专利名称：用于表征石油或者天然气储集层随时间演变的改进方法
技术领域：
本发明总的来说涉及地球科学领域，更具体地，涉及地震数据处理。本发明尤其涉及一种提取生产时期收集的3D地震数据集合中随时间推移的变化的方法，该数据集合中随时间推移的变化用于与生产数据相结合，并且有助于获知和管理从储集层(reservoir)提取的石油和/或天然气或者注入到储集层的其他流体。
背景技术：
在石油和天然气工业中，为了提供地下图像以识别碳氢化合物或者其他流体的累积，而实施地震勘测。在地震勘测中，在陆地或者海洋表面处或者以下或者在钻孔中，一个或者多个源以压力或者地表运动调制的方式从特定位置发射弹性波(波场)。该波场从源处通过地下传播开来。伴随该传播，一部分入射波场由于地表下的弹性材料性质中的异质性(比如声阻抗)而被反射。通过这种入射波场的激发产生了由于异质性而反射的波场(显示为压力、质点运动或者一些导出量)，并且能够在多个接收器位置处的表面或者钻孔中被检测到并且记录下来。进行测量值的处理以便构建地下3D图像。以选定时间间隔(日、月、年)的重复勘探能够观察到给定储集层之中、之上或者之下经过该时间间隔的变化(例如，在石油或者天然气生产开始之前和某生产期或者注入期之后)，并且比较测量结果。这就是所谓的4D地震勘测，并且包括对不同时间实例实施的2D或者3D地震勘测进行比较。上述的目的是观察从储集层中生产碳氢化合物或者流体注入到储集层中而引起的地层和流体的状态变化。对变化的适当检测和对效果、因素和方法的适当识别需要专门的采集技术和数据处理步骤。通过地震处理对采集变化(或地震勘测的非重复性)和地下速度的改变进行弥补。存在多种检索准确4D信号的方法。一种方法是通过实施称为模型驱动反演的方法来加入强模型约束。例如，带有强先验信息驱动4D的全弹性反演的作用仅产生在由地质模型和储集层模型限定的模型专用区域中；其他类型的反演假设出与初始模型相匹配的初始结果。在这两种方法中，原始模型假设对最终结果有巨大影响；然而，由于这些模型是基于少量井以及区域和其源头的地质先验知识的当地信息的3D推测，所以这些模型有不准确性。因此，当将强模型约束使用在掩盖4D噪声和人为影响(artefacts)的处理中时，通常会引入地质模型误差和/或还会掩盖真正的4D效果。相反地，当通过数据驱动方法获得结果时，4D信息与地质模型完全互补并且可以用来更改这些模型，然而，当通过加强先验推测使得4D出现偏差时，必须小心地更新模型。总之，根据其提供无法预知的客观信息的能力，这些模型驱动反演可以减小时间推移地震信息的值。另一个重要的缺点在于如果广泛地使用先验模型信息来改进模型结果的话，那么将无法再将这种信息用于QC目的。其他用于探测4D变化的技术在下文中称为扭曲(warping)。该标准技术利用了选定的窗口的不同勘测结果之间的相关性。上述窗口是代表了一部分地震道的时间间隔。基于这些相关性的方法的一个问题在于窗口的尺寸。如果用于相关性的窗口过大，则相相关性的准确性可能会受到影响实际上，相关值不但取决于所考虑的点上的勘测结果之间的差，还取决于除了所考虑的点之外的其他影响。如果用于相关的窗口过小，则相关可能会受到噪声和勘测的非重复性(包括由于所期望的发现的影响而带来的变化)的显著影响。在本申请人的EP 1865340专利中(其全部内容通过引证结合于此)，通过沿着地下传播路径的地震子波的传播时间和地震幅度上的变化的共同反演(jointly inverting)来实现对于生产过程中石油储集层演变。反演使得我们能够进行返回过滤(back filter),实际上就是从结果中导出原型。通过与第一速度场\相关的第一时间T时的地震道集合，提供了储集层的基础勘测；通过与基础勘测相同位置的相关地震道集合，提供了储集层的监控勘测，在第二时间T+Λ T时进行该监控勘测；监控勘测与第二速度场Vm相关。对于基础勘测中的采样点i的集合，在采样点的集合上计算如下两数据的差值的范数(norm)的总和S，—基础测量中的每个采样点i上的地震道的振幅匕—在监控测量中的对应时间采样点i’上的地震道的振幅Hii,和由第一速度场Vb 和第二速度场Vm之间的差值导致的对应时间采样点i’上的局部反射率变化而形成的振幅的总和；其中，该对应时间采样点i’的时移(time shift)为沿着从表面到时间对应采样点i’的传播路径的速度变化导出的时移。通过最小化总和来导出从基础勘测到监控勘测的速度变化，从而表征该石油储集层的演变。这种分析基于在储集层中的变化(由于开发)将导致岩石的岩石物理性质改变从而导致地震速度场的变化的事实。实际上，石油将被天然气或者水取代，并且/或者液体压力将会改变，导致饱和度、孔隙度、磁导率和压力产生变化，从而导致速度变化。储集层内的变化还可能改变周围岩石的应力和应变(strain)状态，从而进一步导致其速度的改变。这些速度上的变化将使得下面的反射体的地震反应中产生时移和相关的反射性变化，从而导致局部波场变化。通过使用反演技术，为3D体积(3D volume)中的每个点提供对在基础勘测和监控勘测的集合所经过的时间里发生的4D变化的估计。因此，可以不必经过地震道的互相关而推断出4D速度场变化。在EP 1865340中，扭曲被视作是反问题，在其中与4D相对的速度变化(模型参数值)相关的价值函数(cost function)被最小化。在扭曲中，该价值函数通常被限定为
2C= X bit,')—ml t. —t Σ ——(Λ) +(Μ·(|·)*^-( )I I(I)
/=1、I1 iA = I V J I I,, i/J
AF其中，b和m分别是基础地震道和监控地震道，％是地震数据的采样率，j是4D
V
相应的速度变化，w是根据子波的地震算子，并且*代表了该算子和相对速度变化之间的卷积，以对4D振幅变化进行建模。通常在所有可应用的时间采样上计算价值函数，但该价值函数也可以被计算用于大幅度减少的时间样本，或于此相反地，可以通过插补来增加样本数量从而改进该解的准确性。而且，可以将反演集中在油田(field)中的最相关的层(包括复盖岩层、储集层以及下伏岩层)上，其中通过地层信息或其他策略来确定重要性。利用子样本进行工作的优点在于可以更好地形成反演。上述价值函数表现出基础地震数据和监控地震数据之间的差别并且应该使用适当求解算法将其最小化。该4D反演问题是不适定(ill-posed)的；也就是说，存在多种将上述价值函数最小化的解。例如，局部的、平滑的、零均值的速度变化将传送零时移，并且由此不产生任何4D振幅差。实际上，可以在不导致价值函数增大或减小的情况下向备选解中添加这种局部微扰。因此，如果存在“最好的”最小化计算价值函数解的话，那么通过向其中添加这些局部微扰之一而形成的任意解也同样最小化了价值函数，这表示用于反问题的解不是唯一的。一种处理解的非唯一性以及近似正演模型和数据噪声的方法是通过将正则化项(regularization term)加入到价值函数中。正则化提供了与模型的表征相关的附加信息，这些信息不被包括(或隐藏)在噪声污染信息，诸如，其平滑性、总能量等中。另外，通过正则化而强加的模型约束有助于稳定反演并且有助于避免数据中的过度拟合噪声。通过将对没有显示出这种预期的表征的模型结果进行惩罚(penalises)的项添加到价值函数中来实施模型正则化并且在扭曲反演的背景下，该项通常采取以下形式
权利要求
1.一种通过共同分析地震反射的传播时间和地震幅度的变化来表征储集层的演变的方法，包括以下步骤 在第一时间利用地震道集合来提供所述储集层的基础勘测； 利用与所述基础勘测相同的位置相关的地震道集合来提供在第二时间进行的所述储集层的监控勘测； 通过反演来表征所述储集层的演变，以获得对在所述基础勘测和所述监控勘测之间的时间间隔期间所产生的变化的估计， 其中，通过施加稀疏度约束来正则化所述反演，所述稀疏度约束支持使大部分解值基本等于零的反演解，同时基本上保留了所述反演解的较大值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述稀疏度约束被应用于模型参数，所述稀疏度约束偏向于使大多数值基本等于零的解，但是允许有小部分较大值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述稀疏度约束被应用于模型参数的空间导数，所述稀疏度约束偏向于使所述空间导数的大多数值为零的解，但是允许有随着时间推移而在所述基础勘测和所述监控勘测之间具有少量4D变化强对比的解。
4.根据权利要求1所述的方法，包括共同使用如权利要求2和权利要求3中所要求的所述稀疏度约束。
5.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述模型参数包括所述基础勘测和所述监控勘测之间的相对速度变化。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述稀疏度约束不对+/-20%的范围内具有少数解值的解进行惩罚。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述稀疏度约束不对+/-15%的范围内具有少数解值的解进行惩罚。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述稀疏度约束不对+/-10%的范围内具有少数解值的解进行惩罚。
9.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述稀疏度约束支持使80%或更多解值基本等于零的反演解。
10.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其中，所述稀疏度约束支持使90%或更多解值基本等于零的反演解。
11.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述稀疏度约束用于对两个或两个以上的参数实施反演。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述两个或两个以上的参数包括相对P波速度或慢度变化、相对密度变化以及相对s波速度或慢度变化。
13.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中，对时间应变实施所述反演。
14.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述至少一个正则化项中的一个或多个由柯西分布导出。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一个正则化项中的一个或多个采用以下形式 咖)三 Σμ ln (1+mVt Iβ2)其中，m[i]是m的假设独立并恒等分布的M个元素中的第i个，并且β是尺度参数。
16.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述稀疏度约束被应用于所述模型参数的子集或过采样。
17.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，进一步包括使用所得数据帮助从所述储集层中恢复碳氢化合物的步骤。
18.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序，包括用于在计算机上运行权利要求I至17中任意一项所述的方法的所有步骤的计算机程序代码工具。
19.一种专用于执行权利要求1至17中所述的方法中的任意一个的所有步骤的设备。
全文摘要
本发明公开了一种通过共同分析地震反射的传播时间和地震幅度中的变化来表征储集层演变的方法。该方法包括以下步骤在第一时间利用地震道集合来提供储集层的基础勘测；利用与基础勘测相同的位置相关的地震道集合来提供在第二时间进行的储集层的监控勘测；通过反演来表征储集层的演变，以获得对在基础勘测和监控勘测之间的时间间隔期间所产生的变化的估计。通过强加稀疏度约束(诸如，柯西稀疏度)来正则化反演，该柯西稀疏度支持大部分解值基本上等于零的反演解，同时保留该反演解的较大值。
文档编号G01V1/30GK103003719SQ201180030743
公开日2013年3月27日 申请日期2011年6月24日 优先权日2010年6月25日
发明者安德里亚·格兰迪, 达雷尔·阿尔顿·科尔斯 申请人:道达尔公司