CN110967742A - 一种孔隙度反演方法及系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种孔隙度反演方法及系统。该方法及系统包括：根据岩石物理数据获得孔隙度与纵波阻抗的线性约束关系，作为孔隙度约束关系；将所述孔隙度约束关系应用到地震反演弹性参数，建立孔隙度反演初始模型，并确定所述孔隙度反演初始模型的可行域空间；根据所述孔隙度反演初始模型和可行域空间，利用岩石物理方程和非线性全局寻优算法实现孔隙度反演。本发明通过基于岩石物理实验数据建立孔隙度与弹性参数的约束关系，并将该约束关系应用到三维地震数据，建立孔隙度反演过程中所需要的孔隙度模型，提高了反演的稳定性和精度。

Description

一种孔隙度反演方法及系统
技术领域
本发明涉及石油与天然气勘探开发领域，更具体地，涉及一种孔隙度反演方法及系统。
背景技术
地震勘探技术是油气勘探中应用最为广泛的一种地球物理学方法，在地表或者井中人工激发地震波，利用地震波在不同介质中传播的速度、振幅、频率、相位、波形等参数的变化来分析、预测油气储层分布范围及储层物性特征。随勘探开发程度逐渐深入，地震勘探已经从认识地下构造形态的构造勘探,逐渐发展成直接应用地震信息判断岩性、分析岩相、定量计算岩层物性参数的岩性勘探。地震性质及反射率受控于地下介质岩性、流体类型、孔隙度、压力、温度、矿物、岩理等，而岩石物理正是研究岩石物理属性(物性参数)与地球物理属性之间的桥梁，即岩石物理属性可由地球物理观测数据及其特征(属性)来表征，岩石物理是建立地震资料预测工具及解释反演结果的物理基础。近几年来，以Gassmann方程为代表的岩石物理理论研究在许多方面都取得了很大的进展。利用岩石物理技术研究的成果，可以为含油气分析和储层识别提供敏感性岩石物理参数，能够有效地指导储层识别和预测。孔隙度和饱和度是描述储层性质的重要参数，利用地震资料定量反演储层参数具有横向连续性好的优点,对储层精细描述具有重要意义。
目前地震孔隙度反演方法主要有三类，①利用速度求孔隙度，根据孔隙度与地震波传播速度的关系求取孔隙度，例如利用Wyllie公式和改进型的Raymer公式由地震纵波速度等参数求取孔隙度。该类方法的优点是计算方便，但Wyllie公式未考虑岩石的体积形变，难以在复杂地质条件下应用。后来的研究表明，它们也不适用于含气砂岩孔隙度的预测；②统计型反演方法，由于地震声学反演和弹性反演的结果与岩石孔隙度无直接联系，因此在将反演结果转换成孔隙度时，主要利用了反演结果和孔隙度的统计关系，例如速度—孔隙度交汇图以及密度、波阻抗、泊松比等参数和孔隙度的交汇图。该类方法目前应用较普遍，但要获得较好的效果需要大量的地质、测井、岩石物理、地震多属性参数资料，并构建适当的地质模型；③第三类方法是基于Biot‐Gassmann方程的孔隙度计算方法，如He Xilei与HeZhenhua提出的岩石骨架与地震孔隙度反演。张应波推导了孔隙度的解析式，该方法的优点是获得了计算孔隙度的解析式，有坚实的理论基础，缺点是需要预先提供的参数很多，除了Gassmann方程中孔隙度以外的4个参数外，还要求提供应力、孔隙压力、流体黏滞系数和地震波的衰减系数等。上述参数的获得是一个复杂的过程，使得基于地震数据的地震孔隙度反演的应用受到了限制。
孔隙度是描述储层性质的重要参数，因为流体是直接赋存在岩石孔隙中的，所以基于地震资料的孔隙度反演在油气/流体识别方面有时比弹性三参数(纵、横波速度和岩石密度)反演更直接、有效。现有技术中利用弹性参数和岩石物理理论进行孔隙度反演，其中反演孔隙度是在孔隙度初始模型基础上进行的，而孔隙度初始模型是通过测井资料插值得到的，而插值建立初始模型的方法在钻井较为稀疏的工区由于插值样点少而导致该种建模方法应用受到限制。因此，有必要开发一种孔隙度反演方法及系统。
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
本发明提出了一种孔隙度反演方法及系统，其能够通过根据岩石物理实验数据建立孔隙度约束关系，然后利用该约束关系建立孔隙度反演初始模型和可行域空间，最后在该初始模型和可行域空间内采用非线性全局寻优算法进行迭代反演。
根据本发明的一方面，提出了一种孔隙度反演方法。所述方法可以包括：
1)根据岩石物理数据获得孔隙度与纵波阻抗的线性约束关系，作为孔隙度约束关系；
2)将所述孔隙度约束关系应用到地震反演弹性参数，建立孔隙度反演初始模型，并确定所述孔隙度反演初始模型的可行域空间；
3)根据所述孔隙度反演初始模型和可行域空间，利用岩石物理方程和非线性全局寻优算法实现孔隙度反演。
优选地，通过以下公式表示孔隙度约束关系：
φm＝-4.37e-5·Iρm+0.59 (1)
其中，φm为的孔隙度，Ipm为纵波阻抗，I表示纵波速度，ρm表示岩石密度。
优选地，通过以下公式表示孔隙度反演初始模型：
φmodel＝-4.37e-5·Iρinv+0.59 (2)
其中，φmodel为孔隙度反演初始模型，Iρinv为地震反演获得的纵波阻抗。
优选地，通过如下公式表达可行域空间：
φ∈[(1-ε)φmodel,(1+ε)φmodel] (3)
其中，ε为控制可行域空间大小的系数。
优选地，所述控制可行域空间大小的系数ε值为0.4。
根据本发明的另一方面，提出了一种孔隙度反演系统，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现以下步骤：
步骤1：根据岩石物理数据获得孔隙度与纵波阻抗的线性约束关系，作为孔隙度约束关系；
步骤2：将所述孔隙度约束关系应用到地震反演弹性参数，建立孔隙度反演初始模型，并确定所述孔隙度反演初始模型的可行域空间；
步骤3：根据所述孔隙度反演初始模型和可行域空间，利用岩石物理方程和非线性全局寻优算法实现孔隙度反演。
优选地，通过以下公式表示孔隙度约束关系：
φm＝-4.37e-5·Iρm+0.59 (1)
其中，φm为的孔隙度，Ipm为纵波阻抗，I表示纵波速度，ρm表示岩石密度。
优选地，通过以下公式表示孔隙度反演初始模型：
φmodel＝-4.37e-5·Iρinv+0.59 (2)
其中，φmodel为孔隙度反演初始模型，Iρinv为地震反演获得的纵波阻抗。
优选地，通过如下公式表达可行域空间：
φ∈[(1-ε)φmodel,(1+ε)φmodel] (3)
其中，ε为控制可行域空间大小的系数。
优选地，所述控制可行域空间大小的系数ε值为0.4。
本发明的有益效果在于：利用岩石物理实验数据建立孔隙度约束关系，然后将该约束关系应用到三维弹性参数数据中，进而在实验数据指导下构建了用于孔隙度反演的孔隙度初始模型及孔隙度可行域空间。在该可行域空间内采用非线性全局寻优算法进行迭代反演，将实验数据建立的孔隙度约束关系加入反演过程作为反演约束，提高了反演的稳定性和精度。
本发明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方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式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1示出了根据本发明的示例性实施例的孔隙度反演方法的步骤的流程图；
图2示出了根据本发明的示例性实施例的孔隙度与纵波阻抗的交会图；
图3示出了常规地震反演的纵波阻抗示意图；
图4示出了孔隙度初始模型示意图。
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。
图1示出了根据本发明的示例性实施例的孔隙度反演方法的步骤的流程图。
在该实施例中，根据本发明的孔隙度反演方法可以包括：
步骤101，根据岩石物理数据获得孔隙度与纵波阻抗的线性约束关系，作为孔隙度约束关系；
所述岩石物理实验数据包括孔隙度和纵波阻抗，对孔隙度和纵波阻抗数据进行交会，得到孔隙度与纵波阻抗的线性关系，这个线性关系就是根据岩石物理实验数据建立的孔隙度约束关系。
在一个示例中，通过以下公式表示孔隙度约束关系：
φm＝-4.37e-5·Iρm+0.59 (1)
其中，φm为的孔隙度，Iρm为纵波阻抗，I表示纵波速度，ρm表示岩石密度，纵波阻抗Ipm由试验获得的纵波速度I和岩石密度ρm的乘积计算得到。
步骤102，将所述孔隙度约束关系应用到地震反演弹性参数，建立孔隙度反演初始模型，并确定所述孔隙度反演初始模型的可行域空间；
根据公式(1)建立的孔隙度约束关系，将孔隙度约束关系应用到地震反演弹性参数中，所述地震反演弹性参数为地震波阻抗，进而建立出孔隙度反演的初始模型和可行域空间，孔隙度反演的初始模型和可行域空间为进行三维地震数据的孔隙度反演提供了初始模型和参数优化范围。
在一个示例中，通过以下公式表示孔隙度反演初始模型：
φmodel＝-4.37e-5·Iρinv+0.59 (2)
其中，φmodel为孔隙度反演初始模型，Iρinv为地震反演获得的纵波阻抗。
在一个示例中，通过如下公式表达可行域空间：
φ∈[(1-ε)φmodel,(1+ε)φmodel] (3)
其中，ε为控制可行域空间大小的系数。
在一个示例中，所述控制可行域空间大小的系数ε值为0.4。
具体地，(1-ε)φmodel为孔隙度可行域空间的下限，(1+ε)φmodel为孔隙度可行域空间的上限。
步骤103，根据所述孔隙度反演初始模型和可行域空间，利用岩石物理方程和非线性全局寻优算法实现孔隙度反演。
本发明通过由实验数据建立孔隙度与弹性参数的约束关系，将该约束关系和常规地震反演的弹性参数结合建立孔隙度初始模型和可行域空间，所建立的孔隙度初始模型物理意义明确，克服了常规插值方法建立孔隙度模型的缺陷。同时可行域空间为非线性全局寻优算法提供了数值优化范围。为基于岩石物理方程的孔隙度反演提供了高质量孔隙度初始模型。。
应用示例
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
如图2所示，为岩石实验数据孔隙度与纵波阻抗的交会图，横坐标为纵波阻抗，纵坐标为孔隙度，两者的线性拟合即孔隙度约束关系。通过对实验孔隙度和纵波阻抗的线性拟合得到的孔隙度约束关系，将该约束关系应用到常规地震反演的纵波阻抗中，得到孔隙度初始模型。
如图3所示，为常规地震反演的纵波阻抗，利用图2中建立的孔隙度约束关系，将该纵波阻抗变换到孔隙度初始模型中。
如图4所示，为由图2的孔隙度约束关系将图3所示的地震反演结果变换得到的孔隙度初始模型，作为基于岩石物理方程的孔隙度初始模型。
根据本发明的另一方面，提出了一种孔隙度反演系统，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现以下步骤：
步骤1：根据岩石物理数据获得孔隙度与纵波阻抗的线性约束关系，作为孔隙度约束关系；
步骤2：将所述孔隙度约束关系应用到地震反演弹性参数，建立孔隙度反演初始模型，并确定所述孔隙度反演初始模型的可行域空间；
步骤3：根据所述孔隙度反演初始模型和可行域空间，利用岩石物理方程和非线性全局寻优算法实现孔隙度反演。
综上所述，本发明通过基于岩石物理实验数据建立孔隙度与弹性参数的约束关系，并将该约束关系应用到三维地震数据，建立孔隙度反演过程中所需要的孔隙度模型，解决了地震资料解释中难以获得孔隙度剖面及常规地震孔隙度反演方法在孔隙度初始模型建立方面存在的孔隙度模型精度低、输入数据繁杂及难以适用复杂地质条件，应用受到限制等不足。同时利用岩石物理实验数据建立孔隙度约束关系，然后将该约束关系应用到三维弹性参数数据中，进而在实验数据指导下构建了用于孔隙度反演的孔隙度初始模型及孔隙度可行域空间。在该可行域空间内采用非线性全局寻优算法进行迭代反演，将实验数据建立的孔隙度约束关系加入反演过程作为反演约束，提高了反演的稳定性和精度。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
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。

Claims (10)

1.一种孔隙度反演方法，其特征在于，包括：
1)根据岩石物理数据获得孔隙度与纵波阻抗的线性约束关系，作为孔隙度约束关系；
2)将所述孔隙度约束关系应用到地震反演弹性参数，建立孔隙度反演初始模型，并确定所述孔隙度反演初始模型的可行域空间；
3)根据所述孔隙度反演初始模型和可行域空间，利用岩石物理方程和非线性全局寻优算法实现孔隙度反演。
2.根据权利要求1所述的孔隙度反演方法，其特征在于，通过以下公式表示孔隙度约束关系：
φm＝-4.37e-5·Iρm+0.59 (1)
其中，φm为的孔隙度，Ipm为纵波阻抗，I表示纵波速度，ρm表示岩石密度。
3.根据权利要求1所述的孔隙度反演方法，其特征在于，通过以下公式表示孔隙度反演初始模型：
φmodel＝-4.37e-5·Iρinv+0.59 (2)
其中，φmodel为孔隙度反演初始模型，Iρinv为地震反演获得的纵波阻抗。
4.根据权利要求1所述的孔隙度反演方法，其特征在于，通过如下公式表达可行域空间：
φ∈[(1-ε)φmodel,(1+ε)φmodel] (3)
其中，ε为控制可行域空间大小的系数。
5.根据权利要求4所述的孔隙度反演方法，其特征在于，所述控制可行域空间大小的系数ε值为0.4。
6.一种孔隙度反演系统，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现以下步骤：
步骤1：根据岩石物理数据获得孔隙度与纵波阻抗的线性约束关系，作为孔隙度约束关系；
步骤2：将所述孔隙度约束关系应用到地震反演弹性参数，建立孔隙度反演初始模型，并确定所述孔隙度反演初始模型的可行域空间；
步骤3：根据所述孔隙度反演初始模型和可行域空间，利用岩石物理方程和非线性全局寻优算法实现孔隙度反演。
7.根据权利要求6所述的孔隙度反演系统，其特征在于，通过以下公式表示孔隙度约束关系：
φm＝-4.37e-5·Iρm+0.59 (1)
其中，φm为的孔隙度，Ipm为纵波阻抗，I表示纵波速度，ρm表示岩石密度。
8.根据权利要求6所述的孔隙度反演系统，其特征在于，通过以下公式表示孔隙度反演初始模型：
φmodel＝-4.37e-5·Iρinv+0.59 (2)
其中，φmodel为孔隙度反演初始模型，Iρinv为地震反演获得的纵波阻抗。
9.根据权利要求6所述的孔隙度反演系统，其特征在于，通过如下公式表达可行域空间：
φ∈[(1-ε)φmodel,(1+ε)φmodel] (3)
其中，ε为控制可行域空间大小的系数。
10.根据权利要求6所述的孔隙度反演系统，其特征在于，所述控制可行域空间大小的系数ε值为0.4。
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