CN105203739A - 一种基于岩石物理模型的页岩地层各向异性参数预测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于岩石物理模型的页岩地层各向异性参数预测方法，包括：利用Backus平均及各向异性微分等效介质模型DEM构建等效的粘土-流体-干酪根混合体，得到所述粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量；利用多相Hashin-Strikman平均公式计算脆性岩屑矿物混合体的等效弹性刚度张量；将所述脆性岩屑矿物混合体加入所述粘土-流体-干酪根混合体中，然后利用各向异性自洽模型SCA计算粘土-岩屑等效弹性刚度张量；在所述粘土-岩屑混合体加入岩屑孔隙流体，然后利用各向异性DEM计算页岩等效弹性刚度张量；根据所述等效弹性刚度张量计算页岩地层的各向异性参数。通过本发明可以直接测量获得页岩地层各向异性参数，给页岩勘探的岩石物理建模和后续的弹性参数估算带来了便利。

Description

一种基于岩石物理模型的页岩地层各向异性参数预测方法

技术领域

本发明涉及非常规油气地球物理勘探技术，尤其涉及一种基于岩石物理模型的页岩地层各向异性参数预测方法。

背景技术

与常规砂岩储层相比，页岩具有更复杂的矿物组分和孔隙结构，并且呈现非常强的各向异性。虽然页岩的各向异性对其地震响应(速度、振幅)和测井数据(纵波速度、横波速度)有显著的影响，但是通常在勘探中很难直接测量获得各向异性参数。因此给页岩勘探的相关技术岩石物理建模和后续的弹性参数估算带来了很大的困难。

岩石物理模型是连接页岩储层参数(矿物组分、孔隙度、孔隙纵横比、有机质丰度和成熟度)和弹性参数(速度、密度、弹性模量、各向异性参数)的良好桥梁。岩石的弹性特征与其微观结构有很大关系。常规的砂岩模型通常假设矿物组分较为单一、矿物颗粒分选性和磨圆度较好。但是这些假设对含有矿物组分繁多、矿物颗粒大小和分布状态差异较大、孔隙结构复杂、富含有机质的页岩明显不适用。

现有技术中，已有的页岩各向异性岩石物理模型主要包括：利用Backus平均方法构建富有机质页岩的等效弹性张量(VernikandNur,1992；VernikandLandis,1996；Guo等,2012)；利用微分等效介质(DEM)方法模拟富有机质页岩的等效弹性张量(Bandyopadhyay2009；Wu等2012)；Hornby(2012)等结合自洽模型(SCA)和微分等效介质(DEM)模型模拟粘土-流体混合体的等效弹性张量，再利用包裹体类模型构建页岩。

然而，由于不同地区的页岩物性差异很大，目前针对页岩建立的岩石物理模型通常具有一定的局限性，因此需要建立一个普适的页岩地震岩石物理建模方法。

发明内容

本发明实施例提供一种基于岩石物理模型的页岩地层各向异性参数预测方法，以直接测量获得页岩地层各向异性参数。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种基于岩石物理模型的页岩地层各向异性参数预测方法，该页岩地层各向异性参数预测方法包括：

利用Backus平均及各向异性微分等效介质模型DEM构建等效的粘土-流体-干酪根混合体，得到所述粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量；

利用多相Hashin-Strikman平均公式计算脆性岩屑矿物混合体的等效弹性刚度张量；

将所述脆性岩屑矿物混合体加入所述粘土-流体-干酪根混合体中，然后利用各向异性自洽模型SCA计算粘土-岩屑等效弹性刚度张量；

在所述粘土-岩屑混合体加入岩屑孔隙流体，然后利用各向异性DEM计算页岩等效弹性刚度张量；

根据所述等效弹性刚度张量计算页岩地层的各向异性参数。

一实施例中，利用Backus平均及各向异性微分等效介质模型DEM构建等效的粘土-流体-干酪根混合体，得到所述粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量，包括：

利用Backus平均模拟含有不同矿物的固体粘土矿物集合体的等效弹性张量

利用各向异性微分等效介质模型DEM向所述固体粘土矿物集合体添加孔隙流体和干酪根，获得所述粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量

改变层状粘土-流体-干酪根混合物中单元体的偏转角度，得到修正后的等效弹性张量

一实施例中，所述等效弹性张量的表达式如下：

其中，所述等效弹性张量的5个弹性常数为：

$C_{11}^{eff}=<C_{11}-C_{13}^2{C}_{33}^{-1}>+<C_{33}^{-1}{>}^{-1}<C_{13}{C}_{33}^{-1}{>}^{-1}$

$C_{33}^{eff}=<C_{33}^{-1}{>}^{-1}$

$C_{33}^{eff}=<C_{33}^{-1}{>}^{-1}$

$C_{66}^{eff}=<C_{66}>$

$C_{13}^{eff}=<C_{33}^{-1}{>}^{-1}<C_{33}^{-1}{C}_{13}>$

其中， $<C_{11}>=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{f}_i{C}_{11\left(i\right)},<C_{13}>=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{f}_i{C}_{13\left(i\right)},<C_{33}>=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{f}_i{C}_{33\left(i\right)},<C_{44}>=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{f}_i{C}_{44\left(i\right)},$ f_i为N相粘土矿物的组分。

一实施例中，所述粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量可由DEM公式计算得到，DEM公式如下：

${\mathrm{dC}}^{dem}=\frac{{\mathrm{df}}_j}{1-f_j}(C_j-C^{dem})Q_j$

$Q_j={\&lsqb;I+\stackrel{\&OverBar;}{G}(C_j-C^{dem})\&rsqb;}^{-1}$

其中，Q_j为中间变量，C_j表示干酪根或孔隙流体的弹性刚度张量，f_j表示干酪根或孔隙流体在粘土-流体-干酪根混合物中所占的组分，I表示单位矩阵，表示与特定几何形状的弹性介质有关的张量，C^dem为粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量。

一实施例中，进行角度偏转后每个单元体的弹性常数可由Bond变换计算得到，Bond变换公式为：

$C_{ijkl}^{*}(\mathrm{\&theta;},0)=L_{im}{L}_{jn}{L}_{kp}{L}_{ip}{C}_{mnpq}^{*}(0,0)$

其中，和均为四阶张量(i,j,k,l,m,n,p,q可分别取1,2,3)；及分别为原始粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量在空间中沿水平方向转动θ后的等效弹性张量；及分别为及沿垂直方向转动角度后的等效弹性张量；L_im、L_jn、L_kp及L_ip为与角度有关的矩阵，在两部转动中可分别表示为 $L=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& cos\mathrm{\&theta;}& -\sin \mathrm{\&theta;}\\ 0& sin\mathrm{\&theta;}& \cos \mathrm{\&theta;}\end{array}\right]$ 和

一实施例中，利用多相Hashin-Strikman平均公式计算脆性岩屑矿物混合体的等效弹性刚度张量，包括：

用体积模量K_eff和剪切模量μ_eff表示所述等效弹性刚度张量

所述多相Hashin-Strikman平均公式如下：

$K^{+}=<{\left(K+\frac{4}{3}{\mathrm{\&mu;}}_{min}\right)}^{-1}{>}^{-1}-\frac{4}{3}{\mathrm{\&mu;}}_{\min }$

$K^{-}=<{\left(K+\frac{4}{3}{\mathrm{\&mu;}}_{\max }\right)}^{-1}{>}^{-1}-\frac{4}{3}{\mathrm{\&mu;}}_{\max }$

K_eff＝0.5(K⁺+K^-)

μ⁺＝<(μ+ζ_max)^-1>^-1-ζ_max

μ^-＝<(μ+ζ_min)^-1>^-1-ζ_min

μ_eff＝0.5(μ⁺+μ^-)

其中，

${\mathrm{\&zeta;}}_{max}=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{max}}{6}\frac{9K_{max}+8{\mathrm{\&mu;}}_{max}}{K_{\max }+2{\mathrm{\&mu;}}_{\max }}$

${\mathrm{\&zeta;}}_{\min }=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{\min }}{6}\frac{9K_{\min }+8{\mathrm{\&mu;}}_{\min }}{K_{\min }+2{\mathrm{\&mu;}}_{\min }}$

K⁺，K^-分别表示脆性岩屑矿物混合体的上限和下限体积模量，K_max，K_min分别为几相岩屑矿物中最大和最小的体积模量；μ⁺，μ^-分别表示脆性岩屑矿物混合体的上限和下限剪切模量，μ_max，μ_min分别为几相岩屑矿物中最大和最小的剪切模量。

一实施例中，各向异性自洽模型SCA如下：

其中，为粘土-岩屑等效弹性刚度张量，及为中间变量，f_岩屑表示脆性岩屑矿物混合体在粘土-岩屑混合体中所占的体积百分比。

一实施例中，页岩等效弹性刚度张量表示为：

一实施例中，所述各向异性参数包括：

$\mathrm{\&epsiv;}=\frac{C_{11}-C_{33}}{2C_{33}};$

$\mathrm{\&gamma;}=\frac{C_{66}-C_{44}}{2C_{44}};$

$\mathrm{\&delta;}=\frac{{\left(C_{13}+C_{44}\right)}^2-{\left(C_{33}+C_{44}\right)}^2}{2C_{33}\left(C_{33}-C_{44}\right)}$

通过本发明，可以直接测量获得页岩地层各向异性参数，给页岩勘探的岩石物理建模和后续的弹性参数估算带来了便利。

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为本发明一实施例的基于岩石物理模型的页岩地层各向异性参数预测方法流程图；

图2为本发明另一实施例的基于岩石物理模型的页岩地层各向异性参数预测方法流程图；

图3为本发明实施例的粘土矿物组分示意图；

图4A及图4B为本发明实施例通过测井数据获得的干酪根的体积组分和总孔隙度示意图；

图5为本发明实施例根据测井数据或岩心数据获得的各相脆性岩屑矿物组分示意图；

图6A及图6B为本发明实施例的弹性常数及各向异性参数的结果示意图；

图7A及图7B为本发明实施例的井旁地震波振幅分析结果示意图。

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。

本发明实施例提供一种基于岩石物理模型的页岩地层各向异性参数预测方法，如图1所示，该页岩地层各向异性参数预测方法包括：

S101：利用Backus平均及各向异性微分等效介质模型DEM构建等效的粘土-流体-干酪根混合体，得到所述粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量；

S103：利用多相Hashin-Strikman平均公式计算脆性岩屑矿物混合体的等效弹性刚度张量；

S103：将所述脆性岩屑矿物混合体加入所述粘土-流体-干酪根混合体中，然后利用各向异性自洽模型SCA计算粘土-岩屑等效弹性刚度张量；

S104：在所述粘土-岩屑混合体加入岩屑孔隙流体，然后利用各向异性DEM计算页岩等效弹性刚度张量；

S105：根据所述等效弹性刚度张量计算页岩地层的各向异性参数。

根据图1所示的方法，可以直接测量获得页岩地层各向异性参数，给页岩勘探的岩石物理建模和后续的弹性参数估算带来了便利。

通过S101，可以模拟页岩的固有各向异性，为了模拟页岩的固有各向异性，如图2所示，具体包括如下步骤：

S201：利用Backus平均模拟含有不同矿物的固体粘土矿物集合体的等效弹性张量

S202：利用各向异性微分等效介质模型向所述固体粘土矿物集合体添加孔隙流体和干酪根，获得所述粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量

S203：改变层状粘土-流体-干酪根混合物中单元体的偏转角度，得到修正后的等效弹性张量

页岩中通常包含伊利石、蒙脱石、高岭土、绿泥石等N相粘土矿物。根据岩心测试和测井结果可以获得伊利石、蒙脱石、高岭土、绿泥石等N相粘土矿物的组分 $f_i(\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{f}_i=1),$ 如图3所示。

S201中得到固体粘土集合体的等效弹性模量如下：

其中，所述等效弹性张量的5个弹性常数为：

$C_{11}^{eff}=<C_{11}-C_{13}^2{C}_{33}^{-1}>+<C_{33}^{-1}{>}^{-1}<C_{13}{C}_{33}^{-1}{>}^{-1}$

$C_{33}^{eff}=<C_{33}^{-1}{>}^{-1}$

$C_{33}^{eff}=<C_{33}^{-1}{>}^{-1}$

$C_{66}^{eff}=<C_{66}>$

$C_{13}^{eff}=<C_{33}^{-1}{>}^{-1}<C_{33}^{-1}{C}_{13}>$

其中，<·>表示对其中每一个元素进行权重加和， $<C_{13}>=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{f}_i{C}_{13\left(i\right)},<C_{33}>=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{f}_i{C}_{33\left(i\right)},<C_{44}>=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{f}_i{C}_{44\left(i\right)},<C_{66}>=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{f}_i{C}_{66\left(i\right)};$ C₁₁，C₁₃，C₃₃，C₄₄及C₆₆均为刚度张量系数或弹性张量系数。

每一相粘土矿物可假设为各向同性，因此5个独立的弹性常数可通过体积模量K和剪切模量μ表示。例如第i相粘土矿物的弹性常数可分别表示为： $C_{11\left(i\right)}=C_{22\left(i\right)}=C_{33\left(i\right)}=K_i+\frac{4}{3}{\mathrm{\&mu;}}_i,C_{44\left(i\right)}=C_{66\left(i\right)}=2{\mathrm{\&mu;}}_i,C_{13\left(i\right)}=K_i-\frac{2}{3}{\mathrm{\&mu;}}_i.$ 对应每一相粘土矿物的体积模量K_i和剪切模量μ_i可通过查阅Katahara(1996),Wangetal.(2001),Vanorioetal.(2003),Mondoletal.(2008),Mavkoetal.(2009)等文献获得。

S202中，需要利用各向异性微分等效介质模型DEM向固体粘土矿物集合体添加孔隙流体和干酪根，获得粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量干酪根和流体的体积模量和剪切模量分别为：K_干酪根＝5.53Gpa,μ_干酪根＝3.2Gpa,K_水＝2.2Gpa,μ_水＝0Gpa。干酪根的体积组分和总孔隙度可分别通过测井数据获得，如图4A及图4B所示。图4A从左至右的曲线依次为：纵波速度，横波速度，密度，孔隙度，含水饱和度，粘土含量，脆性矿物含量，合成地震记录，图4B为实际地震记录。

DEM(参见Hornbyetal.，1994)如下所示：

${\mathrm{dC}}^{dem}=\frac{{\mathrm{df}}_j}{1-f_j}(C_j-C^{dem})Q_j---\left(2\right)$

$Q_j={\&lsqb;I+\stackrel{\&OverBar;}{G}(C_j-C^{dem})\&rsqb;}^{-1}---\left(3\right)$

其中，Q_j为中间变量，C_j表示干酪根或孔隙流体的弹性刚度张量，f_j表示干酪根或孔隙流体在粘土-流体-干酪根混合物中所占的组分，I表示单位矩阵，表示与特定几何形状的弹性介质有关的张量，在LinandMura(1973),Mura(1991),Bandyopadhyay(2009)等文献中均有讨论。上式(2)、(3)中的最终结果C^dem即为粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量

在这一步骤中，需要将页岩中的孔隙空间分为粘土孔和岩屑孔。对应的孔隙度分别为φ_粘土和φ_岩屑，且

φ_总＝φ_粘土+φ_岩屑，φ_粘土＝f_粘土φ_总(4)

其中f_粘土为粘土含量，可通过测井数据获得。

S201中，为了使得所建模型与实际地质条件一致，需要通过改变层状粘土-流体-干酪根混合物中单元体的偏转角度来控制地层的成层性，进而获得更为合理的等效的弹性张量。其中每个单元体的偏转角度定义为其对称轴与垂直方向的夹角，所有单元体的角度满足正态分布。偏转后的每个单元体的弹性常量可由Bond变换计算得到,N个偏转单元体的等效性质用Voigt-Reuss-Hill平均计算得到。

弹性刚度张量的Bond变换公式为：

$C_{ijkl}^{*}(\mathrm{\&theta;},0)=L_{im}{L}_{jn}{L}_{kp}{L}_{ip}{C}_{mnpq}^{*}(0,0)---\left(5\right)$

其中，和均为四阶张量(i,j,k,l,m,n,p,q可分别取1,2,3)；及分别为原始粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量在空间中沿水平方向转动θ后的等效弹性张量；及分别为及沿垂直方向转动角度后的等效弹性张量；L_im、L_jn、L_kp及L_ip为与角度有关的矩阵，公式(5)和公式(6)中的L分别表示为 $L_{ij}=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& cos\mathrm{\&theta;}& -\sin \mathrm{\&theta;}\\ 0& sin\mathrm{\&theta;}& \cos \mathrm{\&theta;}\end{array}\right]$ 和θ和分别表示单元体与水平方向和垂直平方向所夹的偏转角度。如果仅考虑混合物的VTI对称特性，可令

可假设单元体的偏转方向依照某一分布规律。例如，单元体偏转角的概率密度函数唯一正态分布函数(均值为0，方差为20)为：

${\&Integral;}_{-\mathrm{\&pi;}/2}^{\mathrm{\&pi;}/2}D\left(\mathrm{\&theta;}\right)=1---\left(7\right)$

所有的偏转单元体的等效性质用Voigt-Reuss-Hill平均计算得到:

$C^{VRH}=\frac{C^V+{\left(S^R\right)}^{-1}}{2}---\left(10\right)$

其中，D(θ)为正态分布函数，C(θ,φ)为粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量，S(θ,φ)为粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性柔度，C^V表示Voigt平均后的弹性刚度张量，S^R＝(C^R)^-1表示Reuss平均后的弹性柔度张量，最终的等效弹性刚度张量C^VRH以两者的平均计算得到。公式(10)中的最终结果C^VRH即为修正过的粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量

图1所示的S102中，由于页岩中的岩屑矿物颗粒通常呈球体或椭球体分布，因此若干种脆性岩屑矿物的等效弹性刚度张量可仅由体积模量K_eff和剪切模量μ_eff表示。页岩中常见的诸如石英、灰岩、白云岩等脆性岩屑矿物的弹性模量也可根据已发表文献查阅，例如Mavkoetal.(2009)，各相脆性岩屑矿物组分可根据测井数据或岩心数据获得，如图5所示。图5中，页岩矿物组分从左至右依次为：粘土，石英，长石，方解石，白云石，文石，菱铁矿，辉石，黄铁矿，重晶石。

用体积模量K_eff和剪切模量μ_eff表示所述等效弹性刚度张量

所述多相Hashin-Strikman平均公式如下：

$K^{+}=<{\left(K+\frac{4}{3}{\mathrm{\&mu;}}_{min}\right)}^{-1}{>}^{-1}-\frac{4}{3}{\mathrm{\&mu;}}_{\min }---\left(12\right)$

$K^{-}=<{\left(K+\frac{4}{3}{\mathrm{\&mu;}}_{\max }\right)}^{-1}{>}^{-1}-\frac{4}{3}{\mathrm{\&mu;}}_{\max }---\left(13\right)$

K_eff＝0.5(K⁺+K^-)

μ⁺＝<(μ+ζ_max)^-1>^-1-ζ_max

μ^-＝<(μ+ζ_min)^-1>^-1-ζ_min

μ_eff＝0.5(μ⁺+μ^-)

其中，

${\mathrm{\&zeta;}}_{max}=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{max}}{6}\frac{9K_{max}+8{\mathrm{\&mu;}}_{max}}{K_{\max }+2{\mathrm{\&mu;}}_{\max }}$

${\mathrm{\&zeta;}}_{\min }=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{\min }}{6}\frac{9K_{\min }+8{\mathrm{\&mu;}}_{\min }}{K_{\min }+2{\mathrm{\&mu;}}_{\min }}$

K⁺，K^-分别表示脆性岩屑矿物混合体的上限和下限体积模量，K_max，K_min分别为几相岩屑矿物中最大和最小的体积模量；μ⁺，μ^-分别表示脆性岩屑矿物混合体的上限和下限剪切模量，μ_max，μ_min分别为几相岩屑矿物中最大和最小的剪切模量。

图1所示的S103中，各向异性自洽模型SCA如下：

其中，为粘土-岩屑等效弹性刚度张量，及为中间变量。f_岩屑表示脆性岩屑矿物混合体在粘土-岩屑混合体中所占的体积百分比，如图4A及图4B所示。

图1所示的S104中，岩屑孔隙度为φ_岩屑(公式4)，各向异性DEM可参照公式(2)和公式(3)。

最终建立的页岩等效弹性刚度张量可表示为：

可以利用以下公式计算页岩地层的各向异性参数：

$\mathrm{\&epsiv;}=\frac{C_{11}-C_{33}}{2C_{33}},\mathrm{\&gamma;}=\frac{C_{66}-C_{44}}{2C_{44}},\mathrm{\&delta;}=\frac{{(C_{13}+C_{44})}^2-{(C_{33}+C_{44})}^2}{2C_{33}(C_{33}-C_{44})}---\left(16\right)$

上述弹性常数及各向异性参数的结果如图6A及图6B所示。图6A中，预测值(虚线)与实测值(实线)的比较。从左至右依次为：纵波速度，横波速度，密度。图6B中，各向异性参数预测值。从左至右依次为：ε，γ，δ。

各向异性对于地震振幅具有较为明显的影响，为了验证上述步骤预测结果的准确性，对井旁的地震角道集进行振幅分析。拾取目标层位的振幅如图中红框所示，归一化后的振幅值如图7A所示。通过测井数据提取的弹性参数来生成各向同性层的反射系数(图7B上方曲线，即ISO对应的曲线)，并与通过模型预测的各向异性参数(ε＝0.3,δ＝0.05)计算得到的各向异性曲线(图7B下方曲线，即ANI对应的曲线)比较。结果显示，利用预测的各向异性曲线生产的合成地震记录与实际地震记录吻合较好，说明了预测结果的准确性。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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 (9)

1.一种基于岩石物理模型的页岩地层各向异性参数预测方法，其特征在于，包括：

利用Backus平均及各向异性微分等效介质模型DEM构建等效的粘土-流体-干酪根混合体，得到所述粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量；

利用多相Hashin-Strikman平均公式计算脆性岩屑矿物混合体的等效弹性刚度张量；

将所述脆性岩屑矿物混合体加入所述粘土-流体-干酪根混合体中，然后利用各向异性自洽模型SCA计算粘土-岩屑等效弹性刚度张量；

在所述粘土-岩屑混合体加入岩屑孔隙流体，然后利用各向异性DEM计算页岩等效弹性刚度张量；

根据所述等效弹性刚度张量计算页岩地层的各向异性参数。

2.根据权利要求1所述的页岩地层各向异性参数预测方法，其特征在于，利用Backus平均及各向异性微分等效介质模型DEM构建等效的粘土-流体-干酪根混合体，得到所述粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量，包括：

利用Backus平均模拟含有不同矿物的固体粘土矿物集合体的等效弹性张量

利用各向异性微分等效介质模型DEM向所述固体粘土矿物集合体添加孔隙流体和干酪根，获得所述粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量

改变层状粘土-流体-干酪根混合物中单元体的偏转角度，得到修正后的等效弹性张量

3.根据权利要求2所述的页岩地层各向异性参数预测方法，其特征在于，所述等效弹性张量的表达式如下：

其中，所述等效弹性张量的5个弹性常数为：

$C_{11}^{eff}=<C_{11}-C_{13}^2{C}_{33}^{-1}>+<C_{33}^{-1}{>}^{-1}<C_{13}{C}_{33}^{-1}{>}^{-1}$

${\mathrm{\&alpha;}}_{33}^{eff}=<C_{33}^{-1}{>}^{-1}$

$C_{33}^{eff}=<C_{33}^{-1}{>}^{-1}$

$C_{66}^{eff}=<C_{66}>$

$C_{13}^{eff}=<C_{33}^{-1}{>}^{-1}<C_{33}^{-1}{C}_{13}>$

其中， $<C_{11}>=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_i{C}_{11\left(i\right)},<C_{13}>=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_i{C}_{13\left(i\right)},<C_{33}>=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_i{C}_{33\left(i\right)},<C_{44}>=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_i{C}_{44\left(i\right)},$ f_i为N相粘土矿物的组分。

4.根据权利要求2所述的页岩地层各向异性参数预测方法，其特征在于，

所述DEM如下：

${\mathrm{dC}}^{dem}=\frac{{\mathrm{df}}_j}{1-f_j}(C_j-C^{dem})Q_j$

$Q_j={\&lsqb;I+\stackrel{\&OverBar;}{G}(C_j-C^{dem})\&rsqb;}^{-1}$

其中，Q_j为中间变量，C_j表示干酪根或孔隙流体的弹性刚度张量，f_j表示干酪根或孔隙流体在粘土-流体-干酪根混合物中所占的组分，I表示单位矩阵，表示与特定几何形状的弹性介质有关的张量，C^dem为粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量。

5.根据权利要求2所述的页岩地层各向异性参数预测方法，其特征在于，

进行角度偏转后每个单元体的弹性常数可由Bond变换计算得到，Bond变换公式为：

$C_{ijkl}^{*}(\mathrm{\&theta;},0)=L_{im}{L}_{jn}{L}_{kp}{L}_{ip}{C}_{mnpq}^{*}(0,0)$

其中，和均为四阶张量(i,j,k,l,m,n,p,q可分别取1,2,3)；及分别为原始粘土-流体-干酪根混合体的等效弹性张量在空间中沿水平方向转动θ后的等效弹性张量；及分别为及沿垂直方向转动角度后的等效弹性张量；L_im、L_jn、L_kp及L_ip为与角度有关的矩阵。

6.根据权利要求1所述的页岩地层各向异性参数预测方法，其特征在于，利用多相Hashin-Strikman平均公式计算脆性岩屑矿物混合体的等效弹性刚度张量，包括：

用体积模量K_eff和剪切模量μ_eff表示所述等效弹性刚度张量

所述多相Hashin-Strikman平均公式如下：

$K^{+}=<{(K+\frac{4}{3}{\mathrm{\&mu;}}_{min})}^{-1}{>}^{-1}-\frac{4}{3}{\mathrm{\&mu;}}_{min}$

$K^{-}=<{(K+\frac{4}{3}{\mathrm{\&mu;}}_{max})}^{-1}{>}^{-1}-\frac{4}{3}{\mathrm{\&mu;}}_{max}$

K_eff＝0.5(K⁺+K^-)

μ⁺＝<(μ+ζ_max)^-1>^-1-ζ_max

μ^-＝<(μ+ζ_min)^-1>^-1-ζ_min

μ_eff＝0.5(μ⁺+μ^-)

其中，

${\mathrm{\&zeta;}}_{max}=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{max}}{6}\frac{9K_{max}+8{\mathrm{\&mu;}}_{max}}{K_{\max }+2{\mathrm{\&mu;}}_{\max }}$

${\mathrm{\&zeta;}}_{min}=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{min}}{6}\frac{9K_{min}+8{\mathrm{\&mu;}}_{min}}{K_{min}+2{\mathrm{\&mu;}}_{\min }}$

K⁺，K^-分别表示脆性岩屑矿物混合体的上限和下限体积模量，K_max，K_min分别为几相岩屑矿物中最大和最小的体积模量；μ⁺，μ^-分别表示脆性岩屑矿物混合体的上限和下限剪切模量，μ_max，μ_min分别为几相岩屑矿物中最大和最小的剪切模量。

7.根据权利要求1所述的页岩地层各向异性参数预测方法，其特征在于，各向异性自洽模型SCA如下：

其中，为粘土-岩屑等效弹性刚度张量，及为中间变量，f_岩屑表示脆性岩屑矿物混合体在粘土-岩屑混合体中所占的体积百分比。

8.根据权利要求1所述的页岩地层各向异性参数预测方法，其特征在于，页岩等效弹性刚度张量表示为：

9.根据权利要求8所述的页岩地层各向异性参数预测方法，其特征在于，所述各向异性参数包括：

$\mathrm{\&epsiv;}=\frac{C_{11}-C_{33}}{2C_{33}};$

$\mathrm{\&gamma;}=\frac{C_{66}-C_{44}}{2C_{44}};$

$\mathrm{\&delta;}=\frac{{(C_{13}+C_{44})}^2-{(C_{33}+C_{44})}^2}{2C_{33}(C_{33}-C_{44})}.$