CN110703322B - 一种波传播的处理方法、装置和设备 - Google Patents

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Abstract

本说明书实施例公开了一种波传播的处理方法、装置和设备，该方法包括：将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，基于致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数；将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体，并基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及固体骨架的和该流体的体应变，确定含流体孔隙介质的势能函数，基于孔隙度、致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及致密孔隙介质的流相位移和固相位移，确定含流体孔隙介质的动能函数；根据上述耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和动能函数，构建基于非达西流的波传播模型。

Description

一种波传播的处理方法、装置和设备
技术领域
本说明书涉及油气地震勘探的技术领域，尤其涉及一种波传播的处理方法、装置和设备。
背景技术
波传播模型可以看作是油气储层物性参数与地震波特征之间的桥梁，建立能够准确刻画储层特征的波传播数学-物理模型是致密油气资源勘探和开发的重要理论基础。
波在含流体孔隙介质传播的过程中，会产生明显的速度频散和能量衰减现象，且频散和衰减与描述储层的重要参数(如孔隙度、渗透率、饱和度等)密切相关。此现象主要是孔隙介质和流体相互作用的结果，因此，不能简单地用弹性理论进行解释和描述，需要对孔隙介质和流体的自身性质和两者之间的耦合作用作更精细的刻画。
除此之外，致密油气储层孔隙度小于10％，渗透率小于1md，孔隙直径普遍在1微米以下，属于微米-纳米级孔隙，且吼道偏窄，连通性较差，非均质性强。上述特征与传统含流体孔隙介质波传播模型的一些假设相悖，需要对传统理论进行修正，甚至是提出新的理论才能准确刻画致密孔隙介质的频散和衰减特征。且储层物性参数与波频散和衰减的关系十分复杂，各种机制都会在一定条件下对频散和衰减产生影响，因此难以用单一的力学理论加以解释，需要考虑多物理机制下的数学-物理模型，而如何构建多物理机制下的数学-物理模型成为需要解决的重要问题。
发明内容
本说明书实施例的目的是提供一种波传播的处理方法、装置和设备，以构建一种构建多物理机制下的数学-物理模型。
为实现上述技术方案，本说明书实施例是这样实现的：
本说明书实施例提供的一种波传播的处理方法，所述方法包括：
将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，基于致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，所述耗散函数中包括与所述流体渗流相关的岩石物理参数；
将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体，并基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及所述固体骨架的和所述流体的体应变，确定含流体孔隙介质的势能函数；
基于孔隙度、所述致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、所述致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及所述致密孔隙介质的流相位移和固相位移，确定含流体孔隙介质的动能函数；
根据所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，构建基于非达西流的波传播模型。
可选地，所述方法还包括：
将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，获取所述流体的速度向量、粘度系数、幂律指数，确定致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系。
可选地，所述致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系为：
Figure GDA0002625918580000021
其中，τf为所述流体所受切应力，
Figure GDA0002625918580000022
vf为所述流体的速度向量，η为粘度系数，n为幂律指数；
所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数为：
Figure GDA0002625918580000023
其中，κ为渗透率，φ为孔隙度，加粗的符号
Figure GDA0002625918580000024
和
Figure GDA0002625918580000025
分别为流相位移向量和固相位移向量。
可选地，所述基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及所述固体骨架的和所述流体的体应变，确定含流体孔隙介质的势能函数，包括：
基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及所述固体骨架的和所述流体的体应变，通过以下公式
Figure GDA0002625918580000026
确定含流体孔隙介质的势能函数；
其中，
Figure GDA0002625918580000027
为粘弹性刚度系数，I1和I2分别为第一应变不变量和第二应变不变量，W为势能函数，ξ为所述流体的体应变。
可选地，所述粘弹性刚度系数分别通过以下公式确定
Figure GDA0002625918580000028
Figure GDA0002625918580000031
Figure GDA0002625918580000032
Figure GDA0002625918580000033
其中，Ks、Kf、Km分别为固体颗粒、孔隙流体和所述固体骨架的体积模量。
Figure GDA0002625918580000034
为粘弹性流体储层系数，
Figure GDA0002625918580000035
为粘弹性剪切模量。
可选地，所述粘弹性流体储层系数和所述粘弹性剪切模量分别通过以下公式确定：
Figure GDA0002625918580000036
Figure GDA0002625918580000037
其中，ωM和ωμ分别代表P波和S波的两个粘弹性模量的衰减峰特征频率，MR和MU分别代表松弛和非松弛状态下的粘弹性流体储层系数，μR和μU分别代表松弛和非松弛状态下的粘弹性剪切模量；
松弛状态下的粘弹性流体储层系数MR满足：在固体骨架体应变保持不变的条件下，单位流体压强所排出的流体体积为：
Figure GDA0002625918580000038
其中，ζ＝-φ(ξ-e)代表孔隙介质中流体体积的增加量。
可选地，所述基于孔隙度、所述致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、所述致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及所述致密孔隙介质的流相位移和固相位移，确定含流体孔隙介质的动能函数，包括：
基于孔隙度、所述致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、所述致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及所述致密孔隙介质的流相位移和固相位移，通过以下公式
Figure GDA0002625918580000039
确定含流体孔隙介质的动能函数；其中，ρ11、ρ12和ρ22分别表示密度系数，且ρ11＝(1-φ)ρs-(1-tm)φρf，ρ12＝(1-tm)φρf，ρ22＝tmφρf，ρs和ρf分别为固体和流体的密度，tm代表平均弯曲度。
可选地，所述根据所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，构建基于非达西流的波传播模型，包括：
将所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数代入到下述公式中计算，
Figure GDA0002625918580000041
以构建基于非达西流的波传播模型，其中，qj代表j方向的广义坐标，
Figure GDA0002625918580000042
代表i方向的空间偏导数。
本说明书实施例提供的一种波传播的处理装置，所述装置包括：
耗散函数确定模块，用于将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，基于致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，所述耗散函数中包括与所述流体渗流相关的岩石物理参数；
势能确定模块，用于将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体，并基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及所述固体骨架的和所述流体的体应变，确定含流体孔隙介质的势能函数；
动能确定模块，用于基于所述致密孔隙介质的孔隙度、所述致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、所述致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及所述致密孔隙介质的流相位移和固相位移，确定含流体孔隙介质的动能函数；
模型构建模块，用于根据所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，构建基于非达西流的波传播模型。
可选地，所述装置还包括：
本构关系确定模块，用于将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，获取所述流体的速度向量、粘度系数、幂律指数，确定致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系。
可选地，所述致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系为：
Figure GDA0002625918580000043
其中，τf为所述流体所受切应力，
Figure GDA0002625918580000044
vf为所述流体的速度向量，η为粘度系数，n为幂律指数；
所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数为：
Figure GDA0002625918580000051
其中，κ为渗透率，φ为孔隙度，加粗的符号
Figure GDA0002625918580000052
和
Figure GDA0002625918580000053
分别为流相位移向量和固相位移向量。
可选地，所述势能确定模块，用于基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及所述固体骨架的和所述流体的体应变，通过以下公式
Figure GDA0002625918580000054
确定含流体孔隙介质的势能函数；
其中，
Figure GDA0002625918580000055
为粘弹性刚度系数，I1和I2分别为第一应变不变量和第二应变不变量，W为势能函数，ξ为所述流体的体应变。
可选地，所述粘弹性刚度系数分别通过以下公式确定
Figure GDA0002625918580000056
Figure GDA0002625918580000057
Figure GDA0002625918580000058
Figure GDA0002625918580000059
其中，Ks、Kf、Km分别为固体颗粒、孔隙流体和所述固体骨架的体积模量。
Figure GDA00026259185800000510
为粘弹性流体储层系数，
Figure GDA00026259185800000511
为粘弹性剪切模量。
可选地，所述粘弹性流体储层系数和所述粘弹性剪切模量分别通过以下公式确定：
Figure GDA00026259185800000512
Figure GDA00026259185800000513
其中，ωM和ωμ分别代表P波和S波的两个粘弹性模量的衰减峰特征频率，MR和MU分别代表松弛和非松弛状态下的粘弹性流体储层系数，μR和μU分别代表松弛和非松弛状态下的粘弹性剪切模量；
松弛状态下的粘弹性流体储层系数MR满足：在固体骨架体应变保持不变的条件下，单位流体压强所排出的流体体积为：
Figure GDA0002625918580000061
其中，ζ＝-φ(ξ-e)代表孔隙介质中流体体积的增加量。
可选地，所述动能确定模块，用于基于孔隙度、所述致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、所述致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及所述致密孔隙介质的流相位移和固相位移，通过以下公式
Figure GDA0002625918580000062
确定含流体孔隙介质的动能函数；其中，ρ11、ρ12和ρ22分别表示密度系数，且ρ11＝(1-φ)ρs-(1-tm)φρf，ρ12＝(1-tm)φρf，ρ22＝tmφρf，ρs和ρf分别为固体和流体的密度，tm代表平均弯曲度。
可选地，所述模型构建模块，用于将所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数代入到下述公式中计算，
Figure GDA0002625918580000063
以构建基于非达西流的波传播模型，其中，qj代表j方向的广义坐标，
Figure GDA0002625918580000064
代表i方向的空间偏导数。
本说明书实施例提供的一种波传播的处理设备，所述波传播的处理设备包括：
处理器；以及
被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器：
将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，基于致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，所述耗散函数中包括与所述流体渗流相关的岩石物理参数；
将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体，并基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及所述固体骨架的和所述流体的体应变，确定含流体孔隙介质的势能函数；
基于孔隙度、所述致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、所述致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及所述致密孔隙介质的流相位移和固相位移，确定含流体孔隙介质的动能函数；
根据所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，构建基于非达西流的波传播模型。
由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本说明书实施例通过将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，并在将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体的情况下，确定含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，最后，根据含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，构建基于非达西流的波传播模型，这样，构建了同时处理非达西流和粘弹性力学机制耦合作用下的波传播模型，揭示了致密油气储层介质中的波传播规律，可以准确刻画致密孔隙介质的频散和衰减特征。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书一种波传播的处理方法实施例；
图2为本说明书另一种波传播的处理方法实施例；
图3(a)为本说明书一种不同幂律指数对快P波相速度频散和衰减的影响的示意图；
图3(b)为本说明书一种不同幂律指数对快P波逆品质因子频散和衰减的影响的示意图；
图4(a)为本说明书另一种不同幂律指数对快P波相速度频散和衰减的影响的示意图；
图4(b)为本说明书另一种不同幂律指数对快P波逆品质因子频散和衰减的影响的示意图；
图5(a)为本说明书一种不同幂律指数对快S波相速度频散和衰减的影响的示意图；
图5(b)为本说明书一种不同幂律指数对快S波逆品质因子频散和衰减的影响的示意图；
图6(a)为本说明书另一种不同幂律指数对快S波相速度频散和衰减的影响的示意图；
图6(b)为本说明书另一种不同幂律指数对快S波逆品质因子频散和衰减的影响的示意图；
图7(a)为本说明书一种P波速度下基于非达西流的波传播模型、Biot模型和SD-A-6岩心实测数据的比较示意图；
图7(b)为本说明书一种S波速度下基于非达西流的波传播模型、Biot模型和SD-A-6岩心实测数据的比较示意图；
图8(a)为本说明书一种P波速度下基于非达西流的波传播模型、Biot模型和SD-A-11岩心实测数据的比较示意图；
图8(b)为本说明书一种S波速度下基于非达西流的波传播模型、Biot模型和SD-A-11岩心实测数据的比较示意图；
图9(a)为本说明书一种P波速度下基于非达西流的波传播模型、Biot模型和SD-C-2岩心实测数据的比较示意图；
图9(b)为本说明书一种S波速度下基于非达西流的波传播模型、Biot模型和SD-C-2岩心实测数据的比较示意图；
图10(a)为本说明书一种P波速度下基于非达西流的波传播模型、Biot模型和SD-C-12岩心实测数据的比较示意图；
图10(b)为本说明书一种S波速度下基于非达西流的波传播模型、Biot模型和SD-C-12岩心实测数据的比较示意图；
图11为本说明书一种波传播的处理装置实施例；
图12为本说明书一种波传播的处理设备实施例。
具体实施方式
本说明书实施例提供一种波传播的处理方法、装置和设备。
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，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他实施例，都应当属于本文件保护的范围。
实施例一
如图1所示，本说明书实施例提供一种波传播的处理方法，该方法的执行主体可以为终端设备或服务器，其中，该终端设备可以如个人计算机等终端设备，还可以是如手机或平板电脑等移动终端设备。服务器可以是一个独立的服务器，还可以是由多个服务器构成的服务器集群。为了提高处理效率，本说明书实施例中的执行主体以服务器为了进行说明，对于执行主体为终端设备的情况，可以参见下述服务器的相关内容进行处理，在此不再赘述。该方法具体可以包括以下步骤：
在步骤S102中，将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，基于致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，该耗散函数中包括与流体渗流相关的岩石物理参数。
其中，致密孔隙介质可以是具有较小孔隙度，且其中的流体通过一定的规律或方法窜流交换的介质等。幂律流体可以符合预定流变规律的流体，幂律流体属于非牛顿流体，幂律流体可以分为假塑流体与膨胀流体等。耗散函数可以是质点除了受有势力和非有势力作用外，还受粘滞阻尼作用的函数，其中，粘滞阻尼可以是的机械能耗散。耗散函数可以基于多种参数确定，例如耗散函数可以基于渗透率和孔隙度等参数确定等，具体可以根据实际情况设定，本说明书实施例对此不做限定。
在实施中，波传播模型可以看作是油气储层物性参数与地震波特征之间的桥梁。从正问题的角度讲，可以通过波传播模型和油气储层的物性参数得到地震波的频散、衰减等重要信息，或者，可以通过数值求解波传播模型来获得地震波在储层介质中的波传播规律，以获得不同油气储层特征与地震波响应之间的对应关系。从反问题的角度讲，可以通过波传播模型，以及地震波的频散和衰减信息，对关键的储层参数进行反演，获得储层信息，或者，根据地震波信号进行偏移成像、全波形反演等处理，对储层结构和物性分布进行成像，从而实现油气储层精准勘探。因此，建立能够准确刻画储层特征的波传播数学-物理模型是致密油气资源勘探和开发的重要理论基础。
波在含流体孔隙介质传播的过程中，会产生明显的速度频散和能量衰减现象，且频散和衰减与描述储层的重要参数(如孔隙度、渗透率、饱和度等)密切相关。此现象主要是孔隙介质和流体相互作用的结果，因此，不能简单地用弹性理论进行解释和描述，需要对孔隙介质和流体的自身性质和两者之间的耦合作用作更精细的刻画。除此之外，致密油气储层孔隙度小于10％，渗透率小于1md；孔隙直径普遍在1微米以下，属于微米-纳米级孔隙，且吼道偏窄，连通性较差，非均质性强。上述特征与传统含流体孔隙介质波传播模型的一些假设相悖，需要对传统理论进行修正，甚至是提出新的理论才能准确刻画致密孔隙介质的频散和衰减特征。且储层物性参数与波频散和衰减的关系十分复杂，各种机制都会在一定条件下对频散和衰减产生影响，因此难以用单一的力学理论加以解释，需要考虑多物理机制下的数学-物理模型。
而达西定律是描述孔隙介质中流体渗流的经验公式，该公式刻画了孔隙介质中，流体压强梯度与流体渗流速度之间的线性关系，但大量实验数据表明，非达西流现象广泛存在于各类孔隙介质中，特别是在致密油气储层介质中的渗流(该渗流属于非达西流)。针对传统的Biot模型，波的能量耗散主要是由于流体相对于固体的宏观流动所导致，且通常使用的过程中会假设孔隙介质中的宏观流动满足达西定律。流体与固体之间的相对运动会产生摩擦力，而且，Biot模型会假设宏观尺度的平均摩擦力与流体压强梯度是一对平衡力。根据达西定律，平均摩擦力与流体相对固体的速度呈线性关系。在基于非达西流的波传播模型中，流体压强梯度与渗流速度之间的关系是非线性的，因此固流之间的摩擦力与渗流速度之间也呈非线性关系。
由于致密孔隙介质中流体的流动性弱，部分流体会随固体一起运动，因此可以将固体骨架和不流动的流体看作一种等效介质。由于该等效介质中包含了部分流体，因此应该将等效介质看作是粘弹性体。
在微小孔隙和孔喉中，由于边界层效应，流体会表现出非牛顿流体特征，即切应力与切应变率呈非线性关系，该现象并不是单独由流体造成的，而是流体和孔隙固体介质相互作用的结果。因此，为了建立基于非达西流的波传播模型，可以将致密孔隙介质中的流体等效地看作非牛顿流体，等效为非牛顿流体的流体需要满足幂律流体的本构关系，为此，服务器可以将致密孔隙介质中的流体的相关参数输入到需要满足的幂律流体的本构关系中，确定该流体是否满足幂律流体的本构关系。如果该流体满足幂律流体的本构关系，则基于致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系，并可以对该本构关系进行分析，同时结合流体渗流的相关信息，可以确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，该耗散函数中包括与流体渗流相关的岩石物理参数，该岩石物理参数可以包括如渗透率、孔隙度等。
需要说明的是，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数的处理可以包括多种方式，例如，可以对上述本构关系的表达式进行变形，并通过其中的相关物理量之间的关系，可以将上述本构关系变形为包含耗散函数物理量的表达式，进而可以得到含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数。此外，还可以通过其它方式确定上述耗散函数，如可以直接基于耗散函数的通用公式，并确定该公式中的未知参数，然后，可以基于上述本构关系确定上述各个未知参数，最终可以得到含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，除了可以通过上述两种方式确定耗散函数外，还可以通过其它多种方式，具体可以根据实际情况设定，本说明书实施例对此不做限定。
在步骤S104中，将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体，并基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及固体骨架和该流体的体应变，确定含流体孔隙介质的势能函数。
在实施中，由于致密孔隙介质中流体的流动性弱，部分流体会随着固体一起运动，因此，可以将固体骨架和不流动的流体看作一种等效介质。又由于其中包含了部分流体，进而应该将上述等效介质看作为粘弹性体，即可以将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体。
在将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体的基础上，服务器可以获得了基于部分波速信息的双相系统粘弹性参数，同时还可以包含固体骨架和该流体弹性信息、双相系统的粘弹性等多种信息，其中，具体可以包括上述粘弹性体对应的粘弹性刚度系数、固体骨架的和该流体应变不变量，以及固体骨架和该流体的体应变等。然后，可以将上述参数代入到预先设定的势能函数中，最终得到针对含流体孔隙介质的势能函数。
在步骤S106中，基于孔隙度、致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及致密孔隙介质的流相位移和固相位移，确定含流体孔隙介质的动能函数。
在实施中，在将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体的基础上，服务器可以获得了基于部分波速信息的双相系统粘弹性参数，其中，具体可以包括孔隙度、致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及致密孔隙介质的流相位移和固相位移等。然后，可以将上述参数代入到预先设定的动能函数中，最终得到针对含流体孔隙介质的动能函数。
在步骤S108中，根据含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，构建基于非达西流的波传播模型。
在实施中，通过上述方式可以分别得到含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，然后，服务器可以将上述各函数通过预定的算法进行处理，最终得到同时处理非达西流和粘弹性力学机制耦合作用下的波传播模型。其中的预定的算法可以包括多种，例如Lagrange方程(拉格朗日方程)等，具体可以根据实际情况设定，本说明书实施例对此不做限定。
本说明书实施例提供一种波传播的处理方法，通过将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，并在将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体的情况下，确定含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，最后，根据含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，构建基于非达西流的波传播模型，这样，构建了同时处理非达西流和粘弹性力学机制耦合作用下的波传播模型，揭示了致密油气储层介质中的波传播规律，可以准确刻画致密孔隙介质的频散和衰减特征。
实施例二
如图2所示，本说明书实施例提供一种波传播的处理方法，该方法的执行主体可以为终端设备或服务器，其中，该终端设备可以如个人计算机等终端设备，还可以是如手机或平板电脑等移动终端设备。服务器可以是一个独立的服务器，还可以是由多个服务器构成的服务器集群。为了提高处理效率，本说明书实施例中的执行主体以服务器为了进行说明，对于执行主体为终端设备的情况，可以参见下述服务器的相关内容进行处理，在此不再赘述。该方法具体可以包括以下步骤：
在步骤S202中，将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，获取该流体的速度向量、粘度系数、幂律指数，确定致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系。
在实施中，在将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，可以通过测量或估算等方式分别获取致密孔隙介质中的流体的速度向量、粘度系数、幂律指数等，其中，幂律指数可以用于反映流体的流动性，即当幂律指数大于1时，该流体表现为剪切稠化，即流体受剪切应力后的流动性减弱，当幂律指数小于1时，该流体表现为剪切稀化，即流体受剪切应力后的流动性增强等。然后，可以将得到的上述数据输入到服务器中，服务器通过上述获取的该流体的速度向量、粘度系数、幂律指数，可以确定致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系。
上述本构关系可以包括多种，以下提供一种可选的方式没具体可以包括以下内容：致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系为：
Figure GDA0002625918580000121
其中，τf为该流体所受切应力，
Figure GDA0002625918580000122
vf为该流体的速度向量，η为粘度系数，n为幂律指数。基于上述内容，n反映了流体的流动性，当n＝1时，上述公式(1)可退化为牛顿流体本构关系，当n>1时，该流体表现为剪切稠化，即流体受剪切应力后的流动性减弱，当n<1时，该流体表现为剪切稀化，即流体受剪切应力后的流动性增强。
在实施中，可以通过上述方式分别获取该流体的速度向量、粘度系数、幂律指数，然后，可以基于该流体的速度向量，通过
Figure GDA0002625918580000131
计算得到
Figure GDA0002625918580000132
的数值，其中
Figure GDA0002625918580000133
是用于描述流体应变率的物理量。服务器可以将上述得到的粘度系数、幂律指数和
Figure GDA0002625918580000134
代入到上述公式(1)中，从而可以得到致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系。
在步骤S204中，将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，基于致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，该耗散函数中包括与流体渗流相关的岩石物理参数。
上述步骤S204的具体处理过程可以参见上述实施例一中步骤S104的相关内容，在此不再赘述。
对于上述步骤S202中公式(1)的情况，如果致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系为上述公式(1)，则含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数可以为：
Figure GDA0002625918580000135
其中，κ为渗透率，φ为孔隙度，加粗的符号
Figure GDA0002625918580000136
和
Figure GDA0002625918580000137
分别为流相位移向量和固相位移向量。在三维固流双相系统中，波传播模型中可以包含3个固相位移分量和3个流相位移分量，可以分别用Uj和uj代表j方向的流相位移和固相位移。
在实施中，可以通过测量或估算等方式确定渗透率、孔隙度、3个固相位移分量和3个流相位移分量等，然后，可以将得到的上述数据输入到服务器中，服务器可以将上述测量或估算的数值输入到上述公式(2)中，最终得到含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数。
在步骤S206中，基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及固体骨架的和该流体的体应变，通过以下公式
Figure GDA0002625918580000138
确定含流体孔隙介质的势能函数；
其中，
Figure GDA0002625918580000139
为粘弹性刚度系数，I1和I2分别为第一应变不变量和第二应变不变量，W为势能函数，ξ为该流体的体应变。
在实施中，可以通过测量或估算等方式确定粘弹性刚度系数、应变不变量，以及固体骨架的和该流体的体应变等，然后，可以将得到的上述数据输入到服务器中，服务器可以基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及固体骨架的和该流体的体应变，确定含流体孔隙介质的势能函数的具体处理方式可以包括多种，以上提供了一种可实现的处理方式，即提供了一种势能的表达方式，通过上述势能函数，可以将上述参数输入到公式(3)中以得到含流体孔隙介质的势能函数。
需要说明的是，在实际应用中，除了可以通过上述公式(3)中提供的势能函数外，还可以包括其它势能函数的表达方式，如，可以根据实际情况对上述公式(3)中的各个参数进行调整，如删除某一个或多个参数，或者，向公式(3)中增加其它参数等，具体可以根据实际情况设定，本说明书实施例对此不做限定。
另外，I1和I2分别为第一应变不变量和第二应变不变量，其中：
Figure GDA0002625918580000141
此外，
Figure GDA0002625918580000142
eij和ξij分别为固体应变张量的分量和流体应变张量的分量，固体的体应变和流体的体应变分别定义为e＝eii和ξ＝ξii。
此外，上述粘弹性刚度系数还可以通过其它物理量或参数确定，基于此，本说明书实施例中还提供一种粘弹性刚度系数的确定方法，具体可以包括以下内容：粘弹性刚度系数分别通过以下公式确定：
Figure GDA0002625918580000143
Figure GDA0002625918580000144
Figure GDA0002625918580000145
Figure GDA0002625918580000146
其中，Ks、Kf、Km分别为固体颗粒、孔隙流体和固体骨架的体积模量。
Figure GDA0002625918580000147
为粘弹性流体储层系数，
Figure GDA0002625918580000148
为粘弹性剪切模量，φ为孔隙度。
此外，上述粘弹性流体储层系数和粘弹性剪切模量还可以通过其它物理量或参数确定，基于此，本说明书实施例中还提供一种粘弹性流体储层系数的确定方法和一种粘弹性剪切模量的确定方法，具体可以包括以下内容：粘弹性流体储层系数和粘弹性剪切模量分别通过以下公式确定：
Figure GDA0002625918580000149
Figure GDA0002625918580000151
其中，ωM和ωμ分别代表两个粘弹性模量的特征频率，分别对应P波和S波的衰减峰频率，MR和MU分别代表松弛和非松弛状态下的粘弹性流体储层系数，μR和μU分别代表松弛和非松弛状态下的粘弹性剪切模量。
此外，上述松弛状态下的粘弹性流体储层系数还可以通过其它物理量或参数确定，基于此，本说明书实施例中还提供一种松弛状态下的粘弹性流体储层系数的确定方法，具体可以包括以下内容：松弛状态下的粘弹性流体储层系数MR满足：在固体骨架体应变保持不变的条件下，单位流体压强所排出的流体体积为：
Figure GDA0002625918580000152
其中，ζ＝-φ(ξ-e)代表孔隙介质中流体体积的增加量，粘弹性流体储层系数
Figure GDA0002625918580000153
衡量的是孔隙流体压强对流体驱替的能力，粘弹性流体储层系数
Figure GDA0002625918580000154
与含流体孔隙介质的压缩性紧密相关，因此影响P波速度。松弛和非松弛状态下的粘弹性剪切模量可以根据低频和高频条件下的S波速度获得。φ为孔隙度，Ks、Kf、Km分别为固体颗粒、孔隙流体和固体骨架的体积模量。
在步骤S208中，基于孔隙度、致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及致密孔隙介质的流相位移和固相位移，通过以下公式
Figure GDA0002625918580000155
确定含流体孔隙介质的动能函数；其中，ρ11、ρ12和ρ22分别表示密度系数，且ρ11＝(1-φ)ρs-(1-tm)φρf，ρ12＝(1-tm)φρf，ρ22＝tmφρf，ρs和ρf分别为固体和流体的密度，tm代表平均弯曲度，即致密孔隙介质中孔隙和孔喉的平均弯曲程度的数值越大，意味着孔隙的弯曲程度越高。
在实施中，可以通过测量或估算等方式确定孔隙度、致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及致密孔隙介质的流相位移和固相位移等，然后，可以将得到的上述数据输入到服务器中，服务器可以基于孔隙度、致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及致密孔隙介质的流相位移和固相位移，确定含流体孔隙介质的动能函数的具体处理方式可以包括多种，以上提供了一种可实现的处理方式，即提供了一种势能的表达方式，通过上述动能函数，可以将上述参数输入到公式(12)中以得到含流体孔隙介质的动能函数。
需要说明的是，在实际应用中，除了可以通过上述公式(12)中提供的动能函数外，还可以包括其它动能函数的表达方式，如，可以根据实际情况对上述公式(12)中的各个参数进行调整，如删除某一个或多个参数，或者，向公式(12)中增加其它参数等，具体可以根据实际情况设定，本说明书实施例对此不做限定。
在步骤S210中，将含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数代入到下述公式中计算，
Figure GDA0002625918580000161
以构建基于非达西流的波传播模型。
在实施中，可以通过拉格朗日算子的方式构建基于非达西流的波传播模型，其中，拉格朗日算子可以定义为L＝T-W，可以将动能函数T、势能函数W和耗散函数D代入到Lagrange方程(拉格朗日方程，即上述公式(13))中，即可得到基于非达西流波传播模型。其中，qj代表j方向的广义坐标，在含流体孔隙介质中，广义坐标可以选为固相和流相位移。
Figure GDA0002625918580000162
代表i方向的空间偏导数，变量上面的点代表时间导数。
通过上述公式(13)的计算，可以得到波传播模型可以为：
Figure GDA0002625918580000163
Figure GDA0002625918580000164
由于波传播模型是线性方程，波的频散和衰减与初始振幅无关。但是，在非线性的情形下，波的频散和衰减依赖于波的初始振幅。下面可以对利用上述方式得到的波传播模型中，幂律系数和初始振幅这两个参数对波的频散和衰减的影响进行说明，具体如下：
选取含饱和水致密砂岩作为研究对象，孔隙度和渗透率分别为10％和0.5md。图3展示了幂律系数对快P波的频散和衰减的影响，可以固定初始位移u0的值为1×10-9m，其中图3(a)展示的是n分别取值为0.5、1、1.5时，快P波相速度(即Vp)的频散曲线。从图中可以看到改变幂律系数并不会改变快P波的频散范围，但是，却会改变速度过渡带的特征频率。
在图3(a)中，当n越大，波的特征频率越低，n越小，波的特征频率越高。n是描述流体流动能力的物理量，n的值越大，流体的流动性越差。图3(a)表明流体流动性越差，频散带越向低频移动，且带宽变大，即在很大频率范围度有频散，但频散最大梯度变小。
图3(b)展示的是n分别取值为0.5、1、1.5时，快P波逆品质因子(即Q-1)曲线。Kramers-Kronig关系描述了波的频散和衰减之间的因果律，波速随频率变化的快慢对应了能量衰减的大小，因此速度变化最剧烈的频率，即特征频率，也应了衰减峰值的频率。从图3(b)可以看到，随着n值得逐渐增大，衰减峰向低频方向移动，衰减峰对应于相速度梯度最大值。
图4中可以固定幂律系数n的值为1.5，其中图4(a)展示的是震源所激发波的初始振幅u0分别取值为1×10-6m(附图中以1e-6m表示)、1×10-9m(附图中以1e-9m表示)、1×10- 12m(附图中以1e-12m表示)时，快P波相速度的频散曲线。从图4(a)中可以看到随着初始振幅的变小，频散过度带向低频方向移动，且频散曲线的形状基本保持不变。图4(b)展示的是初始振幅u0分别取值为1×10-6m、1×10-9m、1×10-12m时，快P波的逆品质因子。与频散曲线类似，随着初始位移的减小，逆品质因子峰值向低频方向移动。
对于幂律系数和初始振幅对S波的频散和衰减的影响，图5和图6所展示的S波频散和衰减的变化规律分别对应图3和图4中P波频散和衰减的变化规律。可以看到幂律系数和初始振幅对S波频散和衰减的影响与P波有相同的规律。
下面通过岩石物理实验数据，验证上述处理方式获得的数学-物理模型的有效性。SD-A-6和SD-A-11两块岩心为致密砂岩岩心，SD-C-2和SD-C-12为致密白云岩岩心，致密砂岩岩心的弹性模量要小于致密白云岩岩心，实验在室温下进行，孔隙流体为水，测试频率在1Hz到1171Hz之间。
在利用上述基于非达西流的波传播模型进行波相速度计算时，粘弹性参数的选取依赖于部分实验数据。粘弹性模量的低频和高频极限计算依赖于实验数据中的最高频速度和最低频速度，粘弹性模量的特征频率取为实验数据中速度变化最剧烈的频率值。图7-图10是利用上述基于非达西流的波传播模型和常用的Biot模型的预测值与实验结果的比较，其中，实线表示基于非达西流的波传播模型(即附图图示中的New model)的预测值构成的曲线，虚线表示常用的Biot模型(即附图图示中的Biot’s model)的预测值构成的曲线。从四幅图中可以看出，上述基于非达西流的波传播模型(实线)能够更好地刻画含饱和水致密孔隙介质在低频范围内的速度频散，而Biot模型(虚线)在相同的岩石参数和频率范围并不能给出正确的相速度。
本说明书实施例提供一种波传播的处理方法，通过将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，并在将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体的情况下，确定含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，最后，根据含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，构建基于非达西流的波传播模型，这样，构建了同时处理非达西流和粘弹性力学机制耦合作用下的波传播模型，揭示了致密油气储层介质中的波传播规律，可以准确刻画致密孔隙介质的频散和衰减特征。
实施例三
以上为本说明书实施例提供的波传播的处理方法，基于同样的思路，本说明书实施例还提供一种波传播的处理装置，如图11所示。
所述波传播的处理装置包括：耗散函数确定模块1101、势能确定模块1102、动能确定模块1103和模型构建模块1104，其中：
耗散函数确定模块1101，用于将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，基于致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，所述耗散函数中包括与所述流体渗流相关的岩石物理参数；
势能确定模块1102，用于将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体，并基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及所述固体骨架的和所述流体的体应变，确定含流体孔隙介质的势能函数；
动能确定模块1103，用于基于所述致密孔隙介质的孔隙度、所述致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、所述致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及所述致密孔隙介质的流相位移和固相位移，确定含流体孔隙介质的动能函数；
模型构建模块1104，用于根据所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，构建基于非达西流的波传播模型。
本说明书实施例中，所述装置还包括：
本构关系确定模块，用于将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，获取所述流体的速度向量、粘度系数、幂律指数，确定致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系。
本说明书实施例中，所述致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系为：
Figure GDA0002625918580000191
其中，τf为所述流体所受切应力，
Figure GDA0002625918580000192
vf为所述流体的速度向量，η为粘度系数，n为幂律指数；
所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数为：
Figure GDA0002625918580000193
其中，κ为渗透率，φ为孔隙度，加粗的符号
Figure GDA0002625918580000194
和
Figure GDA0002625918580000195
分别为流相位移向量和固相位移向量。
本说明书实施例中，所述势能确定模块1102，用于基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及所述固体骨架的和所述流体的体应变，通过以下公式
Figure GDA0002625918580000196
确定含流体孔隙介质的势能函数；
其中，
Figure GDA0002625918580000197
为粘弹性刚度系数，I1和I2分别为第一应变不变量和第二应变不变量，W为势能函数，ξ为所述流体的体应变。
本说明书实施例中，所述粘弹性刚度系数分别通过以下公式确定
Figure GDA0002625918580000198
Figure GDA0002625918580000199
Figure GDA00026259185800001910
Figure GDA00026259185800001911
其中，Ks、Kf、Km分别为固体颗粒、孔隙流体和所述固体骨架的体积模量。
Figure GDA00026259185800001912
为粘弹性流体储层系数，
Figure GDA00026259185800001913
为粘弹性剪切模量。
本说明书实施例中，所述粘弹性流体储层系数和所述粘弹性剪切模量分别通过以下公式确定：
Figure GDA00026259185800001914
Figure GDA00026259185800001915
其中，ωM和ωμ分别代表P波和S波的两个粘弹性模量的衰减峰特征频率，MR和MU分别代表松弛和非松弛状态下的粘弹性流体储层系数，μR和μU分别代表松弛和非松弛状态下的粘弹性剪切模量；
松弛状态下的粘弹性流体储层系数MR满足：在固体骨架体应变保持不变的条件下，单位流体压强所排出的流体体积为：
Figure GDA0002625918580000201
其中，ζ＝-φ(ξ-e)代表孔隙介质中流体体积的增加量。
本说明书实施例中，所述动能确定模块1103，用于基于孔隙度、所述致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、所述致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及所述致密孔隙介质的流相位移和固相位移，通过以下公式
Figure GDA0002625918580000202
确定含流体孔隙介质的动能函数；其中，ρ11、ρ12和ρ22分别表示密度系数，且ρ11＝(1-φ)ρs-(1-tm)φρf，ρ12＝(1-tm)φρf，ρ22＝tmφρf，ρs和ρf分别为固体和流体的密度，tm代表平均弯曲度。
本说明书实施例中，所述模型构建模块1104，用于将所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数代入到下述公式中计算，
Figure GDA0002625918580000203
以构建基于非达西流的波传播模型，其中，qj代表j方向的广义坐标，
Figure GDA0002625918580000204
代表i方向的空间偏导数。
本说明书实施例提供一种波传播的处理装置，通过将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，并在将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体的情况下，确定含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，最后，根据含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，构建基于非达西流的波传播模型，这样，构建了同时处理非达西流和粘弹性力学机制耦合作用下的波传播模型，揭示了致密油气储层介质中的波传播规律，可以准确刻画致密孔隙介质的频散和衰减特征。
实施例四
基于同样的思路，本说明书实施例还提供一种波传播的处理设备，如图12所示。
该波传播的处理设备可以为上述实施例提供的终端设备或服务器等。
波传播的处理设备可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上的处理器1201和存储器1202，存储器1202中可以存储有一个或一个以上存储应用程序或数据。其中，存储器1202可以是短暂存储或持久存储。存储在存储器1202的应用程序可以包括一个或一个以上模块(图示未示出)，每个模块可以包括对波传播的处理设备中的一系列计算机可执行指令。更进一步地，处理器1201可以设置为与存储器1202通信，在波传播的处理设备上执行存储器1202中的一系列计算机可执行指令。波传播的处理设备还可以包括一个或一个以上电源1203，一个或一个以上有线或无线网络接口1204，一个或一个以上输入输出接口1205，一个或一个以上键盘1206。
具体在本实施例中，波传播的处理设备包括有存储器，以及一个或一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且一个或者一个以上程序可以包括一个或一个以上模块，且每个模块可以包括对波传播的处理设备中的一系列计算机可执行指令，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行该一个或者一个以上程序包含用于进行以下计算机可执行指令：
将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，基于致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，所述耗散函数中包括与所述流体渗流相关的岩石物理参数；
将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体，并基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及所述固体骨架的和所述流体的体应变，确定含流体孔隙介质的势能函数；
基于所述致密孔隙介质的孔隙度、所述致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、所述致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及所述致密孔隙介质的流相位移和固相位移，确定含流体孔隙介质的动能函数；
根据所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，构建基于非达西流的波传播模型。
本说明书实施例中，还包括：
将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，获取所述流体的速度向量、粘度系数、幂律指数，确定致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系。
本说明书实施例中，所述致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系为：
Figure GDA0002625918580000221
其中，τf为所述流体所受切应力，
Figure GDA0002625918580000222
vf为所述流体的速度向量，η为粘度系数，n为幂律指数；
所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数为：
Figure GDA0002625918580000223
其中，κ为渗透率，φ为孔隙度，加粗的符号
Figure GDA0002625918580000224
和
Figure GDA0002625918580000225
分别为流相位移向量和固相位移向量。
本说明书实施例中，所述基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及所述固体骨架的和所述流体的体应变，确定含流体孔隙介质的势能函数，包括：
基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及所述固体骨架的和所述流体的体应变，通过以下公式
Figure GDA0002625918580000226
确定含流体孔隙介质的势能函数；
其中，
Figure GDA0002625918580000227
为粘弹性刚度系数，I1和I2分别为第一应变不变量和第二应变不变量，W为势能函数，ξ为所述流体的体应变。
本说明书实施例中，所述粘弹性刚度系数分别通过以下公式确定
Figure GDA0002625918580000228
Figure GDA0002625918580000229
Figure GDA00026259185800002214
Figure GDA00026259185800002210
其中，Ks、Kf、Km分别为固体颗粒、孔隙流体和所述固体骨架的体积模量。
Figure GDA00026259185800002211
为粘弹性流体储层系数，
Figure GDA00026259185800002212
为粘弹性剪切模量。
本说明书实施例中，所述粘弹性流体储层系数和所述粘弹性剪切模量分别通过以下公式确定：
Figure GDA00026259185800002213
Figure GDA0002625918580000231
其中，ωM和ωμ分别代表P波和S波的两个粘弹性模量的衰减峰特征频率，MR和MU分别代表松弛和非松弛状态下的粘弹性流体储层系数，μR和μU分别代表松弛和非松弛状态下的粘弹性剪切模量；
松弛状态下的粘弹性流体储层系数MR满足：在固体骨架体应变保持不变的条件下，单位流体压强所排出的流体体积为：
Figure GDA0002625918580000232
其中，ζ＝-φ(ξ-e)代表孔隙介质中流体体积的增加量。
本说明书实施例中，所述基于所述致密孔隙介质的孔隙度、所述致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、所述致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及所述致密孔隙介质的流相位移和固相位移，确定含流体孔隙介质的动能函数，包括：
基于孔隙度、所述致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、所述致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及所述致密孔隙介质的流相位移和固相位移，通过以下公式
Figure GDA0002625918580000233
确定含流体孔隙介质的动能函数；其中，ρ11、ρ12和ρ22分别表示密度系数，且ρ11＝(1-φ)ρs-(1-tm)φρf，ρ12＝(1-tm)φρf，ρ22＝tmφρf，ρs和ρf分别为固体和流体的密度，tm代表平均弯曲度。
本说明书实施例中，所述根据所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，构建基于非达西流的波传播模型，包括：
将所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数代入到下述公式中计算，
Figure GDA0002625918580000234
以构建基于非达西流的波传播模型，其中，qj代表j方向的广义坐标，
Figure GDA0002625918580000235
代表i方向的空间偏导数。
本说明书实施例提供一种波传播的处理设备，通过将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，并在将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体的情况下，确定含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，最后，根据含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，构建基于非达西流的波传播模型，这样，构建了同时处理非达西流和粘弹性力学机制耦合作用下的波传播模型，揭示了致密油气储层介质中的波传播规律，可以准确刻画致密孔隙介质的频散和衰减特征。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个实施例时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本说明书一个或多个实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书一个或多个实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书的实施例是参照根据本说明书实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程基于区块链的用户目标处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程基于区块链的用户目标处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程基于区块链的用户目标处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程基于区块链的用户目标处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书一个或多个实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书一个或多个实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书一个或多个实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书一个或多个实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种波传播的处理方法，其特征在于，所述方法包括：
将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，基于致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，所述耗散函数中包括与所述流体渗流相关的岩石物理参数；
将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体，并基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及所述固体骨架的和所述流体的体应变，确定含流体孔隙介质的势能函数；
基于所述致密孔隙介质的孔隙度、所述致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、所述致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及所述致密孔隙介质的流相位移和固相位移，确定含流体孔隙介质的动能函数；
根据所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，通过拉格朗日方程构建基于非达西流的波传播模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，获取所述流体的速度向量、粘度系数、幂律指数，确定致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系为：
Figure FDA0002625918570000011
其中，τf为所述流体所受切应力，
Figure FDA0002625918570000012
vf为所述流体的速度向量，η为粘度系数，n为幂律指数；
所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数为：
Figure FDA0002625918570000013
其中，κ为渗透率，φ为孔隙度，加粗的符号
Figure FDA0002625918570000014
和
Figure FDA0002625918570000015
分别为流相位移向量和固相位移向量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及所述固体骨架的和所述流体的体应变，确定含流体孔隙介质的势能函数，包括：
基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及所述固体骨架的和所述流体的体应变，通过以下公式
Figure FDA0002625918570000021
确定含流体孔隙介质的势能函数；
其中，
Figure FDA0002625918570000022
为粘弹性刚度系数，I1和I2分别为第一应变不变量和第二应变不变量，W为势能函数，ξ为所述流体的体应变。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述粘弹性刚度系数分别通过以下公式确定
Figure FDA0002625918570000023
Figure FDA0002625918570000024
Figure FDA0002625918570000025
Figure FDA0002625918570000026
其中，Ks、Kf、Km分别为固体颗粒、孔隙流体和所述固体骨架的体积模量，
Figure FDA0002625918570000027
为粘弹性流体储层系数，
Figure FDA0002625918570000028
为粘弹性剪切模量。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述粘弹性流体储层系数和所述粘弹性剪切模量分别通过以下公式确定：
Figure FDA0002625918570000029
Figure FDA00026259185700000210
其中，ωM和ωμ分别代表P波和S波的两个粘弹性模量的衰减峰特征频率，MR和MU分别代表松弛和非松弛状态下的粘弹性流体储层系数，μR和μU分别代表松弛和非松弛状态下的粘弹性剪切模量；
松弛状态下的粘弹性流体储层系数MR满足：在固体骨架体应变保持不变的条件下，单位流体压强所排出的流体体积为：
Figure FDA0002625918570000031
其中，ζ＝-φ(ξ-e)代表孔隙介质中流体体积的增加量，e为固体骨架的体应变，pf为流体压强。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述致密孔隙介质的孔隙度、所述致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、所述致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及所述致密孔隙介质的流相位移和固相位移，确定含流体孔隙介质的动能函数，包括：
基于孔隙度、所述致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、所述致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及所述致密孔隙介质的流相位移和固相位移，通过以下公式
Figure FDA0002625918570000032
确定含流体孔隙介质的动能函数；其中，ρ11、ρ12和ρ22分别表示密度系数，且ρ11＝(1-φ)ρs-(1-tm)φρf，ρ12＝(1-tm)φρf，ρ22＝tmφρf，ρs和ρf分别为固体和流体的密度，tm代表平均弯曲度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，通过拉格朗日方程构建基于非达西流的波传播模型，包括：
将所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数代入到下述公式中计算，
Figure FDA0002625918570000033
以构建基于非达西流的波传播模型，其中，qj代表j方向的广义坐标，
Figure FDA0002625918570000035
代表i方向的空间偏导数，
Figure FDA0002625918570000034
代表qj的时间一阶导数。
9.一种波传播的处理装置，其特征在于，所述装置包括：
耗散函数确定模块，用于将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，基于致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，所述耗散函数中包括与所述流体渗流相关的岩石物理参数；
势能确定模块，用于将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体，并基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及所述固体骨架的和所述流体的体应变，确定含流体孔隙介质的势能函数；
动能确定模块，用于基于所述致密孔隙介质的孔隙度、所述致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、所述致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及所述致密孔隙介质的流相位移和固相位移，确定含流体孔隙介质的动能函数；
模型构建模块，用于根据所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，通过拉格朗日方程构建基于非达西流的波传播模型。
10.一种波传播的处理设备，其特征在于，所述波传播的处理设备包括：
处理器；以及
被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器：
将致密孔隙介质中的流体等效为幂律流体的情况下，基于致密孔隙介质中的流体满足的幂律流体的本构关系，确定含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数，所述耗散函数中包括与所述流体渗流相关的岩石物理参数；
将致密孔隙介质中的固体骨架和不流动的液体作为粘弹性体，并基于粘弹性刚度系数、应变不变量，以及所述固体骨架的和所述流体的体应变，确定含流体孔隙介质的势能函数；
基于孔隙度、所述致密孔隙介质中的孔隙与孔喉的平均弯曲度、所述致密孔隙介质中固体和流体的密度，以及所述致密孔隙介质的流相位移和固相位移，确定含流体孔隙介质的动能函数；
根据所述含流体孔隙介质中基于非达西流的耗散函数、含流体孔隙介质的势能函数和含流体孔隙介质的动能函数，通过拉格朗日方程构建基于非达西流的波传播模型。
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