基于EWT/FWEO的致密砂岩储层含气性检测方法研究

Tight sandstone reservoir in China is one of the most important natural gas exploration fields. However, due to its deep burial depth, compactness, heterogeneity, weak seismic response and small differences between reservoir and non-reservoir, there are difficulties in gas reservoir detection. Therefore, this project is based on the attenuation characteristics of seismic wave caused by reservoir fluid, and establishes a method for detecting gas in tight sandstone reservoir. In the basis of spectral decomposition theory, a new method for predicting gas reservoirs based on improved empirical wavelet transform (EWT) and frequency-weighted energy operator (FWEO) is proposed. Firstly, the spectral segmentation method in the EWT algorithm is improved to adapt it to the spectral characteristics of the seismic signal, to avoid the mode mixing and leakage frequency phenomena, and to improve the time-frequency resolution of the signal. At the same time, a lateral consistency preserved EWT method is proposed to improve poor lateral consistency caused by single-trace processing. Secondly, a new energy separation algorithm is deduced based on FWEO, which can obtain the three instantaneous parameters of seismic signal more accurately. Finally, based on the seismic numerical simulation, the seismic physical model and the actual seismic data, the sensitivity and accuracy of the new method to the detection of different gas saturation reservoirs are determined qualitatively and quantitatively, which can provide an important interpretation foundation for the prediction of tight sandstone reservoir and fluid identification.

我国致密砂岩气资源非常丰富，具有良好的勘探开发前景，但是由于其埋藏深度大、成岩演化作用复杂、储层物性差、非均质性强等特点，常规勘探技术难以达到勘探目的。因此，本项目提出基于改进经验小波变换（EWT）和频率加权能量算子（FWEO）的致密砂岩含气性检测方法。首先，建立适应于地震信号频谱特征的EWT算法，避免模态混叠和漏频现象；针对时频分解方法由于单道处理方式带来的横向连续性差的问题，提出了一种保持分解后固有模态分量横向连续性的EWT时频分析算法；基于FWEO推导了一种新的能量分离算法，能够更加精准的获取地震信号的三瞬参数。然后联合EWT和FWEO获得高精度的瞬时谱，利用储层频谱差异进行致密砂岩含气性检测。最后，以地震数值模拟、地震物理模型和实际地震资料为基础，定性以及一定程度上定量分析新方法对不同含气饱和度储层检测的敏感性和准确性，从而为致密砂岩储层预测与流体识别提供重要的解释依据。

致密砂岩储层普遍具有低孔渗-超低孔渗-致密的特征，且矿物组分和孔隙结构非常复杂，储层与围岩地震波阻抗差异微弱，气藏非均质性强，常规的储层预测方法技术难以奏效。为了有效提升致密砂岩气识别精度，本项研究从实际地震信号出发，通过改进频谱分割方法，使得EWT 分解后得到的固有模态函数（IMFs）对应于地震信号不同频率的中心，减少各个模态函数之间存在的混叠现象，从而建立地震信号频谱特征与 EWT 方法中频谱分段方法的内在联系。我们提出了一种横向连续性保持的 EWT 时频分析算法，改变了单道处理的模式，在对二维或三维地震信号进行 EWT 时频计算时，选取处理道以及处理道某个邻域内的所有地震道的平均道来进行计算，最终得到横向连续性良好的 IMFs 剖面，提高了后续的时频分析的精度和可靠性。提出一种基于频率加权能量算子（FWEO）的计算地震瞬时振幅、瞬时频率和瞬时相位的三瞬参数计算方法，并以数学理论和地球物理理论为依据，自主推导得到了该方法的计算公式，并编程实现了该算法。FWEO 不仅能简单有效地跟踪信号的瞬时能量，还能克服 TK 能量算子在跟踪信号的瞬时能量时会产生无物理意义的负值的问题，减少端点效应等，使得计算得到的三瞬参数更加精确。由于 FWEO 在跟踪信号的瞬时能量和瞬时频率时需要满足信号为窄带信号，因此在对信号进行瞬时属性分析前，先利用改进的 EWT 对地震信号进行分解，得到一系列窄带的 IMF 剖面，然后对选定频带内的 IMF 剖面窄带信号提取瞬时属性，获取高分辨率的瞬时谱。以物理模型为基础，模型中砂体充填了不同含气饱和度的气水组合流体，从定量的角度分析物理模型组合流体响应以及新方法对不同含气饱和度储层检测的敏感性。通过分析不同含气饱和度的致密砂岩储层的地震响应特征，定性分析测试新方法对致密砂岩储层含气性检测的敏感性和有效性，最终建立了一个新的储层检测方法。围绕上述关键问题和计划要点，本课题按照研究计划完成了研究任务，达到了预期目标。