基于橢球體雙重孔隙模型的巖石縱波速度預測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于橢球體雙重孔隙模型的巖石縱波速度預測方法，包括以下步驟：通過獲取測井數(shù)據(jù)，實驗觀測數(shù)據(jù)，得到巖石物理參數(shù)，并生成巖石的干骨架模型和孔隙流體模型；建立雙重孔隙介質(zhì)橢球斑塊飽和模型，并計算孔隙介質(zhì)的勢能/動能，以及內(nèi)嵌入體中流體的動能和耗散方程，推導出拉格朗日方程組，并求取縱橫波速度；根據(jù)平面波分析方法，得到波動方程的頻散關(guān)系，并得到縱波速度頻散和衰減計算公式。本發(fā)明提高了巖石縱波速度的預測準確性。
【專利說明】 基于橢球體雙重孔隙模型的巖石縱波速度預測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地震巖石物理領(lǐng)域的速度頻散和衰減的預測方法，特別涉及一種包含橢球形狀非均勻摻雜體/流體飽和區(qū)域的孔隙介質(zhì)的斑塊模型的縱波速度預測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來工業(yè)高速發(fā)展，油氣資源需求日益增長，尋找新的資源，勘探油區(qū)成為我們的首要目標。隨著油氣資源的大幅度開采，地下油呈現(xiàn)“整體高度分散，局部相對富集”的狀態(tài)，給開采帶來了很大的困難。這就對勘探技術(shù)提出了更高的要求，需要提高聲波勘探的分辨率，為最佳井位部署提供依據(jù)。利用聲波的方法來圈閉油氣藏和描述儲層特性，是目前我們廣泛使用的方法之一，其中縱橫波速度是我們的重點描述對象。
[0003]在石油勘探過程中，常常需要研究聲波在復雜地質(zhì)構(gòu)造中的傳播問題。巖石中孔隙流體的性質(zhì)發(fā)生變化時，會改變縱、橫波速度，地震波誘導的孔隙流體局部流動也會產(chǎn)生影響，并造成彈性波的速度頻散和衰減。彈性波穿過飽含流體的多孔介質(zhì)時，在孔隙流體中會誘發(fā)壓力梯度，導致孔隙流體流動，直到孔隙壓力平衡。同時孔隙流體的流動可能發(fā)生在不同的尺度下，因此利用巖石物理模型預測儲層縱、橫波速度，關(guān)鍵在于明確不同尺度下的流體速度場。大部分油氣儲層都可看為具有雙重孔隙特征的介質(zhì)。在水-油、水-氣、氣-油飽和模型中，都可以通過其彈性模量、粘性、密度等參數(shù)來計算動能，勢能和耗散函數(shù)，得到巖石縱、橫波速度。
[0004]然而，現(xiàn)有技術(shù)中巖石縱波速度的預測方法的所有模型都將孔隙介質(zhì)中的斑塊飽和單元體等同為一致的同心球體。但現(xiàn)實中的孔隙介質(zhì)飽和斑塊區(qū)域往往不會是理想球體，這導致我們建立的動能與耗散方程與實際的有所出入，不可避免地引起地震波速度預測誤差，造成預測的不準確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]綜上所述，確有必要提供一種能夠提高預測準確度的巖石縱波速度的預測方法。
[0006]一種基于橢球體雙重孔隙模型的巖石縱波速度預測方法，包括以下步驟:步驟S10，通過獲取測井數(shù)據(jù)，實驗觀測數(shù)據(jù)，得到巖石物理參數(shù)，并生成巖石的干骨架模型和孔隙流體模型；步驟S20，以巖石的干骨架模型和孔隙流體模型為基礎(chǔ)，建立雙重孔隙介質(zhì)橢球斑塊飽和模型，所述雙重孔隙介質(zhì)橢球斑塊飽和模型包括三層具有不同孔隙度和不同流體飽和的橢球殼區(qū)域模型，每層球殼代表具有不同孔隙特征和不同流體特征的區(qū)域，并計算孔隙介質(zhì)的勢能/動能，以及內(nèi)嵌入體中流體的動能和耗散方程，推導出拉格朗日方程組，并求取縱橫波速度；步驟S30，根據(jù)平面波分析方法，得到波動方程的頻散關(guān)系，并得到縱波速度頻散和衰減計算公式。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明通過引入橢球形斑塊飽和模型，并且包含了固體骨架和流體的空間非均勻性，因此其速度預測更具靈活性和貼近實際的特點，可以解決較為復雜的多流體、多孔隙類型巖石縱波預測問題。【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明第一實施例提供的橢球體斑塊飽和模型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2為橢球體三層斑塊孔隙度和流體分布示意圖；三層橢球殼具有不同的孔隙度Φ1； Φ2,小3和不同流體^2，&，不同區(qū)域之間交界面為S1, S20
[0010]圖3為橢球體流體飽和斑塊主軸半徑和角度示意圖。a, b, c為橢球的主半徑，θ,φ為橢球面上任意一點對應的空間角度爐e [0,πΙΘ& [0,2π]。
[0011]圖4為三層橢球體斑塊飽和模型的孔隙介質(zhì)縱波速度預測實施方式流程圖。
[0012]圖5為球體斑塊飽和模型與其他三種方法對Fort Union砂巖縱波速度預測結(jié)果對比?？v波頻率為5千赫茲,其中BR代表Biot-Rayleigh方法；Johnson代表Johnson2001年提出的方法，White代表修正后的Whtie方法；TLP代表球體斑塊飽和方法；Sw表示含水飽和度，Vp代表縱波速度，單位是米/秒(m/s)。
[0013]圖6為橢球形斑塊部分飽和模型與其他三種Fort Union砂巖5千赫茲縱波速度預測結(jié)果對比；其中BR代表Biot-Rayleigh方法；Johnson代表Johnson的方法,White代表修正后的Whtie方法；TLP & =0.005代表橢球體斑塊飽和方法，橢球主軸比例rba采用統(tǒng)一等效值0.005; TLp (5J代表橢球體斑塊飽和方法，橢球主軸比例rba隨含水飽和度
變化；Sw表示含水飽和度，Vp代表縱波速度，單位是米/秒(m/s)。
[0014]圖7為橢球部 分飽和模型與其他兩種縱波速度預測的北海砂巖波速對比(數(shù)據(jù)50赫茲，50千赫茲和500千赫茲)；其中，BGW和BGH代表低頻和高頻極限理論預測速度，Gassmann代表低頻縱波的Gassmann理論預測速度，White代表修正后的White方法，Johnson代表Johnson提出的方法；TLP代表橢球體斑塊飽和方法，橢球主軸比例rba采用統(tǒng)一等效值0.001 ；Vp代表縱波速度,單位是米/秒(m/S)。
【具體實施方式】
[0015]以下將結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明提供的巖石縱波速度的預測方法。
[0016]請參閱圖1，本發(fā)明提供的巖石縱波速度的預測方法包括如下步驟:
[0017]步驟S10，通過獲取測井數(shù)據(jù)，實驗觀測數(shù)據(jù)，得到包括流體飽和孔隙介質(zhì)的滲透率、孔隙度的巖石數(shù)據(jù)及孔隙中的流體數(shù)據(jù)，并生成巖石的干骨架模型和孔隙流體模型；
[0018]步驟S20，建立雙重孔隙介質(zhì)橢球形斑塊飽和模型，并獲取孔隙介質(zhì)的勢能/動能，以及內(nèi)嵌入體中流體的動能和耗散方程，推導出拉格朗日方程組，求取相應情況的巖石縱、橫波速度；
[0019]步驟S30，根據(jù)平面波分析方法，得到波動方程的頻散關(guān)系，并得到縱波速度頻散和衰減計算公式。
[0020]在步驟SlO中，首先，通過測井數(shù)據(jù)、實驗觀測數(shù)據(jù)獲得可靠的巖石物理參數(shù)，為測量雙重孔隙巖石中的縱、橫波速度提供參數(shù)。
[0021]具體的，根據(jù)目標區(qū)域的地質(zhì)報告、測井資料、巖芯切片等手段，得到礦物成分、礦物體積比率、滲透率、孔隙率、泥質(zhì)含量參數(shù)；根據(jù)目標區(qū)域地層的溫度、壓力、礦化度等信息，對流體特征分析，確定流體的密度、粘性、彈性模量等參數(shù)。[0022]所述巖石物理參數(shù)包括巖石的礦物成分、礦物體積比率、滲透率、孔隙率、泥質(zhì)含量，以及孔隙中的流體數(shù)據(jù)包括流體的密度、粘性、彈性模量。所述巖石物理參數(shù)可由目標區(qū)域的地質(zhì)報告、測井資料、巖芯切片、地層的溫度、壓力、礦化度等信息獲得。然后再采用Voigt-Reuss-Hill平均模型計算巖石本身的等效彈性模量:
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種基于橢球體雙重孔隙模型的巖石縱波速度預測方法，包括以下步驟:步驟S10，通過獲取測井數(shù)據(jù)和實驗觀測數(shù)據(jù)，得到巖石物理參數(shù)，并生成巖石的干骨架模型和孔隙流體模型； 步驟S20，以巖石的干骨架模型和孔隙流體模型為基礎(chǔ)，建立雙重孔隙介質(zhì)橢球斑塊飽和模型，所述雙重孔隙介質(zhì)橢球斑塊飽和模型包括三層具有不同孔隙度和不同流體飽和的橢球殼區(qū)域模型，每層球殼代表具有不同孔隙特征和不同流體特征的區(qū)域，并計算孔隙介質(zhì)的勢能/動能，以及內(nèi)嵌入體中流體的動能和耗散方程，推導出拉格朗日方程組，并求取縱橫波速度； 步驟S30，根據(jù)平面波分析方法，獲得波動方程的頻散關(guān)系，并得到縱波速度頻散和衰減計算公式。
2.如權(quán)利要求1所述的基于橢球體雙重孔隙模型的巖石縱波速度預測方法，其特征在于，所述巖石物理參數(shù)包括巖石的礦物成分、礦物體積比率、滲透率、孔隙率、泥質(zhì)含量，以及孔隙中的流體數(shù)據(jù)包括流體的密度、粘性、彈性模量。
3.如權(quán)利要求2所述的基于橢球體雙重孔隙模型的巖石縱波速度預測方法，其特征在于，巖石物理參數(shù)由目標區(qū)域的地質(zhì)報告、測井資料、巖芯切片、地層的溫度、壓力、礦化度 息獲得。
4.如權(quán)利要求3所述的基于橢球體雙重孔隙模型的巖石縱波速度預測方法，其特征在于，所述巖石本身的 等效彈性模量采用Voigt-Reuss-Hill平均模型計算:
5.如權(quán)利要求1所述的基于橢球體雙重孔隙模型的巖石縱波速度預測方法，其特征在于，所述橢球斑塊飽和模型包含雙重孔隙和雙重流體，以模擬固體骨架非均勻性和流體非均勻性同時存在的情況。
6.如權(quán)利要求5所述的基于橢球體雙重孔隙模型的巖石縱波速度預測方法，其特征在于，所述橢球體斑塊模型的波動方程建立包括以下步驟: 步驟S21，獲取橢球形嵌入體內(nèi)部的流體速度特征，對雙重孔隙介質(zhì)中流體動能函數(shù)、耗散函數(shù)進行求取。 步驟S22，通過哈密頓原理和拉格朗日方程，建立雙重孔隙介質(zhì)的波動方程。
7.如權(quán)利要求6所述的基于橢球體雙重孔隙模型的巖石縱波速度預測方法，其特征在于，所述橢球斑塊飽和系統(tǒng)為一三層橢球體斑塊飽和模型，其動能函數(shù)為:
8.如權(quán)利要求6所述的基于橢球體雙重孔隙模型的巖石縱波速度預測方法，其特征在于，所述雙重孔隙介質(zhì)的耗散函數(shù)為:
9.如權(quán)利要求8所述的基于橢球體雙重空隙模型的巖石縱波速度的預測方法，其特征在于，所述波動方程即Biot-Rayleigh方程組為:
10.如權(quán)利要求9所述的基于橢球體雙重孔隙模型的巖石縱波速度預測方法，其特征在于，通過將ei(ut-kx)代入波動方程獲得縱波速度頻散及縱波速度頻散和衰減，所述縱波速度頻散的預測公式為
【文檔編號】G01V1/50GK103984027SQ201410123957
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】孫衛(wèi)濤, 劉嘉瑋, 巴晶 申請人:清華大學, 中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院