CN105467438A - 一种基于三模量的泥页岩地应力三维地震表征方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于岩石物理参数三模量分析的泥页岩地应力三维地震预测方法。首次实现了泥页岩地应力的三维地震表征。利用实际测井资料，通过回归性分析对地层的不同测井信息进行分析与判定，优选三模量岩石物理弹性参数作为应力评价的表征自变量，对水平最大主应力、最小主应力进行表征；在空间变化预测上发挥地震资料三维数据体的优势，结合地震叠前弹性反演技术，反演得到应力表征的弹性参数数据体。最终通过数据体的误差分析、校正，实现了地应力的三维定量评价，为地应力的预测与有效评价提供了一种三维定量判别的方法，较好的解决了应力地震预测的问题。提高了应力预测的精度，为非常规油气的勘探提供了有效的技术指导。

Description

一种基于三模量的泥页岩地应力三维地震表征方法
技术领域
本发明涉及非常规油气藏地质勘探数据处理技术领域，特别是涉及到一种以岩石物理参数为分析基础，利用岩石弹性模量预测地应力的三维地震预测，是一种地应力的定量表征方法。
背景技术
地应力是油气富集成藏，油藏优势产能的重要评价参数之一，其相关理论现被运用于油气勘探开发的各个环节之中，地应力场及其演化与油气的运移聚集，关系密切。在油气田开发和工程中，地应力的研究现被广泛应用于油层压裂、油层射孔、井网部署、储层裂缝预测、套管柱的设计、井壁稳定和合理的钻井液密度的确定。
地应力是指存在于地壳中的内应力。在进行地应力研究时，常用三向地应力模型来描述地应力，即垂直方向主应力和两个水平方向主应力，分别叫做最大水平主应力与最小水平主应力，由于一定范围工区内，垂直方向主应力变化相对稳定，而水平方向主应力变化复杂，且与泥页岩油气勘探开发关系密切。地应力的准确预测一直是需要解决的难题，以往对于地应力的研究多以数学应力模型建立为主，开展了基于弹性有限元法模拟和基于神经网络的地应力预测，主要是以应力数学模型为基础的测井计算方法，存在较大的局限性和误差，计算结果多以井点应力为参考，应力模型正演外推的精度有限，并且由于实际地层内部应力的非均质性特点，基于模型计算的应力预测能力有限，难以实现面积较大工区的地应力平面预测。通过检索，目前还没有发现利用地震资料进行地应力预测与评价的相关文献，也没有学者利用地震资料对地应力进行预测和评价。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于三模量的泥页岩地应力三维地震表征方法，即一种基于岩石物理参数分析的泥页岩地应力三维地震预测方法。该方法避免了以往采用单井信息对地应力数学计算的局限性，提高了应力预测的精度，为非常规油气的勘探提供了有效的技术指导。
本发明的总体技术路线是通过多参数分析，选择工区地应力表征的优势自变量，利用多元回归拟合，求取工区的地应力表征公式，通过地震叠前弹性参数的反演得到杨氏模量、剪切模量、体积模量体，并以地应力表征公式对多个弹性参数体进行地应力的计算，再结合相关误差分析，开展地应力校正，完成地应力的平面预测。
本发明通过如下技术措施来实现：
一种基于三模量的泥页岩地应力三维地震表征方法包括：
从具备实测地应力的典型井测井数据中选定岩石物理弹性参数为表征水平地应力的主要参数；
地应力计算公式的建立；
弹性参数反演三种模量数据体；
地应力计算误差分析及校正；
地应力预测三维体求取。
所述地应力计算公式的建立是指：分析工区的水平最大主应力、最小主应力与岩石物理弹性参数的关系，基于实测井的岩石物理参数对地应力数据进行拟合，建立符合研究工区地应力趋势的水平地应力表征公式；
所述弹性参数反演三模量体是指：通过地震叠前弹性反演得到杨氏模量、体积模量、剪切模量的数据体，通过体运算得到基于三模量的水平最和水平最小地应力计算数据体；
所述地应力计算误差分析及校正是指：求取计算地应力与实测地应力的误差曲线，分析地应力误差的敏感参数，求取地应力误差计算公式，得到地应力深度误差校正和地应力流体误差校正数据体；
所述地应力预测三维体求取是指：把计算地应力数据体与地应力误差数据体相加，得到校正后的地应力预测三维体，完成地应力的有效预测。
在地应力计算误差分析及校正过程中，包括两个方面的校正，一是与深度、压力、温度相关的地应力误差校正，包括三个步骤：(1)深度误差公式拟合；(2)运用平均速度场进行应力时间-深度体转换；(3)求取深度误差校正应力体；二是与岩石流体变化相关的地应力误差校正，包括三个步骤：(1)分析实测应力与三模量回归应力的误差变化规律，明确误差数据段的影响因素，分析优选出对误差曲线信息敏感的弹性参数；(2)通过归一化分析及曲线拟合建立表征应力误差的方法；(3)求取流体误差校正应力体。
在地应力预测三维体求取过程中，由于研究区不同井间地应力测试时间不同、测试条件及方法的差异也可导致地应力回归的差异，有时需要加上其他校正因子，提高地应力预测准确度。
上述方案中选定岩石物理弹性参数为表征水平地应力的主要参数具体包括：选取具备实测地应力的典型井，利用其测井数据分析、计算出与泥页岩地应力相关的各类参数，具体是岩石物理弹性参数、物理学参数、储集空间参数这三大类；其中岩石物理弹性参数包括杨氏模量、剪切模量和体积模量；通过实测的地应力数据与上述三类参数相关分析对比，岩石物理弹性参数与水平地应力相关性最好，因此选定岩石物理弹性参数为表征水平地应力的主要参数。
本发明的有益效果：
本发明首次实现了泥页岩地应力的地震预测。利用实际测井资料，通过回归性分析对地层的不同测井信息进行分析与判定，优选岩石物理弹性参数作为应力评价的表征自变量，对水平最大主应力、水平最小主应力进行表征；平面上发挥地震资料三维数据体的优势，结合地震叠前弹性反演技术，反演得到地应力表征的弹性参数数据体。最终通过计算地应力数据体的误差分析、校正，实现了地应力的三维定量评价，为地应力的预测与有效评价提供了一种三维定量判别方法，较好的解决了地应力难以进行平面预测的问题。
附图说明
图1：本发明的一种具体实施例的流程图
图2：岩石力学强度与弹性参数分析示意图
图3：L69井水平最小主应力与弹性参数关系图
图4：L69井水平最大主应力与弹性参数关系图
图5：水平最大主应力与弹性参数的回归拟合
图6：地应力误差与深度关系分析图
图7：地应力误差与流体参数关系分析图
图8：L69井水平最大主应力校正曲线图
图9：L69井水平最大主应力误差分析图
图10：BN地区最ES3下水平最大主应力平面预测图
具体实施方式
本实施例提供一种适用研究工区的，基于岩石物理参数的综合定量评价泥页岩水平地应力大小的表征方法。判别分析的基本思想是通过利用测井数据与地应力的相关性判定，优选地应力的有效表征因子；通过多参数回归拟合与有效校正对应力进行表征。在此基础上通过利用地震数据进行叠前反演,求取相关弹性参数体,通过计算求取地应力的平面展布规律。
本实施例通过如下技术流程来实现：1、分析表征地应力的敏感参数。根据实测的井测井信息，将地层信息评价参数进行分类，即岩石物理弹性参数，物理学参数，储集空间参数。
2、多参数自变量的优选，对各类岩石物理参数进行测试分析，通过回归系数显著性判定,评价地应力与各参数的相关系数，选取相关系数大于0.85的参数作为地应力表征的自变量(如图2)
3、地应力计算公式的建立。分析实测井岩石物理参数与最大主应力，最小主应力的关系(如图3、4)，通过多因子回归拟合，建立地应力的表征公式(如图5)。
V最大＝j1×Y_mod+j2×B_mod+j3×S_mod
V最小＝k1×Y_mod+k2×B_mod+k3×S_mod
其中j1j2j3k1k2为应力拟合系数，Y_modB_modS_mod为杨氏模量、体积模量、剪切模量。
4、在此基础上通过叠前地震弹性参数反演计算杨氏模量，体积模量和剪切模量，求取水平最大主应力体和水平最小主应力体。
5、地应力误差分析及校正。分析地应力计算误差，可归纳为两大类，因此包括两个方面的校正：
步骤一是与深度、压力、温度相关的地应力误差校正。
误差是深度的函数，统一用深度校正来减小误差。包括三个步骤：(1)深度误差公式拟合；(2)运用平均速度场进行应力时间-深度体转换；(3)求取深度误差校正应力体。
以BN地区为例，水平最大主应力深度校正求取的公式V(H)＝0.0078h+24.33，深度斜率为0.0078，深度校正常数24.33(图6)。
步骤二是与岩石流体变化相关的应力误差校正。
由于岩石骨架充填流体的不同引起的三模量计算应力与真实地应力之间的差异，需要进行应力误差校正。包括三个步骤：(1)分析实测应力与三模量回归应力的误差变化规律，明确误差数据段的影响因素，分析优选出对误差曲线信息敏感的弹性参数；(2)通过归一化分析及曲线拟合建立表征应力误差的方法；(3)求取流体误差校正应力体。
以BN地区为例，岩石物理测试和井资料分析表明，流体差异校正变量M可以用不同弹性模量的差异来优选，通过杨氏模量与剪切模量参数求取(图7)。
V(M)＝-0.0007M4+0.0375M3-0.5828M2+1.6601M+17.518
由于研究区不同井间地应力测试时间不同、测试条件及方法的差异也可导致应力回归的差异，有时需要加上其他校正因子c，提高地应力预测准确度。
综上，最终误差体求取⊿V误差＝V(H)+V(M)+c
通过深度和流体因素校正后误差明显减小，校正后，地应力计算误差明显减小(如图8、9)。
6、地应力预测三维数据体求取。
利用三模量计算地应力数据体与校正地应力数据体相加，得到地应力预测三维数据体，可进一步通过剖面、切片分析，指导研究区有利勘探目标评价及勘探开发等(如图10)。
通过以上实施例进一步表明，本发明中的基于三模量的泥页岩地应力三维地震表征方法，充分考虑了泥页岩在不同脆性矿物含量下水平地应力的差异，通过构建地应力表征因子和地应力深度校正、地应力流体校正等相关校正，利用叠前地震弹性反演实现了地应力的三维地震预测。该方法具有良好的应用效果和推广前景。

Claims (4)

1.一种基于三模量的泥页岩地应力三维地震表征方法，其特征在于包括：
从具备实测地应力的典型井测井数据中选定岩石物理弹性参数为表征水平地应力的主要参数；
地应力计算公式的建立；
弹性参数反演三种模量数据体；
地应力计算误差分析及校正；
地应力预测三维体求取。
2.根据权利要求1所述的基于三模量的泥页岩地应力三维地震表征方法，其特征在于，
选定岩石物理弹性参数包括：杨氏模量、剪切模量和体积模量；
所述地应力计算公式的建立是指：分析工区的水平最大主应力、最小主应力与岩石物理弹性参数的关系，基于实测井的岩石物理参数对地应力数据进行拟合，建立符合研究工区地应力趋势的水平地应力表征公式；
所述弹性参数反演三模量体是指：通过地震叠前弹性反演得到杨氏模量、体积模量、剪切模量的数据体，通过体运算得到基于三模量的水平最和水平最小地应力计算数据体；
所述地应力计算误差分析及校正是指：求取计算地应力与实测地应力的误差曲线，分析地应力误差的敏感参数，求取地应力误差计算公式，得到地应力深度误差校正和地应力流体误差校正数据体；
所述地应力预测三维体求取是指：把计算地应力数据体与地应力误差数据体相加，得到校正后的地应力预测三维体，完成地应力的有效预测。
3.根据权利要求2所述的基于三模量的泥页岩地应力三维地震表征方法，其特征在于在地应力计算误差分析及校正过程中，包括两个方面的校正，
一是与深度、压力、温度相关的地应力误差校正，包括三个步骤：（1）深度误差公式拟合；（2）运用平均速度场进行应力时间-深度体转换；（3）求取深度误差校正应力体；
二是与岩石流体变化相关的地应力误差校正，包括三个步骤：（1）分析实测应力与三模量回归应力的误差变化规律，明确误差数据段的影响因素，分析优选出对误差曲线信息敏感的弹性参数；（2）通过归一化分析及曲线拟合建立表征应力误差的方法；（3）求取流体误差校正应力体。
4.根据权利要求2或3所述的基于三模量的泥页岩地应力三维地震表征方法，其特征在于，在地应力预测三维体求取过程中还增加有其他校正因子。
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