CN104570128A - 一种基于岩石脆性因子的非常规油气储层预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于岩石脆性因子的非常规油气储层预测方法，属于非常规油气勘探与开发领域。本方法包括：由叠前地震反演得到纵波阻抗和横波阻抗的数据体；对数据体中的各个纵波阻抗和横波阻抗分别计算岩石脆性因子，计算得到的所有岩石脆性因子构成岩石脆性因子数据体。利用本发明能够在给定纵波阻抗和横波阻抗的基础上计算得到表征岩石脆性的岩石脆性因子，该岩石脆性因子不含密度信息，且在表征岩石的脆性程度方面与杨氏模量近似。

Description

一种基于岩石脆性因子的非常规油气储层预测方法

技术领域

本发明属于非常规油气勘探与开发领域，具体涉及一种基于岩石脆性因子的非常规油气储层预测方法。

背景技术

随储层地震预测技术的深入研究和广泛应用，它已成为油气勘探的必备技术，在当今油气勘探开发中发挥着越来越重要的作用。目前行业内发展了地震属性分析技术、相干体分析技术、频谱成像技术、三维可视化技术和地震反演技术，包含了断裂构造解释、地震相划分、特殊岩性体识别和储层参数计算等储层预测工作的各个环节，这些技术在常规油气勘探中发挥了重要的作用。随着油气勘探开发的不断深入发展，非常规油气在现有经济技术条件下展示了巨大的潜力。中国的非常规油气资源十分丰富，页岩气、致密气、致密油、油页岩、油砂、煤层气等开发利用潜力巨大。非常规油气有别于常规油气，主要在沉积盆地内的斜坡与向斜区大面积连续分布；烃源岩与储集层一体或紧邻，聚集效率高；储集层物性差，油气主要聚集于微孔储集层中；总体资源丰度低；其勘探开发突破了传统地质理念。我国非常规油气资源储量丰富，分布区域广，具有油气和成藏类型多样、低孔、低渗的特点。目前非常规油气勘探主要还是一些常规储层地震预测技术的应用，如裂缝检测技术、地震属性及反演技术等。在油页岩方面，利用常规测井评价技术系列确定储集参数、地震岩石物理建模确定岩性参数、地震解释技术确定厚度及分布范围。在油砂方面，利用地震成像确定构造、地震解释技术确定厚度及分布范围。在煤层气、页岩气及致密气方面，利用常规测井评价技术系列确定储集参数及生烃潜力等、常规地震处理技术解决构造成像、常规地震反演技术确定储层厚度及分布范围等、地震属性及烃类检测技术识别储层流体等。尽管成熟技术的应用取得一定的成果，但非常规油气更加复杂的岩性特征及成藏条件使常规地球物理勘探技术应用存在多种困难，如岩石物理分析相对单一，常规地震构造成像技术无法满足非常规油气勘探的需求，非常规油气储层强非均质性和各向异性使得储层地质与测井响应及地震预测结果呈现更加复杂的非线性关系，与常规油气预测相比其多解性更强。上述问题使得储层地震预测技术在非常规油气勘探应用方面受到限制。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于岩石脆性因子的非常规油气储层预测方法，针对常规地球物理勘探技术在强非均质性和各向异性的非常规油气储层预测中存在的储层描述精度不高，难以刻画厚度小、横向变化较快、低孔、低渗的储层，应用受到限制等不足，本发明根据非常规油气储层裂缝发育且具有脆性的特点，基于岩石弹性参数之间的关系，推导了杨氏模量与纵、横波阻抗之间的函数关系式，并根据岩石弹性参数的物理意义引入了能够表征岩石脆性和岩性的岩石脆性因子。该岩石脆性因子在表征岩石的“脆性程度”方面与杨氏模量近似，可以用于流体预测，还可以用于钻井工程和压裂分析有助于页岩气和油砂的开发，同时也用于开发成本的评估。本发明具有计算速度快、稳定性好的优点，可直接用于非常规油气地震资料的储层预测。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于岩石脆性因子的非常规油气储层预测方法，包括：

由叠前地震反演得到纵波阻抗和横波阻抗的数据体；

对数据体中的各个纵波阻抗和横波阻抗分别计算岩石脆性因子，计算得到的所有岩石脆性因子构成岩石脆性因子数据体。

所述方法进一步包括：

利用所述岩石脆性因子数据体与泊松比的交会图进行脆性位置的判别。

所述对数据体中的各个纵波阻抗和横波阻抗分别计算岩石脆性因子是利用下式实现的：

$B=Z_s^2({3Z}_p^2-{4Z}_s^2)/(Z_p^2-Z_s^2)---\left(9\right)$

其中，B为岩石脆性因子，Z_s为横波阻抗，Z_p为纵波阻抗。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于岩石脆性因子的非常规油气储层预测方法，基于杨氏模量和泊松比的定义及岩石弹性参数之间的关系，推导了杨氏模量与纵、横波阻抗之间的函数关系式，并根据岩石弹性参数的物理意义引入了能够表征岩石脆性和岩性的岩石脆性因子。能够在给定纵波阻抗和横波阻抗的基础上计算得到表征岩石脆性的岩石脆性因子。该岩石脆性因子不含密度信息，且在表征岩石的脆性程度方面与杨氏模量近似。结合纵波阻抗和横波阻抗，得到岩石脆性因子剖面，指导地震资料解释工作以及钻井工程和压裂分析。

附图说明

图1是测井曲线，从左至右依次为纵波速度、横波速度、密度、杨氏模量、岩石脆性因子，Vp，Vs，rho，E，E—rho分别代表纵波速度，横波速度，密度，杨氏模量，岩石脆性因子。

图2—1是杨氏模量与泊松比交会图。

图2—2是岩石脆性因子与泊松比交会图，其中，E为杨氏模量，B为岩石脆性因子，P代表泊松比。

图3是岩石脆性因子与杨氏模量交会图。

图4—1是杨氏模量切片。

图4—2是岩石脆性因子切片。

图5是实施例1中的岩石脆性因子剖面。

图6是实施例1中的12秒处的岩石脆性因子切片。

图7是实施例1中的13秒处的岩石脆性因子切片。

图8是本发明方法的步骤框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明的目的就是针对常规地球物理勘探技术在非常规油气储层预测中存在的不足，围绕非常规油气储层的特点及其与围岩在岩性、物性等方面存在的差异，提供一种基于岩石脆性因子的非常规油气储层预测方法。非常规油气储层裂缝发育且具有脆性的特点，脆性岩石具有高杨氏模量、低柏松比特点，柔性岩石具有低杨氏模量、高泊松比特点。利用地震叠前反演得到纵波阻抗、横波阻抗及密度，通过换算可以得到杨氏模量。但是反演得到的密度的误差较大，甚至多解性问题严重，此种方式换算得到的杨氏模量误差也较大。基于杨氏模量和泊松比的定义及岩石弹性参数之间的关系，推导了杨氏模量与纵、横波阻抗之间的函数关系式，并根据岩石弹性参数的物理意义引入了能够表征岩石脆性和岩性的岩石脆性因子。该岩石脆性因子不直接利用密度、速度信息，且在表征岩石的脆性程度方面与杨氏模量近似。结合纵波阻抗和横波阻抗，得到岩石脆性因子剖面，指导地震资料解释工作以及钻井工程和压裂分析。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于岩石脆性因子的非常规油气储层预测方法，基于岩石弹性参数之间的关系，推导了杨氏模量与纵、横波阻抗之间的函数关系式，并根据岩石弹性参数的物理意义引入了能够表征岩石脆性和岩性的岩石脆性因子。

如图8所示，所述方法包括以下步骤：

(1)根据杨氏模量和泊松比的定义式(1)和(2)推导杨氏模量与泊松比的关系式(3)：

$E=\frac{{\mathrm{\σ}}_1}{{\mathrm{\ϵ}}_1}=\frac{\mathrm{\μ}(3\mathrm{\λ}+2\mathrm{\μ})}{\mathrm{\λ}+\mathrm{\μ}}---\left(1\right)$

$\mathrm{\υ}=-\frac{{\mathrm{\ϵ}}_2}{{\mathrm{\ϵ}}_1}=\frac{\mathrm{\λ}}{2(\mathrm{\λ}+\mathrm{\μ})}---\left(2\right)$

E=3K(1-2υ)       (3)

式中，E为杨氏模量，σ₁为轴向应力，ε₁为轴向应变，ε₂为垂直于轴向上的应变，υ为泊松比，K为体积模量，λ为拉梅常数，μ为剪切模量。

(2)建立体积模量和泊松比与纵波速度、横波速度、密度的关系式(4)和(5)：

$K=\mathrm{\ρ}(v_p^2-\frac{4}{3}{v}_s^2)---\left(4\right)$

$\mathrm{\υ}=\frac{v_p^2-2v_s^2}{2v_p^2-2v_s^2}---\left(5\right)$

式中，ρ为密度，v_p为纵波速度，v_s为横波速度。

(3)将公式(4)和(5)代入步骤(1)中的公式(3)，得到杨氏模量与纵波速度、横波速度、密度的关系式(6)：

$E=3K(1-2\mathrm{\υ})={3\mathrm{\ρv}}_s^2-\frac{v_p^2-\frac{4}{3}{v}_s^2}{v_p^2-v_s^2}---\left(6\right)$

利用波阻抗的定义(7)对上述所述公式(6)进行变换，公式(6)变换为杨氏模量与纵横波阻抗和密度的函数(8)：

Z=v_pρ                   (7)

$E=3{\mathrm{\ρv}}_s^2\frac{v_p^2-\frac{4}{3}{v}_s^2}{v_p^2-v_s^2}=v_s{Z}_s\frac{{3Z}_p^2-{4Z}_s^2}{Z_p^2-Z_s^2}---\left(8\right)$

(4)在公式(8)两端同时乘以密度，得到岩石脆性因子(9)：

$B=Z_s^2({3Z}_p^2-{4Z}_s^2)/(Z_p^2-Z_s^2)---\left(9\right)$ (公式(7)是个定义，波阻抗是速度与密度的乘积。纵波速度乘以密度得到纵波阻抗，即Z_p=v_pρ；横波速度乘以密度得到纵波阻抗，即Z_s=v_sρ)

上述所述公式(9)为岩石脆性因子表达式，为岩石脆性因子，ρ为密度，E为杨氏模量，Z_s为横波阻抗，Z_p为纵波阻抗。从(9)式的最右端来看，只利用纵波阻抗和横波阻抗就可以求得岩石脆性因子。其它参数都不需要。通过本发明的这种变换，就不需要密度了，而纵波阻抗、横波阻抗和密度这三者中，密度最难反演，得到的密度误差也最大。公式(9)计算的岩石脆性因子是在纵波阻抗和横波阻抗基础上变换而来，不受到岩性的限制。只要有纵波阻抗和横波阻抗，就可以利用公式(9)计算脆性因子。什么类型的岩石都可以，如砂泥岩，碳酸盐岩等。

(5)利用上述步骤(4)中公式(9)计算数据体中各个样点的岩石脆性因子，从而得到整个岩石脆性因子数据体。其中纵波阻抗和横波阻抗由叠前地震反演得到，此处作为已知的输入数据给定。

下面以某地区的实际三维地震数据为例，利用本发明方法进行岩石脆性因子的求取，进而说明本发明的效果。

本实施例是本发明用于某地区的实际三维地震数据的岩石脆性因子计算实施实例，具体步骤如下：

(1)由叠前地震反演得到纵波阻抗和横波阻抗；

(2)由上述步骤的纵、横波阻抗利用公式(9)计算岩石脆性因子；

(3)重复上述步骤(2)，计算整个数据体的岩石脆性因子：给定纵波阻抗和横波阻抗的数据体，利用公式(9)进行变换得到岩石脆性因子数据体。

脆性区断裂发育，并且页岩气储层的压裂性对页岩气产量有重要影响。在描述岩石属性的众多岩石物理参数中，杨氏模量和泊松比是识别页岩气藏岩石脆性物的重要岩石物理参数，脆性岩石杨氏模量较大，泊松比较低。根据这一特征，可以利用杨氏模量与泊松比的交会图进行脆性位置的判别。本发明的岩石脆性因子在表征岩石的“脆性程度”方面与杨氏模量近似，因此也可以利用岩石脆性因子与泊松比的交会图进行脆性位置的判别，即在岩石脆性因子与泊松比的交会图中，在岩石脆性因子较大且泊松比较低的区域就是岩石脆性发育区。从地震资料中反演得到纵、横波阻抗，继而利用本发明方法计算得到岩石脆性因子，用来指导泥页岩地层脆性预测。页岩油、致密砂岩油气等非常规油气同样具有某些类似页岩气藏特征，该岩石脆性因子可作为页岩油、致密砂岩油气地震识别的重要参考。

利用叠前反演得到的纵波阻抗和横波阻抗剖面，计算岩石脆性因子剖面，继而利用岩石脆性因子剖面、切片或者三维数据体指导地震资料解释工作以及钻井工程和压裂分析。

图1至图3为利用井中数据计算的杨氏模量和岩石脆性因子，其中图1是测井曲线，从左至右依次为纵波速度、横波速度、密度、杨氏模量、岩石脆性因子。杨氏模量利用公式(8)由纵波速度、横波速度和密度计算得到，纵波速度、横波速度和密度由测井数据得到。岩石脆性因子由纵波阻抗和横波阻抗利用公式(9)计算得到。图2—1和图2—2是交会图，图2—1为杨氏模量与泊松比交会图，图2—2为岩石脆性因子与泊松比交会图。两个交会图的相似性表明岩石脆性因子与杨氏模量具有近似的表征岩石脆性的能力。图3是岩石脆性因子与杨氏模量交会图，虽然岩石脆性因子由杨氏模量和密度乘机得到，但是从交会图可以看出岩石脆性因子与杨氏模量近似拟合为一直线，进一步说明了用岩石脆性因子表征岩石脆性的可行性。

图4—1至图7为实际地震资料经反演得到纵横波阻抗后计算得到岩石脆性因子，其中，图4—1和图4—2是实际资料的层位面切片，图2—1为杨氏模量切片，图2—2为岩石脆性因子切片，两者相似性很高。图5是实际地震资料反演得到纵波阻抗和横波阻抗后由本发明计算得到的岩石脆性因子剖面。图6和图7是地震资料在12秒和13秒处的岩石脆性因子切片。

本发明应用于石油地球物理勘探中的地震储层预测及评价技术领域。本发明基于岩石杨氏模量和泊松比的定义及岩石弹性参数之间的关系，推导了杨氏模量与纵、横波阻抗之间的函数关系式，并根据岩石弹性参数的物理意义引入了能够表征岩石脆性和岩性的岩石脆性因子。该岩石脆性因子不含密度信息，通过总波阻抗和横波阻抗可以直接变换得到。该岩石脆性因子在表征岩石的脆性程度方面与杨氏模量近似，可用于流体预测、钻井工程和压裂分析，有助于页岩气和油砂的开发及开发成本的评估。结合纵波阻抗和横波阻抗，得到岩石脆性因子剖面，指导地震资料解释工作以及钻井工程和压裂分析。本发明具有计算速度快、稳定性好的优点，可直接用于非常规油气地震资料的储层预测。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (3)

1.一种基于岩石脆性因子的非常规油气储层预测方法，其特征在于：所述方法包括：

由叠前地震反演得到纵波阻抗和横波阻抗的数据体；

对数据体中的各个纵波阻抗和横波阻抗分别计算岩石脆性因子，计算得到的所有岩石脆性因子构成岩石脆性因子数据体。

2.根据权利要求1所述的基于岩石脆性因子的非常规油气储层预测方法，其特征在于：所述方法进一步包括：

利用所述岩石脆性因子数据体与泊松比的交会图进行脆性位置的判别。

3.根据权利要求1或2所述的基于岩石脆性因子的非常规油气储层预测方法，其特征在于：所述对数据体中的各个纵波阻抗和横波阻抗分别计算岩石脆性因子是利用下式实现的：

$B=Z_s^2({3Z}_p^2-{4Z}_s^2)/(Z_p^2-Z_s^2)---\left(9\right)$

其中，B为岩石脆性因子，Z_s为横波阻抗，Z_p为纵波阻抗。