CN101414013B - 一种利用地震资料确定地下流体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是利用地球物理勘探地震资料确定地下流体的方法，步骤包括：将地震数据转换成地下有效介质体积模量和密度数据；根据纵、横波测井数据得到工区井孔处有效介质的弹性模量；计算井孔处介质弹性模量和流体模量以及孔隙度测井和孔隙纵横比谱数据、骨架固体弹性模量的低频模型和干骨架的弹性模量数据体，从地震数据反演的有效介质体积模量中分离出井旁流体积模量，利用井孔和井旁道流体模量标定，用标定算子对其它非井旁道流体模量进行标定进行地下流体识别。本发明充分利用振幅、频率、相位信息，反演有效介质弹性模量，降低了多解性，突破了球形孔隙的限制和对实验室测量的要求，容易实现流体模量分离，流体识别直接、结果可靠，流体识别与钻井结果吻合达90％以上。

Description

一种利用地震资料确定地下流体的方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术，是一种利用地震资料确定地下流体的方法。

背景技术

根据地震资料进行地下流体识别与确定，除了常用属性分析和地震反演外，流体模量方法越来越受到重视。实践表明，天然气的体积模量一般在0.02～0.1GPa，石油的体积模量在1Gpa左右，水的体积模量大于2.25Gpa，因此，利用流体模量可以直接识别与确定孔隙流体的性质。

目前利用流体模量进行流体识别的方法有速度-模型法和随机反演法(Murphy，1993)，该方法针对砂岩地层，利用Biot-Gassmann方程从纵横波速度中提取流体模量，用于测井数据，效果比较好，但其最大困难是孔隙空间模量难以获取，限制了应用。White和Varela等提出了用概率方法并结合Gassmann方程从AVO反演获得的弹性波速度中提取最大似然流体模量，根据流体模量数据或最大似然函数分布进行流体识别和分布预测。这种方法需要先验概率分布函数，在数据量有限的情况下，可靠性低。只利用随偏移距变化的振幅信息进行振幅随偏移距变化(AVO)反演获得速度数据，因此有多解性和实现困难等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种可充分利用地震数据信息，方便提取流体模量，降低多解性，提高地震流体识别的精度的利用地震资料确定地下流体的方法。

本发明的具体步骤包括：

1)用常规方法采集、处理地震数据，获得工区炮集数据；

步骤1所述的常规处理方法包括对地震数据进行静校正、地表一致性振幅补偿和叠前去除噪音。

2)将地震数据转换成地下有效介质体积模量和密度数据；

步骤2所述的转换是对炮集数据进行叠前全波动方程反演。

3)用常规方法测井，根据纵、横波测井数据得到工区井孔处有效介质的弹性模量；

在没有横波测井时，步骤3所述的横波测井数据用已知的工区的纵速度与横波速度的经验关系或横波速度与伽玛值的经验关系计算得到横波测井数据。

步骤3所述的弹性模量是指体积模量和剪切模量。

4)根据饱和度测井，计算井孔处流体模量：

步骤4所述的井孔处流体模量，用下列公式计算：

$\frac{1}{K_f}=\frac{S_w}{K_w}+\frac{1-S_w}{K_{g\left(o\right)}}$

其中S_w水饱和度，K_w为地下水的体积模量，K_g(o)为气(或油)的体积模量，K_f为流体模量。

5)利用已知的Koster-Toksoz岩石物理模型，从步骤3和步骤4中介质弹性模量和流体模量以及孔隙度测井和孔隙纵横比谱数据，采用下列公式迭代反演骨架固体体积模量Ks和骨架固体剪切模量μ_s：

$K_s^{n+1}=\frac{a_2{\left({\mathrm{\μ}}_s^n\right)}^2+b_2{\mathrm{\μ}}_s^n}{c_2{\mathrm{\μ}}_s^n+d_2}$

${\mathrm{\μ}}_s^{n+1}=\frac{{\left(K_s^n\right)}^2+b_1{K}_s^n+d_1}{a_1{K}_s^n+c_1}$

其中，n为迭代次数，由Koster-Toksoz方程获得a_i，b_i，c_i，d_i(i＝1，2)为系数；

步骤5中系数具体获得过程是：将Koster-Toksoz第一个方程用一元二次方程表示，左端是不含骨架固体剪切模量的骨架固体体积模量的二次表达式，包含骨架固体剪切模量项在右端，左端项系数为b₁和d₁；右端项系数为a₁和c₁。

步骤5中系数具体获得过程是：将Koster-Toksoz的第二个方程用一元二次方程表示，左端是不含骨架固体体积模量的骨架固体剪切模量的二次表达式，包含骨架固体体积模量项在右端；左端项有两个系数，分别为a₂和b₂，右端项有两个系数，即c₂和d₂。

步骤5中孔隙度测井是用常规密度测井数据用下式计算获得：

其中ρ_f、ρ_s、ρ_SH分别为流体密度、骨架固体密度和泥岩密度，SH为泥质含量，

为孔隙度，ρ_e为密度测井。

步骤5中孔隙纵横比谱数据由以下方法获得，测量岩芯薄片照片上孔隙的长轴和短轴的长度，计算长、短轴的比得到孔隙纵横比；对多个岩芯薄片进行概率统计，得到同一纵横比的孔隙占总孔隙的比例；同样方法对其它纵横比的孔隙进行统计，得到不同纵横比孔隙占总孔隙的比例；不同孔隙纵横比和对应的比例值形成孔隙纵横比谱数据。

步骤5中迭代反演的初始值骨架固体弹性模量用测井数据计算的有效介质模量加上其0.5～1.5％的增量获得。

步骤5中当前后两次迭代计算的弹性模量差值小于10^-6时停止迭代，并把当前的模量值作为反演结果。

6)利用步骤5获得的井孔处骨架固体模量，得到骨架固体弹性模量的低频模型；

步骤6中骨架固体弹性模量的低频模型采用常规内插和外推方法计算。

7)利用地震反演获得的有效介质密度ρ_e，按下列公式计算孔隙度，得到孔隙度数据体：

其中，ρ_f、ρ_s、ρ_SH分别为流体密度、骨架固体密度和泥岩密度，SH为泥质含量，

为孔隙度；

8)步骤6和步骤7获得的数据，取流体模量等于0，用步骤5同样的方法得到干骨架的弹性模量数据体；

9)根据步骤6～8，按下式从地震数据反演的有效介质体积模量中分离出井旁流体积模量：

其中，K_d为干骨架模量，K_e为有效介质模量，K_s为骨架固体模量；

10)利用井孔处的流体模量和井旁道流体模量标定得到流体模量标定算子，用标定算子对其它非井旁道流体模量进行标定；

步骤10两井之间的标定算子由两井处的算子由常规线性内插获得。

11)根据提取的流体模量K_f，按下列方法进行地下流体识别：

干层：0≤K_f＜K_g(o)

气(油)层：K_g(K_o)≤K_f≤K_c

水层：K_c＜K_f≤K_w

其中K_g(o)为气或油的体积模量，K_f为流体模量，K_c为临界模量，用下式计算：

$\frac{1}{K_c}=\frac{S_{\mathrm{wc}}}{K_w}+\frac{1-S_{\mathrm{wc}}}{K_g}$

其中S_wc为油气藏的最高含水饱和度。

步骤11所述的S_wc油气藏的最高含水饱和度为50％～70％。

本发明能充分利用振幅、频率、相位等多种信息，从地震数据中反演有效介质弹性模量，降低了多解性；同时，本发明联合了Kuster-Toksoz岩石物理模型和Gassmann岩石物理模型，突破了球形孔隙的限制和对实验室测量的要求，更符合实际地层，且容易实现流体模量分离。流体识别直接、结果可靠，流体识别与钻井结果吻合达90％以上。

附图说明

图1是测井曲线及反演的骨架固体弹性模量曲线图；

图2是反演的有效介质密度剖面图；

图3是由有效密度计算的孔隙度剖面图；

图4是反演的有效介质体积模量剖面图；

图5是从有效体积模量中分离出来的流体模量剖面图。

具体实施方式

本发明联合Gassmann和Kuster-Toksoz岩石物理模型，突破球形孔隙形状的限制和对实验室干骨架测量的要求，从地震反演获得的有效介质弹性模量中分离出流体的弹性模量，再利用流体模量显著区别于固体介质模量以及油、气、水(尤其是气-油、气-水)模量的明显差异，进行流体识别，提高流体分布预测的准确度，为后续的有效储层预测、储量估计和剩余油分布预测提供直接、可靠的流体分布数据。

在陆相湖泊沉积地区，水下分流河道发育，为低孔、低渗气田。储层和围岩纵波速度和阻抗差异小，常规地震直接油气识别困难。在先已对区块进行勘探，得到波动方程叠前反演，获得了有效介质密度和体积模量数据，在此基础上按本发明的方法进行流体识别，具体实现步骤为：

1、采集地震数据，用常规方法对地震数据进行静校正、地表一致性振幅补偿和叠前去噪，形成炮集数据；

2、用常规波动方程反演方法对炮集数据进行反演，获得地层的有效体积模量和密度；

3、根据该区部分有横波测井的井的数据建立横波速度与自然伽玛值的经验关系式，用该经验公式计算其它没有横波测井的井的横波数据；

4、利用声波、横波、密度测井计算井孔处有效介质体积模量和剪切模量，并利用饱和度测井计算井孔处流体模量；

5、根据有效介质体积模量、孔隙度、饱和度测井及该区孔隙纵横比谱数据，反演井孔处骨架固体的体积模量和剪切模量，并通过内插、外推形成骨架固体体积和剪切模量的低频模型；

6、利用地震反演的密度计算孔隙度；

7、根据骨架固体弹性模量的低频模型和孔隙度计算干骨架的体积和剪切模量；

8、利用地震反演的有效介质体积模量以及骨架固体体积和剪切模量的低频模型、干骨架的体积和剪切模量、孔隙度，计算流体体积模量。

9、用井孔处的流体模量对井旁道流体模量进行标定，获得流体模量标定算子，对非井旁道流体模量进行标定。

10、该区气体体积模量为0.00015，水的体积模量为2.25，含水饱和度超过80％时定为水层，则临界流体模量为0.00075。按前述方法进行流体识别。

图1为某口井的测井曲线及利用它们获得的弹性模量测井曲线。图2～图5显示了其中某条测线的部分结果。图2为声波方程反演的密度剖面，密度分布成层状，在J1d上有一个明显的低密度层，X6～J1Z间密度普遍较低，X4～X5之间地层密度在W2井孔附近较低，但总的来说，整个剖面上密度分布比较均匀。图3为由密度计算的孔隙度剖面，与密度剖面相比，有三个明显的成层状高孔隙带，分别位于X6～J1Z之间的地层、X4～X5之间的地层和J1d上面的上覆层，除J1d上覆层外(没有孔隙度测井解释结果)，其它两个条带与测井结果基本一致。图4为声波方程反演的有效体积模量剖面，体积模量值也明显呈现相对比较低的三个条带，但细节不完全类似于孔隙度(图3)。有效体积模量与岩性、孔隙度和孔隙流体等因素都有关，是它们的一个综合反映。从有效体积模量剖面上可以得出油气的可能分布，但多解性比较强。图5显示了流体模量剖面，可以看出J1d上面的低密度、低有效体积模量、相对高孔带为水层；在井孔W2附近，J1Z以上的上覆层以及X4～X5之间的低密度、相对高孔和低有效体积模量带含水饱和度比较高，X6～J1Z之间的地层以及井W1附近的X4～X5之间的地层(浅灰色)为气体分布，两井之间的各地层也分布有气体。井孔处的气体分布预测结果基本与钻井吻合，为后续的有效储层预测提供了可靠的流体分布数据。

Claims (15)

1.一种利用地震资料确定地下流体的方法，其特征在于具体步骤包括：

1)用常规方法采集、处理地震数据，获得工区炮集数据；

2)将地震数据转换成地下有效介质体积模量和密度数据；

3)用常规方法测井，根据纵、横波测井数据得到工区井孔处有效介质的弹性模量；

4)根据饱和度测井，计算井孔处流体模量：

5)利用已知的Koster-Toksoz岩石物理模型，步骤3)和步骤4)中得到的有效介质弹性模量和流体模量，以及孔隙度测井和孔隙纵横比谱数据，采用下列公式迭代反演骨架固体体积模量Ks和骨架固体剪切模量μ_s：

$K_s^{n+1}=\frac{a_2{\left({\mathrm{\μ}}_s^n\right)}^2+b_2{\mathrm{\μ}}_s^n}{c_2{\mathrm{\μ}}_s^n+d_2}$

${\mathrm{\μ}}_s^{n+1}=\frac{{\left(K_s^n\right)}^2+b_1{K}_s^n+d_1}{a_1{K}_s^n+c_1}$

其中，n为迭代次数，由Koster-Toksoz方程获得系数a_i，b_i，c_i，d_i(i＝1，2)；

6)利用步骤5)获得的井孔处骨架固体模量，得到骨架固体弹性模量的低频模型；

7)利用地震反演获得的有效介质密度ρ_e，按下列公式计算孔隙度：

其中，ρ_f、ρ_s、ρ_SH分别为流体密度、骨架固体密度和泥岩密度，SH为泥质含量，

为孔隙度；

8)利用步骤6)获得的低频模型和步骤7)获得的孔隙度，取流体模量等于0，用步骤5)同样的方法得到干骨架的弹性模量数据体；

9)根据步骤6)～8)，按下式从地震数据反演的有效介质体积模量中分离出井旁流体模量：

其中，K_d为干骨架体积模量，K_e为有效介质体积模量，K_s为骨架固体体积模量；

10)利用井孔处的流体模量和井旁流体模量标定得到流体模量标定算子，用标定算子对其它非井旁流体模量进行标定；

11)根据提取的井旁流体模量K_f，按下列方法进行地下流体识别：

干层：    0≤K_f＜K_g(o)

气(油)层：K_g(o)≤K_f≤K_c

水层：    K_c＜K_f≤K_w

其中K_g(o)为气或油的体积模量，K_f为井旁流体模量，K_w为地下水的体积模量，K_c为临界模量，用下式计算：

$\frac{1}{K_c}=\frac{S_{\mathrm{wc}}}{K_w}+\frac{1-S_{\mathrm{wc}}}{K_g}$

其中S_wc为油气藏的最高含水饱和度。

2.根据权利要求1所述的利用地震资料确定地下流体的方法，其特征在于：步骤1)所述的常规方法包括对地震数据进行静校正、地表一致性振幅补偿和叠前去除噪音。

3.根据权利要求1所述的利用地震资料确定地下流体的方法，其特征在于：步骤2)所述的转换是对炮集数据进行叠前全波动方程反演。

4.根据权利要求1所述的利用地震资料确定地下流体的方法，其特征在于：在没有横波测井时，步骤3)所述的横波测井数据用已知的工区的纵速度与横波速度的经验关系或横波速度与伽玛值的经验关系计算得到。

5.根据权利要求1或4所述的利用地震资料确定地下流体的方法，其特征在于：步骤3)所述的弹性模量是指体积模量和剪切模量。

6.根据权利要求1所述的利用地震资料确定地下流体的方法，其特征在于：步骤4)所述的井孔处流体模量，用下列公式计算：

其中S_w为水饱和度，K_w为地下水的体积模量，K_g(o)为气或油的体积模量，K_f为井旁流体模量。

7.根据权利要求1所述的利用地震资料确定地下流体的方法，其特征在于：步骤5)中系数具体获得过程是：将Koster-Toksoz第一个方程用一元二次方程表示，左端是不含骨架固体剪切模量的骨架固体体积模量的二次表达式，包含骨架固体剪切模量项在右端，左端项系数为b₁和d₁；右端项系数为a₁和c₁。

8.根据权利要求1所述的利用地震资料确定地下流体的方法，其特征在于：步骤5)中系数具体获得过程是：将Koster-Toksoz的第二个方程用一元二次方程表示，左端是不含骨架固体体积模量的骨架固体剪切模量的二次表达式，包含骨架固体体积模量项在右端；左端项有两个系数，分别为a₂和b₂，右端项有两个系数，即c₂和d₂。

9.根据权利要求1或8所述的利用地震资料确定地下流体的方法，其特征在于：步骤5)中孔隙度测井是用常规密度测井数据按下式计算获得：

其中ρ_f、ρ_s、ρ_SH分别为流体密度、骨架固体密度和泥岩密度，SH为泥质含量，

为孔隙度，ρ_e为有效介质密度。

10.根据权利要求1或8所述的利用地震资料确定地下流体的方法，其特征在于：步骤5)中孔隙纵横比谱数据由以下方法获得，测量岩芯薄片照片上孔隙的长轴和短轴的长度，计算长、短轴的比得到孔隙纵横比；对多个岩芯薄片进行概率统计，得到同一纵横比的孔隙占总孔隙的比例；同样方法对其它纵横比的孔隙进行统计，得到不同纵横比孔隙占总孔隙的比例；不同孔隙纵横比和对应的比例值形成孔隙纵横比谱数据。

11.根据权利要求1或8所述的利用地震资料确定地下流体的方法，其特征在于：步骤5)中迭代反演的初始值骨架固体弹性模量是用测井数据计算的有效介质弹性模量加上其0.5～1.5％的增量获得。

12.根据权利要求1或8所述的利用地震资料确定地下流体的方法，其特征在于：步骤5)中当前后两次迭代计算的弹性模量差值小于10^-6时停止迭代，并把当前的模量值作为反演结果。

13.根据权利要求1所述的利用地震资料确定地下流体的方法，其特征在于：步骤6)中骨架固体弹性模量的低频模型采用常规内插和外推方法计算。

14.根据权利要求1所述的利用地震资料确定地下流体的方法，其特征在于：步骤10)两井之间的标定算子由两井处的算子由常规线性内插获得。

15.根据权利要求1所述的利用地震资料确定地下流体的方法，其特征在于：步骤11)所述的油气藏的最高含水饱和度S_wc为50％～70％。

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