CN102854531A - 用于储层烃类检测的多尺度岩石物理图版方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于储层烃类检测的多尺度岩石物理图版方法及装置，该方法包括：获得储层岩石基质模型，获得储层岩石骨架模型，根据储层岩石基质模型、储层岩石骨架模型和流体参数获得含流体的岩石模型，并根据含流体的岩石模型获得多尺度的初始储层岩石物理图版；根据岩石物理实验数据，在多个频段下校正初始储层岩石物理图版：根据测井解释结果，在声波测井频段校正初始储层岩石物理图版；根据地震解释结果，对初始储层岩石物理图版进行校正；在通过校正后，输出最终的储层岩石物理图版，以进行储层岩石物理参数的反演。该方法可提高岩石物理图版的精度并实现对岩石参数及流体饱和度的定量反演。

Description

用于储层烃类检测的多尺度岩石物理图版方法及装置

技术领域

本发明涉及地球物理勘探中的岩石物理模型及地震资料反演与解释领域，特别涉及一种用于储层烃类检测的多尺度岩石物理图版方法及装置。

背景技术

非均质油气藏的储层孔渗关系复杂，岩石孔隙中不相混溶的油、气、水一般互呈“斑块状（补丁状）”分布。单个“补丁”或“斑块”的尺寸大于岩石颗粒与单个孔隙，但远低于地震波长，已接近mm量级。这种非均匀性一般被定义为中观尺度的非均匀性。流体的非均匀分布特征导致储层的各类流体分异不明显，这为实际的地震勘探工程带来了难度。为发展非均质油气藏的地震检测技术，以期在复杂的储层环境中精确的定位富气“甜点”，首要需要查明的是流体非均匀分布的储层岩石中的地震波传播及响应规律。

Gassmann与Biot最早针对孔隙含流体的多孔介质中的地震波传播机理进行了研究，即Biot-Gassmann理论。然而传统Biot-Gassmann理论主要考虑的是饱和一种流体的均一孔隙结构，不能描述实际储层的复杂情况。White等（1975）考虑了岩石内部同时含气、水的情况，其中气体呈“补丁状”分布于含水岩石的背景下。Dutta等（1979）改进了White理论的不足，使其在低频极限下预测的纵波速度吻合于由经典Biot理论出发所导出的分析结果。为解决相同的问题，Johnson提出了一种分支函数法，这种方法在低频与高频极限分别对非饱和介质中波的频散与衰减进行分析，而在中间频段则采用复变函数的方法进行近似逼近，实现了对不同频段内非饱和介质波传播规律的模拟。近十年来，Müller、Gurevich与Toms等对一维与三维的随机非饱和介质进行了模拟，并将模拟结果与碳酸盐岩与砂岩的实测数据进行对比，认为这种随机介质数值模拟的方法也能为实际岩石的波响应提供合理的描述及预测。

巴晶、曹宏等（2008-2012）对双重孔隙介质中的地震波进行了进一步的模拟与分析，将双孔理论的预测结果与川中须家河组致密砂岩的宽频带实验结果进行了对比，证实了此类储层中弹性波在地震勘探频段内可能出现强烈的频散现象。为进一步推导一种格式尽可能简洁、物理参数尽可能少、各参量均具备物理可实现性的波传播方程，以期满足实际的应用研究与工业生产的需要，巴晶、Carcione等基于Biot理论框架，导出了描述非饱和岩石地震波传播机理的Biot-Rayleigh方程（简称B-R方程），通过与前人理论的对比，成功将这种方程应用于实际气藏勘探的工程问题中。

目前，常规工程所使用的岩石物理图版只能适用于单一尺度的波形资料（Avseth等，2010），并且缺乏足够的信息与办法对初始的岩石物理图版进行校正，不能保证图版的精度，更不做到多尺度资料的联合应用。

综上所述，前人的研究中主要存在以下问题：

（1）在常规的岩石物理图版技术中，一般采用的流体替换方法是Biot-Gassmann方程，这种方程的前提假设是假定岩石内部的所有孔隙是完全均一的，因此这种假设不能满足非均匀复杂地层的工程应用。

（2）常规的岩石物理图版技术往往针对单一尺度下的波形资料，不能适用于多尺度的波形资料，不能联合利用多尺度弹性波信息来服务于工业生产。

（3）由于缺乏足够的先验信息与判据，常规岩石物理图版的精度有限，往往只能辅助定性的解释储层岩性及流体，不能做到对储层岩石参数及流体饱和度的定量反演。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于储层烃类检测的多尺度岩石物理图版方法及装置，以提高岩石物理图版的精度，并实现对储层岩石参数及流体饱和度的定量反演。

为达上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种用于储层烃类检测的多尺度岩石物理图版方法，所述方法包括以下步骤：

获得储层岩石基质模型，获得储层岩石骨架模型，根据所述储层岩石基质模型、所述储层岩石骨架模型和流体参数获得含流体的岩石模型，并根据所述含流体的岩石模型获得多尺度的初始储层岩石物理图版；

根据岩石物理实验数据，在多个频段下校正所述初始储层岩石物理图版；

根据测井解释结果，在声波测井频段校正所述初始储层岩石物理图版；

根据地震解释结果，在地震频段校正所述初始储层岩石物理图版；

在所述初始储层岩石物理图版通过校正后，输出最终的储层岩石物理图版，根据所述最终的储层岩石物理图版和常规叠前地震反演得到的数据体，进行储层岩石物理参数的反演。

为达上述目的，另一方面，本发明实施例提供了一种用于储层烃类检测的多尺度岩石物理图版装置，所述装置包括：

初始图版获取单元，用于获得储层岩石基质模型，获得储层岩石骨架模型，根据所述储层岩石基质模型、所述储层岩石骨架模型和流体参数获得含流体的岩石模型，并根据所述含流体的岩石模型获得多尺度的初始储层岩石物理图版；

第一图版校正单元，用于根据岩石物理实验数据，在多个频段下校正所述初始储层岩石物理图版；

第二图版校正单元，用于根据测井解释结果，在声波测井频段校正所述初始储层岩石物理图版；

第三图版校正单元，用于根据地震解释结果，在地震频段校正所述初始储层岩石物理图版；

最终图版获取单元，用于在所述初始储层岩石物理图版通过校正后，输出最终的储层岩石物理图版，根据所述最终的储层岩石物理图版和常规叠前地震反演得到的数据体，进行储层岩石物理参数的反演。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

原有常规的岩石物理图版技术中，一般采用的流体替换方法是Biot-Gassmann方程，这种方程的前提假设不能满足非均匀复杂地层的工程应用，且往往针对单一尺度下的波形资料，不能适用于多尺度的波形资料，不能联合利用多尺度弹性波信息来服务于工业生产，只能辅助定性的解释储层岩性及流体。本发明采用Biot-Rayleigh方程进行流体替换，形成了多尺度岩石物理图版，并提出了联合应用多尺度波形资料在各尺度下分别校正对应尺度的岩石物理图版的方案，所得到的多尺度岩石物理图版可更准确的描述储层岩石及波响应，可用于定量估算储层的岩石参数及流体参数。

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为本发明实施例的储层岩石物理图版的建立及校正方法的流程图；

图2A-图2B为本发明实施例1：岩石干骨架体积模量与剪切模量理论预测结果；

图3A-图3B为本发明实施例2：含气、水岩石纵波速度与衰减的理论计算结果；

图4A-图4B为本发明实施例3：岩石物理图版与实验数据的对比；

图5为本发明实施例4：岩石物理图版与测井精细解释结果的对比；

图6为本发明实施例5：岩石物理图版与地震数据的对比；

图7A-图7C为本发明实施例6：基于岩石物理图版对地表地震数据反演得到的孔隙度与饱和度剖面；

图8为本发明实施例的一种用于储层烃类检测的多尺度岩石物理图版装置的功能框图；

图9为本发明实施例的初始图版获取单元210的具体功能框图。

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。

对于非均匀、非饱和的实际储层，迄今文献中还未出现一个能普遍的被各研究机构、产业部门所接受的有效的地震波模型。如何将复杂的理论与繁琐的公式应用于实际的工程问题，这个过程本身就面临困难。本发明将基于前期提出的Biot-Rayleigh理论，与前人理论进行对比与分析，将结合岩石基质、骨架建模及流体替换三个步骤，提供针对实际储层的多尺度岩石物理图版，结合叠前地震反演结果进行储层孔隙度与饱和度的反演。

图1为本发明实施例的一种用于储层烃类检测的多尺度岩石物理图版方法的流程图。如图1所示，该方法包括如下步骤：

110、获得储层岩石基质模型，获得储层岩石骨架模型，根据所述储层岩石基质模型、所述储层岩石骨架模型和流体参数获得含流体的岩石模型，并根据所述含流体的岩石模型获得多尺度的初始储层岩石物理图版。

具体地，在步骤110中，根据研究区地质情况，应用等效介质理论与经验公式，估算储层岩石干骨架模量，应用Biot-Rayleigh方程进行流体替换，得到含流体岩石的地震响应特征，结合工程需求输出多尺度的岩石物理图版。如图1所示，输入地质报告、岩石实验观测数据和经验资料，以便在后续步骤中利用这些输入信息计算获得岩石基质模型、岩石骨架模型以及得到流体参数。

120、根据岩石物理实验数据，在多个频段下校正所述初始储层岩石物理图版。其中，上述多个频段可以包括超声波频段，以及声波频段以下的频段。

130、根据测井解释结果，在声波测井频段校正所述初始储层岩石物理图版。

具体地，在步骤130中，根据测井解释结果，在声波测井频段（10^3～4Hz）校正岩石物理图版，并验证测井解释结果，若前期测井解释结果存在问题，则重新进行测井资料的精细解释。

140、根据地震解释结果，在地震频段校正所述初始储层岩石物理图版。

具体地，在步骤140中，由地震数据中提取井旁数据，结合初步地震解释结果，对储层岩石物理图版进行校正，同时可监测地震数据反演的质量。

150、在所述初始储层岩石物理图版通过校正后，输出最终的储层岩石物理图版，根据所述最终的储层岩石物理图版和常规叠前地震反演得到的数据体，进行储层岩石物理参数的反演。

需要指出的是，步骤120、130、140可以同时并列执行，也可相应地调整/调换执行顺序。

继续参阅图1，以下对步骤110的处理过程进行更为详细的描述：

111、获取包括地质报告、岩石实验观测数据和经验资料在内的输入信息。根据地质报告可了解岩石矿物的主要组分及配比，可了解储层岩石孔隙度的分布范围，这些信息可限定生成岩石物理图版的输入参数（矿物配比、矿物弹性常数、孔隙率、渗透率）的取值范围，使输入参数有合理性，并且，可辅助设定初始输入参数。岩石实验观测数据可直接测量岩石矿物的弹性参数、密度参数，可直接测量流体在储层温度、压力环境下的弹性参数、密度参数，因此实验数据可用作岩石物理图版的输入参数。经验资料包括来自相似地区相似储层的工程勘测报告、岩芯数据及学术论文，基于这些相似地区的资料，可辅助确定目的储层的岩石参数与孔隙度分布范围。

112、获得储层岩石基质模型。在本实施例中，已知岩石中各种矿物成分与其弹性模量，而矿物间的组合方式未知的情况下，采用Voigt-Reuss-Hill平均方法计算岩石的基质弹性参数，其表达式如下：

$M_g=\frac{1}{2}(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i{M}_i+\frac{1}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{f_i}{M_i}})$

M_g——待计算的岩石基质的弹性模量；

f_i，M_i——表示第i种矿物的体积率与弹性模量；

N——岩石中矿物的种类数。

113、获得储层岩石骨架模型。在本实施例中，采用Pride公式计算干燥岩石骨架的体积模量和剪切模量：

$K_b=\frac{(1-\mathrm{\φ})K_s}{1+\mathrm{c\φ}}$

${\mathrm{\μ}}_b=\frac{(1-\mathrm{\φ}){\mathrm{\μ}}_s}{1+c^{\′}\mathrm{\φ}}$

K_b，μ_b——岩石干骨架的体积模量和剪切模量；

K_s，μ_s——岩石基质的体积模量和剪切模量；

φ——岩石的孔隙度；

c，c′——为经验性参数，与岩石的固结程度有关。对于砂岩，c的取值范围在2到20之间，相同孔隙度的碳酸盐岩c取值较低，一般在0.5到10之间，岩石骨架结构越紧密，c取值越低。c′的取值一般为c的1.5到2倍之间。c与c′的确定可根据实测数据调整。

114、获得流体参数。在本实施例中，可采用实验方案直接测量流体参数，具体方法是在实验室控制流体的温度与压力与储层环境相同，测量其声速与密度参数，并根据声速与密度计算弹性参数。也可采用流体力学的Van derWaals方程近似计算流体参数。

115、根据上述储层岩石基质模型、储层岩石骨架模型和流体参数获得含流体的岩石模型。

在本实施例中，基于步骤110获取的参数（例如矿物配比、矿物弹性参数、矿物密度参数、孔隙度、渗透率、流体组分配比、流体弹性参数、流体密度），采用Voigt-Reuss-Hill方法计算得到基质模型，采用Pride公式计算得到干骨架模型，并将所得的模型参数与步骤114获取的流体参数代入Biot-Rayleigh方程，得到含流体的岩石模型。也即采用Biot-Rayleigh方程对干燥岩石骨架进行流体替换以得到含流体的岩石模型。在对干燥岩石骨架进行流体替换时采用的Biot-Rayleigh方程组具体如下：

${N\▿}^{2}u+(A+N)\▿e+Q_1\▿({\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)}+{\mathrm{\φ}}_2\mathrm{\ζ})+Q_2\▿({\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)}-{\mathrm{\φ}}_1\mathrm{\ζ})$

$={\mathrm{\ρ}}_{11}\stackrel{\·\·}{u}+{\mathrm{\ρ}}_{12}{\stackrel{\·\·}{U}}^{\left(1\right)}+{\mathrm{\ρ}}_{13}{\stackrel{\·\·}{U}}^{\left(2\right)}+b_1\left(\stackrel{\·}{u-}{\stackrel{\·}{U}}^{\left(1\right)}\right)+b_2(\stackrel{\·}{u}-{\stackrel{\·}{U}}^{\left(2\right)})$

$Q_1\▿e+R_1\▿({\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)}+{\mathrm{\φ}}_2\mathrm{\ζ})={\mathrm{\ρ}}_{12}\stackrel{\·\·}{u}+{\mathrm{\ρ}}_{22}{\stackrel{\·\·}{U}}^{\left(1\right)}-b_1(\stackrel{\·}{u}-{\stackrel{\·}{U}}^{\left(1\right)})$

$Q_2\▿e+R_2\▿({\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)}+{\mathrm{\φ}}_1\mathrm{\ζ})={\mathrm{\ρ}}_{12}\stackrel{\·\·}{u}+{\mathrm{\ρ}}_{33}{\stackrel{\·\·}{U}}^{\left(2\right)}-b_1(\stackrel{\·}{u}-{\stackrel{\·}{U}}^{\left(2\right)})$

${\mathrm{\φ}}_2(Q_{1}e+R_1({\mathrm{\ξ}}^{\left(1\right)}+{\mathrm{\φ}}_2\mathrm{\ζ}))-{\mathrm{\φ}}_1(Q_{2}e+R_2({\mathrm{\ξ}}^{\left(2\right)}-{\mathrm{\φ}}_1\mathrm{\ζ}))$

$=\frac{1}{3}{\mathrm{\ρ}}_{f1}\stackrel{\·\·}{\mathrm{\ζ}}{R}_0^2\frac{{\mathrm{\φ}}_1^2{\mathrm{\φ}}_2{\mathrm{\φ}}_{20}}{{\mathrm{\φ}}_{10}}+\frac{1}{3}\frac{{\mathrm{\η}}_1{\mathrm{\φ}}_1^2{\mathrm{\φ}}_2{\mathrm{\φ}}_{20}}{{\mathrm{\κ}}_{10}}\stackrel{\·}{\mathrm{\ζ}}{R}_0^2$

u_i、U_i——分别为固相和液相的位移；

e、ξ——分别为固相、液相应变球量；

——地震波激励过程中产生的一种局域性的流体变形增量；

ρ_f1——背景相流体的密度；

R₀——嵌入体（气泡）半径；

b_i——（i＝1,2）分别表示两种流体饱和区域中各自的耗散系数；

κ₁₀——表示主骨架（背景相）中的渗透率；

η₁——表示背景相中的流体黏度；

φ——岩石中总的孔隙度，φ＝φ₁+φ₂＝v₁φ₁₀+v₂φ₂₀，v₁与v₂分别表示两种流体所占据的骨架占总骨架的体积比率，φ₁₀与φ₂₀分别表示两个区域内部的局部孔隙度；

A、N、Q₁、R₁、Q₂、R₂——双孔介质中的六个Biot弹性参数；

$A=(1-\mathrm{\φ})k_s-\frac{2}{3}N-\frac{{\mathrm{\φ}}_1(1-{\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2-k_b/k_s)k_s^2/k_f^{\left(1\right)}}{(1-{\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2-k_b/k_s)+k_s/k_f^{\left(1\right)}({\mathrm{\φ}}_1+{\mathrm{\φ}}_2)}$

$-\frac{{\mathrm{\φ}}_2(1-{\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2-k_b/k_s)k_s^2/k_f^{\left(2\right)}}{1-{\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2-k_b{/k}_s/k_f^{\left(2\right)}({\mathrm{\φ}}_1+{\mathrm{\φ}}_2)}$

$Q_1=\frac{(1-{\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2-k_b/k_s){\mathrm{\φ}}_1{k}_s}{(1-{\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2-k_b/k_s)+k_s/k_f^{\left(1\right)}({\mathrm{\φ}}_1+{\mathrm{\φ}}_2)}$

$Q_2=\frac{(1-{\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2-k_b/k_s){\mathrm{\φ}}_2{k}_s}{1-{\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2-k_b/k_s+k_s/k_f^{\left(2\right)}({\mathrm{\φ}}_1+{\mathrm{\φ}}_2)}$

$R_1=\frac{({\mathrm{\φ}}_1+{\mathrm{\φ}}_2){\mathrm{\φ}}_1{k}_s}{(1-{\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2-k_b/k_s)+k_s/k_f^{\left(1\right)}({\mathrm{\φ}}_1+{\mathrm{\φ}}_2)}$

$R_2=\frac{({\mathrm{\φ}}_1+{\mathrm{\φ}}_2){\mathrm{\φ}}_2{k}_s}{1{-\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2-k_b/k_s+k_s/k_f^{\left(2\right)}({\mathrm{\φ}}_1+{\mathrm{\φ}}_2)}$

N＝μ_b

k_s，k_b，μ_s，μ_b——分别为岩石基质和骨架的体积模量、剪切模量；

ρ₁₁、ρ₁₂、ρ₁₃、ρ₂₂、ρ₃₃——表示双孔介质中的五个密度参数，满足下式：

(1-φ₁-φ₂)ρ_s＝ρ₁₁+ρ₁₂+ρ₁₃

${\mathrm{\φ}}_1{\mathrm{\ρ}}_f^{\left(1\right)}={\mathrm{\ρ}}_{12}+{\mathrm{\ρ}}_{22}$

${\mathrm{\φ}}_2{\mathrm{\ρ}}_f^{\left(2\right)}={\mathrm{\ρ}}_{13}+{\mathrm{\ρ}}_{33}$

${\mathrm{\ρ}}_{22}=\mathrm{\α}{\mathrm{\φ}}_1{\mathrm{\ρ}}_f^{\left(1\right)}$ ${\mathrm{\ρ}}_{33}=\mathrm{\α}{\mathrm{\φ}}_2{\mathrm{\ρ}}_f^{\left(2\right)}$

$\mathrm{\α}=\frac{1}{2}(\frac{1}{\mathrm{\φ}}+1)$

116、根据所述含流体的岩石模型获得多尺度的初始储层岩石物理图版。具体地，本步骤对该含流体的岩石模型（Biot-Rayleigh方程）进行平面波分析以得到多尺度的初始储层岩石物理图版。其中平面波分析为现有技术，故在此不再赘述。由于采用Biot-Rayleigh方程预测的纵波速度是与频率相关的，因此，这种方法所计算的图版在不同尺度（地震，声波，超声波）表现为不同的形态，此即多尺度岩石物理图版。

其中，步骤112、113、114可以是并列执行的，也可以任意调整执行顺序。

在初始储层岩石物理图版形成之后，再采用实验数据、测井数据与地震数据等不同尺度的波形资料，对多尺度岩石物理图版进行校正，校正通过后输出的最终图版，则可直接应用于储层参数的反演。

作为本发明的一个实施例，步骤120中，在不同频段下，对比岩石物理图版与岩石实验中观测到的波响应数据，调节计算岩石物理图版的各输入参数，使岩石物理图版与实验数据的分布规律基本一致。这一过程中，所采用的实验数据可针对目的层选取岩芯并自行开展岩石实验测量，也可在前人文献中收集前人针对相似岩性观测得到的实验数据。一般中、低频段的实验数据来自共振棒法、应力-应变法等测量技术，而超声波频段的实验数据主要来自透射波法测量。

较佳地，步骤120的校正处理过程具体可以包括：在横轴为纵波阻抗、纵轴为纵横波速度比的坐标系中，将岩石样本的实验数据投影到初始储层岩石物理图版上，同一岩芯在不同含水饱和度下的实验数据表现为一系列散点；通过校正的条件为：实验数据散点的连线与初始储层岩石物理图版中对应岩芯的孔隙度的经线接近或者重合，以满足纵波阻抗相对误差不超过5%；以及，完全含气与完全含水的实验数据点接近饱气纬线与饱水纬线，各含水饱和度下实验数据点与对应含水饱和度下的纬线接近，以满足纵横波速度比相对误差不超过15%。否则视为不通过校正。

作为本发明的一个实施例，步骤130为进一步得到能够更准确的描述目的储层的岩石物理图版，需采用声波测井数据及相应的声波测井精细解释结果，对岩石物理图版进行校正。也即采用声波测井数据及相应的声波测井精细解释结果，调节计算所述初始储层岩石物理图版的各输入参数，使测井尺度的初始储层岩石物理图版与测井孔隙度解释结果的分布规律一致。尤其若在步骤120中若未能采集到目的层段的岩芯并进行实验，因此很难保证前人采集实验数据的岩芯与本地区岩石的地质特点一致，这种情况下步骤130至关重要。声波测量的结果也存在测量或人为的误差，对比理论图版与测井解释结果有利于互相校正以提高精度。测井解释的岩石孔隙度、饱和度是关键性参数。

较佳地，步骤130的校正处理过程具体可以包括：在横轴为纵波阻抗、纵轴为纵横波速度比的坐标系中，将目的储层的测井数据的声波时差换算为波阻抗与纵横波速度比，投影到岩石物理图版上，测井数据表现为一系列散点。通过校正的条件为：85%以上的测井数据分布于图版描述的范围内，各数据点对应的测井解释孔隙度与相近的经线或其延长线的孔隙度足够接近，以满足平均纵波阻抗相对误差不超过5%。否则视为不通过。

作为本发明的一个实施例，步骤140中可以根据实际反演得到的地震波响应数据体，在已知井附近提取井旁地震道在目的层段的地震数据，调节计算所述初始储层岩石物理图版的各输入参数，使地震尺度的初始储层岩石物理图版与地震数据的分布规律一致。

较佳地，步骤140的校正处理过程具体可以包括：在横轴为纵波阻抗、纵轴为纵横波速度比的坐标系中，将井旁道提取的目的储层的地震数据（经叠合、叠前反演得到的波阻抗与纵横波速度比）投影到岩石物理图版上，根据实际的试气结果，将地震数据划分为水层、气层与致密层。

通过校正的条件为：

80%以上的目的层地震数据分布于初始储层岩石物理图版的描述范围内，若有20%以上的数据点超出初始储层岩石物理图版的边界范围，则视为不通过；

若有15%以上的水层数据点高于水层纬线，则视为不通过，若有30%以上的水层数据点距同波阻抗气层纬线的距离较距水层纬线的距离更近，则视为不通过；

若有15%以上的气层数据点低于气层纬线，则视为不通过，若50%以上的气层数据点距同波阻抗水层纬线的距离较距气层纬线的距离更近，则视为不通过；

95%以上的致密层数据分布于孔隙度下限所对应的经线右端，其中位于该经线左端的数据点不超过总致密层数据点的5%，否则视为不通过。

虽然步骤120-130基于实验室数据、声波测井数据这两个不同尺度下的信息，已经对岩石物理图版进行了校正，但由于在实际地震勘探工程中，仍需要基于地表观测的地震数据对储层岩性、流体进行判断，因此还可以较佳地基于实际观测与反演得到的地震尺度下的资料对图版进行进一步的校正。岩石物理图版可以由各类地震响应组成，常采用的图版是由波阻抗与纵横波速度比组成的，这两项信息可通过常规的叠前地震反演得到。此外若存在VSP(vertical seismic profile，垂直地震剖面资料)数据，也可根据相应频段下的理论图版进行对比与分析。多尺度资料之间的联立有利于相互间校正与匹配，输出更符合实际储层特征的岩石物理图版。

作为本发明的一个实施例，步骤150中，基于前述步骤120-140已得到可定量描述储层多尺度波响应特征的岩石物理图版，该图版可灵活运用于不同尺度下的弹性波反演及岩性识别问题。在常规地表地震勘探工程中，所使用的地震尺度下的资料的主频一般在101~2Hz，可针对性使用地震尺度下的岩石物理图版，进而结合地震反演数据体，对目的层段的岩性与流体参数进行定量估算。

以下举例对本发明实施例的上述方法进一步说明。

实施例1：岩石干骨架体积模量与剪切模量理论预测结果

以石灰岩为例，若岩石基质主要由方解石与微量泥质构成，选定不同的固结参数c与c，则岩石干骨架的体积与剪切模量随孔隙度的变化关系如图2A图2B所示。岩石干骨架的弹性参数随孔隙度上升而下降，随岩石的固结程度变弱，这种下降的趋势更加明显。岩石的固结程度可根据储层的具体情况确定。

实施例2：含气、水岩石纵波速度与衰减的理论计算结果

以灰岩为例，设岩石骨架的参数为：孔隙度0.16，骨架体积模量24.81GPa，骨架剪切模量11.79GPa，渗透率为30.23mD，平均气泡尺5mm。岩石基质为方解石，储层温度、压力下的流体密度及弹性参数可根据van der Waals估算。图3A和图3B给出了不同频率下非饱和灰岩中纵波速度（图3A）及衰减（图3B）随含水饱和度的变化关系，对于同一块灰岩，不同频率下纵波速度随含水饱和度的变化关系有明显差异，在低频段，纵波速度曲线呈典型的“勾形曲线”，在超声波频段，纵波速度随含水饱和度的增加近似线性的单调上升。

实施例3：岩石物理图版与实验数据的对比

图4A和图4B给出了校正后不同频段的岩石物理图版与实验数据的对比结果（图4A为超声频段，图4B为声波频段以下）。在图4~图6中，图版上标注的por表示孔隙度，Sw表示含水饱和度，SampleA~G表示七块碳酸盐岩样本。在图4A和图4B中，散点色标表示含水饱和度（Sw），颜色越深含水饱和度越高，黑色为1（完全含水），白色为0（完全含气）。前人文献发表的针对碳酸盐岩非饱和实验的波速观测结果并不多见，尤其声波频段以下（含地震频段）的实验数据比较稀少。图4A和图4B中碳酸盐岩的实验数据选自Adam等（2006）与Cadoret等（1995），主要为灰岩。Adam等报告了在100Hz与800KHz频率下对完全饱水与干燥的碳酸盐岩进行的观测，Cadoret等报告了在1KHz与500KHz频率下对不同含水饱和度的灰岩进行的观测，因此前者数据仅包含同一块灰岩饱水与干燥（接近于饱气）两个数据点（其干燥岩石的体积模量采用了Gassmann方程反替换得到），而后者数据包括多个饱和度下的测量结果。对各样本情况归纳如表1所示。

表1各岩石样本（sample）情况表

校正目的，是保证关键性样本的观测数据与图版上对应着该孔隙度下的经线尽量接近。如图4A中，样本A与C的岩性最接近目的层（阿姆河右岸XVm层）岩性，A与C是关键性样本，因此校正之后，A（孔隙度0.3）与C（孔隙度0.24）的数据散点所连成的曲线与图版中对应孔隙度0.3与0.23的经线几乎重合。

各样本实验散点的颜色代表含水饱和度，颜色越浅，含水越少，含气越多，A与C的数据散点中，颜色渐变的规律与各纬线的递变规律也基本一致。说明图版的校正达到了目的。

对于部分其他岩石样本，由于岩性与目的层差异明显的关系，其规律与图版差距较明显，这是可以允许的。

调节/校正的目标：数据散点连线与图版对应孔隙度的经线接近重合，纬线渐变规律接近一致。

实施例4：岩石物理图版与测井精细解释结果的对比

图5给出了校正后声波频段的岩石物理图版与某工区Met-22井部分储层段的测井解释结果的对比，其中各散点的波阻抗与纵横波速度比是基于测井观测的声波时差计算得到。图5中，测井孔隙度的精细解释结果与岩石物理图版的经线分布情况吻合极好。测井数据显示高孔储层段的孔隙度（Por）接近0.2，低孔储层的下限在0.08左右，分别与图版孔隙度0.19、0.08的经线一致。测井数据与图版均显示，主要储层的孔隙度分布范围在0.12-0.16之间。值得指出的是，该井初期测井解释的孔隙度结果中，高孔储层解释的孔隙度接近0.24，且整体孔隙度解释值偏高，经岩石物理图版的分析及比对，发现了初期测井解释结果的问题，重作精细解释后测井孔隙度与图版吻合，与该井实钻情况、地质认识一致。

图5校正目标：关键储层段的测井数据散点，应足够接近图版相应孔隙度下的经线。

实施例5：岩石物理图版与地震数据的对比

如图6所示，对比了校正后地震频段下的岩石物理图版与叠后、叠前地震反演数据体中提取的地震数据。数据选自某工区Met-22、23井附近地震道，按初期解释结果，储层被划分为水层（圆形图标）、气层（矩形图标）与非储层（三角形图标）三类，结合两口井的测井解释结果及产气情况，在井震标定后，在目的层顶界附近选取了部分对应水层、气层与致密层的地震数据，地震数据选取过程中不能彻底排除误判的可能。对比显示，水层地震数据基本沿含水饱和度1的维线分布，部分点纵横波速度比高出图版上边界，气层地震数据的纵横波速度比呈现较宽的分布范围，并对应图版中含气饱和度纬线的变化范围在30%到100%之间。部分气层的数据点纵横波速度比低于图版下边界。

图6校正目标：气层与水层的数据散点，其分布规律与含气、含水纬线一致且应当足够接近。低孔隙度的非储层，其数据散点分布于孔隙度下限（本地区为0.05）的经线右端。

实施例6：基于岩石物理图版对地表地震数据反演得到的孔隙度与饱和度剖面

基于叠后与叠前反演得到的波阻抗、纵横波速度与密度，在目的层顶、底界之间采用岩石物理图版，图7A-图7C给出了二维测线地震资料（图7A）、过井线的孔隙度（图7B）、饱和度反演结果（图7C）。其中井Met-3为工业气井，测有声波速度，Met-1、4、6无声波测井结果。如图7A-图7C中，Met-3井的反演结果显示较强的含气性，Met-1、4井次之，有微弱的含气性显示，Met-6井最差，时间剖面上仅显示有少量水层，对比试油结果中Met-3为气井，Met-1、4为低产气井，Met-6为水井，与孔、饱反演剖面一致。

本发明的方法实施例的优点在于：

本发明采用Biot-Rayleigh方程进行流体替换，形成了多尺度岩石物理图版，并提出了联合应用多尺度波形资料在各尺度下分别校正对应尺度的岩石物理图版的方案，所得到的岩石物理图版可更准确的描述储层岩石及波响应，可用于定量估算储层的岩石参数及流体参数。

图8为本发明实施例的一种用于储层烃类检测的多尺度岩石物理图版装置的功能框图。如图8所示，该装置200包括：

初始图版获取单元210，用于获得储层岩石基质模型，获得储层岩石骨架模型，根据所述储层岩石基质模型、所述储层岩石骨架模型和流体参数获得含流体的岩石模型，并根据所述含流体的岩石模型获得多尺度的初始储层岩石物理图版；

第一图版校正单元220，用于根据岩石物理实验数据，在多个频段下校正所述初始储层岩石物理图版；

第二图版校正单元230，用于根据测井解释结果，在声波测井频段校正所述初始储层岩石物理图版；

第三图版校正单元240，用于根据地震解释结果，在地震频段校正所述初始储层岩石物理图版；

最终图版获取单元250，用于在所述初始储层岩石物理图版通过校正后，输出最终的储层岩石物理图版，根据所述最终的储层岩石物理图版和常规叠前地震反演得到的数据体，进行储层岩石物理参数的反演。

图9为本发明实施例的初始图版获取单元210的具体功能框图。可选地，如图9所示，该初始图版获取单元210具体可以包括：

储层岩石基质模型计算模块211，用于采用Voigt-Reuss-Hill平均模型计算骨架基质的等效弹性模量；

储层岩石骨架模型计算模块212，用于采用Pride公式计算干燥岩石的等效体积模量和剪切模量；

储层岩石流体替换计算模块213，用于采用Biot-Rayleigh方程对干燥岩石骨架进行流体替换以得到含流体的岩石模型。

可选地，该第一图版校正单元220，具体可以用于在不同频段下，对比初始储层岩石物理图版与岩石实验中观测到的波响应数据，调节计算初始储层岩石物理图版的各输入参数，使该初始储层岩石物理图版与实验数据的分布规律一致。

可选地，该实验数据包括：通过共振棒法或者应力-应变法得到的中、低频段的实验数据；和/或，通过透射波法测量得到的超声波频段的实验数据。

可选地，该第二图版校正单元230，具体可以用于采用声波测井数据及相应的声波测井精细解释结果，调节计算所述初始储层岩石物理图版的各输入参数，使测井尺度的初始储层岩石物理图版与测井孔隙度解释结果的分布规律一致。

可选地，该第三图版校正单元240，具体可以用于根据实际反演得到的地震波响应数据体，在已知井附近提取井旁地震道在目的层段的地震数据，调节计算所述初始储层岩石物理图版的各输入参数，使地震尺度的初始储层岩石物理图版与地震数据的分布规律一致。

进一步地，该第一图版校正单元220，具体可以用于在横轴为纵波阻抗、纵轴为纵横波速度比的坐标系中，将岩石样本的实验数据投影到初始储层岩石物理图版上，同一岩芯在不同含水饱和度下的实验数据表现为一系列散点；通过校正的条件为：实验数据散点的连线与初始储层岩石物理图版中对应岩芯的孔隙度的经线接近或者重合，以满足纵波阻抗相对误差不超过5%；以及，完全含气与完全含水的实验数据点接近饱气纬线与饱水纬线，各含水饱和度下实验数据点与对应含水饱和度下的纬线接近，以满足纵横波速度比相对误差不超过15%。

进一步地，该第二图版校正单元230，具体可以用于在横轴为纵波阻抗、纵轴为纵横波速度比的坐标系中，将目的储层的测井数据的声波时差换算为波阻抗与纵横波速度比，投影到初始岩石物理图版上，测井数据表现为一系列散点；通过校正的条件为：85%以上测井数据分布于所述初始岩石物理图版描述的范围内，各数据点对应的测井解释孔隙度与相近的经线或其延长线的孔隙度接近，以满足平均纵波阻抗相对误差不超过5%。

进一步地，该第三图版校正单元240，具体可以用于在横轴为纵波阻抗、纵轴为纵横波速度比的坐标系中，将井旁道提取的目的储层的地震数据投影到初始储层岩石物理图版上，根据实际的试气结果，将地震数据划分为水层、气层与致密层；

通过校正的条件为：

80%以上的目的层地震数据分布于图版描述范围内，若有20%以上的数据点超出图版边界范围，则视为不通过；

若有15%以上的水层数据点高于水层纬线，则视为不通过；若有30%以上的水层数据点距同波阻抗气层纬线的距离较距水层纬线的距离更近，则视为不通过；

若有15%以上的气层数据点低于气层纬线，则视为不通过，若50%以上的气层数据点距同波阻抗水层纬线的距离较距气层纬线的距离更近，则视为不通过；

95%以上的致密层数据分布于孔隙度下限所对应的经线右端，其中位于该经线左端的数据点不超过总致密层数据点的5%，否则视为不通过。

该装置的工作过程已在前述的方法实施例中详述，故不再赘述。

本发明装置实施例的优点在于：

本发明采用Biot-Rayleigh方程进行流体替换，形成了多尺度岩石物理图版，并提出了联合应用多尺度波形资料在各尺度下分别校正对应尺度的岩石物理图版的方案，所得到的岩石物理图版可更准确的描述储层岩石及波响应，可用于定量估算储层的岩石参数及流体参数。

本发明公开的解决非均质天然气藏烃类检测问题的多尺度岩石物理图版技术，基于等效介质理论与经验公式结合的方法分析岩石基质与岩石的干骨架，研究利用Biot-Rayleigh理论实现对干燥岩石骨架的流体替换，基于对非饱和岩石的多尺度理论建模，制作了多尺度的岩石物理图版，采用多尺度的波形资料（实验数据、测井解释结果、地震数据）校正并改进岩石物理图版，使图版更适合于描述目的储层，结合常规叠后波阻抗反演与叠前弹性参数反演，采用岩石物理图版可对地震资料直接进行储层岩石物理参数的反演。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种用于储层烃类检测的多尺度岩石物理图版方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获得储层岩石基质模型，获得储层岩石骨架模型，根据所述储层岩石基质模型、所述储层岩石骨架模型和流体参数获得含流体的岩石模型，并根据所述含流体的岩石模型获得多尺度的初始储层岩石物理图版；

根据岩石物理实验数据，在多个频段下校正所述初始储层岩石物理图版；

根据测井解释结果，在声波测井频段校正所述初始储层岩石物理图版；

根据地震解释结果，在地震频段校正所述初始储层岩石物理图版；

在所述初始储层岩石物理图版通过校正后，输出最终的储层岩石物理图版，根据所述最终的储层岩石物理图版和常规叠前地震反演得到的数据体，进行储层岩石物理参数的反演。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述获得储层岩石基质模型包括：采用Voigt-Reuss-Hill平均公式计算骨架基质的等效弹性模量；

所述获得储层岩石骨架模型包括：采用Pride公式计算干燥岩石的等效体积模量和剪切模量；

所述根据所述储层岩石基质模型、所述储层岩石骨架模型和流体参数获得含流体的岩石模型包括：采用Biot-Rayleigh方程对干燥岩石骨架进行流体替换以得到含流体的岩石模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据岩石物理实验数据，在多个频段下校正所述初始储层岩石物理图版包括：

在不同频段下，对比所述初始储层岩石物理图版与岩石实验中观测到的波响应数据，调节计算所述初始储层岩石物理图版的各输入参数，使所述初始储层岩石物理图版与实验数据的分布规律一致。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述实验数据包括：

通过共振棒法或者应力-应变法得到的中、低频段的实验数据；和/或

通过透射波法测量得到的超声波频段的实验数据。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据测井解释结果，在声波测井频段校正所述初始储层岩石物理图版包括：

采用声波测井数据及相应的声波测井精细解释结果，调节计算所述初始储层岩石物理图版的各输入参数，使测井尺度的初始储层岩石物理图版与测井孔隙度解释结果的分布规律一致。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据地震解释结果，在地震频段校正所述初始储层岩石物理图版包括：

根据实际反演得到的地震波响应数据体，在已知井附近提取井旁地震道在目的层段的地震数据，调节计算所述初始储层岩石物理图版的各输入参数，使地震尺度的初始储层岩石物理图版与地震数据的分布规律一致。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在不同频段下，对比所述初始储层岩石物理图版与岩石实验中观测到的波响应数据，调节计算所述初始储层岩石物理图版的各输入参数，使所述初始储层岩石物理图版与实验数据的分布规律一致包括：

在横轴为纵波阻抗、纵轴为纵横波速度比的坐标系中，将岩石样本的实验数据投影到初始储层岩石物理图版上，同一岩芯在不同含水饱和度下的实验数据表现为一系列散点；

通过校正的条件为：实验数据散点的连线与初始储层岩石物理图版中对应岩芯的孔隙度的经线接近或者重合，以满足纵波阻抗相对误差不超过5%；以及，完全含气与完全含水的实验数据点接近饱气纬线与饱水纬线，各含水饱和度下实验数据点与对应含水饱和度下的纬线接近，以满足纵横波速度比相对误差不超过15%。

8.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述采用声波测井数据及相应的声波测井精细解释结果，调节计算所述初始储层岩石物理图版的各输入参数，使测井尺度的初始储层岩石物理图版与测井孔隙度解释结果的分布规律一致包括：

在横轴为纵波阻抗、纵轴为纵横波速度比的坐标系中，将目的储层的测井数据的声波时差换算为波阻抗与纵横波速度比，投影到初始岩石物理图版上，测井数据表现为一系列散点；

通过校正的条件为：85%以上的测井数据分布于所述初始岩石物理图版描述的范围内，各数据点对应的测井解释孔隙度与相近的经线或其延长线的孔隙度接近，以满足平均纵波阻抗相对误差不超过5%。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据实际反演得到的地震波响应数据体，在已知井附近提取井旁地震道在目的层段的地震数据，调节计算所述初始储层岩石物理图版的各输入参数，使地震尺度的初始储层岩石物理图版与地震数据的分布规律一致包括：

在横轴为纵波阻抗、纵轴为纵横波速度比的坐标系中，将井旁道提取的目的储层的地震数据投影到初始储层岩石物理图版上，根据实际的试气结果，将地震数据划分为水层、气层与致密层；

通过校正的条件为：

80%以上的目的层地震数据分布于初始储层岩石物理图版的描述范围内，若有20%以上的数据点超出初始储层岩石物理图版的边界范围，则视为不通过；

若有15%以上的水层数据点高于水层纬线，则视为不通过，若有30%以上的水层数据点距同波阻抗气层纬线的距离较距水层纬线的距离更近，则视为不通过；

若有15%以上的气层数据点低于气层纬线，则视为不通过，若50%以上的气层数据点距同波阻抗水层纬线的距离较距气层纬线的距离更近，则视为不通过；

95%以上的致密层数据分布于孔隙度下限所对应的经线右端，其中位于该经线左端的数据点不超过总致密层数据点的5%，否则视为不通过。

10.一种用于储层烃类检测的多尺度岩石物理图版装置，其特征在于，所述装置包括：

初始图版获取单元，用于获得储层岩石基质模型，获得储层岩石骨架模型，根据所述储层岩石基质模型、所述储层岩石骨架模型和流体参数获得含流体的岩石模型，并根据所述含流体的岩石模型获得多尺度的初始储层岩石物理图版；

第一图版校正单元，用于根据岩石物理实验数据，在多个频段下校正所述初始储层岩石物理图版；

第二图版校正单元，用于根据测井解释结果，在声波测井频段校正所述初始储层岩石物理图版；

第三图版校正单元，用于根据地震解释结果，在地震频段校正所述初始储层岩石物理图版；

最终图版获取单元，用于在所述初始储层岩石物理图版通过校正后，输出最终的储层岩石物理图版，根据所述最终的储层岩石物理图版和常规叠前地震反演得到的数据体，进行储层岩石物理参数的反演。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述初始图版获取单元包括：

储层岩石基质模型计算模块，用于采用Voigt-Reuss-Hill平均模型计算骨架基质的等效弹性模量；

储层岩石骨架模型计算模块，用于采用Pride公式计算干燥岩石的等效体积模量和剪切模量；

储层岩石流体替换计算模块，用于采用Biot-Rayleigh方程对干燥岩石骨架进行流体替换以得到含流体的岩石模型。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一图版校正单元，具体用于在不同频段下，对比所述初始储层岩石物理图版与岩石实验中观测到的波响应数据，调节计算所述初始储层岩石物理图版的各输入参数，使所述初始储层岩石物理图版与实验数据的分布规律一致。

13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二图版校正单元，具体用于采用声波测井数据及相应的声波测井精细解释结果，调节计算所述初始储层岩石物理图版的各输入参数，使测井尺度的初始储层岩石物理图版与测井孔隙度解释结果的分布规律一致。

14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第三图版校正单元，具体用于根据实际反演得到的地震波响应数据体，在已知井附近提取井旁地震道在目的层段的地震数据，调节计算所述初始储层岩石物理图版的各输入参数，使地震尺度的初始储层岩石物理图版与地震数据的分布规律一致。

15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一图版校正单元，具体用于在横轴为纵波阻抗、纵轴为纵横波速度比的坐标系中，将岩石样本的实验数据投影到初始储层岩石物理图版上，同一岩芯在不同含水饱和度下的实验数据表现为一系列散点；通过校正的条件为：实验数据散点的连线与初始储层岩石物理图版中对应岩芯的孔隙度的经线接近或者重合，以满足纵波阻抗相对误差不超过5%；以及，完全含气与完全含水的实验数据点接近饱气纬线与饱水纬线，各含水饱和度下实验数据点与对应含水饱和度下的纬线接近，以满足纵横波速度比相对误差不超过15%。

16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第二图版校正单元，具体用于在横轴为纵波阻抗、纵轴为纵横波速度比的坐标系中，将目的储层的测井数据的声波时差换算为波阻抗与纵横波速度比，投影到初始岩石物理图版上，测井数据表现为一系列散点；通过校正的条件为：85%以上的测井数据分布于所述初始岩石物理图版描述的范围内，各数据点对应的测井解释孔隙度与相近的经线或其延长线的孔隙度接近，以满足平均纵波阻抗相对误差不超过5%。

17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第三图版校正单元，具体用于在横轴为纵波阻抗、纵轴为纵横波速度比的坐标系中，将井旁道提取的目的储层的地震数据投影到初始储层岩石物理图版上，根据实际的试气结果，将地震数据划分为水层、气层与致密层；

通过校正的条件为：

80%以上的目的层地震数据分布于图版描述范围内，若有20%以上的数据点超出图版边界范围，则视为不通过；

若有15%以上的水层数据点高于水层纬线，则视为不通过；若有30%以上的水层数据点距同波阻抗气层纬线的距离较距水层纬线的距离更近，则视为不通过；

若有15%以上的气层数据点低于气层纬线，则视为不通过，若50%以上的气层数据点距同波阻抗水层纬线的距离较距气层纬线的距离更近，则视为不通过；

95%以上的致密层数据分布于孔隙度下限所对应的经线右端，其中位于该经线左端的数据点不超过总致密层数据点的5%，否则视为不通过。

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