CN109143349A - 模拟储层的物理模型及其地震响应分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟储层的物理模型及其地震响应分析方法。该模型包括：基板，所述基板上表面等间距设置多个介质区块槽组，每个介质区块槽组包括多个相对于水平方向对称分布的介质区块槽；所述介质区块槽内没有填充物质时，构成基板物理模型；所述介质区块槽内填充储层骨架介质时，构成储层骨架介质物理模型；所述储层骨架介质物理模型内填充流体时，构成双相介质物理模型，其中，所述流体与所述储层骨架介质融为一体；通过本发明提供的方案，可以开展复杂双相介质流体充填综合模型地震物理模型实验研究，为油气勘探开发提供有利的依据，同时为今后的物理模型的制作奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理勘探领域，更具体地，涉及一种模拟储层的物理模型及其地震响应分析方法。
背景技术
地震勘探是油气勘探的重要手段，而地震波传播理论是地震勘探的理论基础，地震物理模拟技术则是研究地震波传播理论的重要方式，也是验证和解决实际生产问题的有力工具。早在20世纪20年代，英国地球物理学家E.C.Bullard提出通过超声波模拟地震波，从而在小尺度的模型上研究地震学的问题。随着石油勘探工作的深入，勘探难度也越来越大，许多地质现象及波场传播理论需要得到进一步的验证与完善，勘探方法也有待进一步发展，物理模型模拟技术是地球物理研究的关键技术之一，是从事理论问题研究的重要“助手”。
经典的地震波理论只适合研究固体或流体单相介质中地震波传播规律，然而，无论砂岩储层还是碳酸盐储层，都是由固体和流体两种部分组成，即由固体和流体组成的双相介质或多相介质。地震波在双相或多相介质传播时，其传播规律明显与单相介质中不同。因此，根据双相介质理论，才能可靠准确的获得储层的厚度、空间展布和储层的孔隙度、渗透率和油气饱和度等储层参数。
双相介质理论，顾名思义，地下介质不再是单一的固体，而是岩石骨架填充流体的组合。之前，人们把地下介质看作各向同性或各向异性都是认为地下介质都是统一的固体介质，地震波在此种介质中传播，而进行地震波的正演和反演工作，随着构造型油气藏的基本勘探完成，油气勘探的目标转为裂缝型油气藏和岩性油气藏，传统的正反演理论显示了本身存在的弱点，对此类油气藏的勘探存在明显不足。双相介质理论中孔隙流体(液体或气体或两者都有)和岩石骨架正好契合了这种油气藏的构造特征。
含油气地层实际上具有固体状态和流体状态的双相介质，从提取地层岩性信息的角度看，建立在均匀各向同性纯固体基础上的岩石弹性理论和波动传播理论是难以描述许多复杂的物理现象的，基于单相介质地震波理论已经无法满足指导现在的油气藏的勘探开发的需要。
因此，有必要提供一种双相介质物理模型的建模和分析方法，建立和发展更符合地质实际的双相介质波动理论和弹性理论的研究。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提出了一种模拟储层的物理模型及其地震响应分析方法其能够通过模拟储层的物理模型，实现对不同孔隙度不同含水饱和度的双相介质人造岩心弹性参数变化特征的研究，为油气勘探开发提供有利的依据。
根据本发明的一方面，提出了一种模拟储层的物理模型，该模型包括：
基板，所述基板上表面等间距设置多个介质区块槽组，每个介质区块槽组包括多个相对于水平方向对称分布的介质区块槽；
所述介质区块槽内没有填充物质时，构成基板物理模型；
所述介质区块槽内填充储层骨架介质时，构成储层骨架介质物理模型；
所述述储层骨架介质物理模型内填充流体时，构成双相介质物理模型，其中，所述流体与所述储层骨架介质融为一体。
根据本发明的另一方面，提出了一种利用所述模拟储层的物理模型的地震响应分析方法，该分析方法包括：
设计三维观测系统，所述三维观测系统包括放置于水中的物理模型，所述物理模型的下表面朝向水面，在所述水面上方设置发射器和接收器；
基于所述三维观测系统，进行所述物理模型的模型数据收集；
基于收集的模型数据进行叠后数据处理，获得所述物理模型的地震波场衰减特征。
通过本发明提供的模拟储层的物理模型及其地震响应分析方法，可以开展复杂双相介质流体充填综合模型地震物理模型实验研究，研究不同孔隙度不同含水饱和度的双相介质人造岩心弹性参数变化特征，为油气勘探开发提供有利的依据，同时为今后的物理模型的制作奠定了基础。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1a、图1b和图1c分别示出了根据本发明的一个应用示例的模拟储层地震物理模型的基本物理模型、储层骨架介质物理模型和双相介质物理模型的示意图。
图2示出了根据本发明的一个应用示例的模拟储层地震物理模型的侧视示意图。
图3示出了根据本发明的模拟储层的物理模型的地震响应分析方法的步骤的流程图。
图4示出了根据本发明的一个应用示例的模拟储层的物理模型的地震响应分析方法的三维观测系统的示意图。
图5a和图5b分别示出了根据本发明的一个应用示例的基板背景材料物理模型数据的叠后偏移剖面和基板物理模型数据的叠后偏移剖面图。
图6示出了根据本发明的一个应用示例的储层骨架介质物理模型数据的叠后偏移剖面图。
图7示出了根据本发明的一个应用示例的双相介质物理模型数据的叠后偏移剖面图。
图8示出了根据本发明的一个应用示例的气、水、油和有机玻璃四块区域的单道波形图。
图9示出了根据本发明的一个应用示例的气、水、油和有机玻璃四块区域频谱图。
图10a、图10b、图10c和图10d分别示出了根据本发明的一个应用示例的双相介质物理模型5Hz的分频剖面图、双相介质物理模型9Hz的分频剖面图、双相介质物理模型13Hz的分频剖面图和双相介质物理模型17Hz的分频剖面图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例1
本发明提供了一种模拟储层的物理模型，该模型包括：
基板，所述基板上表面等间距设置多个介质区块槽组，每个介质区块槽组包括多个相对于水平方向对称分布的介质区块槽；
所述介质区块槽内没有填充物质时，构成基板物理模型；
所述介质区块槽内填充储层骨架介质时，构成储层骨架介质物理模型；
所述储层骨架介质物理模型内填充流体时，构成双相介质物理模型，其中，所述流体与所述储层骨架介质融为一体。
作为优选方案，所述介质区块槽通过雕刻技术制成。
在一个示例中，所述基板上表面还包括塑料薄膜层，所述塑料薄膜层与所述基板上表面粘接。
所述塑料薄膜是为了防止所述介质区块槽内的填充物和基板脱离，利用塑料薄膜把储层骨架介质和/或流体密封在基板的所述介质区块槽内。
在一个示例中，所述多个介质区块槽组包括第一介质区块槽组、第二介质区块槽组和第三介质区块槽组。
作为优选方案，每个介质区块槽组设置两个介质区块槽。
在一个示例中，所述流体包括第一流体、第二流体和第三流体，所述第一流体、所述第二流体和所述第三流体分别填充于所述第一介质区块槽组、所述第二介质区块槽组和所述第三介质区块槽组的介质区块槽内。
在一个示例中，所述基板为有机玻璃，所述储层骨架介质包括石英砂和复合硅酸盐水泥，所述第一流体为空气，所述第二流体为水，所述第三流体为机油。
作为优选方案，所述石英砂优选为60目石英砂颗粒，以所述储层骨架介质的重量计，所述石英砂为75-85wt％，所述复合硅酸盐水泥为15-25wt％；所述机油的粘度稍微大一些，粘度优选为30-35Pa*s。
根据本发明，作为优选方案，所述储层骨架介质物理模型的制作方法为，将一定配比的所述储层骨架介质搅拌均匀，然后均匀填充于所述基板物理模型的介质区块槽内，在空气中放置一段时间使得所述储层骨架介质完全胶结成型，最后用塑料薄膜封装；在空气中放置的时间优选为24小时。
根据本发明，储层骨架介质应该均匀，不存在气泡，为后续的模拟试验打下良好基础，使得模拟试验数据不受干扰。
在一个示例中，所述基板为长方形，所述介质区块槽为正方形。
在一个示例中，所述基板的长为55-65cm、宽为35-45cm、厚度为4-6cm，所述介质区块槽的边长为8.1-8.5cm、厚度为4-6mm。
应用示例1
图1a、图1b和图1c分别示出了根据本发明的一个应用示例的模拟储层地震物理模型的基本物理模型、储层骨架介质物理模型和双相介质物理模型的示意图。
图2示出了根据本发明的一个应用示例的模拟储层地震物理模型的侧视示意图。
如图1a-图2所示，本发明提供了一种模拟储层的物理模型，该模型包括：长方形的基板，长为60cm，板厚为5cm，基板材质为有机玻璃，所述基板上表面等间距设置3个介质区块槽组，介质区块槽组的间距是7.7cm，第一介质区块槽组距离基板一侧宽边为9.7cm，第三介质区块槽组距离基板另一侧宽边为9.7cm，每个介质区块槽组包括多个相对于水平方向对称分布的介质区块槽，所述介质区块槽为正方形，边长为8.3cm，槽深为5mm；
所述介质区块槽内没有填充物质时，构成基板物理模型；
所述介质区块槽内填充储层骨架介质时，构成储层骨架介质物理模型，储层骨架介质为石英砂储层骨架介质，制备的石英砂储层的纵波速度为1720m/s，横波速度为1050m/s，孔隙度为45％；
所述储层骨架介质物理模型内填充流体时，构成双相介质物理模型，其中，所述流体与所述储层骨架介质融为一体，所述双相介质物理模型的第一介质区块槽组为空气石英砂储层介质、第二介质区块槽组为水石英砂储层介质、第三介质区块槽组为机油石英砂储层介质，双相介质储层的纵波速度分别为340m/s、1480m/s和1520m/s。
具体的，所述储层骨架介质物理模型的制作方法为，将60目的石英砂和复合硅酸盐水泥搅拌均匀，以所述储层骨架介质的重量计，所述石英砂为80wt％，所述复合硅酸盐水泥为20wt％，然后均匀填充于所述基板物理模型的介质区块槽内，在空气中放置24小时使得所述储层骨架介质完全胶结成型，最后用塑料薄膜封装。所述双相介质物理模型的制作方法分别为将空气、水和机油填充于所述储层骨架介质物理模型内，使得填充的相应流体和石英砂储层骨架介质融为一体，填充的具体方式为在所述储层骨架介质物理模型的一个介质区块槽组内什么都不再添加时，即为空气填充，在其他两个介质区块槽组内倒满水和机油，静止一段时间后继续倒入水和机油，直到不能再倒入为止，即完成水和机油的填充，其中，机油粘度为32Pa*s。
实施例2
图3示出了根据本发明的模拟储层的物理模型的地震响应分析方法的步骤的流程图。
如图3所示，本发明提供了一种利用本发明的模拟储层的物理模型的地震响应分析方法，该分析方法包括：
步骤101，设计三维观测系统，所述三维观测系统包括放置于水中的物理模型，所述物理模型的下表面朝向水面，在所述水面上方设置发射器和接收器；步骤102，基于所述三维观测系统，进行所述物理模型的模型数据收集；以及步骤103，基于收集的模型数据进行叠后数据处理，获得所述物理模型的地震波场衰减特征。
本发明提供的地震响应分析方法，通过设计三维观测系统，进行模型数据收集及分析，获得物理模型的地震波场衰减特征。
下面详细说明本发明的地震响应分析方法的具体步骤。
步骤101，设计三维观测系统，所述三维观测系统包括放置于水中的物理模型，所述物理模型的下表面朝向水面，在所述水面上方设置发射器和接收器。
观测系统是描述地震波激发点和接收点之间的相对位置关系及其在地面上连续观测所应遵循的集合分布图形，它是地震数据采集系统的重要组成之一，也是连续激发系统和接收系统的桥梁。
如图1a-图1c所示，测线沿着图中的虚线布置，接收器布置在测线上。
步骤102，基于所述三维观测系统，进行所述物理模型的模型数据收集。
图4示出了根据本发明的一个应用示例的模拟储层的物理模型的地震响应分析方法的三维观测系统的示意图。
如图4所示，物理模型数据采集是在水槽中进行的，物理模型制作完成之后，要放置一段时间，使得物理模型各层的速度和密度等参数稳定下来，然后在水槽中浸泡一段时间，以保证物理模型表面和水可以完全耦合，最后根据设计的三维观测系统进行物理模型的模型数据采集工作。
在一个示例中，所述模型数据收集包括：
步骤1，在所述三维观测系统中，每次放置一个物理模型，在所述水面上方的第一炮点位置设置一个发射器，在第一接收点位置设置一个接收器，通过移动所述接收器，实现一个单炮排列数据的采集；
根据本发明，优选地，所述储层地震物理模型的下表面距离水面10cm，模拟的储层位置距离水面14.5-15cm。
使所述储层地震物理模型的下表面距离水面保持一段距离，是为了保证换能器与物理模型表面能够完全耦合。
作为优选方案，所述发射器和接收器均为压电式换能器。
步骤2，将所述发射器移动到下一个炮点位置，采用步骤1中的移动所述接收器的方式，实现一个单炮排列数据的采集；
步骤3，重复步骤2，直到完成所述一个物理模型的所有炮点的数据采集。
步骤103，基于收集的模型数据进行叠后数据处理，获得所述物理模型的地震波场衰减特征。
作为优选方案，对收集的模型数据做叠后数据处理，得到的是叠后偏移数据，在叠后偏移数据的基础上分析地震波场衰减特征。
应用示例2
本发明提供了一种利用本发明的物理模型的地震响应分析方法，该分析方法包括：
如图4所示，设计三维观测系统，所述三维观测系统包括放置于水中的物理模型，所述物理模型的下表面朝向水面，物理模型的下表面距离水面10cm，在所述水面上方设置发射器和接收器，发射器和接收器均为压电式换能器，探头直径为10mm，其主频为170KHz按照10000:1的比例换算之后，相当于17Hz的野外地震频率，发射仪器电压为100V，脉宽250MHz/VAR3，接受仪器前放大增益为20dB；
三维观测系统中的物理模型分别为应用示例1中的基板物理模型、储层骨架介质物理模型和双相介质物理模型；模拟野外试验，采用2D观测方式，单炮激发，单边120道接收；最小炮检距20mm，最大炮见距258mm；炮间距4mm，道间距2mm；总炮次200炮，满覆盖次数为30次；单道采样个数为8000，采样间隔为0.1μs。
基于所述三维观测系统，进行所述物理模型的模型数据收集，所述模型数据收集包括如下步骤：
步骤1，在所述三维观测系统中，每次放置一个物理模型，在所述水面上方的第一炮点位置设置一个发射器，在第一接收点位置设置一个接收器，通过移动所述接收器，实现一个单炮排列数据的采集；
步骤2，将所述发射器移动到下一个炮点位置，采用步骤1中的移动所述接收器的方式，实现一个单炮排列数据的采集；
步骤3，重复步骤2，直到完成所述一个物理模型的所有炮点的数据采集。
基于收集的模型数据进行叠后数据处理，获得所述物理模型的地震波场衰减特征。
1、叠后偏移剖面
(1)基板物理模型叠后偏移剖面
针对物理模型数据进行了叠后处理和分析，图5a和图5b分别示出了根据本发明的一个应用示例的基板背景材料物理模型数据的叠后偏移剖面和基板物理模型数据的叠后偏移剖面图，图5a所示，有机玻璃介质比较均匀，从而确定不是因为实验材料而引起的波的传播现象，如图5b所示，可以清晰的看到有机玻璃的雕刻区域，并且通过同相轴的极性、形态以及旅行时计算，可以将剖面上的各个同相轴与实验设计图相对应。
(2)储层骨架介质物理模型叠后偏移剖面
针对物理模型数据进行了叠后处理和分析，图6示出了根据本发明的一个应用示例的储层骨架介质物理模型数据的叠后偏移剖面图，如图6所示，可以清晰的看到石英砂储层的顶底界面，并且通过同相轴的极性、形态以及旅行时计算，可以将剖面上的各个同相轴与实验设计图相对应。
(3)双相介质物理模型叠后偏移剖面
针对物理模型数据进行了叠后处理和分析，图7示出了根据本发明的一个应用示例的双相介质物理模型数据的叠后偏移剖面图，如图7所示，可以清晰的看到石英砂储层的顶底界面，并且通过同相轴的极性、形态以及旅行时计算，可以将剖面上的各个同相轴与实验设计图相对应。
2、物理模型衰减特征研究
物理模型的孔隙度大约为45％左右，图8示出了根据本发明的一个应用示例的气、水、油和有机玻璃四块区域的单道波形图，如图8所示，通过实验数据得知，当透过含气储层时，反射波的能量降低最为明显，其次是含油储层，含水储层能量降低最小，但是含油储层和含水储层的能量降低比较相近，差别不明显。并且，气、水、油储层的反射波速度变化不大。
图9示出了根据本发明的一个应用示例的气、水、油和有机玻璃四块区域频谱图，如图9所示，气、水、油三个储层区域频谱发生了向右偏移现象，说明气、水、油三个储层区域发生了频率衰减，在主频17Hz左右，含气储层频谱衰减最明显，其次是含油储层，含水储层频谱衰减最小，但是含油储层和含水储层的频谱衰减比较相近，差别不明显。
图10a、图10b、图10c和图10d分别示出了根据本发明的一个应用示例的双相介质物理模型5Hz剖面图、双相介质物理模型9Hz剖面图、双相介质物理模型13Hz剖面图和双相介质物理模型17Hz剖面图，其中横轴表示距离，单位km，纵轴表示时间，单位s。
利用双相介质衰减的特征，即低频增强，高频减弱，进行双相介质物理模型油气检测。当地震波穿过双相介质石英砂储层时，不同频率成分对应的能量衰减要发生变化，高频能量衰减多，低频能量衰减小，通过小波变换的分频方法进行分频处理，如图10a-图10d所示，频率为5Hz的分频剖面上，含气储层下方出现低频反射振幅的阴影区域，这种低频阴影在频率为13Hz的分频剖面中逐渐减弱，在频率为17Hz的分频剖面中基本消失，表现出含气储层对频率成分的影响，是气层识别的一种明显标志，但是，通过分频的方法不能很好的区分含水储层和含油储层。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种模拟储层的物理模型，其特征在于，该模型包括：
基板，所述基板上表面等间距设置多个介质区块槽组，每个介质区块槽组包括多个相对于水平方向对称分布的介质区块槽；
所述介质区块槽内没有填充物质时，构成基板物理模型；
所述介质区块槽内填充储层骨架介质时，构成储层骨架介质物理模型；
所述储层骨架介质物理模型内填充流体时，构成双相介质物理模型，其中，所述流体与所述储层骨架介质融为一体。
2.根据权利要求1所述的模拟储层的物理模型，其中，所述基板上表面还包括塑料薄膜层，所述塑料薄膜层与所述基板上表面粘接。
3.根据权利要求2所述的模拟储层的物理模型，其中，所述多个介质区块槽组包括第一介质区块槽组、第二介质区块槽组和第三介质区块槽组。
4.根据权利要求3所述的模拟储层的物理模型，其中，所述流体包括第一流体、第二流体和第三流体，所述第一流体、所述第二流体和所述第三流体分别填充于所述第一介质区块槽组、所述第二介质区块槽组和所述第三介质区块槽组的介质区块槽内。
5.根据权利要求4所述的模拟储层的物理模型，其中，所述基板为有机玻璃，所述储层骨架介质包括石英砂和复合硅酸盐水泥，所述第一流体为空气，所述第二流体为水，所述第三流体为机油。
6.根据权利要求5所述的模拟储层的物理模型，其中，所述基板为长方形，所述介质区块槽为正方形。
7.根据权利要求6所述的模拟储层的物理模型，其中，所述基板的长为55-65cm、宽为35-45cm、厚度为4-6cm，所述介质区块槽的边长为8.1-8.5cm、厚度为4-6mm。
8.一种利用权利要求1-7中任意一项所述的模拟储层的物理模型的地震响应分析方法，其特征在于，该分析方法包括：
设计三维观测系统，所述三维观测系统包括放置于水中的物理模型，所述物理模型的下表面朝向水面，在所述水面上方设置发射器和接收器；
基于所述三维观测系统，进行所述物理模型的模型数据收集；
基于收集的模型数据进行叠后数据处理，获得所述物理模型的地震波场衰减特征。
9.根据权利要求8所述的地震响应分析方法，其中，所述模型数据收集包括：
步骤1，在所述三维观测系统中，每次放置一个物理模型，在所述水面上方的第一炮点位置设置一个发射器，在第一接收点位置设置一个接收器，通过移动所述接收器，实现一个单炮排列数据的采集；
步骤2，将所述发射器移动到下一个炮点位置，采用步骤1中的移动所述接收器的方式，实现一个单炮排列数据的采集；
步骤3，重复步骤2，直到完成所述一个物理模型的所有炮点的数据采集。
10.根据权利要求8所述的地震响应分析方法，其中，所述储层地震物理模型的下表面距离水面10cm，模拟的储层位置距离水面14.5-15cm。
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