CN106054248B - 一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法，该方法包括：建立多尺度岩石物理模型；开展声波测井与超声波两种尺度下岩石物理参数的流体敏感性分析，筛选出多个观测尺度下对孔隙度、含气饱和度最为敏感的岩石物理参数；构建单井岩石物理模板，优选其标准模板；考虑储层地质特征的横向变化与非均质性，在大工区内根据所有井试气情况对岩石物理模板的输入参数进行微调，优化整个工区并建立三维工区岩石物理模板数据体，将其与地震叠前反演结合计算目的层孔隙度、饱和度；对结果进行平滑处理最终输出储层参数反演数据体。通过与实际地层测井解释、试气结果的对比，证实了所预测结果的正确性及本发明的有效性。

Description

一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法

技术领域

本发明属于地震岩石物理反演技术领域，特别是涉及一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法。

背景技术

目前，利用地震资料直接进行储层预测与油气特征的识别，已发展成为勘探地球物理学领域的研究热点，但其研究难点在于地震数据是地下储层多方面性质的综合反映，反问题的欠定性导致了地震解释、地震预测存在多解性。地震岩石物理作为沟通地面地震数据与地下储层参数的桥梁，是实现含油气储层定量解释的理论与实验基础。岩石物理驱动下的地震反演，有助于准确认识地下储层的油气特征与分布规律，从而应对地震反演问题的多解性与局限性。岩石物理学研究可建立岩石弹性参数与储层物性、孔隙流体参数之间的定量关系，将传统岩石物理实验研究的岩心尺度拓展到油田尺度，建立不同观测尺度(岩心、测井、地震)的岩石物理模型，实现不同尺度、多学科数据的融合(Tang，2008)。针对地震、测井以及超声波实验三个观测尺度，目前多数地球物理学者采用孔隙流体流动机制所诱导的波速频散机理解释不同尺度间观测结果的差异，三种类型的孔隙流体流动机制，分别为宏观尺度孔隙流体流动机制(Gassmann,1951；Biot,1956,1962)、颗粒尺度孔隙流体流动机制(Mavko,1975；Dvorkin，1993；Gurevich等，2010；Vinci等，2014；Papageorgiou等，2015)、中观尺度(大于孔隙尺寸，但远小于波长尺寸)流体流动机制(White，1975；Pride，2003；Ba等，2011，2012；Sun等，2015)。鉴于碳酸岩储层孔隙结构复杂，横向非均质性强，现有技术中的单一孔隙结构、单一尺度数据建立的常规岩石物理模板，无法适用于大型工区。

中国专利201210335739.9公开了“一种用于储层烃类检测的多尺度岩石物理图版方法及装置”，该方法包括：获得储层岩石基质模型，获得储层岩石骨架模型，根据储层岩石基质模型、储层岩石骨架模型和流体参数获得含流体的岩石模型，并根据含流体的岩石模型获得多尺度的初始储层岩石物理图版；根据岩石物理实验数据，在多个频段下校正初始储层岩石物理图版：根据测井解释结果，在声波测井频段校正初始储层岩石物理图版；根据地震解释结果，对初始储层岩石物理图版进行校正；在通过校正后，输出最终的储层岩石物理图版，以进行储层岩石物理参数的反演。该方法可提高岩石物理图版的精度并实现对岩石参数及流体饱和度的定量反演。但该方法主要考虑了单一类型的孔隙结构联合多尺度波资料建模，所存在的明显不足是，不能适用于地层孔隙结构类型发生变化的非均质性储层。

中国专利201310752436.1公开了“一种基于孔隙结构特征的碳酸盐岩储层的气藏预测方法及系统”，该方法包括：采集碳酸盐岩储层目标储层段的岩石样本；对岩石样本进行地质薄片鉴定，得到岩石基本参数，岩石基本参数包括岩石成分、孔隙形状、面孔率以及沉积相带；对岩石样本进行孔渗测量，得到孔渗基本参数，孔渗基本参数包括孔隙度、渗透率以及密度；根据岩石基本参数、孔渗基本参数以及微分等效介质模型构建岩石干骨架模型；对岩石干骨架模型进行流体替换，生成岩石物理图版；获取碳酸盐岩储层的叠前地震反演数据；将叠前地震反演数据与岩石物理图版进行交会，得到碳酸盐岩储层的孔隙度与含气饱和度的预测结果。实现了精确的气藏定量化预测。该方法相对于专利201210335739.9，适度考虑了孔隙结构的横向非均质性变化特征，分别分析了孔隙型、裂缝型储层两类结构特征，可适用于小面积工区的反演应用，但不能适用于大面积工区地质特征横向变化剧烈及多井联合反演储层参数的技术需求，如：一是没有联合多井资料建立工区标准模板以描述地层一般性特征，并在工区各个坐标点进行微调；二是不能实现三维工区模板数据体的制作，仅根据少量参考井对结构进行定性划分，因此对非均质性描述的精度较低；三是在储层烃类预测之前，没有开展多尺度资料的流体敏感性分析。

综上所述，如何克服现有技术所存在的不足，已成为当今地震岩石物理反演技术领域中亟待解决的重点难题之一。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法，本发明能够有效的利用多井资料、多尺度波形响应数据，切实提高烃类地震预测的精度；将岩石物理模型与叠前地震数据反演相结合，可实现储层的定量预测。

根据本发明提出的一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

步骤101，基于孔隙弹性理论预测波响应频散，建立多尺度岩石物理模型的参量因素以联系多尺度数据；所述建立多尺度岩石物理模型的参量因素，是以岩石的矿物成分、孔隙结构及所处的地层环境会对岩石的波响应特征产生影响为依据，确定包括温度和压力为储层环境因素、包括矿物组分、孔隙形状、泥质含量和孔隙结构为储层岩性因素、包括流体黏性和气水斑状饱和为储层流体因素；

步骤102，基于模型及部分井试气情况，对测井解释结果进行分析和校正，开展声波测井与超声波两种尺度下岩石物理参数的流体敏感性分析，筛选出多个观测尺度下对孔隙度、含气饱和度最为敏感的岩石物理参数；所述超声波和声波测井两种尺度下岩石物理参数是指弹性参数及弹性参数的组合；所述弹性参数至少包括以下物理量：纵波速度Vp、横波速度Vs、纵波阻抗Zp、横波阻抗Zs、纵横波速度比Vp/Vs、拉梅常数λ、剪切模量μ、拉梅常数和密度乘积λρ、拉梅常数和剪切模量乘积λμ、准压力PR、剪切模量和密度乘积μρ；所述流体敏感性分析包括：超声波尺度下测量纵波速度Vp和横波速度Vs、以及气和水的变饱和度的情况下的波速，即Vp/Vs与波阻抗交会图；

步骤103，基于各参考井资料构建的单井岩石物理模板，优选各单井模板制作工区标准模板；所述工区标准模板是指以优选的敏感参数λρ为纵坐标，以纵波阻抗为横坐标；

步骤104，基于储层地质特征的横向变化与非均质性，在工区内根据所有井试气情况在各井坐标处对岩石物理模板的输入参数进行微调，并在整个工区内进行优化，建立三维工区岩石物理模板数据体，并将三维工区岩石物理模板数据体与地震叠前反演结合计算目的层孔隙度、饱和度；在整个工区开展大面积的三维岩石物理模板参数反演，并对反演结果进行平滑处理，最终输出储层参数反演数据体，进而实现储层孔隙度及饱和度的定量解释；所述建立三维工区岩石物理模板数据体是指将待反演、解释的三维地震数据体根据工程需要进行切割、整理，开展叠前三维地震反演，并进行储层孔隙度、饱和度的反演计算。

本发明提出的一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法的进一步优选方案是：

步骤101所述建立多尺度岩石物理模型的建模，包括计算岩石基质弹性模量和岩石骨架弹性模量，采用Voigt-Reuss-Hill平均方程求取基质的等效弹性模量：

其中M_VRH是矿物基质的弹性模量，f_i和M_i分别是第i种组分的体积含量和弹性模量，N是矿物组分的总数量；采用微分等效介质(DEM)理论(Mavko，1998)，求取白云岩的干岩石骨架的体积模量与剪切模量

(1-y)d/dy[K^*(y)]＝(K₂-K^*(y))P^(*2)(y) (2a)

(1-y)d/dy[μ^*(y)]＝(μ₂-μ^*(y))Q^(*2)(y) (2b)

初始条件是K^*(0)＝K₁和μ^*(0)＝μ₁，其中K₁，μ₁是初始主相材料的体积模量和剪切模量(相1)，K₂，μ₂是逐渐加入的包含物的体积模量和剪切模量(相2)，y为相2的含量，P^(*2)和Q^(*2)与嵌入体形状有关。

步骤101所述建立多尺度岩石物理模型的建模还包括考虑储层环境下的岩石，采用vanderWaals方程，估算储层流体在不同温度、压力条件下的天然气的密度和体积模量。

步骤101所述建立多尺度岩石物理模型的建模还包括考虑孔隙流体的非均质分布，忽略孔隙结构的非均质性，利用Biot-Rayleigh方程来实现饱和流体岩石纵横波速度的预测，同时还考虑弹性波速度频散的影响，以实现不同尺度多学科数据间的融合，Biot-Rayleigh方程具体形式如下：

其中u＝[u₁,u₂,u₃]，分别代表三种组分的空间矢量位移(骨架、流体1、流体2)，下标1、2、3表示矢量空间的三个方向；表示地震波激励过程中产生的局域流体变形增量，e_ij、和分别为：

其中：x₁，x₂与x₃分别表示三个方向的坐标。φ₁和φ₂表示两类孔隙的绝对孔隙度，岩石的总孔隙度φ＝φ₁+φ₂；φ₁₀与φ₂₀分别表示两个区域内的局部孔隙度，如岩石内部仅含有一种骨架，但却饱和有两种流体，则φ₁₀＝φ₂₀＝φ；假设φ₁代表水孔(背景相流体)，φ₂代表气孔(包含物相流体)，那么φ₁/φ就是含水饱和度，φ₂/φ就是含气饱和度。ρ_f1和η₁表示背景相流体的密度与黏度，ρ_f2和η₂表示包含物相流体的密度与黏度；R₀表示气泡半径，κ₁₀表示岩石渗透率；弹性参数A、N、Q₁、R₁、Q₂与R₂，密度参数ρ₁₁、ρ₁₂、ρ₁₃、ρ₂₂与ρ₃₃，耗散参数b₁与b₂的确定方法。

步骤102还包括对比分析超声波尺度和测井尺度下岩石物理参数敏感性规律、次序基本一致，对孔隙流体最为敏感性参数为λ和λρ。

步骤103对所述工区标准岩石物理模板格点的横、纵坐标进行校正，是指保证工区标准岩石物理模板的描述结果基本涵盖标准井所有数据，则校正后的工区标准岩石物理模板表示为：

假设各单井岩石物理模板在二维交会图中的任意一个模板格点位置可根据其横、纵坐标用(M_k(i,j),N_k(i,j))表示，其中i、j分别对应于孔隙度和饱和度的渐变(i＝1,2…11对应于孔隙度0.02渐变到0.12；j＝1,2…11对应于饱和度0渐变到100％)，k表示第k个参考井，则标准模板在该格点位置的值(M_s(i,j),N_s(i,j))可表示为：

其中：A(k)表示第k口井的权重，B(i,j)、C(i,j)分别表示对应于i、j的模板格点上基于综合各井参考数据对工区标准岩石物理模板格点的横、纵坐标进行的校正。

步骤104所述储层参数岩石物理反演，是指基于工区标准岩石物理模板，在各井位置开展地震反演与流体检测测试，具体方法为：

从三维地震数据体中抽取二维过井线，对井坐标附件的目的层进行储层、流体参数估算，对比估算结果与已知钻井、试气结果，适度调整岩石物理模板，试反演结果、解释结论与实际试气情况达到最佳吻合；在第k口井附近，工区标准岩石物理模板经二维地震反演调试后的地震反演模板可用(M_k′(i,j),N_k′(i,j))表示；

在工区内，基于各井的地震反演模板(M_k′(i,j),N_k′(i,j))，开展全区优化，生成工区岩石物理模型的三维数据体，具体对应于工区内每一个坐标位置(x,y)，都存在一个独立的地震岩石物理模型，其模板(M_3D(x,y,i,j),N_3D(x,y,i,j))的确定依赖于各井位置的地震反演模板：

M_3D(x,y,i,j)＝M_k′(i,j)，若x＝x_k,y＝y_k (5a)

N_3D(x,y,i,j)＝N_k′(i,j)，若x＝x_k,y＝y_k (5b)

其中：(x_k,y_k)为第k口井坐标，L为总井数，Q(x,y,k)为计算工区内坐标(x,y)处模板时所采用的第k口井的权重系数，可由下式确定：

基于以上方法，即可兼顾工区内各井资料，基于各地理位置的测井观测控制储层参数的地震反演及解释，空间位置越靠近某口参考井，则受该口井的控制因素影响越为显著；(M_3D(x,y,i,j),N_3D(x,y,i,j))即工区岩石物理模型三维数据体，制作过程中按地震数据.sgy标准格式首先沿xline方向，继而沿inline方向逐条xline线进行处理。

步骤104所述采用加权平均法对反演的孔隙度、饱和度进行平滑处理，以减弱反演数据的野值、奇异值影响；

假定离目标点越近反演结果对目标点造成的影响越大，根据二维正态分布定义了三种加权模板，如式(7)所示；T₁与T₂是通过二维高斯离散模板演变而成，而T₃就是3×3邻域的二维高斯模板，模板中最大权值为目标点所在位置，可根据最小均匀度所在邻域位置，将模板进行适当调整，以形成与该邻域相关的模板：

以T₁为例，在邻域内对二维反演剖面data(i,j)进行平滑处理，具体算法可表示为：

其中data_S即为平滑处理后目标点的数值。

本发明的实现原理是：本发明基于孔隙弹性理论预测波响应频散，建立多尺度岩石物理模型以联系多尺度数据；基于模型及部分井试气情况，对测井解释结果进行分析和校正，开展声波测井与超声波尺度下岩石参数的流体敏感性分析，筛选出多个观测尺度下对孔隙度、含气饱和度最为敏感的岩石物理参数；基于各参考井资料构建的单井岩石物理模板，优选各单井模板制作工区的标准模板；考虑储层地质特征的横向变化与非均质性，在工区内根据所有井试气情况在各井坐标处对岩石物理模板的输入参数进行微调，并在整个工区内进行优化，建立三维工区岩石物理模板数据体，将其与地震叠前反演结合实现大面积工区的岩石物理参数定量计算。

本发明与现有技术相比其显著优点在于：

一是本发明在本领域首创了基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法，具有大面积推广应用的重要现实意义。

二是本发明能够有效的利用多井资料、多尺度波形响应数据，切实提高烃类地震预测的精度；将岩石物理模型与叠前地震数据反演相结合，可实现储层的定量预测。

三是本发明开展岩石物理参数多尺度流体敏感性分析，基于多尺度观测选取最敏感的岩石物理参数用于储层烃类预测。

四是本发明结合多井资料建立了工区目的层的标准模板，可描述目的层的一般性地质及岩石物理特征，再将模板于各已知井进行地震反演测试，建立了三维岩石物理模板数据体，在一般性地质特征的基础上考虑了横向的非均质变化，从而可适用于大面积工区的地震参数的岩石物理反演。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法的流程示意图。

图2(包括图2-1、图2-2)为白云岩骨架体积模量(a)和剪切模量(b)随孔隙度的变化关系计算结果示意图；其中：图2-1为白云岩骨架体积模量(a)随孔隙度的变化关系计算结果示意图；图2-2为白云岩骨架剪切模量(b)随孔隙度的变化关系计算结果示意图。

图3为MX区204井岩石物理参数的交汇示意图。

图4为MX9井岩石物理解释模板示意图。

图5为MX12井岩石物理解释模板示意图。

图6为白云岩样品Vp/Vs与波阻抗交汇示意图。

图7为不同岩样岩石物理参数的流体敏感性分析示意图。

图8(包括图8-1、图8-2)为不同观测尺度下岩石参数的流体敏感性分析示意图；其中：图8-1为超声波尺度下各岩石物理参数的流体敏感性分析；图8-2为声波测井尺度各岩石物理参数的流体敏感性分析。

图9为工区标准岩石物理模板及纵波阻抗、λρ交汇图(基于MX203、204、26、27井)示意图。

图10为整个工区三维岩石物理模型数据体制作示意图。

图11为平滑前、后过MX8井2维线孔隙度反演剖面对比示意图。

图12为大面积工区储层平均孔隙度反演结果示意图。

图13为大面积工区储层平均含气饱和度反演结果示意图。

图14(包括图14-1、图14-2)为过MX13号井储层孔隙度和含气饱和度反演结果示意图；其中：图14-1为储层孔隙度反演结果；图14-2为储层含气饱和度反演结果。

图15(包括图15-1、图15-2)为过MX17号井储层孔隙度和含气饱和度反演结果示意图；其中：图15-1为储层孔隙度反演结果；图15-2为储层含气饱和度反演结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提出的一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法包括如下具体步骤：

步骤101，基于孔隙弹性理论预测波响应频散，建立多尺度岩石物理模型的参量因素以联系多尺度数据；所述建立多尺度岩石物理模型的参量因素，是以岩石的矿物成分、孔隙结构及所处的地层环境会对岩石的波响应特征产生影响为依据，确定包括温度和压力为储层环境因素、包括矿物组分、孔隙形状、泥质含量和孔隙结构为储层岩性因素、包括流体黏性和气水斑状饱和为储层流体因素；

步骤102，基于模型及部分井试气情况，对测井解释结果进行分析和校正，开展声波测井与超声波两种尺度下岩石物理参数的流体敏感性分析，筛选出多个观测尺度下对孔隙度、含气饱和度最为敏感的岩石物理参数；所述超声波和声波测井两种尺度下岩石物理参数是指弹性参数及弹性参数的组合；所述弹性参数至少包括以下物理量：纵波速度Vp、横波速度Vs、纵波阻抗Zp、横波阻抗Zs、纵横波速度比Vp/Vs、拉梅常数λ、剪切模量μ、拉梅常数和密度乘积λρ、拉梅常数和剪切模量乘积λμ、准压力PR、剪切模量和密度乘积μρ；所述流体敏感性分析包括：超声波尺度下测量纵波速度Vp和横波速度Vs、以及气和水的变饱和度的情况下的波速，即Vp/Vs与波阻抗交会图；

步骤103，基于各参考井资料构建的单井岩石物理模板，优选各单井模板制作工区标准模板；所述工区标准模板是指以优选的敏感参数λρ为纵坐标，以纵波阻抗为横坐标；

步骤104，基于储层地质特征的横向变化与非均质性，在工区内根据所有井试气情况在各井坐标处对岩石物理模板的输入参数进行微调，并在整个工区内进行优化，建立三维工区岩石物理模板数据体，并将三维工区岩石物理模板数据体与地震叠前反演结合计算目的层孔隙度、饱和度；在整个工区开展大面积的三维岩石物理模板参数反演，并对反演结果进行平滑处理，最终输出储层参数反演数据体，进而实现储层孔隙度及饱和度的定量解释；所述建立三维工区岩石物理模板数据体是指将待反演、解释的三维地震数据体根据工程需要进行切割、整理，开展叠前三维地震反演，并进行储层孔隙度、饱和度的反演计算。

本发明实施例基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法，针对碳酸盐岩储层的强非均质性特征，分析储层的矿物组成，建立储层的干岩石骨架模型，根据储层环境建立储层流体模型，并构建了多尺度岩石物理模型；基于多尺度岩石物理模型，提出了大面积工区储层、流体参数岩石物理反演的工业化技术流程。

本发明实施例基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法，首先开展测井资料分析及精细解释，制作单井岩石物理模型及模板；其次开展声波测井、超声波尺度下的岩石物理参数流体敏感性分析，结果表明：随着孔隙度的降低，各参数对流体的敏感性明显下降，但各参数之间的敏感性次序基本不变；两种尺度下岩石物理参数的敏感性次序基本一致，但同一参数在不同观测尺度下对孔隙流体的敏感性有所不同。基于多尺度敏感性分析优选出对含气饱和度最为敏感的参数λρ和λ。

本发明实施例基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法，为描述目的层地质特征的一般性规律，优选各单井模拟结果制作工区的标准岩石物理模板，结合各过井二维线的地震反演测试，在大面积工区制作了三维岩石物理模型数据体，将其与地震叠前反演结合，估算储层孔隙度与含气饱和度，并采用了平滑矩阵对反演结果数据体进行了平滑处理；将反演结果与目的层的测井解释、试油结论对比显示，所预测结果与实际地层孔隙度、天然气产能状况吻合很好。

本发明实施例基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法，结合岩石物理分析，研发了大面积工区储层、流体参数地震定量预测的工业化技术流程，并成功应用于中国西部某致密白云岩储层。考虑到各个工区的地质特征、储层类型、流体分布情况存在差异，为保证岩石物理模型的适用性与准确性，必须从储层实际情况出发，针对不同岩性、不同孔构以及不同流体开展分析，并结合实验数据、测井数据以及地震反演数据进行校正，从而实现地震岩石物理反演方法的有效应用。

以下以四川盆地致密白云岩气藏为例，说明基于大面积致密储层岩石地震岩石物理反演方法的实现过程。

如图2所示，为本发明实施例提供的白云骨架体积模量(a)和剪切模量(b)随孔隙度的变化关系计算结果。采用DEM方法计算的含不同纵横比(α)硬币状裂缝的白云岩骨架模量随孔隙度的变化关系曲线，结果中同孔隙度情况下随孔隙纵横比增大，骨架模量增大，同纵横比情况下随孔隙度的增大，骨架模量减小。

如图3所示，为本发明实施例给出了工区某井的测井岩石物理参数交汇图。可根据测井数据的分布规律、分散程度编辑测井曲线，去除野值，并将测井解释结论对比实际试气结果，开展测井数据精细解释，而精细解释所得的孔隙度、含气性(饱和度)则可用于标定岩石物理模型输入参数。

如图4和图5所示，为本发明实施例提供的MX9井、MX12井的岩石物理解释模板与实际储层孔隙度解释结果的对比。对比显示，由于碳酸岩储层类型的多样性，孔隙流体分布的非均质性，造成基于单一孔隙结构、分布模式建立的岩石物理模板，难以覆盖较分散的实际数据，不能有效辅助识别岩性与流体，并且由于井与井之间存在横向非均质性，造成各单井模板之间存在差异，因此基于单井建立的岩石物理模板，难以表征整个工区的有利储层，这个问题在大面积工区实际应用中尤其显著。

如图6所示，为本发明实施例提供的5块岩心白云岩样品Vp/Vs与波阻抗交会图。

如图7所示，为本发明实施例，为调查岩样孔隙度对岩石参数的影响，根据5块孔隙度分别为0.051、0.0534、0.0547、0.1208与0.1228的白云岩样品实测数据，对比分析超声波尺度岩样弹性参数及弹性参数组合对储层含气性的敏感性，统计结果表明，如图8所示，随着孔隙度下降，各参数敏感性明显下降，各参数之间的敏感性次序有微弱变化，但基本趋势不变；λ和λρ对含气饱和度的变化最为敏感，μ和V_s对含气饱和度的敏感性最差。

如图8所示，为本发明实施例，为调查不同观测尺度下岩石物理参数对孔隙流体的敏感性，从上述5块白云岩样品及7口井资料出发，对比分析超声波尺度与测井尺度的敏感性计算结果，如图9所示。

对比显示，两种尺度下的岩石物理参数敏感性规律、次序基本一致，λ和λρ对孔隙流体的变化最为敏感，少数参数在不同观测尺度下对流体的敏感性有微弱变化，如μ在超声波尺度对孔隙流体最不敏感，但在声波测井尺度对流体敏感性有所增强，这些尺度之间的变化增加了储层流体识别难度。通过上述对比分析，优选出两个观测尺度下对流体最为敏感的参数λ和λρ，这是后续储层预测与流体识别的基础。

如图9所示，为本发明实施例提供的工区标准岩石物理模板及纵波阻抗、λρ交会图。将测井解释结果投影到校正后的岩石物理模板上，结果显示，工区内测井解释的高含水储层，在模板上分布在饱水线附近，其孔隙度分布范围为2.8％～12％；解释的高含气储层，在模板上分布在饱气线附近，其孔隙度分布范围为3％～9.2％；解释的非储层，在模板上分布在低孔隙度区域，其孔隙度基本在4％以下。采用此模板，基本可描述工区所有重点井重点地层的试气情况，并反映了目的层孔隙度分布的一般性特征。

如图10所示，为本发明实施例(M_3D(x,y,i,j),N_3D(x,y,i,j))即工区岩石物理模型三维数据体，制作过程中按地震数据.sgy标准格式首先沿xline方向，继而沿inline方向逐条xline线进行处理。

如图11所示，为本发明实施例，平滑前、后过MX8井的孔隙度反演剖面，对比平滑前、后可知，孔隙度反演剖面在空间连续性上有明显改善。

如图12所示，为本发明实施例，为千余平方公里大面积工区储层平均孔隙度反演结果，反演结果显示：目的层储层具有低孔低渗特征，储层平均孔隙度分布范围为0～0.045，优质储层集中分布于工区中部的构造高部位。

如图13所示，为本发明实施例，为储层平均含气饱和度反演结果，预测结果显示含气富集区集中分布于上、下两个区，这一结果与前期针对该地区的石油地质学研究认识一致，此外反演结果也吻合了各井的试气产能情况，如上气下水的MX203井、高产气井MX8井，反演结果均符合实际情况。

如图14，图15所示，为本发明实施例，如图14、15所示，在三维工区的岩石物理反演数据体中选取2条过井地震反演剖面，将反演结果与测井解释结果、试气报告进行了对比。

图14为过MX13井储层孔隙度与含气饱和度预测结果，对比发现，地震反演的孔隙度与测井资料解释的岩心孔隙度基本一致，且地震反演有效识别了目的层中部的优质储层段，含气饱和度结果显示，MX13井在目的层有较强的含气性，与试气结果吻合(该井目的层日产气达到128.84万方/天)，而在剖面的构造低部位有含水性显示，反演结果初步展示了气、水界面直接地震识别的可能性。图15为过MX17井储层孔隙度与含气饱和度反演结果，结果显示：地震反演结果精细识别了测井解释结论中给出的三个含气薄层，且吻合试气结果(该井日产气53.2万方/天)。

本发明的具体实施方式中未涉及的说明属于本领域公知的技术，可参考公知技术加以实施。

本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。

以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

步骤101，基于孔隙弹性理论预测波响应频散，建立多尺度岩石物理模型的参量因素以联系多尺度数据；所述建立多尺度岩石物理模型的参量因素，是以岩石的矿物成分、孔隙结构及所处的地层环境会对岩石的波响应特征产生影响为依据，确定包括温度和压力为储层环境因素、包括矿物组分、孔隙形状、泥质含量和孔隙结构为储层岩性因素、包括流体黏性和气水斑状饱和为储层流体因素；

步骤102，基于模型及部分井试气情况，对测井解释结果进行分析和校正，开展声波测井与超声波两种尺度下岩石物理参数的流体敏感性分析，筛选出多个观测尺度下对孔隙度、含气饱和度最为敏感的岩石物理参数；所述声波测井和超声波两种尺度下岩石物理参数是指弹性参数及弹性参数的组合；所述弹性参数至少包括以下物理量：纵波速度Vp、横波速度Vs、纵波阻抗Zp、横波阻抗Zs、纵横波速度比Vp/Vs、拉梅常数λ、剪切模量μ、拉梅常数和密度乘积λρ、拉梅常数和剪切模量乘积λμ、准压力PR、剪切模量和密度乘积μρ；所述流体敏感性分析包括：超声波尺度下测量纵波速度Vp和横波速度Vs、以及气和水的变饱和度的情况下的波速，即Vp/Vs与波阻抗交会图；

步骤103，基于各参考井资料构建的单井岩石物理模板，优选各单井岩石物理模板制作工区标准岩石物理模板；所述工区标准岩石物理模板是指以优选的敏感参数λρ为纵坐标，以纵波阻抗为横坐标；

步骤104，基于储层地质特征的横向变化与非均质性，在工区内的不同坐标位置开展储层参数岩石物理反演，根据所有井试气情况在各井坐标处对工区标准岩石物理模板的输入参数进行微调，并在整个工区内进行优化，建立三维工区标准岩石物理模板数据体，并将三维工区标准岩石物理模板数据体与地震叠前反演结合，计算目的层孔隙度、饱和度；在整个工区开展大面积的三维工区岩石物理模板参数反演，并采用加权平均法对反演的孔隙度、饱和度进行平滑处理，最终输出储层参数反演数据体，进而实现储层孔隙度及饱和度的定量解释；所述建立三维工区标准岩石物理模板数据体是指将待反演、解释的三维地震数据体根据工程需要进行切割、整理，开展叠前三维地震反演，并进行储层孔隙度、饱和度的反演计算。

2.根据权利要求1所述的一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法，其特征在于，步骤101所述建立多尺度岩石物理模型的建模，包括计算岩石基质弹性模量和岩石骨架弹性模量，采用Voigt-Reuss-Hill平均方程求取基质的等效弹性模量：

$M_{VRH}=\frac{1}{2}(\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{f}_i{M}_i+\frac{1}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\frac{f_i}{M_i}})---\left(1\right),$

其中M_VRH是矿物基质的弹性模量，f_i和M_i分别是第i种组分的体积含量和弹性模量，N是矿物组分的总数量；采用Mavko于1998年提出的微分等效介质理论，求取白云岩的干岩石骨架的体积模量与剪切模量：

(1-y)d/dy[K^*(y)]＝(K₂-K^*(y))P^(*2)(y) (2a)，

(1-y)d/dy[μ^*(y)]＝(μ₂-μ^*(y))Q^(*2)(y) (2b)，

初始条件是K^*(0)＝K₁和μ^*(0)＝μ₁，其中K₁，μ₁是初始主相材料的体积模量和剪切模量，即相1的体积模量和剪切模量，K₂，μ₂是逐渐加入的包含物的体积模量和剪切模量，即相2的体积模量和剪切模量，y为相2的含量，P^(*2)和Q^(*2)与嵌入体形状有关。

3.根据权利要求1所述的一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法，其特征在于，步骤101所述建立多尺度岩石物理模型的建模还包括考虑储层环境下的岩石，采用vander Waals方程，估算储层流体在不同温度、压力条件下的天然气的密度和体积模量。

4.根据权利要求1所述的一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法，其特征在于，步骤101所述建立多尺度岩石物理模型的建模还包括考虑孔隙流体的非均质分布，忽略孔隙结构的非均质性，利用Biot-Rayleigh方程来实现饱和流体岩石纵横波速度的预测，同时还考虑弹性波速度频散的影响，以实现不同尺度多学科数据间的融合，Biot-Rayleigh方程具体形式如下：

其中u＝[u₁,u₂,u₃]，分别代表三种组分的空间矢量位移，三种组分分别为骨架、流体1、流体2，下标1、2、3表示矢量空间的三个方向；表示地震波激励过程中产生的局域流体变形增量，e_ij、和分别为：

$e_{ij}=\frac{1}{2}(\frac{\∂u_i}{\∂x_j}+\frac{\∂u_j}{\∂x_i}),$

${\mathrm{\ξ}}_{ij}^{\left(1\right)}=\frac{1}{2}(\frac{\∂U_i^{\left(1\right)}}{\∂x_j}+\frac{\∂U_j^{\left(1\right)}}{\∂x_i}){\mathrm{\δ}}_{ij},$

${\mathrm{\ξ}}_{ij}^{\left(2\right)}=\frac{1}{2}(\frac{\∂U_i^{\left(2\right)}}{\∂x_j}+\frac{\∂U_j^{\left(2\right)}}{\∂x_i}){\mathrm{\δ}}_{ij},$

其中：x₁，x₂与x₃分别表示三个方向的坐标，φ₁和φ₂表示两类孔隙的绝对孔隙度，岩石的总孔隙度φ＝φ₁+φ₂；φ₁₀与φ₂₀分别表示两个区域内的局部孔隙度，岩石内部仅含有一种骨架，但却饱和有两种流体，则φ₁₀＝φ₂₀＝φ；所述φ₁代表水孔，即背景相流体，φ₂代表气孔，即包含物相流体，那么φ₁/φ就是含水饱和度，φ₂/φ就是含气饱和度；ρ_f1和η₁表示背景相流体的密度与黏度，ρ_f2和η₂表示包含物相流体的密度与黏度；R₀表示气泡半径，κ₁₀表示岩石渗透率；弹性参数A、N、Q₁、R₁、Q₂与R₂，密度参数ρ₁₁、ρ₁₂、ρ₁₃、ρ₂₂与ρ₃₃，耗散参数b₁与b₂。

5.根据权利要求1所述的一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法，其特征在于，步骤102还包括对比分析超声波尺度和测井尺度下岩石物理参数敏感性规律、次序基本一致，对孔隙流体最为敏感性参数为λ和λρ。

6.根据权利要求1所述的一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法，其特征在于，步骤103对所述工区标准岩石物理模板格点的横、纵坐标进行校正，是指保证工区标准岩石物理模板的描述结果基本涵盖标准井所有数据，则校正后的工区标准岩石物理模板表示为：

设各单井岩石物理模板在二维交会图中的任意一个模板格点位置可根据其横、纵坐标用(M_k(i,j),N_k(i,j))表示，其中i、j分别对应于孔隙度和饱和度的渐变，即i＝1,2…11对应于孔隙度0.02渐变到0.12，j＝1,2…11对应于饱和度0渐变到100％，k表示第k个参考井，则工区标准岩石物理模板在该格点位置的值(M_s(i,j),N_s(i,j))可表示为：

$M_s(i,j)=\underset{k}{\Σ}{M}_k(i,j)*A\left(k\right)*B(i,j)---\left(4a\right),$

$N_s(i,j)=\underset{k}{\Σ}{N}_k(i,j)*A\left(k\right)*C(i,j)---\left(4b\right),$

其中：A(k)表示第k口井的权重，B(i,j)、C(i,j)分别表示对应于i、j的模板格点上基于综合各井参考数据对工区标准岩石物理模板格点的横、纵坐标进行的校正。

7.根据权利要求1所述的一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法，其特征在于，步骤104所述储层参数岩石物理反演，是指基于工区标准岩石物理模板，在各井位置开展地震反演与流体检测测试，具体方法为：

从三维地震数据体中抽取二维过井线，对井坐标附近的目的层进行储层、流体参数估算，对比估算结果与已知钻井、试气结果，适度调整岩石物理模板，使反演结果、解释结论与实际试气情况达到最佳吻合；在第k口井附近，工区标准岩石物理模板经二维地震反演调试后的地震反演模板可用(M′_k(i,j),N′_k(i,j))表示；

在工区内，基于各井的地震反演模板(M′_k(i,j),N′_k(i,j))，开展全区优化，生成工区岩石物理模型的三维数据体，具体对应于工区内每一个坐标位置(x,y)，都存在一个独立的地震岩石物理模型，其模板(M_3D(x,y,i,j),N_3D(x,y,i,j))的确定依赖于各井位置的地震反演模板：

若x≠x_k,y≠y_k (5a),

若x≠x_k,y≠y_k (5b),

M_3D(x,y,i,j)＝M′_k(i,j)，若x＝x_k,y＝y_k (5a),

N_3D(x,y,i,j)＝N′_k(i,j)，若x＝x_k,y＝y_k (5b),

其中：(x_k,y_k)为第k口井坐标，L为总井数，Q(x,y,k)为计算工区内坐标(x,y)处模板时所采用的第k口井的权重系数，可由下式确定：

若x≠x_k,y≠y_k (6),

基于以上方法，即可兼顾工区内各井资料，基于各地理位置的测井观测控制储层参数的地震反演及解释，空间位置越靠近某口参考井，则受该口井的控制因素影响越为显著；(M_3D(x,y,i,j),N_3D(x,y,i,j))即工区岩石物理模型三维数据体，制作过程中按地震数据.sgy标准格式首先沿xline方向，继而沿inline方向逐条xline线进行处理。

8.根据权利要求1所述的一种基于大面积致密储层地震岩石物理反演方法，其特征在于，步骤104所述采用加权平均法对反演的孔隙度、饱和度进行平滑处理，以减弱反演数据的野值、奇异值影响，具体是：

离目标点越近反演结果对目标点造成的影响越大，根据二维正态分布定义了三种加权模板，如式(7)所示；T₁与T₂是通过二维高斯离散模板演变而成，而T₃就是3×3邻域的二维高斯模板，模板中最大权值为目标点所在位置，可根据最小均匀度所在邻域位置，将模板进行适当调整，以形成与该邻域相关的模板：

$T_1=\frac{1}{9}\left(\begin{array}{cc}1& 2\\ 2& 4\end{array}\right),T_2=\frac{1}{25}\left(\begin{array}{ccc}1& 1& 2\\ 1& 2& 4\\ 2& 4& 8\end{array}\right),T_3=\frac{1}{16}\left(\begin{array}{ccc}1& 2& 1\\ 2& 4& 2\\ 1& 2& 1\end{array}\right)---\left(7\right),$

根据T₁，在邻域内对二维反演剖面data(i,j)进行平滑处理，具体算法可表示为：

${\mathrm{data}}_S=\underset{i,j=1}{\overset{2}{\Σ}}data(i,j)*T_1(i,j),$

其中data_S即为平滑处理后目标点的数值。