用于使用多源地球物理數(shù)據(jù)的聯(lián)合隨機反演估計儲層參數(shù)的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及計算方法，并且更具體來說涉及用于使用多源地球物理數(shù)據(jù)的 聯(lián)合隨機反演估計儲層參數(shù)的計算機系統(tǒng)和計算機實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地球物理數(shù)據(jù)的多個源已用于估計儲層參數(shù)幾十年。目前用于地球物理反演問題 的方法主要是確定性反演方法諸如高斯一牛頓法、共輒梯度法和最速下降技術(shù)。這些常規(guī) 方法已成功用于解決具有數(shù)千萬個未知量的各種各樣的復(fù)雜反演問題。然而，使用這些常 規(guī)方法所獲得的解通常取決于初始值的選擇并且因此是局部的而不是全局的。另外，這些 確定性反演方法提供關(guān)于所估計參數(shù)的非常有限的不確定性信息。
[0003] 近來隨機反演方法被認為是解決地球物理反演問題的有力方法。隨機方法相對于 確定性反演方法具有幾點益處。例如，隨機反演方法可以提供關(guān)于未知參數(shù)的詳盡信息。另 外，在隨機反演方法中，反演結(jié)果幾乎獨立于初始值并且因此是全局且穩(wěn)健的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明一方面提供用于估計儲層參數(shù)的方法，其中在包括一個或多個處理器的計 算機系統(tǒng)中實現(xiàn)該方法，這些處理器被配置成執(zhí)行一個或多個計算機程序模塊。本方法包 括：由一個或多個處理器使用馬爾可夫隨機場計算多個先驗，該多個先驗包括多個煤巖類 型的概率分布；由一個或多個處理器基于先驗計算后驗分布，該后驗分布取決于所測量的 地球物理數(shù)據(jù)、地球物理屬性和儲層參數(shù)；以及由一個或多個處理器確定多個煤巖類型中 與所測量的地球物理數(shù)據(jù)最相關(guān)的煤巖類型的至少一部分。
[0005] 本發(fā)明另一方面提供用于估計儲層參數(shù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個或多個處理器， 該一個或多個處理器被配置成：（a)使用馬爾可夫隨機場計算多個先驗，該多個先驗包括多 個煤巖類型的概率分布；（b)基于先驗計算后驗分布，該后驗分布取決于所測量的地球物理 數(shù)據(jù)、地球物理屬性和儲層參數(shù)；以及(c)確定多個煤巖類型中與所測量的地球物理數(shù)據(jù)最 相關(guān)的煤巖類型的至少一部分。
[0006]雖然在以上段落中將根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的方法的各個步驟描述為以特 定順序發(fā)生，但本申請并不受到該各個步驟發(fā)生的順序的限制。實際上，在替代實施方案 中，可以按照與以上所述或本文另外所述的順序不同的順序來執(zhí)行該各個步驟。
[0007]當參考附圖考慮下面的描述和隨附權(quán)利要求書時，本發(fā)明的這些及其它目的、特 征和特性，以及相關(guān)結(jié)構(gòu)元件的操作方法和功能、部件的組合和制造經(jīng)濟性將變得更加明 顯，其中附圖構(gòu)成本說明書的一部分，在各個圖中相同的參考數(shù)字表示對應(yīng)的部件。然而， 應(yīng)該清楚地理解，附圖僅僅用于說明和描述的目的，并非旨在限制本發(fā)明。如本說明書和隨 附權(quán)利要求書中所使用，單數(shù)形式的"一種"、"一個"和"該"包括復(fù)數(shù)個指示物，除非上下文 另外明確說明。
【附圖說明】
[0008] 在附圖中：
[0009] 圖1A顯示了二維(2D)反演域上的一階馬爾可夫隨機場的構(gòu)型，其中給定站點S1具 有4個相鄰站點SN1、SN2、SN3和SN4,這4個相鄰站點分別位于S1的北部、S1的南部、S1的東部 和S1的西部；
[0010]圖1B顯示了 2D反演域上的二階馬爾可夫隨機場的構(gòu)型，其中給定站點S1具有8個 相鄰站點SN1、SN2、SN3和3財、3陽、3冊、3階和3_，這8個相鄰站點分別位于31的北部、31的 南部、S1的東部、S1的西部、S1的東南部、S1的西南部、S1的東北部和S1的西北部；
[0011]圖2A顯示了具有6個相鄰站點的三維(3D)反演域上的站點的構(gòu)型；
[0012]圖2B顯示了具有18個相鄰站點的3D反演域上的站點的構(gòu)型；
[0013]圖2C顯示了具有26個相鄰站點的3D反演域上的站點的構(gòu)型；
[0014]圖3A顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的具有兩個煤巖類型并且無空間相關(guān)性的先 驗信息f(L)的可能二維象形圖的第一示例；
[0015] 圖3B顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的具有兩個煤巖類型和某種空間相關(guān)性的先 驗信息f(L)的可能二維象形圖的第二示例；
[0016] 圖3C顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的具有三個煤巖類型并且無空間相關(guān)性的先 驗信息f(L)的可能二維象形圖的第三示例；
[0017] 圖3D顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的具有三個煤巖類型和某種空間相關(guān)性 的先驗信息f(L)的可能二維象形圖的第四示例；以及
[0018] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的表示用于實現(xiàn)方法的計算機系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的實施方案，提供了基于貝葉斯框架的隨機方法，該隨機方法用于聯(lián) 合反演2D或3D多種類型的地球物理數(shù)據(jù)。
[0020] 在一個實施方案中，將類別（或狀態(tài))變量引入反演中。這些類別變量可以具有地 質(zhì)意義，諸如煤巖類型或相如頁巖、砂、油砂。這些類別變量也可為純數(shù)據(jù)驅(qū)動簇，例如，通 過鉆孔數(shù)據(jù)的分類而獲得的簇。
[0021] 在一個實施方案中，2D或3D馬爾可夫隨機場可以用于描述狀態(tài)變量的空間依賴 性。據(jù)推測，巖石物理學(xué)模型為狀態(tài)依賴性概率分布，無論是通過鉆孔記錄的統(tǒng)計回歸還是 通過機械實驗分析。
[0022]層次貝葉斯模型可以用于集成地球物理數(shù)據(jù)的多個源?？梢怨烙嫿o定向量ch、 d2、···，dn，這些給定向量表示η個不同類型的地球物理數(shù)據(jù)，諸如地震振幅隨角度變化 (AVA)數(shù)據(jù)、受控源電磁(CSEM)數(shù)據(jù)等；2D或3D網(wǎng)格上的地球物理屬性向量 XG，諸如地震Ρ-波和S-波速度、密度、電阻率;等等。此外，還可以估計相同或不同網(wǎng)格上的儲層參數(shù)向量XR 諸如孔隙率、流體(即，水、油或氣體)飽和度。還可以估計與地球物理前向模型、測量誤差特 性、巖石物理學(xué)模型等相關(guān)的其它參數(shù)。
[0023] 分別表示與地球物理屬性狀相關(guān)的未知參數(shù)(例如，地震Ρ-波速度和地震S- 波速度、密度、電阻率等）和與儲層參數(shù)XR相關(guān)的未知參數(shù)(例如，孔隙率、流體飽和度等）。 這些未知參數(shù)不一定與網(wǎng)格有聯(lián)系。
[0024] 可以引入類別（或狀態(tài))變量，在該估計中，這些變量為隱藏狀態(tài)。例如，這些狀態(tài) 變量可以具有地質(zhì)意義，諸如煤巖類型變量和源自鉆孔記錄參數(shù)的簇的變量。為了簡化該 聯(lián)合反演，這些狀態(tài)變量可以用作輔助變量。這些狀態(tài)變量可以由向量L表示。
[0025] 可以在貝葉斯框架內(nèi)提供層次模型。該模型可以使用以下等式(1)來表示。
[0026] f(XG，XR，9G，0R，L|di，d2，· · ·，dn)〇cf(di，d2，· · ·，dn|xG，9c) Xf(xc|xR，9R，L) Xf(xR,0R|L)Xf(L)Xf(0G)Xf(0R) (1)
[0027] 等式（1)定義了全部未知參數(shù)的聯(lián)合后驗概率分布函數(shù)。將等式（1)中的項f(cU， d2, · · ·，dn|XG，0G)稱為地球物理數(shù)據(jù)的似然函數(shù)，該似然函數(shù)提供表示地球物理屬性向 量的未知參數(shù)xc諸如地震速度、密度、電阻率等）、表示使地球物理屬性xc與某些模型函數(shù)或 數(shù)值模擬有關(guān)的相關(guān)系數(shù)的和/或地球物理數(shù)據(jù)d^cb、· · ·，dn之間的聯(lián)系。可以理解， 該似然函數(shù)為取決于多個參數(shù)或變量的多參數(shù)或多變量函數(shù)。該似然函數(shù)表示未知系數(shù) 和未知參數(shù)xg的給定集合的數(shù)值模擬或函數(shù)(例如，回歸)配合地球物理數(shù)據(jù)di、d2、· · ·， dn的概率。例如，如果數(shù)值模擬或函數(shù)配合數(shù)據(jù)井，那么似然函數(shù)應(yīng)當提供相對非常大的 值。然而，似然函數(shù)fXd^cb，· · ·，dn|XC，0c)取決于其對應(yīng)測量誤差的特性。也就是說，除 此之外，在執(zhí)行模擬或回歸時，似然函數(shù)還取決于在確定參數(shù)時以及在選擇特定前向模 型時的誤差。例如，多元高斯分布通常用作測量數(shù)據(jù)的似然函數(shù)。然而，如果數(shù)據(jù)具有許多 異常值，那么相反可以選擇多元t分布，以更好地適應(yīng)該分布中的長尾。
[0028] 等式（1)中的項f (XG | XR，0R，L)表示狀態(tài)依賴性巖石物理模型，這些模型