CN101644781B - 一种利用纵横波波阻抗增量比识别天然气水合物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用纵横波波阻抗增量比识别天然气水合物的方法，包括以下的步骤：(1)利用地震数据反演地层的纵波波阻抗Z_P＝V_Pρ和横波波阻抗Z_S＝V_Sρ；(2)求出水饱和地层的纵波波阻抗Z_P0和横波波阻抗Z_S0；(3)求出纵波波阻抗增量ΔZ_P＝Z_P-Z_P0和横波波阻抗增量ΔZ_S＝Z_S-Z_S0；(4)求纵横波波阻抗增量比Ratio；(5)反演地层孔隙度；(6)根据孔隙度确定纵横波波阻抗增量比的阈值；(7)判断：纵横波波阻抗增量比Ratio大于阈值就表示地层含水合物；(8)画出纵横波波阻抗增量比大于阈值的增量比剖面。该剖面反映水合物在地下分布范围。采用本发明的方法提高了水合物识别结果的可信度，可以大幅度地提高水合物勘探精度，减少干井率。

Description

一种利用纵横波波阻抗增量比识别天然气水合物的方法

技术领域

本发明属于地质勘查领域，公开了一种利用纵横波波阻抗增量比识别天然气水合物的方法。

背景技术

天然气水合物是石油和煤的替代能源，备受各国政府和学术界重视，以及工业界的关注。天然气水合物主要赋存在深海海底下的地层中和永久冻土带以下。水合物是在低温和高压条件下，甲烷气与水发生化学反应生成的白色固态物质。水合物赋存在砂岩孔隙空间中。探测水合物的主要技术有：地震勘探技术、钻探技术、地球化学探测技术、海底摄像及取样技术。其中，地震勘探是探测水合物的最有效技术。目前，地震勘探技术主要是用以下三种方法探测水合物：

1、利用地震剖面上的BSR识别水合物：

BSR就是地震剖面上的强反射同相轴。作为水合物存在的标志BSR有如下特征：(1)、在地震剖面上近似平行于海底；(2)、与海底反射极性相反；(3)、其上是弱反射带；(4)、BSR之上呈高速特征；5、有时BSR切割正常反射同相轴。如果在地震剖面上发现具有上述特征的强反射同相轴，则推断其上含水合物。

该识别水合物方法的缺点是可信度低。BSR只是地震剖面上的强反射同相轴。众所周知，很多非水合物的其它因素也能产生强反射同相轴。而且，大量的钻探结果表明：BSR不是水合物存在的充分必要条件。即，地震剖面上存在BSR不一定有水合物。反之，地震剖面上没有BSR也可能存在水合物。在很多实际情况下，BSR特征不明显。因此，利用BSR识别水合物有时十分困难，且可信度很低。

2、利用地震属性识别水合物，其中包括AVO(振幅随炮检距变化)属性：

从地震数据中提取地震属性，如波阻抗、三瞬属性、道积分、截距、梯度、流体因子等属性。利用这些属性反映地震剖面上是否存在BSR。以此，推断是否存在水合物。

这种方法的本质还是利用BSR识别水合物。它与第一种方法有共同的缺点。另外，很多不同的地质因素会产生相同的地震属性，这进一步增加了水合物识别的不确定性。

3、利用纵横波速度识别水合物|：

理论和实验室研究都表明，地层含水合物其纵横波速度增大。基于这项研究结果，人们利用纵横波速度增大的特征识别水合物。也就是说，如果地层的纵横波速度比背景速度增大，则推断地层含水合物。

该方法的缺点是：很多非水合物因素也能引起地层的纵横波速度增大。如地层含蛋白石、黄铁矿等矿物，或地层的孔隙度降低其纵横波速度都增大。因此，利用纵横波速度增大的特征识别水合物也不是十分可信的方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种能够提高水合物识别可信度的利用纵横波波阻抗增量比识别天然气水合物的方法。

为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：一种利用纵横波波阻抗增量比识别天然气水合物的方法，包括以下的步骤：

(1)、利用地震数据反演地层(地层中可能含水合物也可能不含水合物)实际的纵波波阻抗Z_P＝V_Pρ和横波波阻抗Z_S＝V_Sρ；其中，V_P代表地层纵波速度，V_S代表地层横波速度，ρ代表地层的实际密度；

(2)、求出水饱和地层(不含水合物)的纵波波阻抗Z_P0＝V_P0ρ₀和横波波阻抗Z_S0＝V_S0ρ₀；其中，V_P0代表水饱和地层的纵波速度，V_S0代表水饱和地层的横波速度，ρ₀代表水饱和地层的密度；

(3)、求出纵波波阻抗增量ΔZ_P＝Z_P-Z_P0和横波波阻抗增量ΔZ_S＝Z_S-Z_S0；

(4)、求纵横波波阻抗增量比： $\mathrm{Ratio}=\frac{\mathrm{\Δ}{Z}_P}{\mathrm{\Δ}{Z}_S};$

(5)、反演地层孔隙度；

(6)、根据孔隙度确定纵横波波阻抗增量比的阈值；

(7)、判断：纵横波波阻抗增量比Ratio大于阈值就表示地层含水合物。

(8)、画出纵横波波阻抗增量比大于阈值的增量比剖面；该剖面反映水合物在地下分布范围。

本发明还提供一种利用纵横波速度增量比识别天然气水合物的方法，包括以下的步骤：

(1)、利用地震数据反演地层实际的纵波速度V_P和横波速度V_S；

(2)、求出水饱和地层的纵波速度V_P0和横波速度V_S0；

(3)、求出纵波速度增量ΔV_P＝V_P-V_P0和横波速度增量ΔV_S＝V_S-V_S0；

(4)、求纵横波速度增量比： $\mathrm{Ratio}=\frac{\mathrm{\Δ}{V}_P}{\mathrm{\Δ}{V}_S};$

(5)、反演地层孔隙度；

(6)、根据孔隙度确定纵横波速度增量比的阈值；

(7)、判断：纵横波速度增量比Ratio大于阈值就表示地层含水合物。

(8)、画出纵横波速度增量比大于阈值的增量比剖面；该剖面反映水合物在地下分布范围。

针对当前各种识别水合物方法可信度低的缺点，本发明提出了一种识别水合物的方法。该方法可区分水合物引起的地层高速特征和非水合物因素引起的地层高速特征。

本发明的有益效果是：本发明的方法用纵横波波阻抗增量比来识别天然气水合物，该方法可区分水合物和非水合物因素引起的高速特征，从而提高水合物识别结果的可信度。可以大幅度地提高天然气水合物勘探精度，减少干井率。特别是在BSR特征不明显的情况下，利用本发明的方法易于识别水合物。

1、海上钻井费用很高，提高水合物识别结果的可信度，能够减少干井率，节省钻探费用；

2、水合物赋存在海底以下较浅的地层中。通常深水油气钻探必然要穿过有可能含水合物的地层。如果地层含水合物，这就不可避免地破坏水合物稳定的温度和压力条件，导致水合物挥发，引起海底塌陷。进而导致钻井平台倾斜或倒塌。为了防范海上钻井工程事故的发生，钻探前需要进行水合物探测。提高水合物识别的可信度能够保证海上钻探工程的安全。

附图说明

图1是孔隙度和纵横波波阻抗增量比阈值关系曲线图；

图2是实施例1中纵波波阻抗随深度变化的曲线；

图3是实施例1中横波波阻抗随深度变化的曲线；

图4是实施例1中纵横波波阻抗增量比与深度的关系；

图5是实施例2中AVO反演得到的纵波波阻抗随深度变化的曲线；

图6是实施例2中AVO反演得到的横波波阻抗随深度变化的曲线；

图7是实施例2中纵横波波阻抗增量比与深度的关系；

图8是实施例3中纵波波阻抗剖面；

图9是实施例3中横波波波阻抗剖面；

图10是实施例3中纵横波波阻抗增量比剖面；

图11是孔隙度和纵横波速度增量比阈值关系曲线图；

图12是实施例4中纵横波速度随深度变化曲线；

图13是实施例4中纵横波速度增量比与深度的关系。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

实施例1

大洋钻探164航次在美国BlakeRedge钻井发现天然气水合物，例如995井。本例利用995井已知的纵、横波速度曲线和密度曲线，求纵横波波阻抗增量比，根据已知的孔隙度和附图给出的纵横波波阻抗增量比阈值关系曲线图，识别地层是否含水合物。求出含水合物地层的深度范围，并与钻探结果对比。

采用本发明的利用纵横波波阻抗增量比识别天然气水合物的方法，包括以下的步骤：

(1)、将实测的地层纵波速度和地层横波速度分别乘以地层的实际密度，得到纵波波阻抗Z_P曲线和横波波阻抗Z_S曲线。图2所示为纵波波阻抗随深度变化的曲线，深度从海底起算，单位是米；其中，曲线1代表水饱和地层的纵波波阻抗Zp₀随深度变化的曲线。图3所示为横波波阻抗随深度变化的曲线。深度单位是米，从海底起算。曲线2代表水饱和地层的横波波阻抗Zs₀随深度变化的曲线；

(2)、根据纵横波波阻抗低频变化趋势，估计水饱和地层的纵波波阻抗Z_P0随深度变化曲线1和横波波阻抗Z_S0随深度变化曲线2，如图2和图3所示；

(3)、按公式求出纵波波阻抗增量ΔZ_P＝Z_P-Z_P0和横波波阻抗增量ΔZ_S＝Z_S-Z_S0；

(4)、求纵横波波阻抗增量比： $\mathrm{Ratio}=\frac{\mathrm{\Δ}{Z}_P}{\mathrm{\Δ}{Z}_S};$

(5)、本例地层孔隙度是已知的(可以根据测井资料求得)，变化范围为50％——60％；

(6)、根据图1中孔隙度与阈值的关系曲线，取阈值为1.99；

(7)、判断：凡是纵横波波阻抗增量比大于1.99的，表示地层含水合物；否则地层不含水合物；

(8)、参见图4，横轴代表纵横波波阻抗增量比，纵轴代表从海底起算的深度。如果纵横波波阻抗增量比大于1.99，在对应深度上画出该点。如果增量比小于1.99则忽略该点。图4中点分布的范围即为含水合物的深度范围。中间两条粗实线之间的范围是钻探资料确定的含水合物深度范围。由图可见绝大多数点都落在中间两条粗实线之间。表明识别结果与钻探结果吻合很好。

本例钻探结果在先，水合物识别结果在后；利用本实施例的方法识别到水合物，与钻探结果一致。

实施例2

2007年我国在南海神狐海域首钻成功取到了水合物样品。钻探之前，利用地震数据和本发明的方法在钻探之前进行了水合物识别。识别结果是存在水合物，为井位确定提供了依据。后来的钻探结果证实了识别结果的正确性。本实施例给出识别过程。

利用纵横波波阻抗增量比识别天然气水合物的方法，包括以下的步骤：

(1)、由地震数据用AVO反演技术反演出地层实际的纵波波阻抗Z_P和横波波阻抗Z_S随深度变化曲线，分别如图5和图6所示，深度均用双程旅行时表示，单位是毫秒；

(2)、根据纵横波波阻抗随深度变化的低频趋势，求得水饱和地层的纵波波阻抗Z_P0随深度变化曲线3和横波波阻抗Z_S0随深度变化曲线4，如图5和图6所示；

(3)、按公式求出纵波波阻抗增量ΔZ_P＝Z_P-Z_P0和横波波阻抗增量ΔZ_S＝Z_S-Z_S0；

(4)、求纵横波波阻抗增量比： $\mathrm{Ratio}=\frac{\mathrm{\Δ}{Z}_P}{\mathrm{\Δ}{Z}_S};$

(5)、反演求得地层孔隙度约为42％；

(6)、根据图1的孔隙度与阈值的关系曲线，取阈值为1.97；

(7)、判断：纵横波波阻抗增量比大于1.97表示地层含水合物；

(8)、参见图7，横轴代表纵横波波阻抗增量比，纵轴代表从海底起算的深度。如果某深度的纵横波波阻抗增量比大于1.97，则在对应深度上画出该点。如果增量比小于1.97则忽略该点。图7中点分布的范围即为含水合物的深度范围。

先用本实施例的方法识别水合物，得出有水合物的结论。后经钻探证实识别结果正确。

实施例3

以上两例都只给出了钻井位置处的纵横波波阻抗增量比随深度变化曲线和水合物识别结果。我们也可以对地震剖面进行相同处理，得到水合物识别剖面，即纵横波波阻抗增量比剖面。本实施例给出了美国BlakeRedge水合物识别剖面，该剖面通过995井。

利用纵横波波阻抗增量比识别天然气水合物的方法，包括以下的步骤：

(1)、由地震数据用AVO反演技术反演出地层实际的纵波波阻抗Z_P剖面和横波波阻抗Z_S剖面，如图8和图9所示；

(2)、对剖面上的每一道，根据纵、横波波阻抗低频变化趋势，估计水饱和地层的纵波波阻抗Z_P0随深度变化曲线和横波波阻抗Z_S0随深度变化曲线；

(3)、按公式求出纵波波阻抗增量ΔZ_P＝Z_P-Z_P0和横波波阻抗增量ΔZ_S＝Z_S-Z_S0；

(4)、求纵横波波阻抗增量比： $\mathrm{Ratio}=\frac{\mathrm{\Δ}{Z}_P}{\mathrm{\Δ}{Z}_S};$

(5)、本例地层孔隙度是已知的(可以根据测井资料求得)，变化范围为50％——60％；

(6)、根据图1中孔隙度与阈值的关系曲线，取阈值为1.99；

(7)、判断：凡是纵横波波阻抗增量比大于1.99的，表示地层含水合物；否则地层不含水合物。

(8)、参见图10，按如下规则画出水合物识别剖面：如果纵横波波阻抗增量比大于1.99，用白色显示。如果增量比小于1.99则用黑色显示。图10即为水合物识别剖面，其中，白色区域即为含水合物分布范围。995井在CMP号为350处。识别结果与钻探结果吻合很好。

实施例4

大洋钻探164航次在美国BlakeRedge钻井发现天然气水合物，例如995井。本例利用995井已知的纵、横波速度曲线，求纵横波速度增量比，根据已知的孔隙度和附图给出的纵横波速度增量比阈值关系曲线图，识别地层是否含水合物。求出含水合物地层的深度范围，并与钻探结果对比。

利用纵横波速度增量比识别天然气水合物的方法，包括以下的步骤：

(1)、实测的纵波速度V_P和横波速度V_S曲线如图12所示；

(2)、根据纵横波速度低频变化趋势估计水饱和地层的纵波速度V_P0随深度变化曲线5和横波速度V_S0随深度变化曲线6，如图12所示；

(3)、按公式求出纵波速度增量ΔV_P＝V_P-V_P0和横波速度增量ΔV_S＝V_S-V_S0；

(4)、求纵横波速度增量比： $\mathrm{Ratio}=\frac{\mathrm{\Δ}{V}_P}{\mathrm{\Δ}{V}_S};$

(5)、本例地层孔隙度是已知的(可以根据测井资料求得)，变化范围为50％——60％；

(6)、根据图11中孔隙度与阈值的关系曲线，取阈值为1.73；

(7)、判断：凡是纵横波速度增量比大于1.73的，表示地层含水合物；否则地层不含水合物。

(8)、参见图13，横轴代表纵横波速度增量比，纵轴代表从海底起算的深度。如果纵横波波速度量比大于1.73，在对应深度上画出该点。如果增量比小于1.73则忽略该点。图13中点分布的范围即为含水合物的深度范围。中间两条线之间的范围是钻探资料确定的含水合物深度范围。由图可见绝大多数点都落在中间两条线之间。表明识别结果与钻探结果吻合很好。

本例钻探结果在先，利用本实施例的方法识别到水合物，与钻探结果一致。

本发明纵、横波波阻抗增量的定义：

1、纵波波阻抗增量：ΔZ_P＝Z_P-Z_P0。其中，Z_P＝V_Pρ，Z_P0＝V_P0ρ₀。

V_P：地层实际的纵波速度。如果由于某种地质因素(如孔隙空间中充填矿物或水合物)使得地层纵波速度增加，则V_P表现为高速特征。

V_P0：水饱和地层(假设孔隙空间完全充填水时地层)的纵波速度。即假设引起地层速度增加的因素不存在，且孔隙空间完全充填水时地层的纵波速度。

ρ：地层实际的密度。ρ₀：水饱和地层(假设孔隙空间完全充填水时地层)的密度。

2、横波波阻抗增量：ΔZ_S＝Z_S-Z_S0。其中，Z_S＝V_Sρ，Z_S0＝V_S0ρ₀；

V_S：地层实际的横波速度。如果由于某种地质因素(如孔隙空间中充填矿物或水合物)使得地层横波速度增加，则V_S表现为高速特征。

V_S0：水饱和地层(孔隙空间充填水时地层)的横波速度。即假设引起地层速度增加的因素不存在，且孔隙空间完全充填水时地层的横波速度。

3、纵横波波阻抗增量比： $\mathrm{Ratio}=\frac{\mathrm{\Δ}{Z}_P}{\mathrm{\Δ}{Z}_S}.$

本发明纵、横波速度增量的定义：

1、纵波速度增量：ΔV_P＝V_P-V_P0；

V_P：地层实际的纵波速度。如果由于某种地质因素(如孔隙空间中充填矿物或水合物)使得地层纵波速度增加，则V_P表现为高速特征。

V_P0：水饱和地层(孔隙空间充填水时地层)的纵波速度。即假设引起地层速度增加的因素不存在，且孔隙空间完全充填水时地层的纵波速度。

2、横波速度增量：ΔV_S＝V_S-V_S0；

V_S：地层实际的横波速度。如果由于某种地质因素(如孔隙空间中充填矿物或水合物)使得地层横波速度增加，则V_S表现为高速特征。

V_S0：水饱和地层(孔隙空间充填水时地层)的横波速度。即假设引起地层速度增加的因素不存在，且孔隙空间完全充填水时地层的横波速度。

3、纵横波速度增量比： $\mathrm{Ratio}=\frac{\mathrm{\Δ}{V}_P}{\mathrm{\Δ}{V}_S}.$

本发明利用纵横波波阻抗增量比或纵横波速度增量比识别水合物可以区分水合物因素和非水合物因素引起的纵横波速度的高速异常。从而排除非水合物因素引起的纵横波速度高速异常，提高水合物识别结果的可信度。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种利用纵横波波阻抗增量比识别天然气水合物的方法，其特征在于，包括以下的步骤：

(1)、利用地震数据反演地层实际的纵波波阻抗Z_P＝V_Pρ和横波波阻抗Z_S＝V_Sρ；其中，V_P代表地层纵波速度，V_S代表地层横波速度，ρ代表地层的实际密度；

(2)、求出水饱和地层的纵波波阻抗Z_P0＝V_P0ρ₀和横波波阻抗Z_S0＝V_S0ρ₀；其中，V_P0代表水饱和地层的纵波速度，V_S0代表水饱和地层的横波速度，ρ₀代表水饱和地层的密度；

(3)、求出纵波波阻抗增量ΔZ_P＝Z_P-Z_P0和横波波阻抗增量ΔZ_S＝Z_S-Z_S0；

(4)、求纵横波波阻抗增量比：

(5)、反演地层孔隙度；

(6)、根据孔隙度确定纵横波波阻抗增量比的阈值；

(7)、判断：纵横波波阻抗增量比Ratio大于阈值就表示地层含水合物；

(8)、画出纵横波波阻抗增量比大于阈值的增量比剖面；该剖面反映水合物在地下分布范围。

2.一种利用纵横波速度增量比识别天然气水合物的方法，其特征在于，包括以下的步骤：

(1)、利用地震数据反演地层实际的纵波速度V_P和横波速度V_S；

(2)、求出水饱和地层的纵波速度V_P0和横波速度V_S0；

(3)、求出纵波速度增量ΔV_P＝V_P-V_P0和横波速度增量ΔV_S＝V_S-V_S0；

(4)、求纵横波速度增量比：

(5)、反演地层孔隙度；

(6)、根据孔隙度确定纵横波速度增量比的阈值；

(7)、判断：纵横波速度增量比Ratio大于阈值就表示地层含水合物；

(8)、画出纵横波速度增量比大于阈值的增量比剖面；该剖面反映水合物在地下分布范围。

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