使用mCSEM數據和隨機巖石物理建模的飽和度估計的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明總地涉及探測地球物理學領域和潛在油氣儲層(hydrocarbon reservoir)的表征。更具體地，本發明涉及用于使用海洋可控源電磁(mCSEM)數據和隨機巖石物理建模對海底地質構造(format1n)中的含水和油氣飽和度進行估計的處理技術。
【背景技術】
[0002]近年來，電磁數據的獲得和反演在評定潛在的具體地球物理構造中已經成為寶貴的工具。可控源電磁(CSEM)數據經常與其他測量數據相結合，諸如地震、重力梯度測量、大地電磁(MT)或可能附近測井(well-log)等。在大多數mCSEM勘測(survey)應用中，mCSEM系統包括電磁發送器或天線，其從船中拖曳出來、固定在水體中或者在海床上，同樣地還包括多個電磁接收器，其放置在海床上的已知位置處或者從船中拖曳出來或者固定在水體中。接收器可以檢測電阻的變化，其為源信號的變化、源和接收器之間的偏移、以及地質層的屬性的函數，所述地質層的屬性包括其固有的導電屬性。例如，相比海水，約0.3歐姆-米(ohm-m)，或者沉積物或巖石的覆蓋層，約0.3-4ohm_m，油氣層將展現出更高的電阻，約20-300ohm-m。縮略詞CSEM或mCSEM —般被本領域技術人員可交換地使用，并且其不意在從任何技術角度劃界，除非明確指定。術語電阻率或電阻也被本領域技術人員可交換地使用，并且其不意在從任何技術角度劃界，除非明確指定。各種類型的測量方法由于其固有設計而經常采用不同的時間和空間尺度獲取數據。隨著這些數據集的尺寸和復雜度的增加，處理這類大數據集的挑戰也已增加。反演處理技術已經與儀表化同步地得到開發，據此反演的目標是優化模型的參數以找出計算值和測量數據之間的最佳匹配，據此測量數據可以用于對模型進行約束。
[0003]現有技術的建模方法基于直接應用來自mCSEM反演結果的電阻，并將它們插入合適的飽和度-電阻率關系，諸如阿爾奇公式(Archie’ s equat1n)或類似物。數據反演可以描述為通過基于可用的測量數據和其他來自給定領域的現有知識更新初始模型的方式來提供地球物理屬性的估計。簡言之，阿爾奇公式是巖石的孔隙度、電導率和鹽水(brine)飽和度之間的經驗定量關系。該公式是現代測井解釋的基礎，因為它將鉆孔電導率測量與含油氣飽和度相聯系。存在各種形式的阿爾奇公式，諸如下列一般形式:
[0004]Sw= [ (a/ Φ m) * (Rw/Rt) ](1/n)
[0005]其中:
[0006]Sw:含水飽和度
[0007]Φ:孔隙度
[0008]Rw:地層水電阻率
[0009]Rt:所觀測到的體電阻率
[0010]a:常數(通常約為I)
[0011]m:膠結因子(通常約為2)
[0012]η:飽和度指數(通常約為2)
[0013]假定孔隙度與水和體電阻率(以及阿爾奇公式中的指數)為已知的，則含油氣飽和度(Stc)估計可以從簡單的代數表達式Stc= 1-Sw獲得。該工作流程原則上假定電阻率、孔隙度和飽和度在CSEM離散化內為恒定的。
[0014]在本節的最后引用描述已有技術的公布文檔。
[0015]目前，存在一些與mCSEM數據評估方法技術的現狀相關聯的挑戰:
[0016]I)來自mCSEM反演的電阻可能是不準確的，其原因諸如歸因于計算約束的弱優化算法、較低維度(不是適當的3D)反演的使用、以及mCSEM信號的低頻可能產生包括油氣儲層上方和下方兩種信號的卷積(convolut1n)的觀測結果。
[0017]2)此外，含水飽和度公式(例如阿爾奇公式)中的所有參數以及mCSEM電阻率與不確定性相關聯。真正的電阻率非常難以確定。這表明對于并入最終估計，過程應是隨機的。
[0018]3)進一步地，mCSEM電阻是粗尺度測量。儲層柱內的變化將影響測量，并且對儲層中的恒定孔隙度和飽和度的假定經常是無效的。
【發明內容】
[0019]因此，本發明的主要目標是提供用于使用海洋可控源電磁(mCSEM)數據和隨機巖石物理建模來估計海底地質構造中的飽和度的改進的和新穎的方法。
[0020]上述與現有技術相關聯的缺陷和不確定性通過以下新穎改進得到矯正。
[0021]I)基于在潛在覆蓋數個可能勘探(prospect)的大片側向區域內所獲取的mCSEM數據定義與異常相關聯的橫向電阻(TR)而非電阻。由于通過mCSEM所獲得的數據對TR比對精確的深度和電阻的值更為敏感，因此飽和度的估計比現有技術的方法更為穩健。
[0022]2)隨機巖石物理建模與mCSEM結果相結合用于定量井前(pre-well)估計，其還包括儲層內的孔隙度和飽和度的可變性。與參數相關聯的不確定性包括在分析中。包含在模型輸入中的不確定性通過隨機巖石物理模型自然傳播以解釋飽和度的最終估計中的不確定性。一些輸入參數與勘探風險中所使用的那些參數類似。它還將儲層內的孔隙度和飽和度的假定空間可變性考慮在飽和度估計中。
[0023]3)該方法的本質部分是不需要井。本方法使得當mCSEM數據可用時獲得井前飽和度估計成為可能，從而可以僅使用mCSEM反演結果獲得井前估計。
[0024]這些所陳述的優點旨在解決現有技術中的缺陷。改進的方法根據附隨的獨立權利要求公開。有利的進一步進展為從屬權利要求的主題。
[0025]本發明的第一方面涉及用于估計儲層中的流體飽和度的方法，包括以下流程步驟:
[0026]a)從感興趣的地下區域獲得mCSEM勘測數據，
[0027]b)實施所述所獲得的mCSEM數據的反演，
[0028]c)從所述mCSEM反演數據的來自油氣儲層內部的電阻率趨勢中減去來自所述mCSEM反演數據的背景電阻率趨勢，
[0029]d)估計mCSEM反演數據中的異常的位置，
[0030]e)估計與來自mCSEM反演數據的異常相關聯的橫向電阻的大小，
[0031]f)使用將儲層參數與橫向電阻聯系起來的隨機巖石物理模型和蒙特卡洛模擬來估計與橫向電阻相對應的初始平均儲層飽和度，以及
[0032]g)在橫向電阻的假定分布上對作為橫向電阻的函數的所獲得的飽和度分布進行積分，以獲得流體飽和度概率的最終估計。
[0033]本發明的第二方面涉及所述第一方面的方法，其中用于估計平均儲層飽和度與橫向電阻的關系的模型儲層參數，如所述mCSEM反演所觀測到的，包括以下幾個:
[0034]-儲層厚度，
[0035]-儲層內的平均孔隙度和變化，
[0036]-儲層的平均飽和度和變化，
[0037]-孔隙度和飽和度之間的協方差，
[0038]-地層水中的電阻率，即鹽度，以及
[0039]-將電阻率和飽和度相聯系的阿爾奇公式中的指數。
[0040]本發明的第三方面涉及所述第二方面的方法，其中根據印度尼西亞公式或西門圖公式或維克斯曼-斯密特公式或雙水公式對電阻率-飽和度關系進行初始估計。
[0041]本發明的第四方面涉及所述第二或第三方面的方法，進一步包括:
[0042]a)取決于可用的信息，為所有所述參數指定均值和變化范圍或分布，
[0043]b)實施蒙特卡洛模擬以對由參數的不確定性所定義的全空間進行采樣，
[0044]c)根據所述采樣和含水飽和度公式為平均含水飽和度對橫向電阻做繪圖，
[0045]d)將所述繪圖與來自所述mCSEM反演的橫向電阻相結合，以及
[0046]e)估計含油氣飽和度Shc，其中Shc= 1-S w。
[0047]本發明的第五方面涉及所述第四方面的方法，其中飽和度的最終概率分布的估計包括以下流程步驟:
[0048]a)在來自mCSEM結果的經估計橫向電阻的范圍上進行積分，經估計橫向電阻包括不確定性，以及
[0049]b)根據經估計橫向電阻的假定概率對2D函數被積函數進行加權。
【附圖說明】
[0050]將參考附圖對本發明進行詳細描述。應該理解附圖的設計僅出于示例性的目的，而非意圖作為對本發明的限制的定義，針對該定義應參考附隨的權利要求。應當進一步理解，除非另外指出，否則附圖未必按照比例進行繪制，它們僅意在圖示其中所描述的過程。
[0051]圖1示出2.mCSEM反演結果的示例。
[0052]圖2示出與真實測井一起呈現的來自mCSEM反演的測井的示例。
[0053]圖3示出來自隨機巖石物理模型的典型輸出。
[0054]圖4示出對圖3的分布進行積分后的概率分布。
【具體實施方式】
[0055]本發明的目的在于在給定從mCSEM數據所獲得的橫向電阻的情況下對儲層中的平均含水飽和度進行量化。總體來說本發明可以通過下面的工作流程來描述，其包括3個主要步驟:
[0056]步驟I
[0057]步驟I通過如下子步驟來定義:所測量到的mCSEM數據的反演和TR-異常確定。
[0058]針對感興趣的地下區域獲得所測量到的mCSEM勘測數據。隨后對針對地下區域的所測量到的mCSEM勘測數據實施反演。對被假定為與儲層相關聯的異常進行定位并將其與背景電阻率趨勢分離開來。定位是指在海床上的地理定位和在海床下的垂直深度。與背景反演的差異形成與儲層相關聯的異常TR，其將用于與巖石物理模型相結合(步驟2)。圖1示出較低維度2.mCSEM反演結果的示例。中間的矩形示出與儲層相關聯的異常，黑線示出穿過異常的“井”，并且灰線示出在異常之外的“井”。在儲層深度周圍的區域中的灰線和黑線的“測井”之間的差異形成與儲層相關聯的TR。繪圖的近似范圍是在水平方向(X軸)上為15000米、在垂直方向(y軸)上為3500米，而標志異常的較小方框近似是在水平方向(X軸)上為4500米、在垂直方向(y軸)上為875米。圖2示出具有水平電阻率(左)和垂直電阻率(右)的來自mCSEM反演的測井的示例。在儲層區域周圍的兩測井之間的差異形成用于定位和定義來自mCSEM反演結果的與儲層相關聯的異常橫向電阻(TR)(電阻率和厚度的乘積)的大小(magnitude)的基礎。參考在右側面板中示出的垂直電阻率，灰線(G)是來自2.無約束反演的在儲層之外的井，帶有陰影的黑虛線(I)是穿過儲層的無約束2.?反演。TR被假定歸因于儲層的巖性/流體含量。最終，帶有陰影的實黑線(2)是穿過儲層的約束2.反演，其具有歸因于所包括的較低維度2.假定的修正。灰線(G)和另外兩條之一(I或2)之間的差異當在相關深度上積分時定義橫向電阻(TR)，其中相關深度近似為500米。當使用具有3D修正因子的約束2.5D結果時，獲得近似為24000歐姆-平方米(ohm-m2)的 TR。
[0059]步驟2
[0060]步驟2通過如下子步驟來定義:平均飽和度估計、隨機巖石物理建模以及參數不確定性的合并。
[0061]與所獲得的TR相對應的合適平均儲層飽和度的估計要求使用將儲層參數與TR相聯系的隨機巖石物理模型。TR尤其主要取決于下面的儲層參數:
[0062]?儲層厚度
[0063]籲儲層內的平均孔隙度和變化
[0064]籲儲層內的平均飽和度和變化，以及孔隙度和飽和度之間的協方差。
[0065]?地層水中的電