CN104570129A - 碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，涉及地球物理勘探技术领域。方法包括：确定储层的矿物组分以及储层孔隙度和流体饱和度；将储层孔隙划分为刚性孔隙、裂缝孔隙和粘土孔隙；获取储层各矿物的参数；通过Voigt-Reuss-Hill平均模型计算岩石基质体积模量K_m和剪切模量μ_m；计算ρ_m；生成K_fl和ρ_fl；生成岩石干骨架等效密度ρ_dry；将各孔隙通过DEM模型依次加入到岩石基质中，计算K_dry和μ_dry；通过低频Gassmann方程对干岩石骨架进行流体替换，生成饱和流体岩石密度ρ；计算K_sat和μ_sat；计算饱和流体岩石纵波速度横波速度根据和的一第一相对误差，或者ρ和一ρ^o的一第二相对误差通过模拟退火方法反演一虚拟裂缝孔隙度φ'_f；将φ_f替换为φ'_f，返回计算生成碳酸盐岩岩石储层横波速度V₁。

Description

碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法。

背景技术

当前，碳酸盐岩储层是世界油气勘探的最重要目标之一，从碳酸盐岩储层中发现的油气储量己接近世界油气储量的一半，产量则己达总产量的60％以上。碳酸盐岩主要包括孔隙、溶洞和裂缝三大类储集空间。孔隙和溶洞是主要的储集空间，裂缝是主要的渗滤通道，也是其储集空间，这也就是碳酸盐岩与碎屑岩最大的不同之处，其孔隙结构复杂、类型多样，因此碳酸盐岩储层具有很强的非均质性，这使得其弹性模量的获取十分困难。

横波速度是岩石众多弹性参数中重要参数之一，其对于地震资料的振幅随偏移距的变化(Amplitude Versus Offset，简称AVO)分析、地震叠前反演、流体识别等具有重要意义，然而实际测井数据中横波速度信息缺乏，通常横波速度预测的方法大致分为两种：第1种是经验公式预测法，但通常经验公式具有区域性，且物理意义不明确，预测的精度较差；第2种是理论岩石物理模型预测法，如Xu-White砂泥岩混合模型等，其在砂泥岩中较适用，但在碳酸盐岩中，其速度预测精度不高。因此，如何进行碳酸盐岩岩石储层进行横波速度预测是本领域的一个技术难题。

发明内容

本发明实施例提供一种碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，以解决现有技术中缺乏对碳酸盐岩岩石储层横波速度的精确预测的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，包括：

步骤101、根据碳酸盐岩岩石储层测井资料确定储层的矿物组分以及储层孔隙度和流体饱和度；

步骤102、根据碳酸盐岩岩石物理模型和所述孔隙度，将储层孔隙划分为刚性孔隙、裂缝孔隙和粘土孔隙；其中，刚性孔隙度为φ_s、裂缝孔隙度为φ_f、粘土孔隙孔隙度为φ_c；

步骤103、获取储层各矿物的弹性模量M_i、储层各矿物的体积含量f_i、各矿物密度ρ_i、储层流体各组分成分的体积分量f_{fl_i}、体积模量K_{fl_i}和密度ρ_{fl_i}和碳酸盐岩孔隙度φ；

步骤104、根据储层各矿物的弹性模量M_i和体积含量f_i，通过Voigt-Reuss-Hill平均模型计算岩石基质体积模量K_m和岩石基质剪切模量μ_m；

步骤105、根据储层各矿物的体积含量f_i和各矿物密度ρ_i，通过体积加权平均法计算岩石基质等效密度ρ_m；

步骤106、根据储层流体各组分成分的体积分量f_{fl_i}、体积模量K_{fl_i}和密度ρ_{fl_i}，生成混合流体体积模量K_fl和混合流体平均密度ρ_fl；

步骤107、根据所述ρ_m、φ_s、φ_f、φ_c计算生成岩石干骨架等效密度ρ_dry；

步骤108、将所述粘土孔隙、刚性孔隙和裂缝孔隙通过DEM模型依次加入到所述岩石基质中，计算岩石干骨架体积模量K_dry和岩石干骨架剪切模量μ_dry；

步骤109、通过低频Gassmann方程对所述干岩石骨架进行流体替换，根据所述ρ_dry、ρ_fl、φ_s、φ_f、φ_c计算生成饱和流体岩石密度ρ；

步骤110、根据K_dry、K_fl、K_o、φ计算生成饱和流体岩石有效体积模量K_sat；其中，K_o为各矿物的体积模量；

步骤111、根据所述μ_dry确定饱和流体岩石有效剪切模量μ_sat；

步骤112、根据所述K_sat、μ_sat、ρ计算生成饱和流体岩石纵波速度横波速度

步骤113、根据所述饱和流体岩石纵波速度和一预先获取的实测纵波速度生成一第一相对误差，或者根据所述饱和流体岩石密度ρ和一预先获取的实测密度ρ^o生成一第二相对误差；

步骤114、根据所述第一相对误差或者第二相对误差通过模拟退火方法反演一虚拟裂缝孔隙度φ'_f；

步骤115、将所述φ_f替换为φ'_f，返回执行步骤107至步骤112，生成碳酸盐岩岩石储层横波速度V₁。

进一步的，该碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，还包括：

获取各矿物组分的孔隙度纵横比α；

所述将储层孔隙划分为刚性孔隙、裂缝孔隙和粘土孔隙，包括：

根据孔隙度纵横比α，当α∈(0.6,0.8)时，将所述储层孔隙划分为刚性孔隙；

当α∈(0.001,0.1)时，将所述储层孔隙划分为裂缝孔隙；

当α∈(0.1,0.4)时，将所述储层孔隙划分为粘土孔隙。

具体的，所述根据储层各矿物的弹性模量M_i和体积含量f_i，通过Voigt-Reuss-Hill平均模型计算岩石基质体积模量K_m和岩石基质剪切模量μ_m，包括：

计算岩石基质等效弹性模量M_VRH：

$M_{\mathrm{VRH}}=\frac{M_V+M_R}{2}$

$\frac{1}{M_R}={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N\frac{f_i}{M_i}$

$M_V={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{f}_i{M}_i$

其中，M_V和M_R分别为岩石基质等效弹性模量的两个值；

确定所述岩石基质等效弹性模量M_VRH为所述岩石基质体积模量K_m，并且确定所述岩石基质等效弹性模量M_VRH为所述岩石基质剪切模量μ_m。

具体的，所述根据储层各矿物的体积含量f_i和各矿物密度ρ_i，通过体积加权平均法计算岩石基质等效密度ρ_m，包括：

通过以下公式计算岩石基质等效密度ρ_m：

${\mathrm{\ρ}}_m={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{f}_i{\mathrm{\ρ}}_i.$

具体的，所述根据储层流体各组分成分的体积分量f_{fl_i}、体积模量K_{fl_i}和密度ρ_{fl_i}，生成混合流体体积模量K_fl和混合流体平均密度ρ_fl，包括：

通过以下公式生成混合流体体积模量K_fl：

$K_{\mathrm{fl}}=\frac{1}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N\frac{f_{\mathrm{fl}\_i}}{K_{\mathrm{fl}\_i}}}$

通过以下公式生成混合流体平均密度ρ_fl：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{fl}}={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{f}_{\mathrm{fl}\_i}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{fl}\_i}.$

具体的，所述根据所述ρ_m、φ_s、φ_f、φ_c计算生成岩石干骨架等效密度ρ_dry，包括：

通过以下公式生成岩石干骨架等效密度ρ_dry：

ρ_dry＝ρ_m(1-φ_s-φ_c-φ_f)。

具体的，所述将所述粘土孔隙、刚性孔隙和裂缝孔隙通过DEM模型依次加入到所述岩石基质中，计算岩石干骨架体积模量K_dry和岩石干骨架剪切模量μ_dry，包括：

根据DEM模型，将粘土孔隙加入到所述岩石基质中，形成第一岩石干骨架，计算第一岩石干骨架体积模量和第一岩石干骨架剪切模量

$(1-y_c)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_c}\left[K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_c\right)\right]=(K_1-K_m)P_1^{(*2)}\left(y_c\right)$

$(1-y_c)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_c}\left[{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_c\right)\right]=({\mathrm{\μ}}_1-{\mathrm{\μ}}_m)Q_1^{(*2)}\left(y_c\right)$

其中，K₁、μ₁分别为所述粘土孔隙的体积模量和剪切模量，其中K₁＝0,μ₂＝0；y_c为粘土孔隙的含量，y_c＝φ_c；P₁、Q₁为与粘土孔隙相关的几何因数；

根据DEM模型，将刚性孔隙加入所述第一岩石干骨架中，形成第二岩石干骨架，计算第二岩石干骨架体积模量和第二岩石干骨架剪切模量

$(1-y_s)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_s}\left[K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_s\right)\right]=(K_2-K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_c\right))P_2^{(*2)}\left(y_s\right)$

$(1-y_s)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_s}\left[{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_s\right)\right]=({\mathrm{\μ}}_2-{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_c\right))Q_2^{(*2)}\left(y_s\right)$

其中，K₂、μ₂分别为所述刚性孔隙的体积模量和剪切模量，其中K₂＝0,μ₂＝0；y_s为刚性孔隙的含量，y_s＝φ_s；P₂、Q₂为与刚性孔隙相关的几何因数；

根据DEM模型，将裂缝孔隙加入所述第二岩石干骨架中，形成第三岩石干骨架，计算第三岩石干骨架体积模量和第二岩石干骨架剪切模量

$(1-y_f)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_f}\left[K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_f\right)\right]=(K_3-K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_s\right))P_3^{(*2)}\left(y_f\right)$

$(1-y_f)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_f}\left[{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_f\right)\right]=({\mathrm{\μ}}_3-{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_s\right))Q_3^{(*2)}\left(y_f\right)$

其中，K₃、μ₃分别为所述裂缝孔隙的体积模量和剪切模量，其中K₃＝0,μ₃＝0；y_f为裂缝孔隙的含量，y_f＝φ_f；P₃、Q₃为与裂缝孔隙相关的几何因数；

其中， $K_{\mathrm{dry}}=K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_f\right);{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{dry}}={\mathrm{\μ}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_f\right).$

具体的，所述通过低频Gassmann方程对所述干岩石骨架进行流体替换，根据所述ρ_dry、ρ_fl、φ_s、φ_f、φ_c计算生成饱和流体岩石密度ρ，包括：

通过如下公式计算生成饱和流体岩石密度ρ：

ρ＝ρ_dry+ρ_fl*(φ_s+φ_c+φ_f)。

具体的，所述根据所述K_dry、K_fl、K_o、φ计算生成饱和流体岩石有效体积模量K_sat，包括：

通过如下公式计算生成饱和流体岩石有效体积模量K_sat：

$K_{\mathrm{sat}}=\frac{\mathrm{\φ}(\frac{1}{K_o}-\frac{1}{K_{\mathrm{fl}}})+\frac{1}{K_o}-\frac{1}{K_{\mathrm{dry}}}}{\frac{\mathrm{\φ}}{K_{\mathrm{dry}}}(\frac{1}{K_o}-\frac{1}{K_{\mathrm{fl}}})+\frac{1}{K_o}(\frac{1}{K_o}-\frac{1}{K_{\mathrm{dry}}})}.$

具体的，所述根据所述μ_dry确定饱和流体岩石有效剪切模量μ_sat，包括：

通过如下公式确定饱和流体岩石有效剪切模量μ_sat：

μ_sat＝μ_dry。

具体的，所述根据所述K_sat、μ_sat、ρ计算生成饱和流体岩石纵波速度横波速度包括：

通过如下公式计算生成饱和流体岩石纵波速度

$V_p^{\mathrm{sat}}=\sqrt{\frac{K_{\mathrm{sat}}+4/3{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{sat}}}{\mathrm{\ρ}}}$

通过如下公式计算生成横波速度

$V_s^{\mathrm{sat}}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{sat}}}{\mathrm{\ρ}}}.$

具体的，所述根据所述饱和流体岩石纵波速度和一预先获取的实测纵波速度生成一第一相对误差，包括：

通过如下公式生成所述第一相对误差A：

$A=\frac{|V_p^m-V_p^o|}{V_p^o}$

所述根据所述饱和流体岩石密度ρ和一预先获取的实测密度ρ^o生成一第二相对误差，包括：

通过如下公式生成所述第二相对误差B：

$B=\frac{|\mathrm{\ρ}-{\mathrm{\ρ}}^o|}{{\mathrm{\ρ}}^o}.$

具体的，所述根据所述第一相对误差或者第二相对误差通过模拟退火方法反演一虚拟裂缝孔隙度φ'_f，包括：

以所述第一相对误差或者第二相对误差为目标函数，以裂缝孔隙度为φ_f为控制参数，当所述第一相对误差或者第二相对误差最小时，确定一虚拟裂缝孔隙度φ'_f。

本发明实施例提供的碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，能够将储层孔隙空间根据孔隙纵横比进行分类，并根据岩石基质和不同尺度的孔隙划分确定岩石干骨架模型。再对所述干岩石骨架进行流体替换，得到饱和流体岩石模型，并通过该饱和流体岩石所对应的第一相对误差或第二相对误差，根据模拟退火方法反演一虚拟裂缝孔隙度，并根据该虚拟裂缝孔隙度重新计算生成碳酸盐岩岩石储层横波速度。本发明能够解决现有技术中缺乏对碳酸盐岩岩石储层横波速度的精确预测的问题。

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作简单地介绍，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为本发明实施例中的碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法的流程图；

图2为本发明实施例中的通过碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法获得的A井的纵、横波速度以及密度预测结果示意图；

图3为常规岩石物理方法预测的A井的纵、横波速度以及密度图；

图4为本发明实施例中碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法与常规岩石物理方法两种方法预测的A井横波速度相对误差图；

图5为本发明实施例中的通过碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法获得的B井的纵、横波速度预测结果图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

如图1所示，本发明实施例提供一种碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，包括：

步骤101、根据碳酸盐岩岩石储层测井资料确定储层的矿物组分以及储层孔隙度和流体饱和度。

步骤102、根据碳酸盐岩岩石物理模型和所述孔隙度，将储层孔隙划分为刚性孔隙、裂缝孔隙和粘土孔隙；其中，刚性孔隙度为φ_s、裂缝孔隙度为φ_f、粘土孔隙孔隙度为φ_c。

步骤103、获取储层各矿物的弹性模量M_i、储层各矿物的体积含量f_i、各矿物密度ρ_i、储层流体各组分成分的体积分量f_{fl_i}、体积模量K_{fl_i}和密度ρ_{fl_i}和碳酸盐岩孔隙度φ。

步骤104、根据储层各矿物的弹性模量M_i和体积含量f_i，通过Voigt-Reuss-Hill平均模型计算岩石基质体积模量K_m和岩石基质剪切模量μ_m。

步骤105、根据储层各矿物的体积含量f_i和各矿物密度ρ_i，通过体积加权平均法计算岩石基质等效密度ρ_m。

步骤106、根据储层流体各组分成分的体积分量f_{fl_i}、体积模量K_{fl_i}和密度ρ_{fl_i}，生成混合流体体积模量K_fl和混合流体平均密度ρ_fl。

步骤107、根据所述ρ_m、φ_s、φ_f、φ_c计算生成岩石干骨架等效密度ρ_dry。

步骤108、将所述粘土孔隙、刚性孔隙和裂缝孔隙通过DEM模型依次加入到所述岩石基质中，计算岩石干骨架体积模量K_dry和岩石干骨架剪切模量μ_dry。

步骤109、通过低频Gassmann方程对所述干岩石骨架进行流体替换，根据所述ρ_dry、ρ_fl、φ_s、φ_f、φ_c计算生成饱和流体岩石密度ρ。

步骤110、根据K_dry、K_fl、K_o、φ计算生成饱和流体岩石有效体积模量K_sat；其中，K_o为各矿物的体积模量。

步骤111、根据所述μ_dry确定饱和流体岩石有效剪切模量μ_sat。

步骤112、根据所述K_sat、μ_sat、ρ计算生成饱和流体岩石纵波速度横波速度

步骤113、根据所述饱和流体岩石纵波速度和一预先获取的实测纵波速度生成一第一相对误差，或者根据所述饱和流体岩石密度ρ和一预先获取的实测密度ρ^o生成一第二相对误差。

步骤114、根据所述第一相对误差或者第二相对误差通过模拟退火方法反演一虚拟裂缝孔隙度φ'_f。

步骤115、将所述φ_f替换为φ'_f，返回执行步骤107至步骤112，生成碳酸盐岩岩石储层横波速度V₁。

本发明实施例提供的碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，能够将储层孔隙空间根据孔隙纵横比进行分类，并根据岩石基质和不同尺度的孔隙划分确定岩石干骨架模型。再对所述干岩石骨架进行流体替换，得到饱和流体岩石模型，并通过该饱和流体岩石所对应的第一相对误差或第二相对误差，根据模拟退火方法反演一虚拟裂缝孔隙度，并根据该虚拟裂缝孔隙度重新计算生成碳酸盐岩岩石储层横波速度。本发明能够解决现有技术中缺乏对碳酸盐岩岩石储层横波速度的精确预测的问题。

上述步骤102中的将所述储层孔隙划分为刚性孔隙、裂缝孔隙和粘土孔隙，可以通过如下方式实现：

获取孔隙度纵横比α；根据孔隙度纵横比α，当α∈(0.6,0.8)时，将所述储层孔隙划分为刚性孔隙；当α∈(0.001,0.1)时，将所述储层孔隙划分为裂缝孔隙；当α∈(0.1,0.4)时，将所述储层孔隙划分为粘土孔隙。其中，刚性孔隙一般是指溶孔、溶洞等。

上述的孔隙度φ_s、φ_f、φ_c可以通过如下方式计算确定：

φ_f可以根据双侧向电阻率测井计算：

当Rd>Rs时:

φ_f＝(8.52253/Rs-8.242778/Rd+0.00071236)*Rmf

当Rd<Rs时:

φ_f＝(1.99247/Rd-0.992719/Rs+0.000318291)*Rmf

φ_c＝φ_t V_sh

φ_s＝φ_t(1-V_sh)

${\mathrm{\&phi;}}_D=\frac{\mathrm{\&rho;}-{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{ma}}}{{\mathrm{\&rho;}}_f-{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{ma}}}$

${\mathrm{\&phi;}}_{N=}\frac{\mathrm{\&Phi;}-{\mathrm{\&Phi;}}_{\mathrm{ma}}}{{\mathrm{\&Phi;}}_f-{\mathrm{\&Phi;}}_{\mathrm{ma}}}$

总孔隙度 ${\mathrm{\&phi;}}_t=\sqrt{\frac{{\mathrm{\&phi;}}_D^2+{\mathrm{\&phi;}}_N^2}{2}}$

$V_{\mathrm{sh}}=\frac{2^{\mathrm{GCUR}\&CenterDot;\mathrm{SH}}-1}{2^{\mathrm{GCUR}}-1}$

$\mathrm{SH}=\frac{\mathrm{GR}-{\mathrm{GR}}_{\min }}{{\mathrm{GR}}_{\max }-{\mathrm{GR}}_{\min }}$

对第三系地层中，GCUR＝3.7；在老地层中，GCUR＝2。

在上式中：φ_D为密度孔隙度；

ρ为密度测井响应值；ρ_ma为岩石骨架密度；ρ_f为流体(泥浆滤液)的密度值；φ_N为中子孔隙度；Φ为中子测井响应值；Φ_ma为岩石骨架含氢指数；Φ_f为流体含氢指数；Rd为深侧向测井响应值；Rs为浅侧向测井响应值；Rmf为泥浆滤液电阻率值，在本实施例中取值为0.15Ω·m；Vsh为泥质含量；SH为泥质含量指数；GR_min为泥质含量为零时自然伽马取值；GR_max为纯泥岩段时自然伽马响应取值。

具体的，上述步骤103中的根据储层各矿物的弹性模量M_i和体积含量f_i，通过Voigt-Reuss-Hill平均模型计算岩石基质体积模量K_m和岩石基质剪切模量μ_m，可以通过如下方式实现：

计算岩石基质等效弹性模量M_VRH：

$M_{\mathrm{VRH}}=\frac{M_V+M_R}{2}$

$\frac{1}{M_R}={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^N\frac{f_i}{M_i}$

$M_V={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^N{f}_i{M}_i$

其中，M_V和M_R分别为岩石基质等效弹性模量的两个值。

确定所述岩石基质等效弹性模量M_VRH为所述岩石基质体积模量K_m，并且确定所述岩石基质等效弹性模量M_VRH为所述岩石基质剪切模量μ_m。此处该M_VRH既可以表示岩石基质体积模量K_m，又可以表示岩石基质剪切模量μ_m。

具体的，上述步骤105中的根据储层各矿物的体积含量f_i和各矿物密度ρ_i，通过体积加权平均法计算岩石基质等效密度ρ_m，可以通过如下方式实现：

通过以下公式计算岩石基质等效密度ρ_m：

${\mathrm{\&rho;}}_m={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^N{f}_i{\mathrm{\&rho;}}_i.$

具体的，上述步骤106中的根据储层流体各组分成分的体积分量f_{fl_i}、体积模量K_{fl_i}和密度ρ_{fl_i}，生成混合流体体积模量K_fl和混合流体平均密度ρ_fl，可以通过如下方式实现：

通过以下公式生成混合流体体积模量K_fl：

$K_{\mathrm{fl}}=\frac{1}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^N\frac{f_{\mathrm{fl}\_i}}{K_{\mathrm{fl}\_i}}}$

通过以下公式生成混合流体平均密度ρ_fl：

${\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{fl}}={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^N{f}_{\mathrm{fl}\_i}{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{fl}\_i}.$

具体的，上述步骤107中的根据所述ρ_m、φ_s、φ_f、φ_c计算生成岩石干骨架等效密度ρ_dry，可以通过如下方式实现：

通过以下公式生成岩石干骨架等效密度ρ_dry：

ρ_dry＝ρ_m(1-φ_s-φ_c-φ_f)

具体的，上述步骤108中的将所述粘土孔隙、刚性孔隙和裂缝孔隙通过DEM模型依次加入到所述岩石基质中，计算岩石干骨架体积模量K_dry和岩石干骨架剪切模量μ_dry，可以通过如下方式实现：

根据DEM模型，将粘土孔隙加入到所述岩石基质中，形成第一岩石干骨架，计算第一岩石干骨架体积模量和第一岩石干骨架剪切模量

$(1-y_c)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_c}\left[K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_c\right)\right]=(K_1-K_m)P_1^{(*2)}\left(y_c\right)$

$(1-y_c)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_c}\left[{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_c\right)\right]=({\mathrm{\&mu;}}_1-{\mathrm{\&mu;}}_m)Q_1^{(*2)}\left(y_c\right)$

其中，K₁、μ₁分别为所述粘土孔隙的体积模量和剪切模量，其中K₁＝0,μ₂＝0；y_c为粘土孔隙含量，y_c＝φ_c；P₁、Q₁为与粘土孔隙相关的几何因数。

根据DEM模型，将刚性孔隙加入所述第一岩石干骨架中，形成第二岩石干骨架，计算第二岩石干骨架体积模量和第二岩石干骨架剪切模量

$(1-y_s)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_s}\left[K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_s\right)\right]=(K_2-K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_c\right))P_2^{(*2)}\left(y_s\right)$

$(1-y_s)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_s}\left[{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_s\right)\right]=({\mathrm{\&mu;}}_2-{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_c\right))Q_2^{(*2)}\left(y_s\right)$

其中，K₂、μ₂分别为所述刚性孔隙的体积模量和剪切模量，其中K₂＝0,μ₂＝0；y_s为刚性孔隙的含量，y_s＝φ_s；P₂、Q₂为与刚性孔隙相关的几何因数。

根据DEM模型，将裂缝孔隙加入所述第二岩石干骨架中，形成第三岩石干骨架，计算第三岩石干骨架体积模量和第二岩石干骨架剪切模量

$(1-y_f)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_f}\left[K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_f\right)\right]=(K_3-K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_s\right))P_3^{(*2)}\left(y_f\right)$

$(1-y_f)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_f}\left[{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_f\right)\right]=({\mathrm{\&mu;}}_3-{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_s\right))Q_3^{(*2)}\left(y_f\right)$

其中，K₃、μ₃分别为所述裂缝孔隙的体积模量和剪切模量，其中K₃＝0,μ₃＝0；y_f为裂缝孔隙的含量，y_f＝φ_f；P₃、Q₃为与裂缝孔隙相关的几何因数。

其中， $K_{\mathrm{dry}}=K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_f\right);{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{dry}}={\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_f\right).$

具体的，上述步骤109中的通过低频Gassmann方程对所述干岩石骨架进行流体替换，根据所述ρ_dry、ρ_fl、φ_s、φ_f、φ_c计算生成饱和流体岩石密度ρ，可以通过如下方式实现：

通过如下公式计算生成饱和流体岩石密度ρ：

ρ＝ρ_dry+ρ_fl*(φ_s+φ_c+φ_f)。

具体的，上述步骤110中的根据所述K_dry、K_fl、K_o、φ计算生成饱和流体岩石有效体积模量K_sat，可以通过如下方式实现：

通过如下公式计算生成饱和流体岩石有效体积模量K_sat：

$K_{\mathrm{sat}}=\frac{\mathrm{\&phi;}(\frac{1}{K_o}-\frac{1}{K_{\mathrm{fl}}})+\frac{1}{K_o}-\frac{1}{K_{\mathrm{dry}}}}{\frac{\mathrm{\&phi;}}{K_{\mathrm{dry}}}(\frac{1}{K_o}-\frac{1}{K_{\mathrm{fl}}})+\frac{1}{K_o}(\frac{1}{K_o}-\frac{1}{K_{\mathrm{dry}}})}.$

具体的，上述步骤111中的根据所述μ_dry确定饱和流体岩石有效剪切模量μ_sat，可以通过如下方式实现：

通过如下公式确定饱和流体岩石有效剪切模量μ_sat：

μ_sat＝μ_dry。

具体的，上述步骤112中的根据所述K_sat、μ_sat、ρ计算生成饱和流体岩石纵波速度横波速度可以是通过如下方式实现：

通过如下公式计算生成饱和流体岩石纵波速度

$V_p^{\mathrm{sat}}=\sqrt{\frac{K_{\mathrm{sat}}+4/3{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{sat}}}{\mathrm{\&rho;}}}$

通过如下公式计算生成横波速度

$V_s^{\mathrm{sat}}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{sat}}}{\mathrm{\&rho;}}}.$

具体的，上述步骤113中的根据所述饱和流体岩石纵波速度和一预先获取的实测纵波速度生成一第一相对误差，可以通过如下方式实现：

通过如下公式生成所述第一相对误差A：

$A=\frac{|V_p^m-V_p^o|}{V_p^o}$

上述步骤113中的根据所述饱和流体岩石密度ρ和一预先获取的实测密度ρ^o生成一第二相对误差，可以通过如下方式实现：

通过如下公式生成所述第二相对误差B：

$B=\frac{|\mathrm{\&rho;}-{\mathrm{\&rho;}}^o|}{{\mathrm{\&rho;}}^o}.$

具体的，上述步骤114中的根据所述第一相对误差或者第二相对误差通过模拟退火方法反演一虚拟裂缝孔隙度φ'_f，可以通过如下方式实现：

以所述第一相对误差或者第二相对误差为目标函数，以裂缝孔隙的孔隙度为φ_f为控制参数，当所述第一相对误差或者第二相对误差最小时，确定一虚拟裂缝孔隙度φ'_f。

模拟退火算法(Simulate Anneal Arithmetic，简称SAA)是一种通用概率演算法，用来在一个大的搜寻空间内找寻命题的最优解。

为了使本领域的技术人员更好的了解本发明，下面列举两个应用本实施例的实例：

其中实施例1中的A井是一口有横波速度资料的井，实施例2中的B井是一口无横波资料的井。

参见图2，图2为利用本发明实施例中的方法预测的A井的纵、横波速度和密度预测结果。左侧是A井实测的纵波速度曲线和预测的纵波速度曲线对比图，中间是A井实际横波速度曲线和预测横波速度曲线的相对误差曲线，右侧是A井实际密度曲线和预测的密度曲线对比图(其中，图2中的实线是实测测井曲线，虚线是预测的测井曲线)。

参见图3，图3为利用常规岩石物理方法预测的A井的纵、横波速度和密度预测结果。左侧是A井实测的纵波速度曲线和预测的纵波速度曲线对比图，中间是A井实际横波速度曲线和预测横波速度曲线的相对误差曲线，右侧是A井实测密度曲线和预测的密度曲线对比图(在图3中，实线是实测测井曲线，虚线是预测的测井曲线)。

参见图4，图4为利用常规岩石物理方法和本发明方法预测A井的横波速度相对误差，图中实线是利用本发明方法预测的A井横波速度曲线，虚线为利用常规岩石物理方法预测的A井横波速度曲线。从图4中可看出本发明方法预测的横波速度相对误差远小于常规岩石物理方法预测的相对误差，从而说明本发明实施例提供的碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法的效果较佳。

参见图5，根据B井的数据，图5为利用本发明实施例预测的B井的纵波速度、横波速度预测结果。左侧是B井实际纵波速度曲线和预测的纵波速度曲线对比图，右侧是B井预测的横波速度曲线。

在当前，通常横波速度资料比较缺乏，因此对没有横波速度曲线的井，利用岩石物理方法进行横波预测较为重要，如图5所示，预测的横波速度与纵波速度相关性较好，能够达到预测所需效果。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (13)

1.一种碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，其特征在于，包括：

步骤101、根据碳酸盐岩岩石储层测井资料确定储层的矿物组分以及储层孔隙度和流体饱和度；

步骤102、根据碳酸盐岩岩石物理模型和所述孔隙度，将储层孔隙划分为刚性孔隙、裂缝孔隙和粘土孔隙；其中，刚性孔隙度为φ_s、裂缝孔隙度为φ_f、粘土孔隙孔隙度为φ_c；

步骤103、获取储层各矿物的弹性模量M_i、储层各矿物的体积含量f_i、各矿物密度ρ_i、储层流体各组分成分的体积分量f_{fl_i}、体积模量K_{fl_i}和密度ρ_{fl_i}和碳酸盐岩孔隙度φ；

步骤104、根据储层各矿物的弹性模量M_i和体积含量f_i，通过Voigt-Reuss-Hill平均模型计算岩石基质体积模量K_m和岩石基质剪切模量μ_m；

步骤105、根据储层各矿物的体积含量f_i和各矿物密度ρ_i，通过体积加权平均法计算岩石基质等效密度ρ_m；

步骤106、根据储层流体各组分成分的体积分量f_{fl_i}、体积模量K_{fl_i}和密度ρ_{fl_i}，生成混合流体体积模量K_fl和混合流体平均密度ρ_fl；

步骤107、根据所述ρ_m、φ_s、φ_f、φ_c计算生成岩石干骨架等效密度ρ_dry；

步骤108、将所述粘土孔隙、刚性孔隙和裂缝孔隙通过DEM模型依次加入到所述岩石基质中，计算岩石干骨架体积模量K_dry和岩石干骨架剪切模量μ_dry；

步骤109、通过低频Gassmann方程对所述干岩石骨架进行流体替换，根据所述ρ_dry、ρ_fl、φ_s、φ_f、φ_c计算生成饱和流体岩石密度ρ；

步骤110、根据K_dry、K_fl、K_o、φ计算生成饱和流体岩石有效体积模量K_sat；其中，K_o为各矿物的体积模量；

步骤111、根据所述μ_dry确定饱和流体岩石有效剪切模量μ_sat；

步骤112、根据所述K_sat、μ_sat、ρ计算生成饱和流体岩石纵波速度横波速度

步骤113、根据所述饱和流体岩石纵波速度和一预先获取的实测纵波速度生成一第一相对误差，或者根据所述饱和流体岩石密度ρ和一预先获取的实测密度ρ^o生成一第二相对误差；

步骤114、根据所述第一相对误差或者第二相对误差通过模拟退火方法反演一虚拟裂缝孔隙度φ'_f；

步骤115、将所述φ_f替换为φ'_f，返回执行步骤107至步骤112，生成碳酸盐岩岩石储层横波速度V₁。

2.根据权利要求1所述的碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，其特征在于，还包括：

获取各矿物组分的孔隙度纵横比α；

所述将储层孔隙划分为刚性孔隙、裂缝孔隙和粘土孔隙，包括：

根据孔隙度纵横比α，当α∈(0.6,0.8)时，将所述储层孔隙划分为刚性孔隙；

当α∈(0.001,0.1)时，将所述储层孔隙划分为裂缝孔隙；

当α∈(0.1,0.4)时，将所述储层孔隙划分为粘土孔隙。

3.根据权利要求2所述的碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，其特征在于，所述根据储层各矿物的弹性模量M_i和体积含量f_i，通过Voigt-Reuss-Hill平均模型计算岩石基质体积模量K_m和岩石基质剪切模量μ_m，包括：

计算岩石基质等效弹性模量M_VRH：

$M_{\mathrm{VRH}}=\frac{M_V+M_R}{2}$

$\frac{1}{M_R}={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^N\frac{f_i}{M_i}$

$M_V={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^N{f}_i{M}_i$

其中，M_V和M_R分别为岩石基质等效弹性模量的两个值；

确定所述岩石基质等效弹性模量M_VRH为所述岩石基质体积模量K_m，并且确定所述岩石基质等效弹性模量M_VRH为所述岩石基质剪切模量μ_m。

4.根据权利要求3所述的碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，其特征在于，所述根据储层各矿物的体积含量f_i和各矿物密度ρ_i，通过体积加权平均法计算岩石基质等效密度ρ_m，包括：

通过以下公式计算岩石基质等效密度ρ_m：

${\mathrm{\&rho;}}_m={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^N{f}_i{\mathrm{\&rho;}}_i.$

5.根据权利要求4所述的碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，其特征在于，所述根据储层流体各组分成分的体积分量f_{fl_i}、体积模量K_{fl_i}和密度ρ_{fl_i}，生成混合流体体积模量K_fl和混合流体平均密度ρ_fl，包括：

通过以下公式生成混合流体体积模量K_fl：

$K_{\mathrm{fl}}=\frac{1}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^N\frac{f_{\mathrm{fl}\_i}}{K_{\mathrm{fl}\_i}}}$

通过以下公式生成混合流体平均密度ρ_fl：

${\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{fl}}={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^N{f}_{\mathrm{fl}\_i}{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{fl}\_i}.$

6.根据权利要求5所述的碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，其特征在于，所述根据所述ρ_m、φ_s、φ_f、φ_c计算生成岩石干骨架等效密度ρ_dry，包括：

通过以下公式生成岩石干骨架等效密度ρ_dry：

ρ_dry＝ρ_m(1-φ_s-φ_c-φ_f)。

7.根据权利要求6所述的碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，其特征在于，所述将所述粘土孔隙、刚性孔隙和裂缝孔隙通过DEM模型依次加入到所述岩石基质中，计算岩石干骨架体积模量K_dry和岩石干骨架剪切模量μ_dry，包括：

根据DEM模型，将粘土孔隙加入到所述岩石基质中，形成第一岩石干骨架，计算第一岩石干骨架体积模量和第一岩石干骨架剪切模量

$(1-y_c)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_c}\left[K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_c\right)\right]=(K_1-K_m)P_1^{(*2)}\left(y_c\right)$

$(1-y_c)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_c}\left[{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_c\right)\right]=({\mathrm{\&mu;}}_1-{\mathrm{\&mu;}}_m)Q_1^{(*2)}\left(y_c\right)$

其中，K₁、μ₁分别为所述粘土孔隙的体积模量和剪切模量，其中K₁＝0,μ₂＝0；y_c为粘土孔隙的含量，y_c＝φ_c；P₁、Q₁为与粘土孔隙相关的几何因数；

根据DEM模型，将刚性孔隙加入所述第一岩石干骨架中，形成第二岩石干骨架，计算第二岩石干骨架体积模量和第二岩石干骨架剪切模量

$(1-y_s)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_s}\left[K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_s\right)\right]=(K_2-K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_c\right))P_2^{(*2)}\left(y_s\right)$

$(1-y_s)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_s}\left[{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_s\right)\right]=({\mathrm{\&mu;}}_2-{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_c\right))Q_2^{(*2)}\left(y_s\right)$

其中，K₂、μ₂分别为所述刚性孔隙的体积模量和剪切模量，其中K₂＝0,μ₂＝0；y_s为刚性孔隙的含量，y_s＝φ_s；P₂、Q₂为与刚性孔隙相关的几何因数；

根据DEM模型，将裂缝孔隙加入所述第二岩石干骨架中，形成第三岩石干骨架，计算第三岩石干骨架体积模量和第二岩石干骨架剪切模量

$(1-y_f)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_f}\left[K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_f\right)\right]=(K_3-K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_s\right))P_3^{(*2)}\left(y_f\right)$

$(1-y_f)\frac{d}{{\mathrm{dy}}_f}\left[{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_f\right)\right]=({\mathrm{\&mu;}}_3-{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_s\right))Q_3^{(*2)}\left(y_f\right)$

其中，K₃、μ₃分别为所述裂缝孔隙的体积模量和剪切模量，其中K₃＝0,μ₃＝0；y_f为裂缝孔隙的含量，y_f＝φ_f；P₃、Q₃为与裂缝孔隙相关的几何因数；

其中， $K_{\mathrm{dry}}=K_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_f\right);{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{dry}}={\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{dry}}^{*}\left(y_f\right).$

8.根据权利要求7所述的碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，其特征在于，所述通过低频Gassmann方程对所述干岩石骨架进行流体替换，根据所述ρ_dry、ρ_fl、φ_s、φ_f、φ_c计算生成饱和流体岩石密度ρ，包括：

通过如下公式计算生成饱和流体岩石密度ρ：

ρ＝ρ_dry+ρ_fl*(φ_s+φ_c+φ_f)。

9.根据权利要求8所述的碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，其特征在于，所述根据K_dry、K_fl、K_o、φ计算生成饱和流体岩石有效体积模量K_sat，包括：

通过如下公式计算生成饱和流体岩石有效体积模量K_sat：

$K_{\mathrm{sat}}=\frac{\mathrm{\&phi;}(\frac{1}{K_o}-\frac{1}{K_{\mathrm{fl}}})+\frac{1}{K_o}-\frac{1}{K_{\mathrm{dry}}}}{\frac{\mathrm{\&phi;}}{K_{\mathrm{dry}}}(\frac{1}{K_o}-\frac{1}{K_{\mathrm{fl}}})+\frac{1}{K_o}(\frac{1}{K_o}-\frac{1}{K_{\mathrm{dry}}})}.$

10.根据权利要求9所述的碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，其特征在于，所述根据所述μ_dry确定饱和流体岩石有效剪切模量μ_sat，包括：

通过如下公式确定饱和流体岩石有效剪切模量μ_sat：

μ_sat＝μ_dry。

11.根据权利要求10所述的碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，其特征在于，所述根据所述K_sat、μ_sat、ρ计算生成饱和流体岩石纵波速度横波速度包括：

通过如下公式计算生成饱和流体岩石纵波速度

$V_p^{\mathrm{sat}}=\sqrt{\frac{K_{\mathrm{sat}}+4/3{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{sat}}}{\mathrm{\&rho;}}}$

通过如下公式计算生成横波速度

$V_s^{\mathrm{sat}}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{sat}}}{\mathrm{\&rho;}}}.$

12.根据权利要求11所述的碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，其特征在于，所述根据所述饱和流体岩石纵波速度和一预先获取的实测纵波速度生成一第一相对误差，包括：

通过如下公式生成所述第一相对误差A：

$A=\frac{|V_p^m-V_p^o|}{V_p^o}$

所述根据所述饱和流体岩石密度ρ和一预先获取的实测密度ρ^o生成一第二相对误差，包括：

通过如下公式生成所述第二相对误差B：

$B=\frac{|\mathrm{\&rho;}-{\mathrm{\&rho;}}^o|}{{\mathrm{\&rho;}}^o}.$

13.根据权利要求12所述的碳酸盐岩岩石储层横波速度预测方法，其特征在于，所述根据所述第一相对误差或者第二相对误差通过模拟退火方法反演一虚拟裂缝孔隙度φ'_f，包括：

以所述第一相对误差或者第二相对误差为目标函数，以裂缝孔隙度φ_f为控制参数，当所述第一相对误差或者第二相对误差最小时，确定一虚拟裂缝孔隙度φ'_f。