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先验信息构建与地震随机反演方法研究

先验信息构建与地震随机反演方法研究

作者：孙瑞莹中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

地震随机反演是一种结合先验信息构建与优化理论的非线性反演方法。与确定性反演相比,基于统计先验信息的地震随机反演方法可以有效地融合测井数据中包含的高频信息,具有更高的垂向分辨率。但是,常规的地震随机反演存在运行速度慢和横... 详细信息

地震随机反演是一种结合先验信息构建与优化理论的非线性反演方法。与确定性反演相比,基于统计先验信息的地震随机反演方法可以有效地融合测井数据中包含的高频信息,具有更高的垂向分辨率。但是,常规的地震随机反演存在运行速度慢和横向连续性差的缺陷。本文研究了快速的先验信息构建方法——基于傅里叶滑动平均(FFT-MA)谱模拟和逐步变形算法(GDM)的地质统计先验信息构建与基于分形理论和克里金插值的混合先验信息构建,以及改进的扰动方式和优化策略,从而提高地震随机反演的计算速度;并且提出与确定性反演方法相结合,一定程度上提高了随机反演结果的横向连续性趋势。在获得高品质地震和测井数据的前提下,基于贝叶斯理论,地震随机反演通过将地质统计学知识、分形理论和常规的确定性反演技术相结合,充分地融合了已知的地震资料、地质信息和测井数据,使随机反演结果更加符合地质结构的框架约束。通过随机模拟方法构建反映空间不确定性特征的储层参数模型,然后利用地震反演和非线性寻优算法对随机模拟结果进行筛选,为地震解释提供了可靠的储层参数信息,具有非常重要的实际意义。本文提出的随机反演方法均直接采用精确的Zoeppritz方程计算合成地震记录,减少了方程近似所引起的误差,产生的反演结果更准确。油气藏勘探和储层评价的重要任务是进行储层预测和流体识别。本文研究了如何从有限的地震资料、测井数据及地质背景中提取储层弹性参数、物性参数和流体敏感因子,可以更全面地进行油气藏的勘探与开发。通过岩石物理理论获得岩石骨架和孔隙流体性质的定性评价,从而得到地震资料与物性参数、流体因子之间的关系,进而实现了储层物性参数和流体因子的随机反演,并且基于地震随机反演实现储层参数的直接同步估算,减少了不确定性的传递和误差的累积。本文分别利用模型和实际资料对提出的地震随机反演方法进行了测试,结果表明,这些反演方法不仅具有理论意义,而且具有一定的实用价值。

关键词：先验信息构建地震随机反演贝叶斯理论物性参数流体因子直接反演

地震波形约束的蒙特卡洛—马尔科夫链随机反演方法

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石油地球物理勘探 2021年第3期56卷 543-554,592,I0011页

作者：周爽爽印兴耀裴松杨亚明中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580 海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266071

以地质统计学为基础、以测井资料为条件数据的地震随机反演方法的分辨率高于常规确定性反演,因此迅速得到广泛应用,但是提高计算效率以及消除随机性一直是难点。为此,提出了基于地震波形约束的蒙特卡洛—马尔科夫链(MCMC)随机反演方法... 详细信息

以地质统计学为基础、以测井资料为条件数据的地震随机反演方法的分辨率高于常规确定性反演,因此迅速得到广泛应用,但是提高计算效率以及消除随机性一直是难点。为此,提出了基于地震波形约束的蒙特卡洛—马尔科夫链(MCMC)随机反演方法。充分利用观测地震数据和待反演参数之间的地球物理映射关系,应用相关系数,根据已知的地震波形之间的相似性特征指导井数据进行伪普通克里金插值模拟,建立具有地震波形指示的初始模型;在此基础上,进一步在贝叶斯框架下构建观测地震数据和测井数据协同约束的后验概率密度分布,结合Metropolis-Hastings采样算法多次随机模拟具有地震波形指示的初始模型参数,利用后验均值作为模型参数的最优解。该方法有效地提高了反演稳定性和横向连续性,降低了随机性,有效地弱化了地震噪声对反演结果的影响,并且极大地加快了马尔科夫链的收敛速度,有效地提高了运算效率和估算精度。模型试算和实际资料反演效果表明,基于地震波形约束的MCMC随机反演方法具有较好的抗噪性,有效提高了反演精度,对识别调谐尺度内薄互储层具有一定优势,在提高纵向分辨率的同时也提高了横向分辨率。

关键词：地震随机反演初始模型地震波形约束 Metropolis-Hastings算法后验概率密度分布

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叠前地震波形约束的随机反演方法研究

叠前地震波形约束的随机反演方法研究

作者：周爽爽中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

地震反演方法在油气储层预测中具有重要的作用,它是获取地下介质各种弹性参数,揭示地下储层展布、物性及油气性的有效途径,随着油田勘探开发工作的不断推进,对储层预测的精度要求也越来越高,高精度储层随机反演技术应运而生。地震随机... 详细信息

地震反演方法在油气储层预测中具有重要的作用,它是获取地下介质各种弹性参数,揭示地下储层展布、物性及油气性的有效途径,随着油田勘探开发工作的不断推进,对储层预测的精度要求也越来越高,高精度储层随机反演技术应运而生。地震随机反演是以统计学与全局优化算法为基础的高分辨率反演方法,对识别调谐尺度内薄互储层具有一定优势,马尔科夫链蒙特卡洛(Markov chain Monte Carlo,MCMC)方法是一种全局寻优的非线性随机反演方法,其独特的算法构造,避免了贝叶斯公式中复杂的边际积分计算问题,并基于生成的与贝叶斯后验概率密度函数一致的平稳马尔科夫链的统计分析,获取复杂多维后验密度函数的统计特征,获得反问题的最优解及其相关的不确定性,但是该随机反演方法仍然存在着横向连续性差和运算效率低等问题。本文针对以上常规的随机反演方法存在的问题,在MCMC随机反演方法理论基础上开展了叠后、叠前地震波形约束的随机反演方法的研究。本文以相关系数来衡量地震数据之间的波形相似性,充分利用地震数据之间的相关系数代替待预测模型参数之间的相关系数,推导了一种新的地震波形约束的普通伪克里金插值公式,进一步建立了具有地震波形指示的初始模型。以此为基础,在贝叶斯框架下构建了观测地震数据和测井数据协同约束的后验概率密度分布,结合Metropolis-Hastings算法对待反演模型参数进行多次随机模拟,利用后验均值作为模型参数的最优解,后验方差被用来评价反演结果的可靠性,旨在提高反演的稳定性和横向连续性。本文将基于地震波形约束的随机反演方法先后进行了叠后反演和叠前反演,加入地震波形指示的初始模型后,有效地加快了马尔科夫链的收敛速度,使得马尔科夫链更加精确快速地收敛到全局最优解。模型测试验证了本文方法的有效性,实际资料处理表明,相比常规稀疏脉冲反演,本方法在提高反演分辨率和横向连续性方面具有较大的应用潜力。

关键词：地震随机反演初始模型波形相似性 Metropolis-Hastings算法后验概率密度分布

基于量子退火Metropolis-Hastings算法的叠前随机反演

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石油地球物理勘探 2018年第1期53卷 153-160页

作者：张广智赵晨涂奇催刘江张佳佳裴忠林中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580 海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266071 中海石油(中国)有限公司上海分公司上海200030

传统的Metropolis-Hastings(MH)算法是一种常见的随机反演方法,可以得到大量来自于后验分布的样本,从而得到更可靠的参数估计和反演结果的不确定性信息,但对于较为复杂的参数空间,MH算法往往不能对其充分搜索。为此,针对该问题提出了基... 详细信息

传统的Metropolis-Hastings(MH)算法是一种常见的随机反演方法,可以得到大量来自于后验分布的样本,从而得到更可靠的参数估计和反演结果的不确定性信息,但对于较为复杂的参数空间,MH算法往往不能对其充分搜索。为此,针对该问题提出了基于量子退火MH算法的叠前随机反演方法,主要通过调节算法的接受概率提高算法的计算效率和稳定性。模型试算与实际数据反演结果表明,相较于传统的MH算法,该方法具有更高的收敛效率。

关键词：地震随机反演叠前地震反演量子退火 MH算法

基于优化MCMC算法的地震弹性阻抗反演方法

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矿产与地质 2023年第3期37卷 587-596页

作者：赵晨郭淑文金凤鸣韩国猛于超邢兴国春香周淑慧中国石油大港油田公司天津300280

以地震反演为核心的地震物探技术能够有效利用地震数据实现地下储层参数的有效预测,为油气勘探提供必要的参数支撑。弹性阻抗反演采用叠前角度部分叠加道集,不仅可以较好地反映地层岩性和流体特征,且具有较强的抗噪能力。而马尔可夫链... 详细信息

以地震反演为核心的地震物探技术能够有效利用地震数据实现地下储层参数的有效预测,为油气勘探提供必要的参数支撑。弹性阻抗反演采用叠前角度部分叠加道集,不仅可以较好地反映地层岩性和流体特征,且具有较强的抗噪能力。而马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)算法是一种常见的随机反演方法,可以得到可靠的参数估计和反演结果的不确定性信息,对于地下优质薄储层的识别具有一定的优势。但当参数空间较为复杂时,MCMC算法常常不能进行充分搜索,且收敛速度较慢。针对该问题,本文提出了一种调节算法接受概率的方法,提高了MCMC算法的计算效率和稳定性,并将其应用于弹性阻抗反演。模型测试结果与实际数据应用结果表明了该反演方法的可靠性,且与确定性反演相比具有较高的分辨率。

关键词：地震随机反演弹性阻抗反演 MCMC算法优化MCMC算法

基于FFT-MA模拟与VFQA算法的纵波模量弹性阻抗随机反演方法

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石油物探 2018年第1期57卷 129-139页

作者：赵晨张广智蔡华赵军张佳佳宋佳杰中国石油大学(华东) 山东青岛266580 海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266071 中海石油(中国)有限公司上海分公司上海200030

弹性阻抗反演采用快速叠前角度部分叠加道集,较好地反映地层岩性和流体特征,具有较强的抗噪能力。基于随机反演理论,将快速傅里叶变换滑动平均模拟(Fast Fourier Transform-Moving Average,FFT-MA)与改进后的非常快速的量子退火算法(Ver... 详细信息

弹性阻抗反演采用快速叠前角度部分叠加道集,较好地反映地层岩性和流体特征,具有较强的抗噪能力。基于随机反演理论,将快速傅里叶变换滑动平均模拟(Fast Fourier Transform-Moving Average,FFT-MA)与改进后的非常快速的量子退火算法(Very Fast Quantum Annealing,VFQA)相结合,提出了基于FFT-MA模拟和VFQA优化算法的弹性阻抗随机反演方法并用其估算纵波模量。利用FFT-MA模拟获得反演参数的先验信息,采用地震记录和正演关系构建似然函数,并构建弹性阻抗平滑约束,提高了反演结果的精度及可靠性。模型测试与实际数据应用结果表明,该反演方法能够有效获得纵波模量参数,且有较高的分辨率和计算效率。

关键词：地震随机反演弹性阻抗反演快速傅里叶变换滑动平均模拟非常快速量子退火算法纵波模量

随机反演在文昌A油田储层非均质性研究中的应用

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物探化探计算技术 2013年第2期35卷 236-241,122页

作者：黄玉马光克隋波孙月成中海石油(中国)有限公司湛江分公司广东湛江524057

地震反演是油气储层预测的关键技术,该技术可以将地震信息转换成具有直接地质意义的油气藏参数信息,因而在地质研究中发挥着重要作用。叠后地震随机反演方法兼顾了地震数据的横向分辨率与测井数据的纵向分辨率,更是在油气藏描述方面具... 详细信息

地震反演是油气储层预测的关键技术,该技术可以将地震信息转换成具有直接地质意义的油气藏参数信息,因而在地质研究中发挥着重要作用。叠后地震随机反演方法兼顾了地震数据的横向分辨率与测井数据的纵向分辨率,更是在油气藏描述方面具有显著优势。这里以文昌A油田ZJ2-1油组储层为研究对象,在分析储层岩石物理特征的基础上,选取多井平均子波,建立低频模型,利用约束稀疏脉冲反演来确定水平变差函数,通过测井数据的分析确定垂直变差函数,从而进行地震随机反演,在储层的非均质性研究中取得了较好的效果。

关键词：约束稀疏脉冲反演水平变差函数垂直变差函数地震随机反演非均质性

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基于随机反演的地质甜点方法研究

基于随机反演的地质甜点方法研究

作者：林海鲲中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

复杂油气储层的饱和岩石由固体矿物基质、干燥孔/裂隙空间及流体填充物共同构成,有效预测其储层含油气性及总有机碳含量是地震储层预测的关键。因此,本文围绕储层含油气性及总有机碳含量等“地质甜点”参数的地震预测问题展开系统的研... 详细信息

复杂油气储层的饱和岩石由固体矿物基质、干燥孔/裂隙空间及流体填充物共同构成,有效预测其储层含油气性及总有机碳含量是地震储层预测的关键。因此,本文围绕储层含油气性及总有机碳含量等“地质甜点”参数的地震预测问题展开系统的研究。叠前地震随机反演是获取高分辨率储层含油气性与总有机碳含量等“地质甜点”参数的有效手段之一。基于贝叶斯推断的随机反演方法能够很好地描述模型参数的空间相关性及随机性,在反演的过程中融入大量的测井数据,相对于确定性反演,地震随机反演往往具有更高的垂向分辨率,且能同时模拟出多个等概率的模型参数,有利于反演结果的不确定性量化。本论文主要开展两方面研究工作:一、基于AVO随机反演的油气甜点预测方法;二、基于AVO随机反演的总有机碳含量(Total Organic Carbon,TOC)预测方法,具体如下:岩石物理指导下地震随机反演是实现储层含油气性定量预测的有效方法。本文从Biot-Gassmann孔隙弹性理论出发,分析了Yin等提出的固液解耦AVO反射系数近似方程的精度。首先,我们推导了孔隙度、基质模量、密度及流体体积模量等参数定量表征的非线性地震AVO反射特征方程,分析了待反演模型参数的反射率对地震AVO反射特征的影响和反演可行性;基于此,在贝叶斯框架下,假设待反演模型参数的反射率服从混合高斯概率密度分布,采用马尔可夫链蒙特卡洛随机模拟算法求解混合后验概率密度分布函数,实现了孔隙度、基质模量、密度及流体体积模量的概率化随机模拟,提高了模型参数的反演不确定性量化和地层分辨能力。通过模型测试和实际资料表明,多条Markov链的协同优化可以实现模型参数后验概率密度分布的高效模拟,有助于分析反演不确定性,流体体积模量的不确定性>岩石密度>岩石基质等效模量>孔隙度,为地震储层表征和孔隙流体的直接检测提供了理论支撑。基于统计岩石物理模型和精确Zoeppritz方程,本文提出了一种基于MCMC随机采样的储层物性参数和TOC直接反演方法,实现了总有机碳含量、孔隙度及泥质含量等参数的同步预测,避免了TOC间接反演方法中存在的误差累计现象。利用统计岩石物理模型推导总有机碳含量、孔隙度及泥质含量等参数定量表征的地震AVO反射系数方程,且通过理论地层模型验证了该方程的有效性和实用性;相比常规线性化的AVO反射系数方程,该方程能够更好地适用于大入射角和模型参数变化剧烈的情况;基于Metropolis-Hasting随机采样算法实现了孔隙度、泥质含量及总有机碳含量的概率化推断;通过模型测试验证了方法的有效性和抗噪性,将其应用于我国东部某油田的砂泥岩油气检测与南部某页岩探区的实际资料处理,流体体积模量及总有机碳含量TOC的随机反演结果与测井解释吻合较好,进一步说明了该方法对复杂储层“地质甜点”预测具有重要理论意义及实用价值。

关键词：地震随机反演贝叶斯理论地质甜点优化算法马尔可夫链蒙特卡洛模型总有机碳含量(TOC)

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基于随机反演的储层“甜点”识别方法研究

基于随机反演的储层“甜点”识别方法研究

作者：赵晨中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

近年来随着石油工业的飞速发展和各种非常规油藏的发现,具有渗透率低、储层非均质性强等特点的厚砂岩储层的勘探开发已成为一项重要任务。“甜点”已成为低渗透储层油气勘探开发中最为关注的地质目标。马尔科夫链蒙特卡洛方法(MCMC)作... 详细信息

近年来随着石油工业的飞速发展和各种非常规油藏的发现,具有渗透率低、储层非均质性强等特点的厚砂岩储层的勘探开发已成为一项重要任务。“甜点”已成为低渗透储层油气勘探开发中最为关注的地质目标。马尔科夫链蒙特卡洛方法(MCMC)作为随机反演方法的一种,可以得到大量来自于后验概率分布的样本,不仅能获得每个未知参数的估计值,还可以获得与之相关的各种不确定性,对于非均质性强、物性差异大、成藏条件复杂和识别难度大的储层及其内部“甜点”,其具有一定的优势。但是常规的MCMC算法也存在一定的局限性。由于计算时间有限或搜索策略设置不当,对于一个较为复杂的参数空间,传统的MCMC算法往往不能对其充分搜索。针对该问题,本文借鉴量子退火算法对传统的MCMC算法进行改进,提出了量子MH算法。其主要通过引入Hamilton量的概念,改进了算法的接受概率表达形式,使马尔科夫链快速稳定地收敛于后验概率分布。本文在贝叶斯理论的框架下,提出了基于量子MH算法的叠前反演方法。通过地震数据、测井数据及地质资料构建反演参数的先验分布及似然函数,然后利用量子MH算法进行反演,获得纵横波速度及密度等参数,为储层识别提供参数支持。而针对“甜点”识别,本文提出了基于量子MH的弹性阻抗反演方法。由于“甜点”某些弹性参数会存在一定的差别,因此,我们可以利用岩石物理方法找到对“甜点”较为敏感的弹性参数,然后通过反演这些弹性敏感参数来识别“甜点”。基于此,所以本文针对砂岩“甜点”的地球物理特点,综合地质、测井和岩石物理实验数据,利用岩石物理知识,确定“甜点”的敏感参数,然后利用改进后的量子MH算法进行反演,得到“甜点”的敏感参数信息,最终获得实现“甜点”的空间分布特征识别。

关键词： “甜点”识别地震随机反演 MCMC方法叠前反演弹性阻抗反演