CN102478669A - 基于地震波速度、密度预测煤层物性参数的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于地震波速度、密度预测煤层物性参数的方法及装置，包括：根据反演方法获得煤层气储层的纵波速度；根据预先建立的纵波速度与横波速度之间的转换关系，获得横波速度；根据预先建立的纵波速度与煤层气储层岩石密度之间的转换关系，获得煤层气储层岩石密度；根据纵波速度、横波速度、密度以及预先建立的声波速度与煤层物性参数与之间的转换关系，获得包含煤系岩石动弹性力学参数在内的煤层物性参数；根据预先建立的煤系岩石动弹性力学参数与静弹性力学参数之间的转换关系，获得静弹性力学参数。该方法可为煤层气储层物性参数分析与评价、煤层气的定量预测及煤层气勘探井位设计等领域提供基本参数。

Description

基于地震波速度、密度预测煤层物性参数的方法及装置

技术领域

本发明涉及地震勘探中地震资料处理解释技术，具体地涉及一种基于地震波速度、密度预测煤层物性参数的方法及装置。

背景技术

长期以来，地震勘探主要通过研究地震波的运动学特点来推断地下的构造形态，从70年代开始，地震勘探数字化后能提供比以前更为先进的一整套方法技术，使得地震波动力学问题的理论研究和实际应用取得了较大进展，例如亮点技术、波动方程模拟、波动方程偏移和反演、地震地层学等就是具有代表性的几个方面。但是，如何应用地震波速度、密度等信息进行煤层气储层物性参数分析，目前受到普遍关注。目前测量岩石弹性参数的方法有两种：一是测量岩石在静荷载作用下纵横向应变，然后计算岩石的静弹性力学参数的静态法；二是测量岩石纵横波速度，根据弹性理论，计算岩石动弹性力学参数的动态法。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有的研究仅局限在应用声波速度测井资料预测岩石的动弹性模量和动泊松比，但如何应用地震波速度预测原位岩体物理力学参数(如动弹性模量、动泊松比、密度、抗压强度和抗拉强度等)这方面的研究涉及不多。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于地震波速度、密度预测煤层物性参数的方法及装置，为煤层气储层物性参数分析与评价、煤层气含量分析与评价、煤层气的定量预测及煤层气勘探井位设计等领域提供基本参数。

一方面，本发明实施例提供了一种基于地震波速度、密度预测煤层气储层物性参数的方法，所述方法包括：根据反演方法获得煤层气储层的纵波速度；根据预先建立的纵波速度与横波速度之间的转换关系，获得横波速度；根据预先建立的纵波速度与煤层气储层岩石密度之间的转换关系，获得煤层气储层岩石密度；根据所述纵波速度、所述横波速度、所述密度以及预先建立的声波速度与煤层物性参数与之间的转换关系，获得包含煤系岩石动弹性力学参数在内的煤层物性参数；根据预先建立的煤系岩石动弹性力学参数与静弹性力学参数之间的转换关系，获得静弹性力学参数。

另一方面，本发明实施例还提供了一种基于地震波速度、密度预测煤层气储层物性参数的装置，所述装置包括：纵波速度获取单元，用于根据反演方法获得煤层气储层的纵波速度；横波速度获取单元，用于根据预先建立的纵波速度与横波速度之间的转换关系，获得横波速度；密度获取单元，用于根据预先建立的纵波速度与煤层气储层岩石密度之间的转换关系，获得煤层气储层岩石密度；物理力学参数预测单元，包括动弹性力学参数获取单元和静弹性力学参数预测单元，其中，所述动弹性力学参数获取单元，用于根据所述纵波速度、所述横波速度、所述密度以及预先建立的声波速度与煤层物性参数与之间的转换关系，获得包含煤系岩石动弹性力学参数在内的煤层物性参数；所述静弹性力学参数预测单元，用于根据预先建立的煤系岩石动弹性力学参数与静弹性力学参数之间的转换关系，获得静弹性力学参数。

本发明实施例提供的上述技术方案，在对煤系岩石进行声波速度(VP，VS)测试，并建立煤系岩石力学参数与其声波速度之间的相关关系和模型研究的基础上，进一步开发应用地震波速度、密度等信息预测煤层气储层物性参数的关系，为煤层气储层物性参数分析与评价、煤层气含量分析与评价、煤层气的定量预测及煤层气勘探井位设计等领域提供基本参数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中基于地震波速度、密度预测煤层气储层物性参数的方法流程图；

图2为本发明实施例中煤系沉积岩石纵波速度和横波速度的关系示意图；

图3为本发明实施例中煤系沉积岩石纵波速度和密度之间的关系示意图；

图4为本发明实施例中煤层气储层岩石动弹性模量与纵波速之间的关系示意图；

图5为本发明实施例中煤层气储层岩石动弹性模量与横波速度之间的关系示意图；

图6为本发明实施例中煤层气储层岩石体积模量与纵波速度之间的关系示意图；

图7为本发明实施例中煤层气储层岩石体积模量与横波速度之间的关系示意图；

图8为本发明实施例中煤层气储层岩石动弹性模量与静弹性模量之间的关系示意图；

图9为本发明实施例中煤层气储层岩石动泊松比和静泊松比之间的关系示意图；

图10为本发明实施例中媒层气储层岩石抗压强度与纵波速度之间的关系示意图；

图11为本发明实施例中煤层气储层岩石抗压强度与横波速度之间的关系示意图；

图12为本发明实施例中煤层气储层岩石抗拉强度与纵波速度之间的关系示意图；

图13为本发明实施例中煤层气储层岩石抗拉强度与横波速度之间的关系示意图；

图14为本发明实施例淮南煤田潘东西四采区下部勘探试验区8煤层纵波速度等值线图；

图15为本发明实施例淮南煤田潘东西四采区下部勘探试验区8煤层横波速度等值线图；

图16为本发明实施例淮南煤田潘东西四采区下部勘探试验区8煤层密度等值线图；

图17为本发明实施例淮南煤田潘东西四采区下部勘探试验区8煤层动弹性模量等值线图；

图18为本发明实施例淮南煤田潘东西四采区下部勘探试验区8煤层动泊松比等值线图；

图19为本发明实施例淮南煤田潘东西四采区下部勘探试验区8煤层原位抗拉强度分布图；

图20为本发明实施例淮南煤田潘东西四采区下部勘探试验区8煤层原位抗压强度等值线图；

图21为本发明实施例中基于地震波速度、密度预测煤层气储层物性参数的装置功能框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中，地震波速度包括纵波速度和横波速度，煤层气储层物性参数包括煤系岩石动弹性力学参数、煤系岩石静弹性力学参数和吨煤含气量，煤系岩石动弹性力学参数包括：动弹性模量、体积模量、煤系岩石单轴抗压强度、煤系岩石单轴抗拉强度、动泊松比等。煤系岩石静弹性力学参数包括静泊松比、静弹性模量等。

本发明实施例通过实验室建立的目的层纵波速度、横波速度、密度之间的关系、动弹性力学参数和静弹性力学参数之间的关系、岩石力学特性和纵波速度及横波速度的关系，建立了煤层气储层物性参数与其声波速度之间的关系模型。在进行预测时，首先，结合地质和测井资料的综合分析，在实验室及测井成果约束下从地震反演数据体中提取地震波层速度、密度参数；然后，利用上述关系模型分析预测煤层气储层的物理力学参数，如密度、横波速度、动弹性参数、吨煤含气量等变化特征。从而本发明实施例可以为煤层气储层物性参数分析与评价、煤层含气量分析与评价、煤层气的定量预测及煤层气井位的设计等领域提供基本参数。

图1为本发明实施例的基于地震波速度、密度预测煤层气储层物性参数的方法的流程图。如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤100、根据反演方法获得煤层气储层的纵波速度。

其中，上述反演方法是指：把常规的界面型反射剖面转换成岩层型的测井剖面，将地震资料变成可与测井资料直接对比的形式的转换处理过程。

步骤102、根据预先建立的纵波速度与横波速度之间的转换关系，获得横波速度。

步骤104、根据预先建立的纵波速度与煤层气储层岩石密度之间的转换关系，获得煤层气储层岩石密度。

步骤106、根据所述纵波速度、所述横波速度、所述密度以及预先建立的声波速度与煤层物性参数与之间的转换关系，获得包含煤系岩石动弹性力学参数在内的煤层物性参数。

步骤108、根据预先建立的煤系岩石动弹性力学参数与静弹性力学参数之间的转换关系，获得静弹性力学参数。

图1所示方法在实验室及测井约束下采用反演方法获得煤层层速度、密度，并结合测井资料实现了对煤层原位密度、动弹性模量、动泊松比、抗压强度、抗拉强度等物理力学参数的预测。其中，层速度是指在均匀的地层中地震波传播的速度，它直接反映地层的岩性，能用来划分地层。

在执行图1所示方法之前还包括如下步骤：通过超声-时间动态测试和岩石力学试验建立如下转换关系：煤层气储层的纵波速度与横波速度之间的转换关系；纵波速度与煤层气储层岩石密度之间的转换关系；横波速度与煤层气储层岩石密度之间的转换关系；声波速度与煤层物性参数之间的转换关系；以及煤系岩石动弹性力学参数与静弹性力学参数之间的转换关系。其中，上述超声-时间动态测试方法是指：将纵波和横波发射器或转换器紧贴试验岩样，由发射器产生超声波，超声波穿过岩样后由接收器接收，并测量出超声波穿过岩样所用时间，用其岩样长度除以时间得到超声波通过岩样的弹性波速度。上述关系式揭示了煤系沉积岩石物理力学特性及其受控因素，为应用地震信息预测煤层气储层物性参数奠定了基础。

进一步地，图1所示方法还可以包括如下步骤：通过实验研究建立吨煤含气量和纵波速度、横波速度、泊松比、密度之间的关系。具体地，在实验过程中，发明人通过对例如18口勘探井的目标煤层进行了取样、实验测定确定了吨煤含气量和纵波速度、横波速度、泊松比及密度之间的关系式。后续将详细描述。

本发明实施例在实验室及测井成果约束下通过反演方法提取煤层层速度、密度信息，参与计算横波速度、密度、动弹性模量、泊松比、抗拉强度、抗压强度以及抗剪强度等煤层气储层物性参数。为煤层顶板稳定性分析和矿井突水灾害评价以及煤炭开采巷道、采场围岩支护设计等提供了重要依据。

以下对本发明实施例建立的各个转换关系式进行详细说明。

建立纵波速度与横波速度之间的转换关系：

本发明实施例中，采集了例如山西大宁勘探区153块样品，岩石类型主要包括砂岩、泥岩、石灰岩和煤，分析了例如153个样品实验数据，得到了目标区煤层气储层岩石物理模型目的层纵波和横波之间的关系。经统计分析表明，沉积岩石的横波速度V_s与纵波速度V_p之间呈现出线性相关性。图2为本发明实施例中煤系沉积岩石纵波速度V_p和横波速度V_s的关系示意图。图2反映出横波速度V_s大约为纵波速度V_p的五分之三，而且横波速度V_s随着纵波速度V_p的增加而增加，相应关系式较佳地为：

V_s＝0.5371V_p-34.349(R²＝0.9649)                式(1)

其中，R²是指相关系数，指衡量两个变量线性相关密切程度的量。

建立纵波速度和密度之间的转换关系：

由于煤层气储层岩石在成分、结构和构造以及成岩作用的不同，导致岩石密度的差异，不同密度的岩石具有不同的声波速度。图3为本发明实施例中煤系沉积岩石纵波速度和密度之间的关系示意图。实验结果统计表明，煤层气储层岩石密度ρ与其声波速度之间有密切关系，较佳地，它们之间的关系可表示如下：

ρ＝0.037V_p ^0.7803(R²＝0.7009)            式(2)

建立声波速度与煤层物性参数之间的转换关系：

在本发明实施例中，弹性参数包括：弹性模量、体积模量及泊松比等。根据弹性波传播理论，若岩石纵波速度、横波速度和岩石密度已知，则按式(3)和式(4)能计算出岩石的动弹性模量和动泊松比。

动弹性模量：

$E_d=\mathrm{k\ρ}{V}_s^2\frac{(3V_p^2-4V_s^2)}{(V_p^2-V_s^2)}$ 式(3)

动泊松比：

${\mathrm{\μ}}_d=\frac{(V_p^2-2V_s^2)}{2(V_p^2-V_s^2)}$ 式(4)

上述两式中：E_d表示动弹性模量(单位为GPa)；μ_d表示动泊松比；ρ表示岩石试样的密度(单位为g/cm³)；V_p表示纵波速度(单位为m/s)；V_s表示横波速度(单位为m/s)；k表示取决于单位的常数。

实验结果表明，煤层气储层岩石的动弹性模量E_d与岩石的纵波速度V_P、横波速度V_s具有很好的正相关关系，请参阅图4和图5，其中，图4为本发明实施例中煤层气储层岩石动弹性模量与纵波速速度之间的关系示意图；图5为本发明实施例中煤层气储层岩石动弹性模量与横波速度之间的关系示意图。

从图4可看出，煤层气储层岩石动弹性模量E_d与纵波速度V_P之间的关系式为：

E_d＝6*10^-08V_p ^2.4009(R²＝0.9699)                式(5)

从图5可看出，煤层气储层岩石动弹性模量E_d与横波速度V_s之间的关系式为：

E_d＝0.0348V_s-44.017(R²＝0.975)                式(6)

根据式(5)和式(6)可知，在计算动弹性模量E_d时，岩石的纵波速度V_P与横波速度V_s是互相关的；而根据式(4)可知，动泊松比与沉积岩石的纵波速度V_P或横波速度V_s之间不具有这种正相关关系。

图6为本发明实施例中煤层气储层岩石体积模量与纵波速度之间的关系示意图。如图4所示，体积模量K与纵波速度V_P之间满足下列关系式：

K＝0.0149V_p-33.99(R²＝0.9727)                式(7)

图7为本发明实施例中煤层气储层岩石体积模量与横波速度之间的关系示意图。如图7所示，较佳地，体积模量K与横波速度V_s之间满足下列关系式：

K＝0.0264V_s-29.998(R²＝0.915)                式(8)

图8为本发明实施例中煤层气储层岩石动弹性模量与静弹性模量之间的关系示意图。如图8所示，较佳地，动弹性模量与静弹性模量之间满足下列关系式：

y₁＝0.7632x₁+22.604(R＝0.87)                 式(9)

其中，y₁为动弹性模量，x₁为静弹性模量，R为相关系数。

图9为本发明实施例中煤层气储层岩石动泊松比和静泊松比之间的关系示意图。如图9所示，较佳地，动泊松比和静泊松比之间满足下列关系式：

y₂＝0.2899x₂+0.1366(R＝0.61)                 式(10)

其中，y₂为动泊松比，x₂为静泊松比，R为相关系数。

图10为本发明实施例中媒层岩石抗压强度与纵波速度之间的关系示意图；图11为本发明实施例中煤层气储层岩石抗压强度与横波速度之间的关系示意图；图12为本发明实施例中煤层气储层岩石抗拉强度与纵波速度之间的关系示意图；图13为本发明实施例中煤层气储层岩石抗拉强度与横波速度之间的关系示意图。

岩石的纵波速度V_p通常被用来作为评价岩体质量的指标，完整岩石试样的纵波速度V_p与其各种工程性质之间存在的关系是岩体质量评价的基础。在大多数情况下，岩体中存在各种不连续结构面，导致较低的纵波速度、横波速度和岩体质量。因此应用声波速度能很好的反映岩石物理力学特性。

由于沉积岩石本身的成分、结构和构造的影响，煤层气储层岩石密度与其声波速度之间存在一定变化范围，这反映出相同声波速度的岩石，其密度存在一定的差异。但是，如图2、图3所示，整体上从图中我们能够看出，煤系岩石的密度由泥岩到中砂岩、细砂岩逐渐增大，其中，砂岩包括细砂岩和中砂岩，且纵波速度和横波速度随着密度的增大而增大，整体表现为砂岩和石灰岩的密度相对较大，且纵波速度和横波速度也较高；而砂质泥岩和泥岩的密度相对较小，且纵波速度和横波速度也较低。

试验研究表明，煤系岩石单轴抗压强度和抗拉强度与其纵波或横波速度具有正相关性，随着纵波或横波速度的增加，煤系岩石的单轴抗压强度和抗拉强度也增大。

如图10-图13所示，回归分析结果表明，煤系岩石单轴抗压强度与其纵波或横波速度之间具有如下指数关系：

R_c＝ae^bV                        式(11)

式中：R_c为煤系岩石单轴抗压强度(MPa)；V为煤系岩石纵波或横波速度(m/s)；a和b为取决于煤系岩石纵波或横波速度的系数，该系数是通过试验数据回归分析得出来的。

回归分析结果表明，煤系岩石单轴抗拉强度与其纵波或横波速度之间具有如下线性相关关系：

R_t＝b+aV                        式(12)

式中：R_t为煤系岩石单轴抗拉强度(MPa)；V为煤系岩石纵波或横波速度(m/s)；a和b为取决于煤系岩石纵波或横波速度的参数。

建立抗剪强度与纵波速度之间的关系式：C＝7.6537e^0.0018Vp，

其中，C为抗剪强度，e＝2.71728，V_p为纵波速度。

建立煤层气储层吨煤含气量与声波速度及弹性参数之间的关系：

本发明实施例通过研究山西大宁勘探区18口井目的层的取样数据，研究了吨煤含气量V_gas和纵波速度V_p、横波速度V_s、泊松比μ_d、密度ρ之间的规律并确定了下列关系式：

V_gas＝-76.184*ρ+119.01            式(13)

V_gas＝-0.0228*V_p+70.521            式(14)

V_gas＝-0.0619*V_s+103.69            式(15)

V_gas＝-63.093*μ_d+29.648           式(16)

从式(13)可以看出，吨煤含气量随密度增大而减小。从式(14)可以看出，吨煤含气量随纵波速度增大而减小。从式(15)可以看出，吨煤含气量随横波速度增大而减小。从式(16)可以看出，吨煤含气量随泊松比增大而减小。

本发明实施例的有益效果在于：本发明实施例的方法在对煤系岩石进行声波速度、密度等参数测试的基础上，进行测井参数和煤层气储层的对应关系研究，在煤层气储层物性参数与其声波速度之间的相关关系和模型研究的基础上，提供了一种应用地震波速度、密度预测煤层气储层物性参数分析方法，可以为煤层气储层物性参数分析与评价、煤层含气量分析与评价、以及煤层气井位的设计等领域提供了重要参数。同时也为煤层顶板稳定性分析与评价和矿井地质灾害分析与评价以及煤炭开采巷道、采场围岩支护控制等领域提供了原位基本参数。

以下通过一个具体的例子来进一步详细说明本发明实施例的方法。在该例子中研究了淮南煤田潘东西四采区勘探试验区8煤层物性参数变化规律。

通过反演分析获得了淮南煤田潘东西四采区勘探试验区的8煤层及顶板的纵波层速度和密度参数，运用地震波速度的煤层气储层物理力学参数分析软件，计算出该区煤层物性参数包括动弹性模量、动泊松比、抗拉强度及抗压强度。请参阅图14-图20，其中，图14为本发明实施例中淮南煤田潘东西四采区下部勘探试验区8煤层纵波速度等值线图(图中单位：m/s)；图15为本发明实施例中淮南煤田潘东西四采区下部勘探试验区8煤层横波速度等值线图(图中单位：m/s)；图16为本发明实施例中淮南煤田潘东西四采区下部勘探试验区8煤层密度等值线图(图中单位：g/cm3)；图17为本发明实施例中淮南煤田潘东西四采区下部勘探试验区8煤层动弹性模量等值线图(图中单位：GPa)；图18为本发明实施例中淮南煤田潘东西四采区下部勘探试验区8煤层动泊松比等值线图；图19为本发明实施例中淮南煤田潘东西四采区下部勘探试验区8煤层原位抗拉强度分布图(图中单位：MPa)；图20为本发明实施例中淮南煤田潘东西四采区下部勘探试验区8煤层原位抗压强度等值线图(图中单位：MPa)。由图14至图20可以看出，该区煤层物性参数分布具有如下规律：

潘东8煤煤层物性参数总体变化较为平缓，呈现西低东高，南低北高的特点，研究8煤层物性参数具如下特征，请参阅表1，表1为本发明实施例中潘东8煤层物理力学参数统计表：

(1)8煤层纵、横波速度(V_p、V_s)分布规律

如表1所示，本区纵、横波速度(V_p、V_s)比较稳定，纵、横波速度最大值分别是：2686m/s、1352.915m/s；最小值分别是：1912m/s、950m/s；平均值分别是：2319.3m/s、1162.008m/s；结合参阅图14和图15，从北部(孔6-7-10)到南部(孔7-2)逐渐减小的趋势，局部地区中部略有起伏；北部是纵、横波速度高值分布区(在孔6-7-20附近)；西部与南部是低值区域；中部区波速略有增加，以孔7-8、7-18一线较为明显；整体上具有西低东高，南低北高的特点。

(2)8煤层密度分布规律

如表1所示，密度最小为1.378g/cm³，最大为1.462g/cm³，平均为1.424g/cm³；如图16所示，研究区内密度变化不大，整体上西低东高，南低北高的趋势，中部(孔7-8)区域呈现一高值区域，高值区变化较大；低值区位于西南部的孔503附近，低值区变化比较平缓。

(3)8煤层动弹性模量分布规律

如表1所示，动弹性模量最小为3.323GPa，最大为7.117GPa，平均为5.158GPa；如图17所示，研究区内动弹性模量变化不大，整体上西低东高，南低北高的趋势，中部(孔7-8)区域呈现一高值区域，高值区动弹性模量变化较大；低值区位于西南部的孔503附近，低值区动弹性模量变化比较平缓。

(4)8煤层动泊松比分布规律

如表1所示，动泊松比最小为0.330，最大为0.336，平均为0.332；如图18所示，研究区内动泊松比变化不大，整体上西低东高，南低北高的趋势，中部(孔7-8)区域呈现一高值区域，高值区动泊松比变化较大，应该是比较软的岩石；低值区位于西南部的孔503附近，低值区动泊松比变化比较平缓，应该是比较硬的岩石。

(5)8煤层抗拉强度分布规律

如表1所示，抗拉强度最小为2.568MPa，最大为4.348MPa，平均为3.504MPa；如图19所示，研究区内密度变化不大，整体上西低东高，南低北高的趋势，中部(孔7-8)区域呈现一高值区域，高值区内抗拉强度变化较大；低值区位于西南部的孔503附近，低值区内抗拉强度变化比较平缓。

(6)8煤层抗压强度分布规律

如表1所示，抗压强度最小为15.244MPa，最大为22.447MPa，平均为18.742MPa；如图20所示，研究区内抗压强度变化不大，整体上西低东高，南低北高的趋势，中部(孔7-8)区域呈现一高值区域，高值区内抗压强度变化较大；低值区位于西南部的孔503附近，低值区内抗压强度变化比较平缓。

表1

通过对山西大宁勘探区的18口井153个岩样的试验，获得了吨煤含气量和纵波速度、横波速度、泊松比、密度等物性参数之间的规律并确定了关系式。

通过对淮南煤田潘东西四采区下部勘探试验区8煤所获得地震反演数据体中提取地震波速度、密度参数，利用实验室研究模型计算出了纵波速度、横波速度、密度、动弹性模量、动泊松比、抗压强度、抗拉强度等物性参数的特征。结合地质和测井资料的综合分析，预测了研究区煤层气主力储层的物性参数特征。

另外，本发明实施例还提供了一种基于地震波速度、密度预测煤层气储层物性参数的装置，图21为本发明实施例的装置功能框图，如图21所示，该装置包括：

纵波速度获取单元210，用于根据反演方法获得煤层气储层的纵波速度；

横波速度获取单元220，用于根据预先建立的纵波速度与横波速度之间的转换关系，获得横波速度；

密度获取单元230，用于根据预先建立的纵波速度与煤层气储层岩石密度之间的转换关系，获得煤层气储层岩石密度；

物理力学参数预测单元240，包括动弹性力学参数预测单元242和静弹性力学参数预测单元244，其中，所述动弹性力学参数预测单元242，用于根据所述纵波速度、所述横波速度、所述密度以及预先建立的声波速度与煤层物性参数与之间的转换关系，获得包含煤系岩石动弹性力学参数在内的煤层物性参数；所述静弹性力学参数预测单元244，用于根据预先建立的煤系岩石动弹性力学参数与静弹性力学参数之间的转换关系，获得静弹性力学参数。

可选地，所述预先建立的纵波速度与横波速度之间的转换关系包括：V_s＝0.5371V_p-34.349(R²＝0.9649)，其中，V_s为横波速度，V_p为纵波速度，R²为相关系数；所述预先建立的纵波速度与煤层气储层岩石密度之间的转换关系包括：ρ＝0.037V_p ^0.7803(R²＝0.7009)，其中，ρ为煤层气储层岩石密度，V_p为纵波速度，R²为相关系数。

可选地，所述预先建立的声波速度与煤层物性参数与之间的转换关系包括如下中的至少一种：

纵波速度与动弹性模量之间的转换关系：E_d＝6*10^-08V_p ^2.4009(R²＝0.9699)，其中，E_d为动弹性模量，V_p为纵波速度，R²为相关系数；

横波速度与动弹性模量之间的转换关系：E_d＝0.0348V_s-44.017(R²＝0.975)，其中，E_d为动弹性模量，V_s为横波速度，R²为相关系数；

纵波速度与体积模量之间的转换关系：K＝0.0149V_p-33.99(R²＝0.9727)，其中，K为体积模量，V_P为纵波速度，R²为相关系数；

横波速度与体积模量之间的转换关系：K＝0.0264V_s-29.998(R²＝0.915)，其中，K为体积模量，V_s为横波速度，R²为相关系数；

煤系岩石单轴抗压强度与声波速度之间的转换关系：R_c＝ae^bV，其中，R_c为煤系岩石单轴抗压强度，V为煤系岩石纵波或横波速度，a和b为取决于煤系岩石纵波或横波速度的系数；

煤系岩石单轴抗拉强度与声波速度之间的转换关系：R_t＝b+aV，其中，R_t为煤系岩石单轴抗拉强度；V为煤系岩石纵波或横波速度，a和b为取决于煤系岩石纵波或横波速度的系数；

动泊松比与声波速度之间的转换关系：其中，μ_d为动泊松比，V_p为纵波速度，V_s为横波速度。

本发明实施例的装置的工作过程已在前面的方法实施例中详述，故在此不赘述。

本发明实施例的装置可为煤层气储层物性参数分析与评价、煤层气含量分析与评价、煤层气的定量预测及煤层气勘探井位设计等领域提供基本参数。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (19)

1.一种基于地震波速度、密度预测煤层物性参数的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据反演方法获得煤层气储层的纵波速度；

根据预先建立的纵波速度与横波速度之间的转换关系，获得横波速度；

根据预先建立的纵波速度与煤层气储层岩石密度之间的转换关系，获得煤层气储层岩石密度；

根据所述纵波速度、所述横波速度、所述密度以及预先建立的声波速度与煤层物性参数与之间的转换关系，获得包含煤系岩石动弹性力学参数在内的煤层物性参数；

根据预先建立的煤系岩石动弹性力学参数与静弹性力学参数之间的转换关系，获得静弹性力学参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过超声-时间动态测试和岩石力学试验建立如下转换关系：

纵波速度与横波速度之间的转换关系；

纵波速度与煤层气储层岩石密度之间的转换关系；

横波速度与煤层气储层岩石密度之间的转换关系；

声波速度与煤层物性参数之间的转换关系；以及

煤系岩石动弹性力学参数与静弹性力学参数之间的转换关系。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纵波速度与横波速度之间的转换关系包括：

V_s＝0.5371V_p-34.349(R²＝0.9649)，其中，V_s为横波速度，V_p为纵波速度，R²为相关系数。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纵波速度与煤层气储层岩石密度之间的转换关系包括：

ρ＝0.037V_p ^0.7803(R²＝0.7009)，其中，ρ为煤层气储层岩石密度，V_p为纵波速度，R²为相关系数。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述煤层物性参数包括动弹性模量，所述声波速度包括纵波速度，纵波速度与动弹性模量之间的转换关系包括：

E_d＝6*10^-08V_p ^2.4009(R²＝0.9699)，其中，E_d为动弹性模量，V_p为纵波速度，R²为相关系数。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述煤层物性参数包括动弹性模量，所述声波速度包括横波速度，横波速度与动弹性模量之间的转换关系包括：

E_d＝0.0348V_s-44.017(R²＝0.975)，其中，E_d为动弹性模量，V_s为横波速度，R²为相关系数。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述煤层物性参数包括体积模量，所述声波速度包括纵波速度，纵波速度与体积模量之间的转换关系包括：

K＝0.0149V_p-33.99(R²＝0.9727)，其中，K为体积模量，V_P为纵波速度，R²为相关系数。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述煤层物性参数包括体积模量，所述声波速度包括横波速度，横波速度与体积模量之间的转换关系包括：

K＝0.0264V_s-29.998(R²＝0.915)，其中，K为体积模量，V_s为横波速度，R²为相关系数。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述煤层物性参数包括煤系岩石单轴抗压强度，煤系岩石单轴抗压强度与声波速度之间的转换关系包括：

R_c＝ae^bV，其中，R_c为煤系岩石单轴抗压强度，V为煤系岩石纵波或横波速度，a和b为取决于煤系岩石纵波或横波速度的系数。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述煤层物性参数包括煤系岩石单轴抗拉强度，所述煤系岩石单轴抗拉强度与声波速度之间的转换关系包括：

R_t＝b+aV，其中，R_t为煤系岩石单轴抗拉强度；V为煤系岩石纵波或横波速度，a和b为取决于煤系岩石纵波或横波速度的系数。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述煤层物性参数包括动泊松比，动泊松比与声波速度之间的转换关系包括：

其中，μ_d为动泊松比，V_p为纵波速度，V_s为横波速度。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述煤系岩石动弹性力学参数包括动弹性模量，所述静弹性力学参数包括静弹性模量，动弹性模量与静弹性模量之间的转换关系包括：

y₁＝0.7632x₁+22.604(R＝0.87)，其中y₁为动弹性模量，x₁为静弹性模量，R为相关系数。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述煤系岩石动弹性力学参数包括动泊松比，所述煤系岩石静弹性力学参数包括静泊松，动泊松比和静泊松比之间的转换关系包括：

y₂＝0.2899x₂+0.1366(R＝0.61)，其中y₂为动泊松比，x₂为静泊松比，R为相关系数。

14.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述声波速度包括纵波速度，所述煤层物性参数包括吨煤含气量，所述吨煤含气量与纵波速度之间的转换关系包括：

v_gas＝-0.0228*V_p+70.521，其中，V_gas为吨煤含气量，V_p为纵波速度。

15.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述声波速度包括横波速度，所述煤层物性参数包括吨煤含气量，所述吨煤含气量与横波速度之间的转换关系包括：

V_gas＝-0.0619*V_s+103.69，其中，V_gas为吨煤含气量，V_s为横波速度。

16.根据权利要求1或2所述的方法，所述煤层物性参数包括吨煤含气量，所述方法还包括：

根据预先建立的密度与吨煤含气量之间的转换关系，获得吨煤含气量；所述密度与吨煤含气量之间的转换关系包括：V_gas＝-76.184*ρ+119.01，其中，V_gas为吨煤含气量，ρ为密度。

17.一种基于地震波速度、密度预测煤层物性参数的装置，其特征在于，所述装置包括：

纵波速度获取单元，用于根据反演方法获得煤层气储层的纵波速度；

横波速度获取单元，用于根据预先建立的纵波速度与横波速度之间的转换关系，获得横波速度；

密度获取单元，用于根据预先建立的纵波速度与煤层气储层岩石密度之间的转换关系，获得煤层气储层岩石密度；

物理力学参数预测单元，包括动弹性力学参数获取单元和静弹性力学参数预测单元，其中，所述动弹性力学参数获取单元，用于根据所述纵波速度、所述横波速度、所述密度以及预先建立的声波速度与煤层物性参数与之间的转换关系，获得包含煤系岩石动弹性力学参数在内的煤层物性参数；所述静弹性力学参数预测单元，用于根据预先建立的煤系岩石动弹性力学参数与静弹性力学参数之间的转换关系，获得静弹性力学参数。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述预先建立的纵波速度与横波速度之间的转换关系包括：

V_s＝0.5371V_p-34.349(R²＝0.9649)，其中，V_s为横波速度，V_p为纵波速度，R²为相关系数；

所述预先建立的纵波速度与煤层气储层岩石密度之间的转换关系包括：

ρ＝0.037V_p ^0.7803(R²＝0.7009)，其中，ρ为煤层气储层岩石密度，V_p为纵波速度，R²为相关系数。

19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述预先建立的声波速度与煤层物性参数与之间的转换关系包括如下中的至少一种：

纵波速度与动弹性模量之间的转换关系：E_d＝6*10^-08V_p ^2.4009(R²＝0.9699)，其中，E_d为动弹性模量，V_p为纵波速度，R²为相关系数；

横波速度与动弹性模量之间的转换关系：E_d＝0.0348V_s-44.017(R²＝0.975)，其中，E_d为动弹性模量，V_s为横波速度，R²为相关系数；

纵波速度与体积模量之间的转换关系：K＝0.0149V_p-33.99(R²＝0.9727)，其中，K为体积模量，V_P为纵波速度，R²为相关系数；

横波速度与体积模量之间的转换关系：K＝0.0264V_s-29.998(R²＝0.915)，其中，K为体积模量，V_s为横波速度，R²为相关系数；

煤系岩石单轴抗压强度与声波速度之间的转换关系：R_c＝ae^bV，其中，R_c为煤系岩石单轴抗压强度，V为煤系岩石纵波或横波速度，a和b为取决于煤系岩石纵波或横波速度的系数；

煤系岩石单轴抗拉强度与声波速度之间的转换关系：R_t＝b+aV，其中，R_t为煤系岩石单轴抗拉强度；V为煤系岩石纵波或横波速度，a和b为取决于煤系岩石纵波或横波速度的系数；

动泊松比与声波速度之间的转换关系：

其中，μ_d为动泊松比，V_p为纵波速度，V_s为横波速度。

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