CN107831540A - 储层物性参数直接提取新方法 - Google Patents

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杨培杰
王永诗
穆星
王长江
罗红梅
管晓燕
张娟
王庆华
郑文召
刘华夏
颜世翠
张志敬
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Abstract

本发明提供一种储层物性参数直接提取新方法，该储层物性参数直接提取新方法包括：步骤1，输入地震数据、地震子波、测井数据以及地质层位；步骤２，以统计岩石物理分析为基础，从测井数据出发，建立起储层物性参数和弹性参数之间的定量关系；步骤３，推导物性提取的近似公式，里面包含有孔隙度、泥质含量、密度三个参数；步骤４，以叠前分析为主要手段，结合物性提取的近似公式和点对点方程，从叠前数据中直接提取物性参数。该储层物性参数直接提取新方法可以同时反演储层孔隙度、泥质含量和密度等参数，提高储层物性估计结果的客观性和准确性，降低投资风险，为地质人员估算油气储量、确定井位提供更为可靠的依据。

Description

储层物性参数直接提取新方法
技术领域
本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种储层物性参数直接提取新方法。
背景技术
储层物性反演一直是储层地球物理研究的难点和热点，目前常用的方法有两种，一是地震多属性物性反演(吴媚等,2008；吴秋波等,2011)，其思路是建立物性和地震属性之间定量的关系，进而反演物性参数，二是地质统计学物性反演(孙思敏等,2007；刘百红等,2009)，主要是通过地质统计学随机模拟的思路实现物性参数的反演。它们的不足之处在于都需要大量的测井信息，岩石物理的机理也不清楚，且只能实现单一物性参数的反演。
针对这些不足，国内外的学者们开展了基于岩石物理的储层物性反演研究。斯坦福大学的Mukerji等(2001)和Eidsvik等(2004)等人率先将岩石物理和叠前反演相结合，估计储层物性参数，Bachrach(2006)进一步地将岩石物理模型用于储层孔隙度和饱和度反演，Spikes等(2008)等人提出了用井资料和地震资料对储层物性进行估计的概率地震反演方法，Larsen等(2006)等人则提出了一种基于马尔科夫链的储层流体反演方法，随后Grana等(2010)等人发展了这些前人的研究成果，将岩石物理和贝叶斯反演相结合，实现了物性的反演，取得了较好的效果。国内在基于岩石物理的储层物性反演方面的研究较少，郑继新等(2009)首次将统计岩石物理用于含气储层饱和度与孔隙度联合反演，取得了一定的成果，但是其对岩石物理模型和实际应用的研究不够深入，属于一种前瞻性的研究，胡华锋等(2012)进一步发展了这种方法，提出了基于贝叶斯分类的储层物性参数联合反演方法，也取得了较好的应用效果，但是方法研究仍需要进一步深入。杨培杰等(2017)在前人研究的基础上，针对砂泥岩储层，基于岩石物理理论、贝叶斯理论、蒙特卡罗和遗传算法，提出了一种孔隙度和含水饱和度同步反演方法。
如何从地震数据中有效地提取孔隙度、泥质含量、含水饱和度等储层物性参数是储层地球物理研究的热点和难点，目前的物性提取方法主要是通过两步法实现的，即首先反演弹性参数，然后通过弹性参数再次计算物性参数，该方法的不足是效率低，并且准确度不高。为提高物性提取的效率和准确度，提出了一种从叠前数据直接提取物性参数的新方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以同时反演储层孔隙度、泥质含量和密度等参数，提高储层物性估计结果的客观性和准确性的储层物性参数直接提取新方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：储层物性参数直接提取新方法，该储层物性参数直接提取新方法包括：步骤1，输入地震数据、地震子波、测井数据以及地质层位；步骤2，以统计岩石物理分析为基础，从测井数据出发，建立起储层物性参数和弹性参数之间的定量关系；步骤3，推导物性提取的近似公式，里面包含有孔隙度、泥质含量、密度三个参数；步骤4，以叠前分析为主要手段，结合物性提取的近似公式和点对点方程，从叠前数据中直接提取物性参数。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤1中，输入的地震数据为叠前偏移道集或叠前角道集，测井数据包括纵波速度、横波速度、密度、孔隙度和泥质含量这几种曲线。
在步骤1中，通过测井二次解释获得孔隙度，泥质含量以及饱和度这些物性参数，测井二次解释是指在地区井资料丰富的情况下，利用各种信息，来建立更精确的孔隙度模型、渗透率模型和饱和度模型。
在步骤1中，在测井二次测井解释中，孔隙度曲线为通过怀利Wyllie、雷默Raymer这些估算方法，通过声波、密度、中子这些数据计算；泥质含量曲线为通过伽玛或自然电位曲线，通过克拉维尔Clavier、斯泰贝Steiber、拉里奥诺夫Larionov这些估算方法进行计算；饱和度是在原始状态下储积层中石油体积占有效孔隙体积的百分数，利用电阻率曲线，通过阿尔奇Archies、费尔和汉迈克ert&Hammack这些公式计算饱和度。
在步骤2中，利用测井数据，通过回归分析得到统计的岩石物理模型，首先通过线性回归初步确定回归的系数，然后通过支持向量机SVM的思路，对这些回归系数进行微调，以提高物性参数和弹性参数间的定量关系的准确度。
在步骤2中，物性参数和弹性参数间的定量关系的表达式为：
其中，M表示弹性参数，包括纵波速度、横波速度；N表示物性参数，包括孔隙度、泥质含量；C和D表示回归过程所得到的不同的系数。
在步骤3中，将待提取的物性参数和弹性参数相结合，从叠前理论出发，基于阿基方程，得到包含孔隙度、泥质含量、密度的近似方程，简记为PCD公式，该方程为物性参数直接反演的基础。
在步骤3中，所构建的物性参数近似方程为：
其中，Δ表示取数据的差值，Aφ表示与孔隙度反射有关的常数，φ表示孔隙度；AN表示与泥质含量反射有关的常数，N表示泥质含量；Aρ表示与密度反射有关的常数，ρ表示密度，Rpp表示地震数据反射系数，θ地震波入射角。
在步骤4中，将物性参数近似方程和叠前反演有效结合，开发了一种点对点的叠前反演策略，通过点对点方程实现约束。
在步骤4中，建立的点对点方程为：
其中，ξ表示待提取的物性参数，n是约束点的数量，是变化的，m≥n>1，m是待反演的地震道的总点数，r表示地层反射系数。
本发明中的储层物性参数直接提取新方法，主要用于石油地球物理勘探的储层地球物理领域，首先，以统计岩石物理分析为基础，从测井数据出发，建立起储层物性参数和弹性参数之间的定量关系，其次，推导物性提取的PCD近似公式，里面包含有孔隙度、泥质含量、密度三个参数，最后，以叠前分析为主要手段，结合PCD公式和点对点方程，即可从叠前数据中直接提取物性参数。整个提取过程简洁高效，在实际生产中具有很好的应用效果。该方法将岩石物理和地质统计分析相结合，结合PCD公式和点对点方程，应用叠前道集、地震子波、控制层位，可以同时反演储层孔隙度、泥质含量和密度等参数，提高储层物性估计结果的客观性和准确性，降低投资风险，为地质人员估算油气储量、确定井位提供更为可靠的依据。
附图说明
图1为本发明的储层物性参数直接提取新方法的一具体实施例的流程图；
图2为本发明的一具体实施例中点对点约束模式的示意图；
图3为本发明的一具体实施例中直接提取物性参数中的孔隙度的结果的示意图；
图4为本发明的一具体实施例中直接提取物性参数中的泥质含量的结果的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图1所示，图1为本发明的储层物性参数直接提取新方法的流程图。
步骤101、数据输入
主要包括地震数据、地震子波、测井数据以及地质层位，地震数据需要是叠前偏移道集，也可以是叠前角道集，子波是在物性参数提取前就在软件中提取出来的，测井数据主要包括纵波速度、横波速度、密度、孔隙度和泥质含量等几种曲线，地质层位是由地质人员解释出来的。
常规的测井无法直接测量储层的孔隙度和泥质含量等物性参数，需要通过二次解释来获得。测井二次解释是指在地区井资料比较丰富的情况下进行的，充分利用各种信息，如：试油结果，来建立更精确的孔隙度模型、渗透率模型和饱和度模型，目的是要弄清地区的各项特征，精细描述。是理论与实际相结合的过程，是不断认识的过程，使解释更接近生产状态，为以后解释建立相关模型。
测井二次测井解释的关键是测井曲线标准化处理、“四性”关系分析和解释模版确定。并结合岩心分析资料、试油试采资料.研究出适合该区的测井解释模型和油水层识别标准.提高了解释精度。具体地说，这个工作其实就是进行第二次测井解释。通常，是对开发井进行的。油田打开发井时，会有一个随钻测井解释，投产后，会进行储量复算。复算时，测井人员会把全油田的所有开发井，系统考虑，重新解释处理，包括定量处理、定性结论的复检等。这个过程，也就是大家遇见最多的测井二次解释了，其实最常用的叫法是测井复算。另外，还有些零碎的，从定义上讲，应该也算二次解释。比如，打完探井，进行储量评价时，会需要对所有探井、评价井重新做统一处理，部分开发井随钻并投产后，证实原先解释成果有误，需要及时纠正等等。
在测井二次测井解释中，孔隙度曲线可通过Wyllie、Raymer等估算方法，通过声波、密度、中子等数据计算；泥质含量曲线可通过伽玛或自然电位曲线，通过Clavier、Steiber、Larionov、Bateman等估算方法进行计算；饱和度是在原始状态下储积层中石油体积占有效孔隙体积的百分数，它是测井解释中的一个重要的参数，利用电阻率曲线，通过Archies、fert&Hammack等公式计算饱和度。
步骤102、岩震分析
将这些解释出的测井曲线(孔隙度和泥质含量曲线)和地震弹性参数相结合，通过岩石物理理论建立物性参数和弹性参数间的定量关系。
表征岩石物理学特征的地震参数主要有岩石的弹性模量、纵波速度、横波速度、密度和衰减等等，它是识别岩性及油气的重要参数，也是联系储集层特征的参数，进行定量地震油藏描述的桥梁，例如，孔隙度φ、含水饱和度Sw、渗透率K和地层压力P等。岩石物理学用于烃类直接检测的主要问题是：当孔隙流体成分改变时，速度、密度和衰减是如何变化的。
为了实现这个目的，有必要估算不同饱和流体状态之间的岩石特性的差异，因而需要建立一些基本的岩石物理关系。这些关系包括岩石特性和弹性参数之间的经验公式、统计关系和理论关系。另一方面，了解地震波特性与岩石、流体性质的关系，有助于模拟地震波在复杂介质中的传播规律。这就要求对反映岩石物理学特征的地震参数与岩性和烃类的关系有深刻的理解，通过岩石物理正演，可以由储层岩石、流体参数得到储层弹性参数，反之，通过岩石物理反演，可以由储层弹性参数反演储层岩石、流体参数。
岩石物理就是建立物性参数和弹性参数间的定量关系。一般来说，可以通过理论、经验以及统计关系来描述弹性参数和物性参数之间的关系。然而，对于理论岩石物理模型，总是缺少应用的条件，对于经验公式，使用范围会受到限制。因此，在实际应用中，往往是利用测井数据，通过回归分析得到统计的岩石物理模型。
线性回归一般是通过最小二乘的方法建立不同参数间线性关系，线性关系虽然简单，但是鲁棒性很好，特别是在做地震储层预测的时候。但是在实际应用中，仅仅通过线性回归方法，准确度不够，因此将线性回归和SVM相结合，首先是通过线性回归初步确定回归的系数，然后通过SVM的思路，对这些回归系数进行微调，可进一步提高物性参数和弹性参数间的定量关系的准确度。物性参数和弹性参数间的定量关系的一般表达式为：
其中，M表示弹性参数，比如纵波速度、横波速度等；N表示物性参数，如孔隙度、泥质含量等；C和D表示回归过程所得到的不同的系数。
步骤103、建立近似方程
将待提取的物性参数和弹性参数相结合，从叠前理论出发，基于Aki方程，得到包含孔隙度、泥质含量、密度的近似方程，简记为PCD公式，该方程即为物性参数直接反演的基础。所构建的物性参数近似方程如公式(2)所示。
其中，Δ表示取数据的差值，Aφ表示与孔隙度反射有关的常数，φ表示孔隙度；AN表示与泥质含量反射有关的常数，N表示泥质含量；Aρ表示与密度反射有关的常数，ρ表示密度，Rpp表示地震数据反射系数，θ地震波入射角。
该公式是实现物性参数直接提取的关键所在，然后设定近似公式中的各项参数，其中的地震波入射角是个非常关键的问题，可用现有的软件进行处理。
步骤104、物性参数直接提取
储层物性参数直接提取的两个理论基础是物性参数近似方程和叠前反演的方法，对于叠前反演方法来说，目前已经比较成熟，不是本专利探究的重点，但是，如何将物性参数近似方程和叠前反演有效结合，是提高反演结果分辨率、特别是稳定性非常关键的问题，为了实现这个目的，开发了一种点对点的叠前反演策略，通过点对点方程实现约束，点对点方程如公式(3)所示。
其中，ξ表示待提取的物性参数，n是约束点的数量，是变化的，m≥n>1，m是待反演的地震道的总点数，r表示地层反射系数。通过点对点的叠前反演策略，可以大大提高物性提取过程的效率和提取结果的准确性。
图2为点对点约束模式的示意图，通过将待反演数据的头、尾进行点对点约束，从而将反演结果约束在真实值的附近，并且提高了横向物性取结果的稳定性。
以叠前分析为主要手段，结合PCD公式和点对点方程，应用叠前道集、地震子波、地质层位，即可实现孔隙度与泥质含量的直接提取，整个提取过程简介高效，具有很好的推广应用价值。对于直接提取的物性参数结果，可输入专业软件进行专业的绘制，然后进行数据的分析和解释，最终为预测有利储层，确定有利勘探目标提供数据的基础。
图3为直接提取的孔隙度示意图，图4为直接提取的泥质含量示意图。一般来说，对于砂泥岩储层，孔隙度高、泥质含量低的地层为好储层，有利于流体的运移或是储存，通过物性参数直接提取的方法，有效地提高了这两个参数提取结果的准确度和稳定性，同时，通过这两个物性参数的联合应用，可以有效地减小地震反演多解性，提高储层预测准确性。
本发明的储层物性参数直接提取新方法，通过岩震关系分析，从测井数据出发，采用线性回归和SVM相结合的方法，建立储层物性和弹性参数之间的定量关系，所建立起来的方程更加准确，更符合研究区实际情况。从叠前理论出发，推导得到包含孔隙度、泥质含量、密度等参数的近似方程，简记为PCD方程，该方程即为物性参数直接反演的基础。以叠前分析为主要手段，结合PCD公式和点对点方程，应用叠前道集、地震子波、控制层位，即可实现储层物性参数的直接提取，过程简单明了，可大大提高物性提取的效率和可靠性。

Claims (10)

1.储层物性参数直接提取新方法，其特征在于，该储层物性参数直接提取新方法包括：
步骤1，输入地震数据、地震子波、测井数据以及地质层位；
步骤2，以统计岩石物理分析为基础，从测井数据出发，建立起储层物性参数和弹性参数之间的定量关系；
步骤3，推导物性提取的近似公式，里面包含孔隙度、泥质含量、密度三个参数；
步骤4，以叠前分析为主要手段，结合物性提取的近似公式和点对点方程，从叠前数据中直接提取物性参数。
2.根据权利要求1所述的储层物性参数直接提取新方法，其特征在于，在步骤1中，输入的地震数据为叠前偏移道集或叠前角道集，测井数据包括纵波速度、横波速度、密度、孔隙度和泥质含量这几种曲线。
3.根据权利要求2所述的储层物性参数直接提取新方法，其特征在于，在步骤1中，通过测井二次解释获得孔隙度，泥质含量以及饱和度这些物性参数，测井二次解释是指在地区井资料丰富的情况下，利用各种信息，来建立更精确的孔隙度模型、渗透率模型和饱和度模型。
4.根据权利要求3所述的储层物性参数直接提取新方法，其特征在于，在步骤1中，在测井二次测井解释中，孔隙度曲线为通过怀利Wyllie、雷默Raymer这些估算方法，通过声波、密度、中子这些数据计算；泥质含量曲线为通过伽玛或自然电位曲线，通过克拉维尔Clavier、斯泰贝Steiber、拉里奥诺夫Larionov这些估算方法进行计算；饱和度是在原始状态下储积层中石油体积占有效孔隙体积的百分数，利用电阻率曲线，通过阿尔奇Archies、费尔和汉迈克ert&Hammack这些公式计算饱和度。
5.根据权利要求1所述的储层物性参数直接提取新方法，其特征在于，在步骤2中，利用测井数据，通过回归分析得到统计的岩石物理模型，首先通过线性回归初步确定回归的系数，然后通过支持向量机SVM的思路，对这些回归系数进行微调，以提高物性参数和弹性参数间的定量关系的准确度。
6.根据权利要求5所述的储层物性参数直接提取新方法，其特征在于，在步骤2中，物性参数和弹性参数间的定量关系的表达式为：
<mrow> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>M</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>M</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>C</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>C</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>C</mi> <mn>3</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>D</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>D</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>D</mi> <mn>3</mn> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>N</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>N</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，M表示弹性参数，包括纵波速度、横波速度；N表示物性参数，包括孔隙度、泥质含量；C和D表示回归过程所得到的不同的系数。
7.根据权利要求1所述的储层物性参数直接提取新方法，其特征在于，在步骤3中，将待提取的物性参数和弹性参数相结合，从叠前理论出发，基于阿基方程，得到包含孔隙度、泥质含量、密度的近似方程，简记为PCD公式，该方程为物性参数直接反演的基础。
8.根据权利要求7所述的储层物性参数直接提取新方法，其特征在于，在步骤3中，所构建的物性参数近似方程为：
<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;ap;</mo> <msub> <mi>A</mi> <mi>&amp;phi;</mi> </msub> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>&amp;phi;</mi> </mrow> <mi>&amp;phi;</mi> </mfrac> <mo>+</mo> <msub> <mi>A</mi> <mi>N</mi> </msub> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>N</mi> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>+</mo> <msub> <mi>A</mi> <mi>&amp;rho;</mi> </msub> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>&amp;rho;</mi> </mrow> <mi>&amp;rho;</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，Δ表示取数据的差值，Aφ表示与孔隙度反射有关的常数，φ表示孔隙度；AN表示与泥质含量反射有关的常数，N表示泥质含量；Aρ表示与密度反射有关的常数，ρ表示密度，Rpp表示地震数据反射系数，θ地震波入射角。
9.根据权利要求1所述的储层物性参数直接提取新方法，其特征在于，在步骤4中，将物性参数近似方程和叠前反演有效结合，开发了一种点对点的叠前反演策略，通过点对点方程实现约束。
10.根据权利要求9所述的储层物性参数直接提取新方法，其特征在于，在步骤4中，建立的点对点方程为：
其中，ξ表示待提取的物性参数，n是约束点的数量，是变化的，m≥n>1，m是待反演的地震道的总点数，r表示地层反射系数。
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