CN104316959B - 一种基于等效流体声波阻抗的流体识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了勘探技术领域内的一种基于等效流体声波阻抗的流体识别方法，其先通过测井方法或岩石物理测试方法获得储层的数据集合，再构建饱和流体的岩石密度，然后利用反演得到饱和流体岩石的声波阻抗，将声波阻抗分解成骨架等效声波阻抗与等效流体声波阻抗之和，利用反演的声波阻抗及骨架等效声波阻抗计算等效流体声波阻抗；等效流体声波阻抗的数据集合用石油物探专业的地震显示软件进行图形显示，并依据显示图形进行流体识别。该方法能够反映岩石的孔隙度和所含流体性质，对地震资料要求简单，且计算量小、计算相对简单。能够更好地进行流体识别。

Description

一种基于等效流体声波阻抗的流体识别方法

技术领域

本发明涉及一种反射地震勘探技术，特别涉及一种利用声波阻抗进行流体识别的方法。

背景技术

反射地震勘探是利用地震反射波法来探查地下地质构造或岩性特征。具体做法是：测定有声波阻抗分界面上所反射回来的地震波同相轴的到达时间及波形的变化。根据反射同相轴的到达时间、振幅及波形，可以查明地下地层的变化，从而寻找和评价含油气圈闭。

声波阻抗(acoustic impedance)为地层岩石的地震波速度与密度的乘积。表示为：

AI＝ρν (1)

其中AI为声波阻抗，ρ为饱和流体岩石的密度，ν为地震波在岩石中传播的速度。

对于饱和流体岩石的密度ρ，一般被表示成：

ρ＝ρ_ma(1-φ)+ρ_fφ (2)

其中，ρ_ma为基质密度，ρ_f为孔隙流体的密度，φ为孔隙度。

对于地震波在岩层中传播的速度ν，目前有两种比较常见的分解方法，一种是Wyllie(1956)的空间平均模型方程，如公式(3)所示，一种是Raymer(1980)的Raymer方程，如公式(4)所示，

v＝(1-φ)²v_ma+φv_f (4)

其中v_ma为声波在骨架中的传播速度，v_f为声波在流体中的传播速度。

反射系数(reflectivity)用来表示地震波在两个地层之间的界面上反射波振幅与入射波振幅之比。在地震波法线入射时，反射系数与声波阻抗的变化有关，通过求解在界面处位移及应力均为连续的边界条件方程，即可求出上述关系。对于地震波法向入射到两层介质的界面(该界面上下介质的密度为ρ₁和ρ₂、速度为v₁和v₂)上，从介质1入射到界面时的反射系数是:

如反射系数为正，则当入射波为压缩波时，所反射的波也是压缩波；如反射系数为负，则会出现相位倒转，此时，压缩波变为膨胀波。

声波阻抗的变化引起地震反射波振幅的变化。对法向入射和接收的情况来说，如已知地下岩石的声波阻抗情况可以推导地震反射波振幅的变化，反之，已知反射地震波振幅变化也可以求取地下岩石的声波阻抗(反射率)。这就是利用声波阻抗进行的反射地震波正演和反演。

对于更一般化的非垂直入射平面波来说，则会产生反射P波与S波，以及透射的P波与S波，其中，P波：P代表主要(Primary)或压缩(Pressure)，为一种纵波，粒子振动方向和波前进方平行，在所有地震波中，前进速度最快，也最早抵达，P波能在固体、液体或气体中传递；S波：S意指次要(Secondary)或剪力(Shear)，前进速度仅次于P波，粒子振动方向垂直于波的前进方向，是一种横波，S波只能在固体中传递，无法穿过液态外地核。根据诺特方程(Knott’s equation)、佐普利兹方程(Zoeppritz’s equation)、Aki-Richards方程等，则可以算出每一种波的振幅变化。在此基础上，人们形成了一系列弹性参数反演，其中比较著名是1999年由Connolly提出的弹性波阻抗反演，针对不同的应用领域，人们形成了一系列方法和技术，下面列举目前有一定代表性的专利。

申请号为200710178116.4的中国授权专利“一种利用地震流体阻抗进行流体确定的方法”公开了一种利用地震流体阻抗进行流体确定的方法：这种方法首先是利用纵波反射率属性和横波反射率属性构建了一个流体反射率，也称之为流体因子，将流体因子与地震子波结合，得到合成流体因子记录，再利用测井数据构建流体阻抗模型，将合成流体因子记录与流体阻抗模型结合进行反演，可以得到流体阻抗剖面，在流体阻抗剖面可进行流体分布的横向追踪。

申请号为201010205374.9的中国授权专利“射线弹性参数反演方法”公开了一种射线弹性参数反演方法：利用测井密度、纵波和横波等资料所确定的射线弹性阻抗作为约束条件，将地震共中心点道集资料分成近、远两个部角道集，分别求得射线弹性阻抗；再利用这两个射线弹性阻抗，计算纵横波速度比、横波阻抗和纵波阻抗；从而提高计算与储层岩性及孔隙流体性质相关参数的可靠性。

申请号为201110320927.X的中国授权专利“一种利用佐普立兹阻抗进行储层预测的方法”公开了一种基于佐普立兹(Zoeppritz)阻抗进行储层预测的方法^[5]：将佐普立兹与其它类型的弹性阻抗对比，佐普立兹反射系数的精确公式，计算沿射线或共角度的佐普立兹(Zoeppritz)弹性阻抗；对井资料进行精细解释与方波化，以便消除利用井资料和计算佐普立兹(Zoeppritz)弹性阻抗的累积误差；利用精确反射系数计算人工合成地震记录、标定层位；对于地震资料，采用小角度范围或者射线范围内叠加的方式，提高地震资料的信噪比。

现有技术中，声波阻抗应用比较简单，正演出来的为自激自收地震剖面，反演利用的是零偏移距剖面，也称偏移剖面。这其中主要建立反射地震波振幅与岩石界面反射率(声波阻抗)之间的联系，没有涉及到岩石的储集特征，如孔隙度或所含流体。

弹性波阻抗反演可以求取岩石储层岩性及孔隙流体性质等相关参数，是地震储层研究的集中技术领域。但在这过程中不仅计算工作量大、方法复杂、所反演的储层物性参数精度低，而且对所用地震资料的要求也很严格。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于等效流体声波阻抗的流体识别方法，使其能更好地指示有利油层位置。

本发明的目的是这样实现的，一种基于等效流体声波阻抗的流体识别方法，其特征在于包括如下步骤：

1)使用测井解释方法或岩石物理测试方法获取储层不同位置油的密度、水的密度、地震波传播速度和孔隙度，形成一个数据集合；

2)利用基质密度、孔隙中的流体密度和孔隙度构建饱和流体的岩石密度：

ρ＝ρ_ma(1-φ)+ρ_fφ (2)

其中，ρ为饱和流体的岩石密度，ρ_ma为基质密度(2.65g/cm³)，ρ_f为孔隙流体的密度，φ为孔隙度；所述基质为岩石中的骨架部分；

同时利用声波在骨架中的传播速度及在流体中的传播速度构建地震波在岩石中的传播速度的关系式：

v＝(1-φ)²v_ma+φv_f (4)

其中，v_ma为声波在骨架中的传播速度(18500ft/s)，v_f为声波在流体中的传播速度，

3)利用反演方法得到饱和流体岩石的声波阻抗AI，AI可以表示如下公式：

AI＝ρν (1)

将(2)和(4)带入(1)得到：

其中，AI为饱和流体岩石的声波阻抗；

4)将步骤3)的声波阻抗AI分解成骨架等效声波阻抗与等效流体声波阻抗之和，可得到：

其中，是岩石骨架贡献部分，称之为骨架等效声波阻抗；是岩石中流体贡献部分，称之为等效流体声波阻抗，限定：

令R_v是声波在流体中的传播速度与声波在骨架中的传播速度的比值；R_v取值为[2.5～3.0]，

公式(8)和公式(9)又可以表示成：

5)基于步骤4)的分解公式，利用反演的声波阻抗及骨架等效声波阻抗计算等效流体声波阻抗；

6)将步骤5)得到的等效流体声波阻抗的数据集合用石油物探专业的地震显示软件进行图形显示，不同性质的流体会表现出不同的颜色，从而达到利用图形显示进行流体识别的目的。

本发明是在将地层岩石的声波阻抗表示成骨架等效声波阻抗和等效流体声波阻抗两部分之和，在此基础上形成的一种流体识别方法；对于一个确定的储层来讲，其基质密度和声波在骨架中的传播速度是确定的；而储层中所充填流体由于其比例关系不能确定，因此流体密度ρ_f和声波在流体中的传播速度v_f也难以确定。由于孔隙度大小和所饱含流体的不同引起声波阻抗的变化，进而影响岩石反射率的变化，那么在地震反射波的振幅特性上就有响应，如此，依据反射波振幅变化通过本方法可以从声波阻抗中剥离掉骨架等效声波阻抗，从而得到反映孔隙和流体性质的等效流体声波阻抗，依据该阻抗可以很好地进行流体的识别。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：(1)方法直观，反演的等效流体声波阻抗只包括了与流体和孔隙度有关，能够反映岩石的孔隙度和所含流体性质。(2)对地震资料要求简单。(3)计算量小、计算相对简单。该方法能够更好地进行流体识别。

上述步骤1)—5)用于正演时，孔隙度取值为10％～30％。

上述步骤1)—5)用于反演时，孔隙度是已知井上实测孔隙度。

附图说明

图1为正演所用的地质模型。

图2为正演模型的声波阻抗。

图3为正演的骨架等效声波阻抗。

图4为正演的等效流体声波阻抗。

图5为正演的合成地震记录。

图6为正演情况下利用本发明得到的等效流体声波阻抗剖面图。

图7为过b1-3井的地震剖面。

图8为b1-3井的综合录井图。

图9为过b1-3井的孔隙度模型。

图10为过b1-3井的骨架等效声波阻抗。

图11为基于实际数据利用本发展得到的等效流体声波阻抗图。

图12为基于常规方法得到的声波阻抗图。

图中，1、地层界面；2、油水分解面；3、油层；4、水层；5、油层等效声波阻抗；6、水层等效声波阻抗。

具体实施案例

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明，为能直观看出技术方案中各步骤后的技术效果，在相应的步骤后采用图形显示方式将相应的图形显示出来，附图仅提供参考与说明，非用以限制本发明。

实施例1

正演模拟案例，其步骤为：

1.通过建模软件建立地质模型。地质模型如图1所示，该模型是一个宽1000m，高500m，4个地层分界面将模型分成5个层。假定第1、第3、第5层为泥岩地层，声波在该地层中传播速度为3000m/s，用灰色表示，假定第2层和第4层是砂岩地层，孔隙度取值优选为10％～30％，本实施例中，地层孔隙度为20％，砂岩地层中各种流体处于饱和状态，第4层是饱含水的地层，水的密度假定为1g/cm³，声波在该地层中传播速度为3900m/s，第2层的顶部饱含油，油的密度假定为0.8g/cm³，声波在该地层中传播速度为3800m/s，而下部饱含水，水的密度假定为1.0g/cm³，声波在该地层中传播速度为3900m/s，成一个数据集合；

2)利用基质密度、孔隙中的流体密度和孔隙度构建饱和流体岩石的密度：

ρ＝ρ_ma(1-φ)+ρ_fφ (2)

其中，ρ为饱和流体岩石的密度，ρ_ma为基质密度(2.65g/cm³)，ρ_f为孔隙流体的密度，φ为孔隙度；所述基质为岩石中的骨架部分；

同时利用声波在骨架中的传播速度及在流体中的传播速度构建地震波在岩石中的传播速度的关系式：

v＝(1-φ)²v_ma+φv_f (4)

其中，v_ma为声波在骨架中的传播速度(18500ft/s)，v_f为声波在流体中的传播速度，

3)利用反演方法得到饱和流体岩石的声波阻抗AI，AI可以表示如下公式：

AI＝ρν (1)

将(2)和(4)带入(1)得到：

其中，AI为饱和流体声波阻抗；

4)将步骤3)的声波阻抗AI分解成骨架等效声波阻抗与等效流体声波阻抗之和，可得到：

其中，是岩石骨架贡献部分，称之为骨架等效声波阻抗；是岩石中流体贡献部分，称之为等效流体声波阻抗，限定：

令R_v是声波在流体中的传播速度与声波在骨架中的传播速度的比值；给定R_v为2.5，

公式(8)和公式(9)又可以表示成：

骨架等效声波阻抗显示如图3；

5)基于步骤4)的分解公式，利用反演的声波阻抗及骨架等效声波阻抗计算等效流体声波阻抗；

6)将步骤5)得到的等效流体声波阻抗的数据集合用石油物探专业的地震显示软件进行图形显示，如图6所示，并依据显示图形进行流体识别。

对比图6和图4，反演的等效流体声波阻抗与给定的等效流体声波阻抗基本相似，反演结束。上述过程用于验证本发明的方法的准确性。根据不同储层的性质，R_v取值为[2.5～3.0]时，能够得到比较准确的结果。

实施例2

实际反演案例

其步骤为：

1)首先对采集的地震数据进行去噪处理、地表一致性校正、球面扩散补偿、子波处理、DMO处理、偏移处理，使得到的地震资料比较真实反演地下信息，且资料保幅保真。对地震资料进行目的层段T₄ ⁰的解释，如图7所示。在此基础上，使用测井解释方法或岩石物理测试方法获取储层不同位置油的密度、水的密度、地震波传播速度和孔隙度，形成一个数据集合。图8为基于测录井数据进行井上孔隙度解释，基于地震解释和解释的孔隙度数据可得到反演所用的孔隙度数据，如图9所示，孔隙度是已知井上实测孔隙度，目的层段测得到的孔隙流体密度为0.90g/cm³，声波在流体中传播速度为3830m/s。

2)利用基质密度、孔隙中的流体密度和孔隙度构建饱和流体岩石的密度：

ρ＝ρ_ma(1-φ)+ρ_fφ (2)

其中，ρ为饱和流体岩石的密度，ρ_ma为基质密度(2.65g/cm³)，ρ_f为孔隙流体的密度，φ为孔隙度；

同时利用声波在骨架中的传播速度及在流体中的传播速度构建地震波在岩石中的传播速度的关系式：

v＝(1-φ)²v_ma+φv_f (4)

其中，v_ma为声波在骨架中的传播速度(18500ft/s)，v_f为声波在流体中的传播速度，

3)利用反演方法得到饱和流体岩石的声波阻抗AI，AI可以表示如下公式：

AI＝ρν (1)

将(2)和(4)带入(1)得到：

其中，AI为饱和流体声波阻抗；

4)将步骤3)的声波阻抗AI分解成骨架等效声波阻抗与等效流体声波阻抗之和，可得到：

其中，是岩石骨架贡献部分，称之为骨架等效声波阻抗；是岩石中流体贡献部分，称之为等效流体声波阻抗，限定：

令R_v是声波在流体中的传播速度与声波在骨架中的传播速度的比值；给定R_v为3.0，

公式(8)和公式(9)又可以表示成：

骨架等效声波阻抗显示如图3；

5)基于孔隙度数据、地震层位以及岩性解释数据，给定R_v为3.0，得到图10的骨架等效声波阻抗数据。基于步骤4)的分解公式，利用反演的声波阻抗及骨架等效声波阻抗计算等效流体声波阻抗；

图11即为利用该公式反演得到的等效流体声波阻抗数据。

6)将步骤5)得到的等效流体声波阻抗的数据集合用石油物探专业的地震显示软件进行图形显示，如图11所示，并依据显示图形进行流体识别。

由图11可以一目了然看出b1-3井在k₂t₁中上部存在丰富的油气，而从图12并不能看出这一特征，图12是基于常规反演得到的声波阻抗，且在横向上有一定的分布，k₂t₁顶部和k₂t₁底部存在高值区，表明该位置可能是以干层或者油水层为主，与井上解释是基本一致的，说明了本方法可以在实际中帮助用来指示有利油气的识别。依据该等效流体声波阻抗图，可以看出，在下降盘存在比较明显的流体阻抗低值范围，可能是比较有利的油气位置，将作为油田下一步勘探的目标。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于等效流体声波阻抗的流体识别方法，其特征在于包括如下步骤：

1)使用测井解释方法或岩石物理测试方法获取储层不同位置油的密度、水的密度、地震波传播速度和孔隙度，形成一个数据集合；

2)利用基质密度、孔隙中的流体密度和孔隙度构建饱和流体的岩石密度：

ρ＝ρ_ma(1-φ)+ρ_fφ (2)

其中，ρ为饱和流体的岩石密度，ρ_ma为基质密度，ρ_f为孔隙流体的密度，φ为孔隙度；所述基质为岩石中的骨架部分；

同时利用声波在骨架中的传播速度及在流体中的传播速度构建地震波在岩石中的传播速度的关系式：

v＝(1-φ)²v_ma+φv_f (4)

其中，v_ma为声波在骨架中的传播速度，v_f为声波在流体中的传播速度，

3)利用反演方法得到饱和流体岩石的声波阻抗AI，AI可以表示如下公式：

AI＝ρν (1)

将(2)和(4)带入(1)得到：

$AI={\mathrm{\ρ}}_{ma}{v}_{ma}(1-\mathrm{\φ})\[{(1-\mathrm{\φ})}^2+\mathrm{\φ}\left(\frac{v_f}{v_{ma}}\right)\]+{\mathrm{\ρ}}_f{v}_f\frac{\mathrm{\φ}}{\left(\frac{v_f}{v_{ma}}\right)}\[{(1-\mathrm{\φ})}^2+\mathrm{\φ}\frac{v_f}{v_{ma}}\]---\left(6\right)$

其中，AI为饱和流体岩石的声波阻抗；

4)将步骤3)的声波阻抗AI分解成骨架等效声波阻抗与等效流体声波阻抗之和，可得到：

$AI={\mathrm{AI}}_{ma}^{\mathrm{\φ}}+{\mathrm{AI}}_f^{\mathrm{\φ}}---\left(7\right)$

其中，是岩石骨架贡献部分，称之为骨架等效声波阻抗；是岩石中流体贡献部分，称之为等效流体声波阻抗，限定：

${\mathrm{AI}}_{ma}^{\mathrm{\φ}}={\mathrm{\ρ}}_{ma}{v}_{ma}(1-\mathrm{\φ})\[{(1-\mathrm{\φ})}^2+\mathrm{\φ}\left(\frac{v_f}{v_{ma}}\right)\]---\left(8\right)$

${\mathrm{AI}}_f^{\mathrm{\φ}}={\mathrm{\ρ}}_f{v}_f\frac{\mathrm{\φ}}{\left(\frac{v_f}{v_{ma}}\right)}\[{(1-\mathrm{\φ})}^2+\mathrm{\φ}\frac{v_f}{v_{ma}}\]---\left(9\right)$

令R_v是声波在流体中的传播速度与声波在骨架中的传播速度的比值；R_v取值为[2.5～3.0]，

公式(8)和公式(9)又可以表示成：

${\mathrm{AI}}_f^{\mathrm{\φ}}={\mathrm{\ρ}}_f{v}_f\frac{\mathrm{\φ}}{R_v}\[{(1-\mathrm{\φ})}^2+{\mathrm{\φR}}_v\]---\left(11\right)$

5)基于步骤4)的分解公式，利用反演的声波阻抗及骨架等效声波阻抗计算等效流体声波阻抗；

${\mathrm{AI}}_f^{\mathrm{\φ}}=AI-{\mathrm{AI}}_{ma}^{\mathrm{\φ}}---\left(12\right)$

6)将步骤5)得到的等效流体声波阻抗的数据集合用石油物探专业的地震显示软件进行图形显示，并利用图形显示进行流体识别。

2.根据权利要求1的一种基于等效流体声波阻抗的流体识别方法，其特征在于：所述步骤1)—5)用于正演时，孔隙度取值为10％～30％。

3.根据权利要求1的一种基于等效流体声波阻抗的流体识别方法，其特征在于：所述步骤1)—5)用于反演时，孔隙度是已知井上实测孔隙度。