CN110333532A - 一种基于叠前地震数据的煤层气储层脆性指数反演方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于叠前地震数据的煤层气储层脆性指数反演方法，包括叠前三维地震数据处理、测井数据处理、反演初始模型建立、动弹性参数反演和全区目标煤层气储层脆性指数计算。本发明针对煤层气储层脆性指数计算参数的获取方法进行改进，以具有大范围覆盖能力的三维地震勘探数据体为基础，通过叠前地震AVA反演获取计算参数，基于计算参数的反演结果直接计算出三维地震满覆盖区内目标煤层气储层的脆性指数值。对以往通过岩样的力学、声学以及光学等测试方法获取的脆性指数计算参数的常规技术方法和工艺进行改进，通过发明一种基于叠前三维地震数据体的煤层气储层脆性指数直接反演方法，实现了大范围多维度的煤层气储层脆性指数评价。

Description

一种基于叠前地震数据的煤层气储层脆性指数反演方法
技术领域
本发明涉及煤层气地震勘探与储层评价领域，具体的是一种基于叠前地震数据的煤层气储层脆性指数反演方法。
背景技术
通过岩样的力学、声学以及光学等测试方法，是获取脆性指数计算参数的常规技术方法和工艺。
现有的脆性指数计算方法多是基于实验室岩样测试结果，这些技术方法与工艺多依赖于精密的力学、声学和光学测试仪器，虽具有较高的计算精度，但在方法的适用范围和结果的显示等方面受到严重的限制，针对实际生产中大范围多维度的储层评价需求，这类技术方法与工艺可实现性和可操作性不高。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明以解决实际生产中大范围多维度的煤层气储层脆性指数计算与评价为目的，对以往通过岩样的力学、声学以及光学等测试方法获取的脆性指数计算参数的常规技术方法和工艺进行改进，通过发明一种基于叠前三维地震数据体的煤层气储层脆性指数直接反演方法，实现了大范围多维度的煤层气储层脆性指数评价。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于叠前地震数据的煤层气储层脆性指数反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、叠前三维地震数据处理
针对叠前地震数据的CDP道集，抽取16个面元叠加形成超道集，进一步结合声波时差测井数据建立的速度场信息生成角度道集d(θ)；
利用声波时差和密度测井曲线制作合成记录，通过与井旁地震记录做统计分析，提取得到地震子波矩阵W；
二、测井数据处理
利用P波速度、S波速度和密度测井曲线，依据公式计算得到动弹性参数(Ed和υd)测井曲线；
式中，VP和VS分别表示纵波速度和横波速度，ρ为密度，Ed和υd分别表示动杨氏模量和动泊松比；
三、反演初始模型建立
1)、对步骤二中计算得到的动弹性参数、密度测井曲线进行低通滤波，得到反演参数的低频趋势，即反演的初始模型；
2)、计算反演方程中的系数因子:为正则化系数，为m的偏导数算子；
3)、结合提取的地震子波矩阵W和系数矩阵A(θ)得到G(θ)＝WA(θ)，
式中，σn为噪声的标准方差，σm为反演参数m的标准方差，为横波速度与纵波速度的比，θ表示入射角度；
四、动弹性参数反演
将反演初始模型的参数m、系数因子与处理后的角道集数据d(θ)带入到反演方程中，利用共轭梯度法求解，通过更新反演参数m和系数因子 迭代5次后得到动弹性参数(Ed和υd)的反演结果；
五、全区目标煤层气储层脆性指数计算
根据全区的动弹性参数测井曲线统计结果，确定动弹性参数的最大和最小值(Edmax、Edmin、υdmax和υdmin)，基于脆性指数计算公式，利用动弹性参数反演结果计算得到全区的脆性指数分布。
进一步地，所述步骤二中依据的公式为：
进一步地，所述步骤三中的反演方程为：(G(θ)TG(θ)+δQ(m))m＝G(θ)Td(θ)。
进一步地，所述步骤三中的系数矩阵为：
进一步地，所述步骤五中的脆性指数计算方程为：
本发明的有益效果：
1、本发明针对煤层气储层脆性指数计算参数的获取方法进行改进，以具有大范围覆盖能力的三维地震勘探数据体为基础，通过叠前地震AVA(中文：振幅随偏移距的变化，Amplitude versus Angle)反演获取计算参数(动杨氏模量和动泊松比)，基于计算参数的反演结果直接计算出三维地震满覆盖区内目标煤层气储层的脆性指数值，计算更加方便；
2、本发明以解决实际生产中大范围多维度的煤层气储层脆性指数计算与评价为目的，对以往通过岩样的力学、声学以及光学等测试方法获取的脆性指数计算参数的常规技术方法和工艺进行改进，通过发明一种基于叠前三维地震数据体的煤层气储层脆性指数直接反演方法，实现了大范围多维度的煤层气储层脆性指数评价；
3、本发明反演的脆性指数可直接用于指导煤层气区块内目标储层的压裂井的布设，有利于提升煤层气储层的压裂效果，并进一步改善煤层气储层的渗透性，提高煤层气的开采效率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明工艺的流程图；
图2是本发明实施例步骤一中的道集d(θ)示意图；
图3是本发明实施例步骤一中的子波矩阵W示意图；
图4是本发明实施例步骤二中得到的测井曲线示意图；
图5是本发明实施例步骤三中的初始低频模型示意图；
图6是本发明实施例步骤四中Ed剖面示意图；
图7是本发明实施例步骤四中υd剖面示意图；
图8是本发明实施例步骤四中Ed和υd沿目标储层变化曲线示意图；
图9是本发明实施例步骤四中Ed沿目标储层切片示意图；
图10是本发明实施例步骤四中υd沿目标储层切片示意图；
图11是本发明实施例步骤五中脆性指数沿目标储层变化曲线示意图；
图12是本发明实施例中脆性指数沿目标储层切片示意图；
图13是本发明实施例中叠前三维地震数据的采集设计图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一种基于叠前地震数据的煤层气储层脆性指数反演方法，包括以下步骤：
一、叠前三维地震数据处理
针对叠前地震数据的CDP道集，抽取16个面元叠加形成超道集，进一步结合声波时差测井数据建立的速度场信息生成角度道集d(θ)；
利用声波时差和密度测井曲线制作合成记录，通过与井旁地震记录做统计分析，提取得到地震子波矩阵W；
二、测井数据处理
利用P波速度、S波速度和密度测井曲线，依据公式计算得到动弹性参数(Ed和υd)测井曲线，
式中，VP和VS分别表示纵波速度和横波速度，ρ为密度，Ed和υd分别表示动杨氏模量和动泊松比；
三、反演初始模型建立
1)、对步骤二中计算得到的动弹性参数、密度测井曲线进行低通滤波，得到反演参数的低频趋势，即反演的初始模型；
2)、计算反演方程(G(θ)TG(θ)+δQ(m))m＝G(θ)Td(θ)中的系数因子:为正则化系数，为m的偏导数算子；
3)、结合提取的地震子波矩阵W和系数矩阵
得到G(θ)＝WA(θ)；
式中，σn为噪声的标准方差，σm为反演参数m的标准方差，为横波速度与纵波速度的比，θ表示入射角度；
四、动弹性参数反演
将反演初始模型的参数m、系数因子与处理后的角道集数据d(θ)带入到反演方程中，利用共轭梯度法求解，通过更新反演参数m和系数因子 迭代5次后得到动弹性参数(Ed和υd)的反演结果；
五、全区目标煤层气储层脆性指数计算
根据全区的动弹性参数测井曲线统计结果，确定动弹性参数的最大和最小值(Edmax、Edmin、υdmax和υdmin)，基于脆性指数计算方程利用动弹性参数反演结果计算得到全区的脆性指数分布。
实施例：
研究区位于沁水盆地南缘，目标储层为3#煤层，位于下二叠统山西组下部。煤层厚度6.49-7.45m，平均厚度为6.79m，厚度大且稳定，结构属简单-较简单型，煤层厚度变异系数为0.09，属稳定可采煤层；煤层倾角2°-10°，煤质为低-中灰、高机械强度无烟煤；顶板主要为泥岩和砂质泥岩，底板多为粉砂岩和泥岩；
如图13所示，研究区的三维地震勘探面积约6.0km2，采用线束状观测系统，接收道数为512道(64道×8线)，线距为40m，道距为10m，炮线距80m，单个CDP面元叠加次数为32；包含7口地质钻井。
一种基于叠前地震数据的煤层气储层脆性指数反演方法，包括以下步骤：
一、叠前三维地震数据处理
针对叠前地震数据的CDP道集，抽取16个面元叠加形成超道集，进一步结合声波时差测井数据建立的速度场信息生成角度道集d(θ)；
利用声波时差和密度测井曲线制作合成记录，通过与井旁地震记录做统计分析，提取得到地震子波矩阵W；
道集d(θ)和子波矩阵W分别如图2和3所示；图2为单个共深度点(CDP)道集包含32道，目标储层的反射波同相轴位于约270ms处；图3为提取的地震子波波形；
二、测井数据处理
利用P波速度、S波速度和密度测井曲线，依据公式计算得到动弹性参数(Ed和υd)测井曲线；
计算得到的测井曲线如图4所示，式中，VP和VS分别表示纵波速度和横波速度，ρ为密度，Ed和υd分别表示动杨氏模量和动泊松比；图4中155ms位置为目标储层的测井值，Ed和ρ均为低值，υd为高值。
三、反演初始模型建立
1)、对步骤二得到的动弹性参数、密度测井曲线进行低通滤波，得到反演参数的低频趋势，即反演的初始模型，初始低频模型如图5所示；
2)、计算反演方程(G(θ)TG(θ)+δQ(m))m＝G(θ)Td(θ)中的系数因子:为正则化系数，为m的偏导数算子，结合提取的地震子波矩阵W和系数矩阵
得到G(θ)＝WA(θ)；
式中，σn为噪声的标准方差，σm为反演参数m的标准方差，为横波速度与纵波速度的比，θ表示入射角度；
四、动弹性参数反演
将反演初始模型的参数m、系数因子与处理后的角道集数据d(θ)带入到反演方程中，利用共轭梯度法求解，通过更新反演参数m和系数因子 迭代5次后得到动弹性参数(Ed和υd)的反演结果，Ed和υd剖面分别如图6和7所示(图中剖面包含300个CDP道集(长度1500m)，目标储层位于约310ms处，Ed为低值，υd为高值)，Ed和υd沿目标储层变化曲线分别如图8所示(图中CDP编号为170-220、260-300的两个位置处为Ed高值区，均值高于0.5×1010Pa；υd为低值，均值低于0.37)，Ed和υd沿目标储层切片如图9和10所示(图中颜色越深表示Ed和υd的值越高，图9中Ed的变化范围为0.35-0.65×1010Pa，图10中υd的变化范围为0.3-0.4)；
五、全区目标煤层气储层脆性指数计算
根据全区的动弹性参数测井曲线统计结果，确定动弹性参数的最大和最小值(Edmax、Edmin、υdmax和υdmin)，基于脆性指数计算方程利用动弹性参数反演结果计算得到全区的脆性指数分布，脆性指数沿目标储层变化曲线如图11所示(图中CDP编号为170-220、260-300的两个位置处的脆性指数为高值，均值大于50)，脆性指数沿目标储层切片如图12所示(图中脆性指数值范围为0-100，颜色越深表示的脆性指数值越高)。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种基于叠前地震数据的煤层气储层脆性指数反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、叠前三维地震数据处理
针对叠前地震数据的CDP道集，抽取16个面元叠加形成超道集，进一步结合声波时差测井数据建立的速度场信息生成角度道集d(θ)；
利用声波时差和密度测井曲线制作合成记录，通过与井旁地震记录做统计分析，提取得到地震子波矩阵W；
二、测井数据处理
利用P波速度、S波速度和密度测井曲线，依据公式计算得到动弹性参数(Ed和υd)测井曲线，
式中，VP和VS分别表示纵波速度和横波速度，ρ为密度，Ed和υd分别表示动杨氏模量和动泊松比；
三、反演初始模型建立
1)、对步骤二中计算得到的动弹性参数、密度测井曲线进行低通滤波，得到反演参数的低频趋势，即反演的初始模型；
2)、计算反演方程中的系数因子:为正则化系数，为m的偏导数算子；
3)、结合提取的地震子波矩阵W和系数矩阵A(θ)得到G(θ)＝WA(θ)，
式中，σn为噪声的标准方差，σm为反演参数m的标准方差，为横波速度与纵波速度的比，θ表示入射角度；
四、动弹性参数反演
将反演初始模型的参数m、系数因子与处理后的角道集数据d(θ)带入到反演方程中，利用共轭梯度法求解，通过更新反演参数m和系数因子 迭代5次后得到动弹性参数(Ed和υd)的反演结果；
五、全区目标煤层气储层脆性指数计算
根据全区的动弹性参数测井曲线统计结果，确定动弹性参数的最大和最小值(Edmax、Edmin、υdmax和υdmin)，基于脆性指数计算公式，利用动弹性参数反演结果计算得到全区的脆性指数分布。
2.根据权利要求1所述的一种基于叠前地震数据的煤层气储层脆性指数反演方法，其特征在于，所述步骤二中依据的公式为：
3.根据权利要求1所述的一种基于叠前地震数据的煤层气储层脆性指数反演方法，其特征在于，所述步骤三中的反演方程为：(G(θ)TG(θ)+δQ(m))m＝G(θ)Td(θ)。
4.根据权利要求1所述的一种基于叠前地震数据的煤层气储层脆性指数反演方法，其特征在于，所述步骤三中的系数矩阵为：
5.根据权利要求1所述的一种基于叠前地震数据的煤层气储层脆性指数反演方法，其特征在于，所述步骤五中的脆性指数计算方程为：
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