CN106443780A - 一种页岩气地层的横波速度估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种页岩气地层的横波速度估算方法，基于等效模量自相容模型SCA进行岩石物理建模，充分考虑了孔隙形态及孔隙扁率大小，并基于Gassmann方程进行流体替换，提高了预测结果的准确性，并且算法运算效率高，能适用于实际生产实践中对页岩气井横波资料的计算，降低了计算结果的多解性。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气地质勘探技术领域，确切地说涉及一种页岩气地层的横波速度估算方法。
背景技术
一、常规的针对碳酸盐岩地层的横波反演方法：
随着岩石物理研究的深入，许多专家和学者提出了利用岩石物理模型计算饱和岩石速度的技术手段。岩石物理模型考虑了岩石的孔隙结构，适合描述结构更复杂的岩石。(1)Xu等推导出反映砂泥岩孔隙结构的关系式，进而计算岩石速度；(2)张广智等Xu-White模型改进后应用于碳酸盐岩储层；(3)熊晓军等基于Xu-White模型的横波速度预测方法中基质矿物的弹性模量难以准确设定的问题，提出了一种新的基于等效弹性模量反演的横波速度预测方法；(4)周中彪基于Xu-White模型引入模拟退火算法对孔隙度参数进行修正，结合其他参数得到准确的横波速度。
二针对页岩地层横波反演方法研究进展：
1、在页岩气地球物理勘探领域，现有的页岩区地震横波预测方法主要有：
(1)、作者为胡起，陈小宏，李景叶等发表了题名为“基于各向异性岩石物理模型的页岩气储层横波速度预测”的期刊文献，刊名为《石油物探》，发表于2014年第3期，其基于各向异性DEM模型及Brown-Korrigna各向异性流体替换模型，提出一种基于单孔隙纵横比模型的有机页岩横波速度预测方法，其技术方案为：
①技术思路：
通过融合各向异性微分等效介质(DEM)理论和Brown-Korringa各向异性流体替换模型，建立了有机页岩各向异性岩石物理模型，提出了根据纵波速度反演岩石等效孔隙纵横比进行页岩气储层横波速度预测的方法。
②计算流程：
首先，利用各向异性DEM模型和Brown-Korringa模型建立有机页岩各向异性岩石物理模型，得到有机页岩纵、横波速度与密度、孔隙度、饱和度和矿物组分等参数之间的关系；
其次，将岩石孔隙等效为具有单一孔隙纵横比的理想椭球孔，应用二分法来寻找最佳的等效孔隙纵横比使得理论预测与实际测量的纵波速度之间的误差最小；
最后，将反演得到的等效孔隙纵横比代入到所建立的岩石物理模型中，构建横波速度。
(2)、作者为董宁，霍志刚，孙赞东等发表了题名为“泥页岩岩石物理建模研究”的期刊文献，刊名为《地球物理学报》，发表日期为2014年06期，其技术方案为：
①技术思路：文章提出了一种泥页岩的岩石物理建模方法，该方法可以用于预测横波速度。本文在自洽模型和微分等效介质模型的基础上，引入三维孔隙形态及固体替代技术，建立适用于富有机质泥页岩的新型岩石物理模型。
②计算流程：
第1步：给定临界孔隙度，利用SCA理论计算临界孔隙度时干岩石的体积模量和剪切模量；临界孔隙度是指岩石中矿物由承载域转变为悬浮域的孔隙度值，当孔隙度低于这个值时，矿物承载，而当孔隙度大于这个值时，矿物散开并且变成承载液体中的悬浮物临界孔隙度的值取决于沉积过程中颗粒的分选和磨圆，国外一些学者通过测试得到了一些岩石的临界孔隙度(Mavko etal.,1998)在计算中，大都是取这些值。
第2步：利用DEM理论逐步调整孔隙度至真实孔隙度时的干岩石的体积模量和剪切模量；
第3步：利用Gassmann方程计算饱和流体岩石的体积模量和剪切模量；
第4步：利用Brown-Korringa方程进行固体替代计算含干酪根岩石的体积模量和剪切模量；
第5步：再利用纵横波速度与弹性模量(体积模量K和剪切模量μ)、密度(ρ)之间的关系式求得最终的饱和流体岩石的纵波速度Vp和横波速度Vs，
(3)、作者为杨小兵，张数东，钟林等提出了一种基于V-R-H模型的复杂多矿物页岩岩石物理建模方法，并应用Gassmann方程从而估算页岩横波数据，题名为“复杂多矿物组分的页岩气储层横波时差预测方法”的期刊文献，刊名为《天然气工业》发表日期为2015年第3期，其技术方案为：
①技术思路：把已有的针对简单矿物组分的砂泥岩地层横波时差预测方法拓展应用到复杂多矿物页岩气储层,在准确处理出页岩气储层复杂矿物组分的基础上,基于孔隙介质岩石物理模型和Gassmann方程,应用V-R-H模型求得地层的等效弹性模量,再以纵波时差作为约束参数来反演预测页岩气储层的横波时差。
②计算流程：
页岩气储层横波时差预测主要包括页岩气储层的复杂矿物组分的精确计算，岩石空间等效弹性模型的建立和等效的剪切模量、体积模量的计算，在已知纵波时差的条件下反演横波时差。
2、现有的页岩区地震横波预测方法的缺点是：
(1)第一类方法中考虑岩石在临界孔隙度下，矿物处于悬浮状态下从而体积模量迅速降为0的情况。但是针对页岩储层，其孔隙度远达不到建模过程中的临界孔隙度(40％～60％)，引入临界孔隙度的概念增大的计算难度，影响了计算效率，考虑各向异性建模方法，无法直接利用测井资料进行横波计算。
(2)第二种方法利用各向异性DEM模型进行岩石物理建模，从而考虑了地震波在岩石中传播的方向问题。在直接利用测井资料约束进行横波预测的过程中产生困难，增加了估算结果的多解性。
(3)第三种方法基于V-R-H模型进行多矿物建模，在建模过程中仅考虑岩石孔隙度大小及各类矿物含量对岩石建模结果的影响。而未能深入考虑岩石孔隙形状，使建模结果及横波计算结果缺乏可靠性。
发明内容
本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种页岩气地层的横波速度估算方法，本方法能够准确的描述页岩孔隙形态及孔隙扁率大小等因素，提高了预测结果的准确性，并且算法运算效率高，能适用于实际生产实践中对页岩气井横波资料的计算，降低了计算结果的多解性。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种页岩气地层的横波速度估算方法，其特征在于步骤如下：
(1)基于V-R-H模型计算多矿物混合下页岩骨架的等效体积模量及剪切模量，首先计算N个成分的等效模量Voigt上限Mv及Reuss下限MR
再在此基础上计算多矿物混合下的V-R-H平均MVRH
其中，(公式1)中Mi表示N个成分中第i个组分模量值大小，fi表示N个成分中第i个组分含量大小；其中计算等效剪切模量则通过代入各组分剪切模量计算，需计算体积模量则代入各组分体积模量进行计算；
(2)以多矿物混合下的V-R-H平均MVRH作为页岩岩石物理建模的背景参数，基于等效模量自相容SCA模型，考虑包含球体、针状、盘状及硬币状缝隙为孔隙的复杂情况，并将孔隙内填充有机质及空气，从而建立干页岩岩石物理模型；
(3)在此基础上基于Gassmann方程，对第(2)步建模过程中的空孔隙进行气体替换试验，计算出该情况下饱和气体的页岩体积模量Ksat和剪切模量μsat，从而构建与真实储层情况相同的页岩气甜点模型；
(4)利用饱和气体情况下的体积模量Ksat和剪切模量μsat，计算相应的纵波速度Vp和横波速度VS，用相应的真实测井纵波速度VDT作为约束，计算Vp和VDT的差值；当估算纵波速度与真实纵波速度之间产生设定的差值时，回归第(1)-(2)步，重新组合矿物成分及孔隙形状再次建模；
(5)当Vp和VDT的差值最小时，判定为建模过程与真实情况最相近，从而输出此时的横波速度作为页岩气横波估算结果。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：
1、本发明在建模过程中充分考虑了孔隙形态及孔隙扁率对建模结果的影响，使得建模结果更加真实可靠；
2、本发明基于等效模量自相容模型(SCA)，理论充分,形式明了。反演算法运算效率高，能胜任实际生产过程中的横波估算；
3、通过常规测井资料中的纵波时差进行约束反演，有效降低了反演结果的多解性。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明岩石物理建模方法流程示意图。
具体实施方式
本发明是一种基于常规测井数据的页岩气储层横波计算方法，该方法基于等效模量自相容模型(SCA)进行岩石物理建模，充分考虑了孔隙形态及孔隙扁率大小，并基于Gassmann方程进行流体替换。提供一种准确可靠，运算效率高的页岩气横波计算方法。其步骤如下：
(1)基于V-R-H模型计算多矿物混合下页岩骨架的等效体积模量及剪切模量，首先计算N个成分的等效模量Voigt上限Mv及Reuss下限MR
再在此基础上计算多矿物混合下的V-R-H平均MVRH
其中，(公式1)中Mi表示N个成分中第i个组分模量值大小，fi表示N个成分中第i个组分含量大小；其中计算等效剪切模量则通过代入各组分剪切模量计算，需计算体积模量则代入各组分体积模量进行计算；
(2)以多矿物混合下的V-R-H平均MVRH作为页岩岩石物理建模的背景参数，基于等效模量自相容SCA模型，考虑包含球体、针状、盘状及硬币状缝隙为孔隙的复杂情况，并将孔隙内填充有机质及空气，从而建立干页岩岩石物理模型；
(3)在此基础上基于Gassmann方程，对第(2)步建模过程中的空孔隙进行气体替换试验，计算出该情况下饱和气体的页岩体积模量Ksat和剪切模量μsat，从而构建与真实储层情况相同的页岩气甜点模型；
(4)利用饱和气体情况下的体积模量Ksat和剪切模量μsat，计算相应的纵波速度Vp和横波速度VS，用相应的真实测井纵波速度VDT作为约束，计算Vp和VDT的差值；当估算纵波速度与真实纵波速度之间产生设定的差值时，回归第(1)-(2)步，重新组合矿物成分及孔隙形状再次建模；
(5)当Vp和VDT的差值最小时，判定为建模过程与真实情况最相近，从而输出此时的横波速度作为页岩气横波估算结果。
具体的岩石物理建模流程见图1所示。
本方法结合页岩气储层地质特点，建立一种较准确的岩石物理建模流程，能够准确的描述页岩孔隙形态(球体、盘状、针状及硬币状缝隙)及孔隙扁率大小等因素，提高预测结果的准确性；
本方法是一种高效的横波计算方法，较临界孔隙度下的岩石物理建模过程更为简洁明了，算法运算效率高，能适用于实际生产实践中对页岩气井横波资料的计算；
本方法能够直接使用常规纵波测井资料进行约束，建立一种基于测井数据的横波计算方法，降低计算结果的多解性。
术语解释：
(1)横波：横波是地震波中波前进方向与质点震动方向垂直的波，横波在判断岩性、裂缝以及含油气性方面有其固有的优点。
(2)横波估算：根据目标井或其他井的已知测井数据或其他数据，预测(或估算)目标井的横波数据。
(3)横波估算的重要性：在石油天然气的地震勘探中，往往需要输入横波测井曲线作为地质模型的参数用于地震波场的数值模拟或地震属性的参数反演；此外，采用横波测井数据、纵波测井数据和密度测井数据，可以分析储层的敏感分析参数，具有重要的作用。
(4)页岩气地层：泛指包含天然气的页岩地层。页岩气是一种新型的能源，是我国目前及今后的重点勘探方向。
Claims (1)
1.一种页岩气地层的横波速度估算方法，其特征在于步骤如下：
(1)基于V-R-H模型计算多矿物混合下页岩骨架的等效体积模量及剪切模量，首先计算N个成分的等效模量Voigt上限Mv及Reuss下限MR
再在此基础上计算多矿物混合下的V-R-H平均MVRH
其中，(公式1)中Mi表示N个成分中第i个组分模量值大小，fi表示N个成分中第i个组分含量大小；其中计算等效剪切模量则通过代入各组分剪切模量计算，需计算体积模量则代入各组分体积模量进行计算；
(2)以多矿物混合下的V-R-H平均MVRH作为页岩岩石物理建模的背景参数，基于等效模量自相容SCA模型，考虑包含球体、针状、盘状及硬币状缝隙为孔隙的复杂情况，并将孔隙内填充有机质及空气，从而建立干页岩岩石物理模型；
(3)在此基础上基于Gassmann方程，对第(2)步建模过程中的空孔隙进行气体替换试验，计算出该情况下饱和气体的页岩体积模量Ksat和剪切模量μsat，从而构建与真实储层情况相同的页岩气甜点模型；
(4)利用饱和气体情况下的体积模量Ksat和剪切模量μsat，计算相应的纵波速度Vp和横波速度VS，用相应的真实测井纵波速度VDT作为约束，计算Vp和VDT的差值；当估算纵波速度与真实纵波速度之间产生设定的差值时，回归第(1)-(2)步，重新组合矿物成分及孔隙形状再次建模；
(5)当Vp和VDT的差值最小时，判定为建模过程与真实情况最相近，从而输出此时的横波速度作为页岩气横波估算结果。
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