CN106285642A - 一种基于地震资料的地层孔隙压力预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于地震资料的地层孔隙压力预测方法，属于油气地球物理勘探领域。所述方法基于深度域测井数据Well(z)和叠后时间域地震数据Seis(x,y,t)实现对地层孔隙压力P_pore(x,y,t)的预测，其中z代表深度域，单位为m或者ft，x,y代表每个地震道对应的空间位置，是x,y坐标或者是纵横测线号，t代表时间域，单位为s或者ms。本发明基于阻抗信息直接进行压力预测的方法同时兼具了地震资料分辨率高的特点，同时还可以忽略基于叠前反演获得密度参数通常不太准确的问题，能够获得稳定可靠度的地层压力预测结果。

Description

一种基于地震资料的地层孔隙压力预测方法

技术领域

本发明属于油气地球物理勘探领域，具体涉及一种基于地震资料的地层孔隙压力预测方法。

背景技术

地层压力是石油勘探开发工作中的基础数据之一，对异常地层压力(特别是异常高压)的研究，愈来愈引起人们的注意。在石油勘探过程中，地层压力为油气的分布、运移、聚集提供重要信息；在石油钻井工程中，地层压力不仅是确定钻井液密度、井身结构的依据，而且关系到能否安全、快速、经济钻井，甚至影响到钻井的成败。

在天然气气藏的开发过程中，特别是开发存在异常高压地层油气田时，如何在钻前精确预测地层压力就显得尤为重要，它是油气勘探的一项前瞻性工作。因此地层压力预测技术在地质勘探和钻井、开发工程中有着十分广泛的应用前景。在钻井阶段预测地层压力可为平衡压差钻井提供地层压力依据，以便合理地选择钻井泥浆密度，防喷防漏，减少钻井工程事故的发生，提高钻井效率、缩短钻井周期、降低钻井成本。从而在天然气勘探开发的经济效益和社会效益发挥重要作用；同时，地层压力预测还可防止泥浆大量侵入地层，对于油气层(特别是天然气藏)的保护和提高测井质量等都具有特别重要的意义。在油气开发阶段，准确的地层压力预测则有助于确定储层的驱动和连通情况。

目前，我国页岩气勘探开发还处于起步阶段，具有风险大、成本高的特点。页岩气开发遇到的地层压力体系越来越复杂，对地层压力预测精度的要求越来越高。常规地层压力钻前预测方法大多数基于速度谱或者地震层速度资料，其预测机理是基于泥岩常压实趋势，具有分辨率低的特点，不适用于页岩内部异常孔隙高压预测。由于地震资料具有对地层分辨率高、覆盖面积广、资料丰富等优点，在利用地震资料进行叠前AVO反演和叠后波阻抗反演获得的多种地震属性参数的基础上，进行地层孔隙压力预测能够满足不同精度和尺度的地层压力预测要求，有效降低钻井风险。

综上所述，目前地层压力钻前预测方法大多数是在泥岩常压实假设条件下，应用分辨率较低的地震层速度资料进行地层压力预测；不符合页岩气低孔低渗的地质特征，不能满足页岩气储层内部异常孔隙高压钻前地震预测的要求。

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，提供一种基于地震资料的地层孔隙压力预测方法，基于高分辨率的阻抗信息，能够获得更好分辨率的地层孔隙压力预测结果。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于地震资料的地层孔隙压力预测方法，基于深度域测井数据Well(z)和叠后时间域地震数据Seis(x,y,t)实现对地层孔隙压力P_pore(x,y,t)的预测，其中z代表深度域，单位为m或者ft，x,y代表每个地震道对应的空间位置，是x,y坐标或者是纵横测线号，t代表时间域，单位为s或者ms。

所述方法包括以下步骤：

(1)基于叠后时间域地震数据Seis(x,y,t)，通过叠后波阻抗反演，获取纵波阻抗信息Ip(x,y,t)；

(2)基于深度域测井数据Well(z)，通过时深转换和数据分析，获取基于测井资料的地层有效应力P_diff(t)和纵波阻抗Ip(t)的关系P_diff(t)＝g(Ip(t))；

(3)基于步骤(1)获得的纵波阻抗Ip(x,y,t)和步骤(2)获得的关系式P_diff(t)＝g(Ip(t))，计算地层有效应力P_diff(x,y,t)；

(4)基于步骤(1)获得的纵波阻抗Ip(x,y,t)，确定上覆地层压力P₀(x,y,t)；

(5)基于步骤(3)获得的地层有效应力P_diff(x,y,t)和步骤(4)获得的上覆地层压力P₀(x,y,t)，计算得到地层孔隙压力P_pore(x,y,t)。

所述步骤(2)是这样实现的：

深度域测井数据Well(z)要求包含如下测井曲线，①从声波时差数据获取的纵波速度vp(z)；②测井解释的岩石密度ρ(z)；③测井解释的孔隙压力p_pore(z)。

为了将深度域测井数据同时间域的地震数据匹配起来，首先需要对深度域测井数据进行时深转换，通过如下关系式将深度域测井数据转换到与地震匹配的时间域数据

$t={\∫}_0^z\frac{2\mathrm{dz}}{\mathrm{vp}\left(z\right)}$

深度域测井曲线Well(z)代表的是每个深度点对应一个数据样点，通过上述公式转换以后可以计算得到每个数据样点所对应的时间点，从而实现从深度域到时间域的转换。通过上述公式可以将深度z转换成时间t，对上述①、②、③3个数据都可适用上述公式。

经过时深转换后，获得如下时间域的测井数据：①时间域的纵波速度曲线vp(t)；②时间域的密度曲线ρ(t)；③时间域的孔隙压力p_pore(t)。

通过速度和密度的乘积计算得到基于测井资料的纵波阻抗：

Ip(t)＝ρ(t)*vp(t)

基于测井资料的上覆地层压力p₀(t)实际上等效于上覆地层的重力，通过如下计算公式计算得到：

$p_0\left(t\right)={\∫}_0^z\mathrm{\ρ}\left(z\right)\mathrm{gdz}={\∫}_0^t\mathrm{\ρ}\left(t\right)g\frac{\mathrm{vp}\left(t\right)}{2}\mathrm{dt}$

用所述上覆地层压力p₀(t)同测井解释得到的孔隙压力p_pore(t)通过减法运算得到基于测井资料的地层有效应力p_diff(t)：

p_diff(t)＝p₀(t)-p_pore(t)

对纵波阻抗属性Ip(t)影响最为直接的一个因素是地层有效应力p_diff(t)，而不是上覆地层压力p₀(t)和地层孔隙压力p_pore(t)。因此，将纵波阻抗Ip(t)表示成地层有效应力p_diff(t)的函数：

Ip(t)＝f(P_diff(t))＝Ip₀+cP_diff(t)^b

对方程进行重新推导，将p_diff(t)表示成Ip(t)的函数：

P_diff(t)＝g(Ip(t))＝((Ip(t)-Ip₀)/c)^1/b

这里，Ip₀、c和b是常数，需要根据实际测井数据经过交会图分析和线性回归的方法获得。

所述步骤(3)是这样实现的：

步骤(1)基于叠后波阻抗反演能够获得高精度的纵波阻抗Ip(x,y,t)，步骤(2)建立起了纵波阻抗Ip(t)和有效地层压力p_diff(t)之间的关系P_diff(t)＝g(Ip(t))。

将步骤(1)获得的纵波阻抗Ip(x,y,t)带入上面关系式，即计算得到与波阻抗数据范围大小一致的地层有效应力数据体：

P_diff(x,y,t)＝g(Ip(x,y,t))＝((Ip(x,y,t)-Ip₀)/c)^1/b。

所述步骤(4)是这样实现的：

上覆地层压力又称地静压力，是指覆盖在该地层以上的岩石及其岩石的孔隙中流体的总重量造成的压力。地下某一深处的上覆岩层压力就是指该点以上至地面岩石的重力和岩石孔隙内所含流体的重力之和施加于该点的压力。用纵波阻抗的积分形式表示上覆地层压力：

$P_0(x,y,t)={\∫}_0^t\frac{1}{2}\mathrm{Ip}(x,y,t)\mathrm{\ξdt}$

这里ξ是一个常数，代表重力加速度。

所述步骤(5)是这样实现的：

地层孔隙压力指地层孔隙中流体(油、气、水)所具有的压力，利用上覆地层压力P₀(x,y,t)和地层有效应力P_diff(x,y,t)之间的差获得地层孔隙压力：

P_pore(x,y,t)＝P₀(x,y,t)-P_diff(x,y,t)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：常规地层压力钻前预测方法大多数基于速度谱或者地震层速度资料，其预测机理是基于泥岩常压实趋势，具有分辨率低的特点，不适用于页岩内部异常孔隙高压预测。基于叠前地震反演获得的纵波速度和密度资料进行地层孔隙压力预测的方法通常会受到密度参数反演结果不准确的影响，密度参数不准确就不能准确的求取上覆地层压力，从而影响地层孔隙压力预测结果稳定性。而本发明基于阻抗信息直接进行压力预测的方法同时兼具了地震资料分辨率高的特点，同时还可以忽略基于叠前反演获得密度参数通常不太准确的问题，能够获得稳定可靠度的地层压力预测结果。

附图说明

图1示意了本发明实施例的地层孔隙压力预测步骤框图

图2示意了实施例工区目的层段地层孔隙压力预测结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

图1示出根据本发明的实施例获取地层孔隙压力的方法的流程图。

如图1所示，根据本发明的实施例获取地层孔隙压力的方法包括以下步骤。

步骤setp1描述了常规叠后波阻抗反演的过程，输入数据包括工区内时间域叠后地震数据体Seis(x,y,t)，和工区内深度域测井数据Well(z)。实施过程包括测井地震时深标定、地震反演子波提取，低频初始模型建立和反演参数设置四个步骤。目前，基于叠后地震数据通过地震反演的方法获取纵波阻抗的方法有很多种，商业软件业比较成熟，比如Jason，Strata等软件。通过选择合适的子波、低频模型以及合适的反演参数，都能够获得纵向分辨率较高的纵波阻抗Ip(x,y,t)。

在本实施例中采用Jason反演软件的InverTrace-Plus模块下的Constrained Sparse spike模块实施，具体实施过程参照Jason软件InverTrace-Plus模块使用说明书。经过步骤step1的叠后波阻抗反演，最终可以获得工区内时间域波阻抗数据体Ip(x,y,t)，该数据体空间坐标范围与原始输入地震数据Seis(x,y,t)范围一致。步骤step1也可以替换成其他可以得到波阻抗数据体的叠后反演方法或者软件。

通过步骤step2，建立起工区内目标储层段纵波阻抗同地层有效应力之间的函数关系。输入数据为工区内深度域测井数据Well(z)，这一步对测井数据所包含的测井曲线类型有明确的要求，要求至少包含以下几条测井解释曲线：①从声波时差数据获取的纵波速度vp(z)；②测井解释的岩石密度ρ(z)；③测井解释的孔隙压力p_pore(z)。

为了将深度域测井数据同时间域的地震数据匹配起来，首先需要对深度域测井数据进行时深转换，通过如下关系式将深度域测井数据转换到与地震匹配的时间域数据

$t={\∫}_0^z\frac{2\mathrm{dz}}{\mathrm{vp}\left(z\right)}$

经过时深转换后，可以获得如下时间域的测井数据：①时间域的纵波速度曲线vp(t)；②时间域的密度曲线ρ(t)；③时间域的孔隙压力p_pore(t)。

通常原始测井解释曲线是没有纵波阻抗的解释结果的，需要基于已知的测井曲线进行计算得到。纵波阻抗可以通过速度和密度的乘积计算得到：

Ip(t)＝ρ(t)*vp(t)

同样，原始测井解释曲线通常也不包含上覆地层压力的解释结果，需要基于已知的测井曲线进行计算得到。上覆地层压力是指覆盖在该地层以上的岩石及其岩石的孔隙中流体的总重量造成的压力，所以上覆地层压力p₀(t)实际上等效于上覆地层的重力，可以通过如下计算公式计算得到：

$p_0\left(t\right)={\∫}_0^z\mathrm{\ρ}\left(z\right)\mathrm{gdz}={\∫}_0^t\mathrm{\ρ}\left(t\right)g\frac{\mathrm{vp}\left(t\right)}{2}\mathrm{dt}$

同样，原始测井解释曲线通常也不包含地层有效应力的解释结果，需要我们基于已知的测井曲线进行计算得到。地层有效应力等于上层总压力减去等效孔隙压力，所以地层有效应力p_diff(t)可以用计算的上覆地层压力p₀(t)同测井解释得到的孔隙压力p_pore(t)通过减法运算得到：

p_diff(t)＝p₀(t)-p_pore(t)

实际上，对纵波阻抗属性Ip(t)影响最为直接的一个因素是地层有效应力p_diff(t)，而不是上覆地层压力p₀(t)和地层孔隙压力p_pore(t)。因此，可以将纵波阻抗Ip(t)表示成地层有效应力p_diff(t)的函数

Ip(t)＝f(P_diff(t))＝Ip₀+cP_diff(t)^b

对方程进行重新推导，将p_diff(t)表示成Ip(t)的函数：

P_diff(t)＝g(Ip(t))＝((Ip(t)-Ip₀)/c)^1/b

这里，Ip₀、c和b是常数，需要根据实际测井数据经过交会图分析和线性回归的方法获得。

在步骤step3中，将步骤step1获得的工区内高精度纵波阻抗Ip(x,y,t)带入步骤step2建立起了工区目的出层段纵波阻抗Ip(t)和地层有效应力p_diff(t)之间的关系式(P_diff(t)＝g(Ip(t)))中，即可计算得到工区内与波阻抗数据范围大小一致的地层有效应力数据体。

P_diff(x,y,t)＝g(Ip(x,y,t))＝((Ip(x,y,t)-Ip₀)/c)^1/b

在步骤step4中，基于步骤step1获得的纵波阻抗Ip(x,y,t)，可以计算得到工区内上覆地层压力P₀(x,y,t)。上覆地层压力指覆盖在该地层以上的岩石及其岩石的孔隙中流体的总重量造成的压力。因此，上覆地层压力可以等效的表示成纵波阻抗的积分形式：

$P_0(x,y,t)={\∫}_0^t\frac{1}{2}\mathrm{Ip}(x,y,t)\mathrm{\ξdt}$

这里ξ是一个常数，代表重力加速度，上覆地层压力P₀(x,y,t)数据体空间坐标范围与原始输入地震数据Seis(x,y,t)范围一致。

在步骤step5中，基于步骤step3获得的工区目的层段地层有效应力P_diff(x,y,t)和步骤step4获得的上覆地层压力P₀(x,y,t)，计算工区目的层段地层孔隙压力P_pore(x,y,t)。地层孔隙压力指地层孔隙中流体(油、气、水)所具有的压力，地层孔隙压力可以表示成上覆地层压力P₀(x,y,t)和地层有效应力P_diff(x,y,t)之间的差：

P_pore(x,y,t)＝P₀(x,y,t)-P_diff(x,y,t)

最后，图2为工区目的层段地层孔隙压力预测结果。

可以理解，根据本发明实施例获取地层孔隙压力的方法并不仅仅局限于页岩气地层，该方法也可以应用于获取地壳中的其他地层的地层孔隙压力。

利用本发明能够有效降低钻探风险，为页岩气高效开发提供技术支持。

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 (6)

1.一种基于地震资料的地层孔隙压力预测方法，其特征在于：所述方法基于深度域测井数据Well(z)和叠后时间域地震数据Seis(x,y,t)实现对地层孔隙压力P_pore(x,y,t)的预测，其中z代表深度域，单位为m或者ft，x,y代表每个地震道对应的空间位置，是x,y坐标或者是纵横测线号，t代表时间域，单位为s或者ms。

2.根据权利要求1所述的基于地震资料的地层孔隙压力预测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(1)基于叠后时间域地震数据Seis(x,y,t)，通过叠后波阻抗反演，获取纵波阻抗信息Ip(x,y,t)；

(2)基于深度域测井数据Well(z)，通过时深转换和数据分析，获取基于测井资料的地层有效应力P_diff(t)和纵波阻抗Ip(t)的关系P_diff(t)＝g(Ip(t))；

(3)基于步骤(1)获得的纵波阻抗Ip(x,y,t)和步骤(2)获得的关系式P_diff(t)＝g(Ip(t))，计算地层有效应力P_diff(x,y,t)；

(4)基于步骤(1)获得的纵波阻抗Ip(x,y,t)，确定上覆地层压力P₀(x,y,t)；

(5)基于步骤(3)获得的地层有效应力P_diff(x,y,t)和步骤(4)获得的上覆地层压力P₀(x,y,t)，计算得到地层孔隙压力P_pore(x,y,t)。

3.根据权利要求2所述的基于地震资料的地层孔隙压力预测方法，其特征在于：所述步骤(2)是这样实现的：

深度域测井数据Well(z)要求包含如下测井曲线，①从声波时差数据获取的纵波速度vp(z)；②测井解释的岩石密度ρ(z)；③测井解释的孔隙压力p_pore(z)；

通过如下关系式将深度域测井数据转换到与地震匹配的时间域数据

$t={\∫}_0^z\frac{2\mathrm{dz}}{\mathrm{vp}\left(z\right)}$

经过时深转换后，获得如下时间域的测井数据：①时间域的纵波速度曲线vp(t)；②时间域的密度曲线ρ(t)；③时间域的孔隙压力p_pore(t)；

通过速度和密度的乘积计算得到基于测井资料的纵波阻抗：

Ip(t)＝ρ(t)*vp(t)

基于测井资料的上覆地层压力p₀(t)实际上等效于上覆地层的重力，通过如下计算公式计算得到：

$p_0\left(t\right)={\∫}_0^z\mathrm{\ρ}\left(z\right)\mathrm{gdz}={\∫}_0^t\mathrm{\ρ}\left(t\right)g\frac{\mathrm{vp}\left(t\right)}{2}\mathrm{dt}$

用所述上覆地层压力p₀(t)同测井解释得到的孔隙压力p_pore(t)通过减法运算得到基于测井资料的地层有效应力p_diff(t)：

p_diff(t)＝p₀(t)-p_pore(t)

将纵波阻抗Ip(t)表示成地层有效应力p_diff(t)的函数：

Ip(t)＝f(P_diff(t))＝Ip₀+cP_diff(t)^b

对方程进行重新推导，将p_diff(t)表示成Ip(t)的函数：

P_diff(t)＝g(Ip(t))＝((Ip(t)-Ip₀)/c)^1/b

这里，Ip₀、c和b是常数，需要根据实际测井数据经过交会图分析和线性回归的方法获得。

4.根据权利要求3所述的基于地震资料的地层孔隙压力预测方法，其特征在于：所述步骤(3)是这样实现的：

计算得到与波阻抗数据范围大小一致的地层有效应力数据体：

P_diff(x,y,t)＝g(Ip(x,y,t))＝((Ip(x,y,t)-Ip₀)/c)^1/b。

5.根据权利要求4所述的基于地震资料的地层孔隙压力预测方法，其特征在于：所述步骤(4)是这样实现的：

用纵波阻抗的积分形式表示上覆地层压力：

$P_0(x,y,t)={\∫}_0^t\frac{1}{2}\mathrm{Ip}(x,y,t)\mathrm{\ξdt}$

这里ξ是一个常数，代表重力加速度。

6.根据权利要求5所述的基于地震资料的地层孔隙压力预测方法，其特征在于：所述步骤(5)是这样实现的：

利用上覆地层压力P₀(x,y,t)和地层有效应力P_diff(x,y,t)之间的差获得地层孔隙压力：

P_pore(x,y,t)＝P₀(x,y,t)-P_diff(x,y,t)。