CN103984022A - 大斜度井纵、横波测井速度各向异性同时校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大斜度井纵、横波测井速度各向异性同时校正方法，该方法是，对含有泥质，裂缝发育，层状分布地层中的斜井中所测得的纵、横波速度同时进行校正，消除斜井纵、横波速度所受地层中泥质固有各向异性、裂缝各向异性以及地层层状各向异性的影响，将具有一定倾角的大斜度井中测得的纵、横波速度校正为垂直于地层的纵、横波速度。本发明可将具有一定倾角的大斜度井中测得的纵、横波速度校正为垂直于地层的纵、横波速度，可将具有一定倾角的大斜度井中测得的纵、横波速度精确地校正为不受泥质固有各向异性，裂缝，地层层状各向异性影响的垂直于地层的纵、横波速度。

Description

大斜度井纵、横波测井速度各向异性同时校正方法

技术领域

本发明涉及油气勘探技术领域，尤其涉及一种大斜度井纵、横波测井速度各向异性同时校正方法。

背景技术

测井纵、横波速度是叠前反演、AVO分析等地震储层预测方法的基础资料。测井中所测得的速度是沿井筒方向的速度，而在地震中所得到的速度是垂直于地层的速度。当井筒垂直于地层时，两者一致；当井筒相对于地层有一定的倾角时，且地层为各向异性介质，即不同方向的速度不同时，在井中测得的速度不再是垂直于地层的速度，这样就与地震速度有一定的差异，从而对两者的联合研究，包括井震标定，子波估算，AVO分析，以及最终的叠前反演都有较大的影响。地层中的各向异性主要有泥质固有各向异性，以及地层层状分布的各向异性。Hornby(2003)提出了一种校正斜井纵波速度的办法，使用泥质的各向异性参数，基于实测纵波测井速度反演斜井测井速度对应的垂直纵波速度，但是他只考虑了泥质各向异性，没有考虑地层层状的影响，且仅仅是对纵波进行校正，因此，无法将具有一定倾角的大斜度井中测得的纵、横波速度校正为垂直于地层的纵、横波速度。所述AVO，英文为Amplitude Versus Offset,中文为振幅随偏移距变化，根据AVO分析，可以对油气直接进行检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大斜度井纵、横波测井速度各向异性同时校正方法，将具有一定倾角的大斜度井中测得的纵、横波速度校正为垂直于地层的纵、横波速度。

为了解决上述技术问题，本发明的大斜度井纵、横波测井速度各向异性同时校正方法是，对含有泥质，裂缝发育，层状分布地层中的斜井中所测得的纵、横波速度同时进行校正，消除斜井纵、横波速度所受地层中泥质固有各向异性、裂缝各向异性以及地层层状各向异性的影响，将具有一定倾角的大斜度井中测得的纵、横波速度校正为垂直于地层的纵、横波速度。

具体步骤如下：

步骤1：根据研究区域岩心测量数据，取泥质的固有各向异性参数,纵横波速度和密度；认为砂岩与灰岩为各向同性介质，各向异性参数为0，根据地区经验取砂岩，灰岩的纵横波速度和密度；根据复杂岩性测井解释程序，对测井曲线进行解释，得到页岩，砂岩，灰岩的相对体积含量；并根据电阻率解释得到裂缝密度；

步骤2：在步骤1所得参数及岩性体积含量的基础之上，根据巴卡斯平均方程计算混合矿物的各向异性参数，根据哈德森各向异性岩石物理模型计算含裂缝岩石的各向异性参数；所述巴卡斯平均方程指Backus平均方程；所述哈德森各向异性岩石物理模型指Hudson各向异性岩石物理模型；

步骤3：根据步骤2求得的各向异性参数，根据汤姆森相速度公式求取井筒角度下每一个采样点处的相速度，进而计算每一个采样点处的群速度；所述汤姆森相速度公式指Thomsen相速度公式；

步骤4：使用步骤3计算的群速度与实测的速度构建反演目标函数，即速度校正目标函数，并迭代求解方程，得到垂直方向的纵波速度Vp(0)，横波速度Vs(0)。

步骤2中，混合矿物的各向异性参数是在考虑泥质固有各向异性的基础之上，考虑了地层的层状分布所造成的各向异性以及裂缝造成的各向异性，基于每种矿物的各向异性参数和体积含量,由巴卡斯平均公式计算得到，并且经哈德森各向异性岩石物理模型计算了裂缝所造成的各向异性值。

步骤4中的速度反演目标函数使用群速度公式与计算的群速度构成，而不是直接使用相速度公式，反演同时得到垂直方向的纵波速度和横波速度。

以上三点使得该方法可以在已知井筒倾角、实测纵、横波的情况下，计算得到井筒垂直情况下的垂直速度。

本发明的大斜度井纵、横波测井速度各向异性同时校正方法与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本技术方案由于采用了对含有泥质，裂缝发育，层状分布地层中的斜井中所测得的纵、横波速度同时进行校正，消除由于井筒倾角以及地层中泥质固有各向异性、裂缝各向异性以及地层层状各向异性对纵、横波速度造成的影响的技术手段，所以，可将具有一定倾角的大斜度井中测得的纵、横波速度校正为垂直于地层的纵、横波速度。

2、本技术方案由于采用了考虑了混合矿物的各向异性参数是在考虑泥质固有各向异性的基础之上，考虑了地层的层状分布所造成的各向异性以及裂缝造成的各向异性，基于每种矿物的各向异性参数和体积含量,由巴卡斯平均公式计算得到，并且经哈德森各向异性岩石物理模型计算了裂缝所造成的各向异性值的技术手段，所以，可将具有一定倾角的大斜度井中测得的纵、横波速度精确地校正为不受泥质固有各向异性，裂缝，地层层状各向异性影响的垂直于地层的纵、横波速度。

附图说明

图1是大斜度井示意图。

图2是在各向影响下的纵、横波速度受井斜角度影响示意图。

图3是校正前后纵波速度、横波速度值随倾角变化图。

图4为校正前后大斜度井信息及纵横波速度变化图。

图5校正前后小斜度井信息及纵横波速度变化图。

图6为校正前与校正后大斜度井与小斜度井纵横波慢度数据直方图。

具体实施方式

图1是大斜度井示意图。

图2是在各向影响下的纵、横波速度受井斜角度影响示意图。各向异性相速度及由于井筒角度的变化，所造成的速度数据向理论各向异性相速度靠拢，而与垂直方向所能测得到的各向同性速度差距变大；图2中数据点代表具有一定井筒倾角θ所对应的实测速度，其中纵波速度及对应倾角数据来自于Hornby等于2003年发表于Geophysics杂志第68卷第2期的464-471页的Anisotropy correction for deviated-well soniclogs:Application to seismic well tie一文；横波数据是由Hornby的纵波速度数据，根据Castagna的Vp-Vs关系式计算得到，所述Castagna的Vp-Vs关系式指Castagna等在1985年发表于Geophy杂志第50卷第571-581页的Relationships between compressional wave and shear wave velocities in clastic silicate rocks一文，公式为：Vp=1360+1.16*Vs，单位为m/s。

图3是校正前后纵波速度、横波速度值随倾角变化图，其中VpM,VsM为原始纵波速度和横波速度，VpC,VsC为校正后的纵波速度和横波速度，校正后，纵波速度和横波速度明显减小，与图2中所示的不受方向影响的各向同性速度所示规律一致。

图4为校正前后大斜度井信息及纵横波速度变化图，图中自左往右分别为泥质含量（Vshale）,密度（ρ），倾角（Dip）,井轨迹方位（Azimuth）,纵波速度（Vp）,校正前后纵波速度变化（Vp_Res），横波速度（Vs）.校正前后横波速度变化（Vs_Res），其中，倾角显式，该井井筒倾角从5200米开始增大，在5500-井底之间，其角度基本在60°到80°之间，纵横波速度道中，黑色曲线为校正前数据，红色曲线为校正后数据，在井斜度小的区域，由于井的垂直，速度值为垂直速度，所以校正后速度变化不大，在井斜度较大的层段，校正后的速度比原始速度明显减小，与5100-5300米之间受角度影响较小的速度值靠拢，并且与图1所示各向同性与各向异性速度之间关系所示规律一致。

图5为校正前后小斜度井信息及纵横波速度变化图，图中自左往右分别为泥质含量（Vshale）,密度（ρ），倾角（Dip）,井轨迹方位（Azimuth）,纵波速度（Vp）,校正前后纵波速度变化（Vp_Res）,横波速度（Vs）.校正前后横波速度变化（Vs_Res）,纵横波速度道中，黑色曲线为校正前数据，红色曲线为校正后数据，其中，井的倾角较小，从5650米到井底之间有3-4°的倾角，基本接近于垂直，而校正前后的纵横波速度基本未变。

图6为校正前与校正后大斜度井与小斜度井纵横波慢度数据直方图，其中(a)(b)为校正前纵波与横波慢度直方图，(c)(d)为校正后纵波与横波慢度直方图；图件显式，校正前，两口井的纵横波慢度有一定的差异，校正后两口井的纵、横波慢度差异变小，一致性加强，大斜度井的纵、横波慢度向小斜度井数据靠拢，所述纵、横波慢度指纵、横波时差，即纵、横波速度的倒数。

本实施方式的大斜度井纵、横波测井速度各向异性同时校正方法是，对含有泥质，裂缝发育，层状分布地层中的斜井中所测得的纵、横波速度同时进行校正，消除斜井纵、横波速度所受地层中泥质固有各向异性、裂缝各向异性以及地层层状各向异性的影响，将具有一定倾角的大斜度井中测得的纵、横波速度校正为垂直于地层的纵、横波速度。

具体包括如下步骤：

步骤1：根据本地岩心测量数据，取泥质的固有各向异性参数,纵横波速度和密度；认为砂岩与灰岩为各向同性介质，各向异性参数为0，根据地区经验取砂岩，灰岩的纵横波速度和密度，参数数据见表1；对测井曲线进行解释，求得页岩，砂岩，灰岩的相对体积含量，并求得裂缝体积密度，公式分别为（1）和（2）：

式中，式中，Δt,ρ_b,φ_N分别代表的是声波时差、体积密度、中子曲线。下标ma1,ma2,ma3代表的是每一种基质岩性，下标f是流体，φ代表的是孔隙度，V₁,V₂,V₃代表的是每一种岩性的体积。

φ_fr指所求裂缝孔隙度，

mfr指裂缝孔隙度指数，这里取1.4，

C_LLS,指浅侧向电阻率的倒数，

C_LLD指深侧向电阻率的倒数，

C_mf,指泥浆滤液电阻率倒数，

C_w指水的电阻率的倒数；

表1页岩，砂岩，灰岩速度及各向异性参数

其中，常数ε描述了纵波速度在垂直与水平方向的差别；常数γ描述了横波S_H波速度在垂直与水平方向的差别，δ描述了在水平方向传播的S_H波与S_V波速度的差别，所述S_H波指在与波传播方向水平的方向振动的横波，S_V波指在与波传播方向垂直方向振动的横波。

步骤2：在步骤1所得参数及岩性体积含量的基础之上，根据巴卡斯平均方程计算混合矿物的各向异性参数，根据哈德森各向异性岩石物理含裂缝岩石物理模型计算含裂缝岩石的各向异性参数，在考虑泥质固有各向异性的基础之上，通过该方法考虑了地层的层状分布所造成的各向异性，其公式为：

$C_{11}=<c_{11}-c_{13}^2{c}_{33}^{-1}>+{<c_{33}^{-1}>}^{-1}{<c_{13}{c}_{33}^{-1}>}^2---\left(2\right)$

$C_{12}=<c_{12}-c_{13}^2{c}_{33}^{-1}>+{<c_{33}^{-1}>}^{-1}{<c_{13}{c}_{33}^{-1}>}^2---\left(3\right)$

$C_{33}={<c_{33}^{-1}>}^{-1}---\left(4\right)$

$C_{13}={<c_{33}^{-1}>}^{-1}<c_{13}{c}_{33}^{-1}>---\left(5\right)$

$C_{44}={<c_{44}^{-1}>}^{-1}---\left(6\right)$ $C_{66}=<c_{66}>---\left(7\right)$

式中，

C₁₁，C₁₂，C₁₃，C₃₃，C₄₄，C₆₆，分别为混合岩石的弹性张量系数，

c₁₁，c₁₂，c₁₃，c₃₃，c₄₄，c₆₆，分别为纯泥岩和纯砂岩的弹性张量系数，

<·>表示对括号内参数按照体积比的加权平均。

进而计算速度校正过程中需要的ε，δ，γ，公式为

所述哈德森各向异性岩石物理各向异性岩石物理模型指在Mavko等所著，并于1998年在CambridgeUniversity press出版的The rock physics handbook:tools for seismic analysis in porous media一书第113-114页所述公式。

步骤3：根据步骤2所得的各向异性参数，根据汤姆森相速度公式求取井筒角度下每一个采样点处的相速度，进而计算每一个采样点处的群速度，所述相速度公式见（11），（12），（13）；所述群速度公式见（14）（15）。

式中，

θ是波前的垂直方向与对称轴之间的夹角，

V_SH是纯横波（SH）的波前速度，其粒子运动在z轴方向的分量为零；

V_SV是准横波（SV）的波前速度，其粒子运动方向与纯横波的粒子运动方向垂直；

V_P是准纵波的波前速度；

Vp(0)，Vs(0)是垂直情况下的速度。

ε指纵波各向异性参数，描述了纵波速度在垂直与水平方向的差别；

δ描述了在水平方向传播的S_H波与S_V波速度的差别；

γ描述了横波S_H波速度在垂直与水平方向的差别；

$V_G\left(\mathrm{\&phi;}\right)=\sqrt{V^2\left(\mathrm{\&theta;}\right)+\left(\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{d\&theta;}}\right)}---\left(14\right)$

$\tan \left(\mathrm{\&phi;}\right)=\frac{(\tan \left(\mathrm{\&theta;}\right)+\frac{1}{V}\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{d\&theta;}})}{(1-\frac{\tan \left(\mathrm{\&theta;}\right)}{V}\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{d\&theta;}})}---\left(15\right)$

式中，

V_G表示群速度，

Φ为群速度角度，

V(θ)表示相速度。

步骤4：使用步骤3计算的群速度与实测的速度构建反演目标函数，即速度校正目标函数，如公式（16），

f=|V_G-V_GC|²  （16）

式中，

V_G是测量的群速度，

V_GC是计算的群速度，分别代表纵波、横波。

迭代求解方程（13），得到垂直方向的纵波速度Vp(0)，横波速度Vs(0)。

步骤2中，各向异性参数是基于每种矿物的各向异性参数和体积含量,由巴卡斯平均公式计算，并经哈德森各向异性岩石物理模型计算裂缝各向异性，而不是使用某一固定各向异性参数值，这种各向异性参数不仅考虑泥质的固有各向异性，还考虑了由于地层呈层状所引起的各向异性。

步骤4中的速度反演目标函数使用群速度公式与计算的群速度构成，而不是直接使用相速度公式，反演同时得到垂直方向的纵波速度和横波速度。

下面以文献中的数据，及中国塔里木油田的一口垂直井，一口大斜度井的对比为例，来阐述该技术的具体实施方式。

（1）根据本地岩心测量数据，取泥质的固有各向异性参数,纵横波速度和密度；认为砂岩与灰岩为各向同性介质，各向异性参数为0，根据地区经验取砂岩，灰岩的纵横波速度和密度，参数数据见表1；根据复杂岩性测井解释程序，对测井曲线进行解释，得到页岩，砂岩，灰岩的相对体积含量；

（2）根据巴卡斯平均方程计算混合矿物的各向异性参数，经哈德森各向异性岩石物理模型计算裂缝各向异性的影响，该方法可以计算层状介质所造成的各向异性，通过该方法，不仅求得泥质含量所造成的各向异性，也考虑了地层的层状分布所造成的各向异性以及裂缝各向异性的影响。

（3）根据求得的各向异性参数，根据汤姆森相速度公式求取井筒角度下每一个采样点处的相速度，进而计算每一个采样点处的群速度。

（4）迭代求解反演公式，同时得到倾角为0时的纵横波速度。

如图2所示，根据Hornby所测得得不同倾角下的纵波速度及根据Castagna的Vp-Vs关系式计算得到横波速度进行上述反演校正，所得到的速度小于原始速度，且与图1所示各向同性速度方向减小，其规律合理。图3显式校正前后大斜度井段的纵横波速度向小斜度井段的纵横波速度靠拢，而图4显示，小斜度井中校正前后纵、横波速度变化不大。图5中，将大斜度井与小斜度井校正前后的纵波速度、横波速度值进行比较，其结果显式，校正前，两口井的纵横波慢度有一定的差异，校正后两口井的纵、横波慢度差异变小，一致性加强，大斜度井的纵、横波慢度向小斜度井数据靠拢，所述纵、横波慢度指纵、横波时差，即纵、横波速度的倒数。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。

参考文献

Backus,G.[1962]Long wave elastic anisotropy produced by horizontal layering.Geophys Res,67,4427-4440.

Castagna,J.,Batzle,M.,Eastwood,R.[1985]Relationships between compressional wave and shear wave velocities in clastic silicaterocks.Geophy,50,571-581.

Hornby,B.,Howie,J.,and Ince,D.[2003]Anisotropy correction for deviated-well sonic logs:Application to seismic well tie.Geophysics,68(2),464-471.

Thomsen,L.[1986]Weak elastic anisotropy.Geophysics,51,1954-1966.

Mavko,G.,T.Mukerji.,and J.Dvorkin.The rock physics handbook:tools for seismic analysis in porous media.CambridgeUniversity press.1999.

Vernik,L.,2008.Anisotropic correction of sonic logs in wells with large relative dip:Geophysics,73(1),E1-E5.

Claims (4)

1.一种大斜度井纵、横波测井速度各向异性同时校正方法，其特征在于：对含有泥质，裂缝发育，层状分布地层中的斜井中所测得的纵、横波速度同时进行校正，消除斜井纵、横波速度所受地层中泥质固有各向异性、裂缝各向异性以及地层层状各向异性的影响，将具有一定倾角的大斜度井中测得的纵、横波速度校正为垂直于地层的纵、横波速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：根据研究区域岩心测量数据，取泥质的固有各向异性参数, 纵横波速度和密度；认为砂岩与灰岩为各向同性介质，各向异性参数为0，根据地区经验取砂岩，灰岩的纵横波速度和密度；根据复杂岩性测井解释程序，对测井曲线进行解释，得到页岩，砂岩，灰岩的相对体积含量；并根据电阻率解释得到裂缝密度；

步骤2：在步骤1所得参数及岩性体积含量的基础之上，根据巴卡斯平均方程计算混合矿物的各向异性参数，根据哈德森各向异性岩石物理模型计算含裂缝岩石的各向异性参数； 

步骤3：根据步骤2求得的各向异性参数，根据汤姆森相速度公式求取井筒角度下每一个采样点处的相速度，进而计算每一个采样点处的群速度；

步骤4：使用步骤3计算的群速度与实测的速度构建反演目标函数，即速度校正目标函数，并迭代求解方程，得到垂直方向的纵波速度Vp(0)，横波速度Vs(0)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤2中，混合矿物的各向异性参数是在考虑泥质固有各向异性的基础之上，考虑了地层的层状分布所造成的各向异性以及裂缝造成的各向异性，基于每种矿物的各向异性参数和体积含量,由巴卡斯平均公式计算得到，并且经哈德森各向异性岩石物理模型计算了裂缝所造成的各向异性值。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤4中的速度反演目标函数使用群速度公式与计算的群速度构成，反演同时得到垂直方向的纵波速度和横波速度。