CN102830423A - 储层流体检测方法和储层流体检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及储层流体检测方法和储层流体检测装置。一种储层流体检测方法包括：角道集获取步骤，对地震数据进行处理，从而提取角道集；参数获取步骤，根据所获得的角道集，获得纵波速度Vp、横波速度Vs和密度ρ；流体因子确定步骤，根据计算出的纵波速度Vp、横波速度Vs和密度ρ确定指数泊松比流体因子，所述指数泊松比流体因子是这样的流体因子，其对数是岩石或地层的泊松比的函数，以及油气层确定步骤，根据所述指数泊松比流体因子，确定是否存在油气层。

Description

储层流体检测方法和储层流体检测装置

技术领域

本发明涉及地球物理领域，更具体地，涉及储层流体检测方法和储层流体检测装置。 

背景技术

储层流体检测是指用地球物理方法判别地下储层的含油气性，是地球物理勘探的前沿领域。不同储层流体检测方法最终都可以归结为从地球物理资料中提取对储层流体敏感的参数，即流体检测因子。流体检测因子可以是地震属性，也可以是具有明确物理意义或岩石物理可解释性的弹性参数或弹性参数组合。 

Smith和Gidlow（1987）最早提出流体因子（fluid factor）概念，也有学者称为碳氢指示因子（hydrocarbon indicator）,国内常称为流体检测因子，不同叫法的内涵是一致的。 

目前已公布的流体检测因子主要有两类。 

第一类是基于地震属性分析的流体检测因子，如AVO属性中的截距（P）与梯度（G）及其组合（乘积、加权数学运算等）（Ostrander,1984;Foster等,1993；Castagna等,1998）、加权叠加得到的纵横波反射系数组合（Smith和Gidlow，1987;Smith和Sutherland,1996）。该类方法的优点是直接对地震道运算，计算快捷。不足是多解性比较强，运算结果的岩石物理意义不够清晰，解释难度较大，主要用于定性分析。目前已较少使用。 

第二类是弹性参数组合法，如拉梅常数-密度（λ-μ-ρ）组合（Goodway等，1997；Fatti等,1994）、纵横波阻抗组合（Hilterman,2001）、孔隙空间模量（ρf)（Hedlin,2000）、泊松阻抗（PI）（Quakenbush等，2006）。基于弹性参数提出的流体检测因子其物理意义更加明确，可解释性强，并且也可以开展定量化研究，为进一步评价储层的含气性差异提供了可能，是目前使用的主流方法。尽管如此，不同方法识别储层流体的能力也有很大差异。对Hilterman(2001)公布的3类含气砂岩数据计算表明，气层识别效果最好的是孔隙空间模量（ρf)，气层与水饱和砂岩的相对差异达到85%以上；其次 是λρ、PI，这两种流体因子对III类含气砂岩识别效果较好，气层与水饱和砂岩的相对差异接近80%，II类含气砂岩约50%，I类含气砂岩约30%。现有的弹性参数组合流体因子除孔隙空间模量外，多数对高阻抗的I类含气砂岩和气层与围岩阻抗接近的II类含气砂岩敏感性不够；并且由于需要开展叠前反演以获得弹性参数，对大数据量处理运算成本较高。在实际工业应用中面临的一个重要问题是，上述方法通常需要借助多参数交汇来提高对目标层的识别能力，含气层经常与泥岩不易区分，存在明显的多解性。 

发明内容

本发明的目的是提供一种储层流体检测方法和储层流体检测装置，用以克服现有技术中存在的一种或更多种缺点，至少提供一种有益的选择。 

根据本发明的实施方式的一个方面，提供了一种储层流体检测方法，所述储层流体检测方法包括以下步骤：角道集获取步骤，对地震数据进行处理，从而提取角道集；参数获取步骤，根据所获得的角道集，获得纵波速度Vp、横波速度Vs和密度ρ；流体因子确定步骤，根据计算出的纵波速度Vp、横波速度Vs和密度ρ确定指数泊松比流体因子，所述指数泊松比流体因子是这样的流体因子，其对数是岩石或地层的泊松比的函数，以及油气层确定步骤，根据所述指数泊松比流体因子，确定是否存在油气层。 

在一种实施方式中，通过以下公式确定所述指数泊松比流体因子： 

$F_{\mathrm{EPR}}={\mathrm{\μ}}^{4{\left(\frac{V_s}{V_p}\right)}^2}{V}_p^{-{\cos }^{-2}}\mathrm{\θ}$

式中Vs是横波速度、Vp是横波速度、μ是剪切模量、θ是入射角。 

在一种实施方式中，通过叠前反演的方法，结合测井数据，根据所获得的角道集，获得纵波速度Vp、横波速度Vs和密度ρ。 

在一种实施方式中，所述方法还包括放大步骤，所述放大步骤对流体因子进行放大。 

在一种实施方式中，Vs和Vp的速度单位选取为“米/秒”或“千米/秒”。 

在一种实施方式中，通过根据所述流体因子确定并显示地震剖面图，来确定是否存在油气层。 

根据本发明的另一方面，提供了一种储层流体检测方法，包括以下步骤：确定岩石或地层的泊松比；通过以下公式确定流体因子： 

其中f(σ)≈aσ²+bσ+c（a<0;b<0;c>0） 

式中σ是岩石的泊松比，a、b、c是系数；以及 

根据所述流体因子，确定是否存在油气层。 

根据本发明的另一方面，提供了一种储层流体检测装置，所述储层流体检测装置包括：角道集获取单元，对地震数据进行处理，从而提取角道集；参数获取单元，根据所获得的角道集，获得纵波速度Vp、横波速度Vs和密度ρ；流体因子确定单元，根据计算出的纵波速度Vp、横波速度Vs和密度ρ确定指数泊松比流体因子，所述指数泊松比流体因子是这样的流体因子，其对数是岩石或地层的泊松比的函数，以及油气层确定单元，根据所述指数泊松比流体因子，确定是否存在油气层。 

在一种实施方式中，通过以下公式确定所述指数泊松比流体因子： 

$F_{\mathrm{EPR}}={\mathrm{\&mu;}}^{4{\left(\frac{V_s}{V_p}\right)}^2}{V}_p^{-{\cos }^2}\mathrm{\&theta;}$

式中Vs是横波速度、Vp是横波速度、μ是剪切模量、θ是入射角。 

根据本发明的另一方面，提供了一种储层流体检测装置，包括：泊松比确定单元，用于确定岩石或地层的泊松比；流体因子确定单元，通过以下公式确定流体因子： 

其中f(σ)≈aσ²+bσ+c（a<0;b<0;c>0） 

式中σ是岩石的泊松比，a、b、c是系数；以及油气层确定单元，根据所述流体因子，确定是否存在油气层。 

根据本发明的实施方式，可以快速、高效判别地下储层的含油气性，并显著降低流体识别的多解性。 

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施方式，用于与说明书的文字描述一起来说明本发明。在附图中，相同的标号表示相同或类似的步骤或部件。 

图1示出了依据本发明一种实施方式的储层流体检测方法的流程图。 

图2示出了由地震数据处理后抽取的角道集。 

图3示出了依据本发明另一种实施方式的储层流体检测方法。 

图4储层岩石的泊松比与ln(FEPP)交汇图。 

图5是示出了不同流体因子测井资料气层解释效果对比图。 

图6通过叠前反演方法获得的纵波速度Vp、横波速度Vs、和密度ρ。 

图7根据指数泊松比流体因子公式计算得到的气层地震检测剖面。 

图8示出了依据本发明一种实施方式的储层流体检测装置的示意性方框图。 

图9示出了依据本发明另一种实施方式的储层流体检测装置的示意性方框图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，对实施方式的说明都是示例性的，不是对本发明的保护范围的限制。 

本发明所使用的表达“包含”、“包括”、“具有”等表示其后的一个或更多个步骤、部件的存在，但并不排除其它步骤、部件的存在。 

图1示出了依据本发明一种实施方式的储层流体检测方法的流程图。如图1所示，首先在步骤S101对地震数据（这里所谓之地震数据，是指通过人工震源在地表发射声波信号，并随时间变化获取地下不同深度地层反射信号的数字或波形记录。地下储层由于岩性、孔隙度或孔隙流体不同会导致地层界面反射强度、波传播速度、相位等变化，这些信息反过来可用于识别储层或储层流体）进行处理（如去噪、能量补偿、速度分析、静校正、动校正等），并提取角道集（角道集指反射点或中心点相同，按入射角变化排列的一系列地震道）。 

然后在步骤S102，根据步骤S101所获得的角道集，获得纵波速度Vp、横波速度Vs和岩石或地层的密度ρ（也称岩石密度或地层密度）。在优选的方法中，可以根据AVO（Amplitude Versus Offset的缩写，意为振幅随偏移距变化）理论，通过叠前反演方法（叠前反演是指利用炮集或共反射点道集数据获取地层弹性参数的方法），结合测井数据（测井数据是指通过电缆连接的测井仪器下入井内，沿着井筒连续记录的随深度变化的各种地层参数，如声学、电学、放射性及图像等数据），来根据所获得的角道集，获得纵波速度Vp，横波速度Vs和密度ρ。 

图2示出了依据本发明的一种实施方式由地震数据处理后抽取的角道集。图中横坐标表示不同的入射角，纵坐标是旅行时，单位毫秒。 

接着，在步骤S103，根据步骤S102计算出的纵波速度Vp、横波速度Vs和岩石或地层密度ρ确定指数泊松比流体因子。指数泊松比流体因子是指该流体因子的对数是岩石或地层的泊松比的函数，例如二阶函数。在本发明的一种实施方式中，根据以下公式计算指数泊松比流体因子： 

$F_{\mathrm{EPR}}={\mathrm{\&mu;}}^{4{\left(\frac{V_s}{V_p}\right)}^2}{V}_p^{-{\cos }^{-2}}\mathrm{\&theta;}$

式中Vs是横波速度、Vp是纵波速度、μ是岩石的剪切模量（μ=ρVs²）、θ是来自人工震源的用于获得地震数据的声波信号或其它信号等相对岩石或地层的入射角。以上的公式只是示例性的，本领域的技术人员可以对以上的公式进行变换等而获得新的公式来计算指数泊松比流体因子。 

最后，在步骤S104，根据所述指数泊松比流体因子，确定是否存在油气层。 

在一种实施方式中，当指数泊松比流体因子高于预定阈值时，确定存在油气层。该预定阈值可以与入射角、油藏地质条件等相关联，并可以表的形式存储在存储单元中。 

图3示出了依据本发明另一种实施方式的储层流体检测方法。图3所示的实施方式与图1所示的实施方式基本相同，只是在确定是否存在油气层的步骤S104之前增加了一个缩放步骤S301，该缩放步骤通过选择合适的比例因子k，将指数泊松比流体因子进行线性缩放，以方便数据显示和解释。k可为1，或选0.001或更小。比例因子k的选择对油气层的敏感性分析没有影响。 

实际上，这相当于将以上的公式变成以下公式： 

$F_{\mathrm{EPR}}=k\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}^{4{\left(\frac{V_s}{V_p}\right)}^2}{V}_p^{-{\cos }^2}\mathrm{\&theta;}$

在这种情况下，步骤S104中的预定阈值也要相应改变。 

根据本发明实施方式所得的F_EPR的自然对数是泊松比的函数，即： 

其中f(σ)≈aσ²+bσ+c（a<0;b<0;c>0） 

式中σ是岩石的泊松比。故本发明实施方式所得的F_EPR也可称为指数泊松比流体因子，其与σ呈指数非线性负相关关系。由此，也给出了本发明的另一种可选择的实施方式，当获得地层的泊松比后，可以计算得到指数泊松比流体因子。 

图4示意性示出了这种关系。如图4所示，通过测井数据计算得到的ln(F_EPR)与σ交汇图，二者之间存在非常好的二阶负相关性，相关系数达到0.999。当储层中含油气时泊松比下降，即使轻微的泊松比变化也会通过F_EPR指数放大，因而对流体非常敏感。 

图5是示出了不同流体因子测井资料气层解释效果对比图。图5示出了根据测井方法得到的纵、横波速度和密度，使用不同的流体因子对测井资料进行含气层解释结 果。 

如图5所示，根据测井测量得到的纵横波速度及密度数据，利用本发明提供的指数泊松比流体因子计算公式，计算得到20度入射角时的指数泊松比流体因子（k＝1）。根据图4，根据本发明的指数泊松比流体因子清楚地示出了井深2245米至2251米是测试的主力高产气层，在指数泊松比流体因子曲线上表现为极高值。气层因与围岩存在数倍的显著差异而很容易识别。 

而同样如图5所示，使用其他方法计算的流体因子，如孔隙空间模量ρf、λρ、泊松比σ等计算的流体指示曲线，尽管气层具有最低的流体因子参数值，但气层与围岩的差异尚不够明显。 

图6通过叠前反演方法获得的纵波速度Vp、横波速度Vs、和密度ρ。 

利用测井数据提供的初始模型，通过AVO理论，在角道集上反演基础岩石物理参数—纵、横波速度和密度。叠前弹性参数反演技术目前相对比较成熟。 

图中纵坐标是旅行时，单位毫秒；横坐标是地震道编号。 

图7根据本发明的实施方式通过指数泊松比流体因子公式计算得到的气层地震检测剖面而确定油气层的实施方式。 

根据反演得到的纵、横波速度和密度，使用本发明所提供的指数泊松比流体因子公式，选择30度入射角，计算指数泊松比流体因子值。本实例中k取值0.000001，计算结果压缩至0~150范围内，便于地震剖面显示（显示地震剖面的目的是为了让研究人员或油藏工程师更直观地观察发现可能的油气层），在本发明的一种实施方式中，判断是否存在油气层的步骤可以是显示地震剖面的步骤，或包含显示地震剖面的步骤。比例因子k的取值没有强制性，只要满足地震数据和机器的显示精度要求即可。在32位和64位计算机中指数泊松比流体因子不会出现溢出现象。通过比例因子k调节指数泊松比流体因子的相对大小仅仅是为了显示方便。 

图中地震道2690至2920，时间1030至1070ms范围内检测到显著的含气异常，CDP编号2800处钻探一口气井，获得高产，证实指数泊松比流体因子进行油气检测结果的正确性。 

在CDP编号2559处钻探一口井，没有天然气产出。图5中指数泊松比流体因子预测该位置没有气层，钻探结果与预测结果一致。 

图8示出了依据本发明一种实施方式的储层流体检测装置的示意性方框图。如图8所示，根据本发明一种实施方式的储层流体检测装置包括角道集获取单元801、参 数获取单元802、流体因子确定单元803和油气层确定单元804。 

角道集获取单元801用于通过对地震数据进行处理（如去噪、能量补偿、速度分析、静校正、动校正等）来提取角道集。 

参数获取单元802根据角道集获取单元801所获得的角道集，获得纵波速度Vp、横波速度Vs和岩石或地层密度ρ。在优选的方法中，可以根据AVO理论，通过叠前反演方法，结合测井数据，来根据所获得的角道集，获得纵波速度Vp，横波速度Vs和密度ρ。 

流体因子确定单元803根据纵波速度Vp、横波速度Vs和岩石或地层密度ρ确定指数泊松比流体因子。指数泊松比流体因子是指该流体因子的对数是岩石或地层的泊松比的函数，例如二阶负相关函数。在本发明的一种实施方式中，根据以下公式计算指数泊松比流体因子： 

$F_{\mathrm{EPR}}={\mathrm{\&mu;}}^{4{\left(\frac{V_s}{V_p}\right)}^2}{V}_p^{-{\cos }^{-2}}\mathrm{\&theta;}$

式中Vs是横波速度、Vp是纵波速度、μ是岩石的剪切模量（μ=ρVs²）、θ是来自人工震源的用于获得地震数据的声波信号或其它信号等相对岩石或地层的入射角。 

油气层确定单元804根据所述指数泊松比流体因子，确定是否存在油气层。在一种实施方式中，当指数泊松比流体因子高于预定阈值时，确定存在油气层。该预定阈值可以与入射角、油藏地质条件等相关联，并可以表的形式存储在存储单元中。在另一种实施方式中，该油气层确定单元804是地震剖面显示单元，其根据所述指数泊松比流体因子获得并显示地震剖面。 

图9示出了依据本发明另一种实施方式的储层流体检测装置的示意性方框图。如图9所示，根据本发明一种实施方式的储层流体检测装置包括泊松比获取单元901、流体因子计算单元902和油气层确定单元903。 

泊松比获取单元901用于获取岩石或地层的泊松比。流体因子计算单元902用于根据泊松比获取单元901所获取的岩石或地层的泊松比获取确定指数泊松比流体因子。指数泊松比流体因子是指该流体因子的对数是岩石或地层的泊松比的函数，例如二阶函数（例如负相关二阶函数）。 

例如，在一种实施方式中，利用以下公式获得指数泊松比流体因子F_EPR，即： 

其中f(σ)≈aσ²+bσ+c（a<0;b<0;c>0） 

式中σ是岩石或地层的泊松比。 

油气层确定单元903根据所述指数泊松比流体因子，确定是否存在油气层。在一种实施方式中，当指数泊松比流体因子高于预定阈值时，确定存在油气层。该预定阈值可以与入射角、油藏地质条件等相关联，并可以表的形式存储在存储单元中。在另一种实施方式中，该油气层确定单元903是地震剖面显示单元，其根据所述指数泊松比流体因子获得并显示地震剖面。 

显然，图8和图9所示的装置只是示例性的，可以增加放大单元对指数泊松比流体因子进行放大。 

技术优点 

根据本发明的指数泊松比流体因子参数用于检测油气时具有以下优点： 

（1）当速度单位选择“米/秒”时，根据Hilterman（2001）公布的3种含气砂岩数据计算对比，气层的指数泊松比流体因子是水层的数十倍或更高，其流体敏感性远远胜过现有的流体因子。即使当速度单位选择“千米/秒”时，气层的指数泊松比流体因子与水层的相对差异也超过100%，明显高于现有的流体因子。 

（2）由于油气层的指数泊松比流体因子显著高于水层和围岩，因此用指数泊松比流体因子识别流体具有很低的多解性。 

（3）仅使用指数泊松比流体因子一个参数就可以直接判别储层是否含油气，使用起来简单、便捷，结果定量化，可解释性强，可有效降低解释成本。已有的大多数流体检测因子通常需要多种参数交汇的办法联合解释，结果难以定量化，多解性强。 

（4）指数泊松比流体因子遵循AVO理论，是泊松比的指数函数，而非简单的物理参数组合，因此物理意义很明确。 

（5）该参数不仅可用于地震油气检测，同样也适用于测井数据油气层解释。 

AVO是英文Amplitude Versus Offset的缩写，意为振幅随偏移据变化。 

CDP是英文Common Depth Point的缩写，意为共深度点。 

应该注意，尽管以上列出了本发明的技术优点，但本发明并不要求权利要求的每个技术方案都具有以上的全部技术优点，可以只具有其中的一项或更多项技术优点，甚至可以不具有以上的技术优点，而只是提供一种有益的选择。 

本领域技术人员应当理解的是，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，可对本发明进行各种修改和变型。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的本发明的所有修改和变型。 

列出了以下的参考文献，将这些参考文献通过引用并入到本文中，如同在本文中进行了完全阐述一样。 

参考文献 

【1】Castagna,J.P.,Swan,H.W.,and Foster,D.J.,1998,Framework for AVO gradient and intercept interpretation:Geophysics,63,948-956 

【2】Connolly P.,1999,Elastic impedance,The Leading Edge,18,438-453. 

【3】Fatti,J.L.,Smith,G.C.and Vail,P.J.et al.,1994,Detection of gas in sandstone reservoirs using AVO analysis:A3-D seismic case history using the Geostack technique:Geophysics,59,1362-1376 

【4】Goodway，W.,Chen,T.and Downton,J.,1997,Improved AVO fluid detection and lithology discrimination using Lame petrophysical parameters:67th Ann.Internt.Mtg.,Soc.Exp1.Geophys.,Expanded Abstracts,183-186 

【5】Hedlin,K.,2000,Pore space modulus and extraction using AVO:70th Ann.Internt.Mtg.,Soc.Expl.Geophys.,Expanded Abstracts,170-173 

【6】Ostrander,W.J.,1984,Plane wave reflection coefficients for gas sands at nonormal angles of incidence:Geophysics,49,1637-1648 

【7】Quakenbush,M.,Shang,B.,and Tuttle,C,2006.Poisson Impedance:The Leading Edge,25,128–138. 

【8】Russell,B.H.,Hedlin,K.,Hilterman,F.J.,and Lines,L.R.,2003,Fluid-property discrimination with AVO:A Biot-Gassmann perspective:Geophysics,68,29-39 

【9】Smith,G.C.,and Gidlow，P.M.,1987,Weighted stacking for rock property estimation and detection of gas:Geophys.Prosp.,35,993-1014 

【10】Smith,G.C.,and Sutherland,R.A.,1996,The fluid factor as an AVO indicator:Geophysics61,1425-1428。

Claims (10)

1.一种储层流体检测方法，所述储层流体检测方法包括：

角道集获取步骤，对地震数据进行处理，从而提取角道集；

参数获取步骤，根据所获得的角道集，获得纵波速度Vp、横波速度Vs和密度ρ；

流体因子确定步骤，根据计算出的纵波速度Vp、横波速度Vs和密度ρ确定指数泊松比流体因子，所述指数泊松比流体因子是这样的流体因子，其对数是岩石或地层的泊松比的函数，以及

油气层确定步骤，根据所述指数泊松比流体因子，确定是否存在油气层。

2.根据权利要求1所述的储层流体检测方法，其中，通过以下公式确定所述指数泊松比流体因子F_EPR：

$F_{\mathrm{EPR}}={\mathrm{\&mu;}}^{4{\left(\frac{V_s}{V_p}\right)}^2}{V}_p^{-{\cos }^{-2}}\mathrm{\&theta;}$

式中Vs是横波速度、Vp是横波速度、μ是剪切模量、θ是入射角。

3.根据权利要求1所述的储层流体检测方法，其中，通过叠前反演的方法，结合测井数据，根据所获得的角道集，获得纵波速度Vp、横波速度Vs和密度ρ。

4.根据权利要求1所述的储层流体检测方法，其中，所述方法还包括放大步骤，所述放大步骤对流体因子进行放大。

5.根据权利要求1所述的储层流体检测方法，其特征在于，通过根据所述流体因子确定并显示地震剖面图，来确定是否存在油气层。

6.一种储层流体检测方法，所述储层流体检测方法包括以下步骤：

确定岩石或地层的泊松比；

通过以下公式确定流体因子F_EPR：

其中f(σ)≈aσ²+bσ+c（a<0;b<0;c>0）

式中σ是岩石的泊松比，a、b、c是系数；以及

根据所述流体因子，确定是否存在油气层。

7.一种储层流体检测装置，所述储层流体检测装置包括：

角道集获取单元，对地震数据进行处理，从而提取角道集；

参数获取单元，根据所获得的角道集，获得纵波速度Vp、横波速度Vs和密度ρ；

流体因子确定单元，根据计算出的纵波速度Vp、横波速度Vs和密度ρ确定指数泊松比流体因子，所述指数泊松比流体因子是这样的流体因子，其对数是岩石或地层的泊松比的函数，以及

油气层确定单元，根据所述指数泊松比流体因子，确定是否存在油气层。

8.根据权利要求7所述的储层流体检测装置，其特征在于，通过根据所述流体因子确定并显示地震剖面图，来确定是否存在油气层。

9.根据权利要求7所述的储层流体检测装置，其中，通过以下公式确定所述指数泊松比流体因子F_EPR：

$F_{\mathrm{EPR}}={\mathrm{\&mu;}}^{4{\left(\frac{V_s}{V_p}\right)}^2}{V}_p^{-{\cos }^{-2}}\mathrm{\&theta;}$

式中Vs是横波速度、Vp是横波速度、μ是剪切模量、θ是入射角。

10.一种储层流体检测装置，所述储层流体检测装置包括：

泊松比确定单元，用于确定岩石或地层的泊松比；

流体因子确定单元，通过以下公式确定流体因子F_EPR：

其中f(σ)≈aσ²+bσ+c（a<0;b<0;c>0）

式中σ是岩石的泊松比，a、b、c是系数；以及

油气层确定单元，根据所述流体因子，确定是否存在油气层。

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