析技术流程， 2a和2b分别是从气井(图3的WC1井)和非气井(图3的YL2井)的井旁CDP道 集中提取的中心频率角道集剖面，角度范围在1-33°。可以看出，产气井目的 层段(气层顶部位于t=4115ms)的中心频率随入射角的增大快速降低，从近 角度的35 Hz下降到远角度33。的16 Hz，角度9-12°之间出现的低频异常则 是由于面波引起的。而非产气井的中心频率在目的层段的近、远角度上变化 不大。
3a是CFVA反演得到的中心频率属性零角度剖面，测线上己钻井3 口， 其中WC1为含气井，而YL2和WS2为非含气井。可以看出，WC1井和YL2 井在目的层段的中心频率值比较接近，它们位于同一色标范围，难以识别出气层。
图3b是对角度22-30°的中心频率道进行叠加得到的远角度中心频率剖 面，可以看出，与图3a的零角度中心频率剖面相比，频率值整体降低，WC1 井在目的层段具有非常低的中心频率值，且延伸范围较大，而YL2井目的层 段尽管位于构造较高部位，却表现为中心频率高值。
图3c是提取的中心频率梯度剖面，可以看出，含气井WC1在目的层段 的中心频率梯度变化很大，而在非含气井YL2井附近则变化不大。叠后地震数据提取的中心频率剖面(图4)尽管也能较好地反映出气井和 非气井的频率衰减特征，但与图3b不相比，整个剖面显得比较零乱，如在含
气井WC1附近，非含气层段也表现为低频特征，给气层检测带来多解性。
权利要求
1、一种利用中心频率随入射角变化衰减信息进行气藏检测的方法，其特征在于具体步骤包括(1)激发并记录地震波，按常规地震资料进行高保真处理，形成可直接用于振幅随偏移距变化分析的正常时差校正后的道集；(2)利用下式将步骤(1)中偏移距域数据转换到角度域中，得到角度道集，<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>sin</mi><mi>θ</mi><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>xv</mi><mi>p</mi> </msub> <mrow><msubsup> <mi>v</mi> <mi>rms</mi> <mn>2</mn></msubsup><msup> <mrow><mo>(</mo><msubsup> <mi>t</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><mfrac> <msup><mi>x</mi><mn>2</mn> </msup> <msubsup><mi>v</mi><mi>rms</mi><mn>2</mn> </msubsup></mfrac><mo>)</mo> </mrow> <mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn> </mrow></msup> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>式中，x为炮检距，Vp为地层的层速度，t0为零偏移距旅行时，Vrms为地层的均方根速度；(3)对角度道集作频率补偿以消除由于动校正拉伸效应所导致的信号频率畸变；(4)对角道集的所有地震道，计算每个采样点的瞬时频谱，利用下式计算角道集中每个地震记录的瞬时中心频率，形成中心频率角道集，<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>f</mi> <mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msubsup> <mo>∫</mo> <mn>0</mn> <mo>∞</mo></msubsup><mi>fP</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo></mrow><mi>df</mi> </mrow> <mrow><msubsup> <mo>∫</mo> <mn>0</mn> <mo>∞</mo></msubsup><mi>P</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo></mrow><mi>df</mi> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>式中fc为中心频率，P(f)为信号的功率谱；(5)利用以下公式从中心频率角道集中提取零角度中心频率属性fc(0°)和梯度属性G(1/Q，t)，fc(θ)＝fc(0°)+G(1/Q，t)w(sin2θ)，(5)式中fc(θ)为角度θ的中心频率，梯度属性G(1/Q，t)与传播时间t和地层品质因子Q的倒数1/Q成正比；上式中的截距fc(0°)和梯度属性G(1/Q，t)可称之为中心频率随入射角变化属性，这两个属性的提取过程求解下面的方程组式中θi，i＝1，2，…，n为步骤(2)中得到角道集地震数据的入射角；(6)由中心频率角道集，利用部分角度叠加的方法，即把某一角度范围内的中心频率道叠加在一起求平均，提取远、近角度的中心频率属性道fcnear和fcfar；(7)利用属性道fcnear，fcfar和fc(0°)之间的频率差异，以及梯度属性G的负异常值，确定孔隙中的流体异常和检测地层岩性的油气变化。
2、 根据权利要求1所述的一种利用中心频率随入射角变化衰减信息进行 气藏检测的方法，其特征在于步骤(1)所述的高保真处理是保持振幅的相 对变化规律，以反映地震波在地层中传播的反射、衰减特征。
3、 根据权利要求1或2所述的一种利用中心频率随入射角变化衰减信息进行气藏检测的方法，其特征在于步骤(1)所述的高保真处理或是指信号的频宽和主频不变，以保持信号的原始频率特征。
4、 根据权利要求1所述的一种利用中心频率随入射角变化衰减信息进行气藏检测的方法，其特征在于步骤(3)所述的畸变是指地震信号随着入射角增大而频率降低的人为衰减现象。
5、 根据权利要求1所述的一种利用中心频率随入射角变化衰减信息进行气藏检测的方法，其特征在于步骤(3)所述的频率补偿是指对不同角度域 上的地震反射数据进行分频振幅补偿，采用以下步骤利用下面的基于动校正的振幅拉伸系数近似公式来校正不同偏移距的振 幅变化，使远道的统计平均振幅谱匹配零偏移距道，式中"为压缩系数，"为零偏移距双程传播时间，,为双程传播时间，「■。 为动校正均方根速度；利用下式对地震信号作以角度为参数的压縮变换来消除远偏移距、大角 度入射地震信号由于动校拉伸所造成的降频现象，式中^为拉伸后子波，w为零偏移距子波，^为反射角，'为传播时间， W为角频0
6、 根据权利要求1所述的一种利用中心频率随入射角变化衰减信息进行气藏检测的方法，其特征在于步骤(5)所述的中心频率除与入射角有关外， 还与垂直自接自收的传播时间^和地层的品质因子^有关。
7、 根据权利要求1所述的一种利用中心频率随入射角变化衰减信息进行 气藏检测的方法，其特征在于步骤(7)所述的确定孔隙中的流体异常和检 测地层岩性的油气变化是在远、近角度中心频率剖面上，含气储层的中心 频率值降低，差异大，非含气储层的中心频率值差异则小。
8、 根据权利要求1或7所述的一种利用中心频率随入射角变化衰减信息 进行气藏检测的方法，其特征在于步骤(7)所述的确定孔隙中的流体异常和检测地层岩性的油气变化是在由中心频率随入射角变化公式反演得到的 中心频率梯度剖面上，含气储层的中心频率梯度值为异常高的负值，而非含 气储层的中心频率梯度值则表现为较小的负值。
全文摘要
本发明是石油地球物理勘探中利用中心频率随入射角变化衰减信息进行气藏检测。步骤为收集时差校正后的道集；将中偏移距域数据转换到角度域中，对角度道集作频率补偿消除畸变；计算采样点的瞬时频谱和瞬时中心频率，形成中心频率角道集，提取零角度中心频率属性和梯度属性；把某一角度范围内的中心频率道叠加求平均，利用属性道频率差异、梯度的负异常值，确定孔隙中的流体异常和检测地层岩性的油气变化。本发明直接从叠前地震资料中提取与孔隙中的流体密切相关的频率异常衰减信息的方法无需先验信息，不依赖于测井资料，提高了气层识别的敏感性，降低了常规衰减方法中的不确定性，气藏识别准确。
文档编号G01V1/36GK101359057SQ200710119740
公开日2009年2月4日 申请日期2007年7月31日 优先权日2007年7月31日
发明者崔兴福, 李红兵 申请人:中国石油天然气股份有限公司