CN112649861A - 裂缝储层岩石物理建模方法及系统 - Google Patents

裂缝储层岩石物理建模方法及系统 Download PDF

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CN112649861A CN201910968658.4A CN201910968658A CN112649861A CN 112649861 A CN112649861 A CN 112649861A CN 201910968658 A CN201910968658 A CN 201910968658A CN 112649861 A CN112649861 A CN 112649861A
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Abstract

公开了一种裂缝储层岩石物理建模方法及系统。该方法可以包括：通过各向同性基质建模，建立背景介质岩石体；在背景介质岩石体嵌入垂直发育的裂缝，构建TI介质模型；针对TI介质模型的等效岩性进行各向异性流体替换，混入不同油气水比例的孔隙，获得最终的裂缝储层岩石物理模型。本发明通过建立双层介质模型，改变裂缝储层相关油藏参数，分析不同情况下的AVO响应规律，对裂缝型油气藏进行定性描述得出变化规律，反射系数方位各向异性特点对裂缝方位预测有重要意义。

Description

裂缝储层岩石物理建模方法及系统
技术领域
本发明涉及地球物理勘探领域，更具体地，涉及一种裂缝储层岩石物理建模方法及系统。
背景技术
岩石物理建模技术包含等效介质理论、孔隙弹性理论，等效介质理论分为不考虑几何形态影响的等效介质理论(通常所指的界限模型)和考虑几何形态的岩石物理模型。不考虑几何细节影响的界限模型的发展较为提前，包括Voight和Reuss提出的V-R界限，Hashin与Shtrikman给出的H-S界限，Hill求取平均数给出V-R-H模量。后续又发展出了考虑几何细节影响的各向同性等效介质模型SCA，微分等效介质模型DEM模型和Backus平均理论。裂缝等效介质理论硏究的发展是建立在材料科学基础上的，Hudson提出单套扁圆币状裂缝理论用于研究TI介质Schoenberg提出了广泛适用的线性滑动理论。现有技术只能通过岩石物理模型构建地震参数(振幅、相位信息等)和弹性参数(泊松比，杨氏模量等)之间的联系，不能直接推广到裂缝信息(裂缝密度，裂缝内流体类型等)，并且假设为各向同性介质建模。因此，有必要开发一种裂缝储层岩石物理建模方法及系统。
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
本发明提出了一种裂缝储层岩石物理建模方法及系统，其能够通过建立双层介质模型研究页岩储层和碳酸盐岩储层特性，通过改变裂缝储层相关油藏参数，分析不同情况下的AVO响应规律，对裂缝型油气藏进行定性描述得出变化规律，反射系数方位各向异性特点对裂缝方位预测有重要意义。
根据本发明的一方面，提出了一种裂缝储层岩石物理建模方法。所述方法可以包括：通过各向同性基质建模，建立背景介质岩石体；根据所述Hudson模型与所述Schoenberg模型，在所述背景介质岩石体嵌入一组垂直发育的裂缝，构建TI介质模型；针对所述TI介质模型的等效岩性进行Brown-Korringa各向异性流体替换，混入不同油气水比例的孔隙，获得最终的裂缝储层岩石物理模型。
优选地，所述Hudson模型的弹性系数矩阵为：
C＝C0+C1+C2 (1)
其中，C0为个各向同性背景介质的弹性刚度系数矩阵，C1，C2分别为一、二阶修正分量，一阶修正量为：
Figure BDA0002231339380000021
二阶修正量为：
Figure BDA0002231339380000031
其中，
Figure BDA0002231339380000032
优选地，所述Schoenberg模型的刚度矩阵为：
Figure BDA0002231339380000033
其中，ΔN为法向柔度，
Figure BDA0002231339380000034
ΔT为切向柔度，
Figure BDA0002231339380000035
优选地，Brown-Korringa模型为：
Figure BDA0002231339380000036
其中，S(dry)、S(sat)、S0分别为干岩石、流体饱和岩石、岩石组成矿物成分的柔度表示形式，bfl、b0分别为岩石孔隙内含有的流体、岩石自身矿物质的可挤压性，f为岩石孔隙度。
优选地，还包括：针对所述最终的裂缝储层岩石物理模型进行地震相应分析，确定裂缝参数随着地震响应参数与裂缝储层参数的变化规律与响应特征。
根据本发明的另一方面，提出了一种裂缝储层岩石物理建模系统，其特征在于，该系统包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：通过各向同性基质建模，建立背景介质岩石体；根据所述Hudson模型与所述Schoenberg模型，在所述背景介质岩石体嵌入一组垂直发育的裂缝，构建TI介质模型；针对所述TI介质模型的等效岩性进行Brown-Korringa各向异性流体替换，混入不同油气水比例的孔隙，获得最终的裂缝储层岩石物理模型。
优选地，所述Hudson模型的弹性系数矩阵为：
C＝C0+C1+C2 (1)
其中，C0为个各向同性背景介质的弹性刚度系数矩阵，C1，C2分别为一、二阶修正分量，一阶修正量为：
Figure BDA0002231339380000041
二阶修正量为：
Figure BDA0002231339380000051
其中，
Figure BDA0002231339380000052
优选地，所述Schoenberg模型的刚度矩阵为：
Figure BDA0002231339380000053
其中，ΔN为法向柔度，
Figure BDA0002231339380000054
ΔT为切向柔度，
Figure BDA0002231339380000055
优选地，Brown-Korringa模型为：
Figure BDA0002231339380000056
其中，S(dry)、S(sat)、S0分别为干岩石、流体饱和岩石、岩石组成矿物成分的柔度表示形式，bfl、b0分别为岩石孔隙内含有的流体、岩石自身矿物质的可挤压性，f为岩石孔隙度。
优选地，还包括：针对所述最终的裂缝储层岩石物理模型进行地震相应分析，确定裂缝参数随着地震响应参数与裂缝储层参数的变化规律与响应特征。
其有益效果在于：相比现有技术只能通过岩石物理模型构建地震参数(振幅、相位信息等)和弹性参数(泊松比，杨氏模量等)之间的联系的不足，本发明能直接推广到裂缝信息(裂缝密度，裂缝内流体类型等)，裂缝储层建模更能够直接的建立裂缝储层参数信息和地震参数之间的直接联系，为后续直接反演裂缝参数信息提供理论依据。
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裂缝储层岩石物理建模方法的步骤的流程图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的建立背景介质岩石体的流程示意图。
图3a和图3b分别示出了根据本发明的一个实施例的Schoenberg线性滑动理论模型的裂缝参数与法向、切向分量之间的变化关系曲线的示意图。
图4a和图4b分别示出了根据本发明的一个实施例的油、气、水对裂缝纵横比与裂缝密度的敏感度的示意图。
图5a、图5b和图5c分别示出了根据本发明的一个实施例的水油混合、水气混合、油气混合的岩石物理参数随裂缝纵横比的变化示意图。
图6a、图6b和图6c分别示出了根据本发明的一个实施例的TI介质相速度随各向异性参数ε、裂缝密度与裂缝纵横比的变化示意图。
图7a、图7b、图7c、图7d、图7e和图7f分别示出了根据本发明的一个实施例的各向异性参数对反射系数的影响示意图。
图8示出了根据本发明的一个实施例的TI储层反射系数的三维立体图。
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裂缝储层岩石物理建模方法的步骤的流程图。
在该实施例中，根据本发明的裂缝储层岩石物理建模方法可以包括：步骤101，通过各向同性基质建模，建立背景介质岩石体；步骤102，根据Hudson模型与Schoenberg模型，在背景介质岩石体嵌入一组垂直发育的裂缝，构建TI介质模型；步骤103，针对TI介质模型的等效岩性进行Brown-Korringa各向异性流体替换，混入不同油气水比例的孔隙，获得最终的裂缝储层岩石物理模型。
在一个示例中，Hudson模型的弹性系数矩阵为：
C＝C0+C1+C2 (1)
其中，C0为个各向同性背景介质的弹性刚度系数矩阵，C1，C2分别为一、二阶修正分量，一阶修正量为：
Figure BDA0002231339380000081
二阶修正量为：
Figure BDA0002231339380000082
其中，
Figure BDA0002231339380000083
在一个示例中，Schoenberg模型的刚度矩阵为：
Figure BDA0002231339380000084
其中，ΔN为法向柔度，
Figure BDA0002231339380000085
ΔT为切向柔度，
Figure BDA0002231339380000086
在一个示例中，Brown-Korringa模型为：
Figure BDA0002231339380000091
其中，S(dry)、S(sat)、S0分别为干岩石、流体饱和岩石、岩石组成矿物成分的柔度表示形式，bfl、b0分别为岩石孔隙内含有的流体、岩石自身矿物质的可挤压性，f为岩石孔隙度。
在一个示例中，还包括：针对最终的裂缝储层岩石物理模型进行地震相应分析，确定裂缝参数随着地震响应参数与裂缝储层参数的变化规律与响应特征。
具体地，根据本发明的裂缝储层岩石物理建模方法可以包括：
通过各向同性基质建模，建立背景介质岩石体：选定背景基质的岩性，假定背景介质是各向同性介质；运用SCA模型迭代计算，针对页岩储层的矿物成分比例特点，设定加入不同的矿物成分黏土、干酪根等；结合微分等效介质模型DEM模型混入不同孔隙度大小的孔隙；通过设定不同水油比例的流体，采用Gassmann方程进行流体替换；计算得到背景基质等效岩石体的弹性模量信息。
SCA模型能够考虑到孔隙形状这一影响因素，能够适用于孔隙度较大的岩石弹性模量的求取。该模型能够充分考虑到内含物之间的相互作用，适用于求取大孔隙度的岩石弹性模量。Berryman给出了更为通用的N相介质的自适应模型迭代公式如下：
Figure BDA0002231339380000092
其中，P、Q为形状因子，KSC与μSC方程是耦合的，需要通过多次迭代的方法来求解等效体的弹性模量值。
微分有效介质模型DEM中，各相内含物加入的顺序会导致有效模量的改变。Berryman建立了关于体积模量K与剪切模量μ的相互耦合的微分方程如下：
Figure BDA0002231339380000101
其中要满足K*(0)＝K1，μ*(0)＝μ1等式中符号K1，μ1分别为1(原始基质)的体积模量和剪切模量；其中K2，μ2分别为2(外来内含物)的体积模量和剪切模量，y的含义为2的体积含量。P和Q为形状因子分量，上标*2代表的是内含物2在基质K*和μ*中的影响因子。
Gassmann方程应用于干岩石到流体饱和岩石之间流体替换环节，可以求得流体饱和岩石的等效弹性参数，并且建立了于纵横波速度之间的联系，方便直接应用和换算：
Figure BDA0002231339380000102
由以上公式，可以计算流体饱和情况下的岩石体等效弹性模量，只需要将上述公式经过转化表达改写，再结合岩石密度与孔隙度关系式
Figure BDA0002231339380000104
便可以得到纵横比速度求取表达式如下：
Figure BDA0002231339380000103
根据Hudson模型与Schoenberg模型，分析背景介质岩石体的裂缝参数与弹性参数之间的相关关系、裂缝参数的变化特点以及裂缝参数对含油气的敏感程度；根据裂缝参数的变化特点，根据Hudson模型与Schoenberg模型，在背景介质岩石体嵌入一组垂直发育的裂缝，构建TI介质模型。
Hudson模型弹性系数矩阵为公式(1)，其一阶修正量为公式(2)，二阶修正量为公式(3)。
Schoenberg模型中假设裂缝面为位移间断，但是界面两侧应力保持连续。线性滑动理论的思想是背景介质和裂缝柔度叠加，表达式为：
S＝S0+ΔS (10)
求逆得到S-1即为弹性刚度矩阵，整合有C＝C0-C0ΔSC0形式。为简化表达，引入无量纲裂缝法向、切向柔度ΔN，ΔT表征裂缝，取值范围0-1，则Schoenberg刚度矩阵为公式(4)。
根据裂缝参数对含油气的敏感程度，针对TI介质模型的等效岩性进行Brown-Korringa各向异性流体替换，混入不同油气水比例的孔隙，获得最终的裂缝储层岩石物理模型。Brown-Korringa模型公式(5)被认为是各向异性流体替换公式，可以用来表示各向异性条件下流体饱和岩石的有效弹性参数同各向异性干岩石有效弹性参数两者之间的必然关系。
针对最终的裂缝储层岩石物理模型进行地震相应分析，确定裂缝参数随着地震响应参数与裂缝储层参数的变化规律与响应特征。
本方法通过建立双层介质模型研究页岩储层和碳酸盐岩储层特性，通过改变裂缝储层相关油藏参数，分析不同情况下的AVO响应规律，对裂缝型油气藏进行定性描述得出变化规律，反射系数方位各向异性特点对裂缝方位预测有重要意义。
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。
图2示出了根据本发明的一个实施例的建立背景介质岩石体的流程示意图。建模流程首先是一个岩石体基质，向其中加入不同岩性组分的颗粒基质成分；然后进行不同水油比例流体替换填充孔隙内结构；再向岩石体中嵌入平行裂缝组；再成分考虑到TI介质特点，进行各向异性流体替换嵌入水油混合的流体。
图3a和图3b分别示出了根据本发明的一个实施例的Schoenberg线性滑动理论模型的裂缝参数与法向、切向分量之间的变化关系曲线的示意图。设定裂缝内填充物为黏土矿物，裂缝参数随裂缝形状呈非线性曲线变化，随裂缝密度呈线性变化。
图4a和图4b分别示出了根据本发明的一个实施例的油、气、水对裂缝纵横比与裂缝密度的敏感度的示意图。可以看出裂缝法向分量ΔN在不同流体类型填充的情况下显示为不同的数值，说明在油气水不同流体填充情况下，ΔN对流体类型有较好的分辨能力。而且随裂缝纵横比以及裂缝密度的变化程度不同。根据这些规律，可以通过裂缝的法向和切向分量来估测流体信息。
图5a、图5b和图5c分别示出了根据本发明的一个实施例的水油混合、水气混合、油气混合的岩石物理参数随裂缝纵横比的变化示意图，其中，箭头指向裂缝纵横比asp增大方向0.001、0.003、0.005、0.007、0.01。可以看出裂缝法向分量ΔN随含水饱和度或含油饱和度的增大而呈现非线性减小变化，气水混合裂缝的减小其实更明显，油水裂缝次之，最后是油气裂缝。说明裂缝内流体不同对裂缝纵横比影响程度较明显，可以运用这一特点很好的区分并指示流体类型。
图6a、图6b和图6c分别示出了根据本发明的一个实施例的TI介质相速度随各向异性参数ε、裂缝密度与裂缝纵横比的变化示意图。图6a可以看出TI各向异性介质中的纵波相速度形状为一个椭圆而非圆形，说明具有椭圆各向异性特点，随着ε的增大速度椭圆形状更加明显，即各向异性特点增强。图6b是对裂缝密度影响的研究，裂缝纵横比选定为0.01，裂缝密度取值依次增大变化，具体数值为0.01、0.03、0.05、0.1、0.2，图中极坐标中的箭头方向代表裂缝密度取值增大的方向，由图可知随着裂缝密度的增大，相速度椭圆各向异性特点逐渐增强。图6c为对裂缝纵横比的影响，裂缝密度为0.01，裂缝纵横比取值从0.001变化到0.02，间隔为0.005变化的四个数值，由图可知随着裂缝纵横比的增大，相速度椭圆各向异性特点逐渐增强，并且从数值大小上分析来看，裂缝密度比裂缝纵横比对相速度各向异性的影响程度更大。
图7a、图7b、图7c、图7d、图7e和图7f分别示出了根据本发明的一个实施例的各向异性参数对反射系数的影响示意图，其中，箭头指向参数取值增大方向，由上到下依次为变化ε、δ、γ取值情况，研究纵波反射系数分别随入射角和方位角的变化影响情况，可以得出反射系数随各向异性参数变化敏感度规律为：对γ变化最敏感，其次为δ，最弱为ε。根据这个规律，应用在AVAZ反演中，可以参考各向异性参数的敏感度情况，在反射系数近似式简化改写提供理论依据。
图8示出了根据本发明的一个实施例的TI储层反射系数的三维立体图。反射系数最大值处，能量速度最强，此时波传播方向与裂缝发育方向平行一致，根据反射系数随方位变化情况，预测TI介质裂缝储层裂缝发育方向。
综上所述，本发明通过建立双层介质模型研究页岩储层和碳酸盐岩储层特性，通过改变裂缝储层相关油藏参数，分析不同情况下的AVO响应规律，对裂缝型油气藏进行定性描述得出变化规律，反射系数方位各向异性特点对裂缝方位预测有重要意义。
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。
根据本发明的实施例，提供了一种裂缝储层岩石物理建模系统，其特征在于，该系统包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：通过各向同性基质建模，建立背景介质岩石体；根据Hudson模型与Schoenberg模型，在背景介质岩石体嵌入一组垂直发育的裂缝，构建TI介质模型；针对TI介质模型的等效岩性进行Brown-Korringa各向异性流体替换，混入不同油气水比例的孔隙，获得最终的裂缝储层岩石物理模型。
在一个示例中，Hudson模型的弹性系数矩阵为：
C＝C0+C1+C2 (1)
其中，C0为个各向同性背景介质的弹性刚度系数矩阵，C1，C2分别为一、二阶修正分量，一阶修正量为：
Figure BDA0002231339380000141
二阶修正量为：
Figure BDA0002231339380000142
其中，
Figure BDA0002231339380000143
在一个示例中，Schoenberg模型的刚度矩阵为：
Figure BDA0002231339380000151
其中，ΔN为法向柔度，
Figure BDA0002231339380000152
ΔT为切向柔度，
Figure BDA0002231339380000153
在一个示例中，Brown-Korringa模型为：
Figure BDA0002231339380000154
其中，S(dry)、S(sat)、S0分别为干岩石、流体饱和岩石、岩石组成矿物成分的柔度表示形式，bfl、b0分别为岩石孔隙内含有的流体、岩石自身矿物质的可挤压性，f为岩石孔隙度。
在一个示例中，还包括：针对最终的裂缝储层岩石物理模型进行地震相应分析，确定裂缝参数随着地震响应参数与裂缝储层参数的变化规律与响应特征。
本系统通过建立双层介质模型研究页岩储层和碳酸盐岩储层特性，通过改变裂缝储层相关油藏参数，分析不同情况下的AVO响应规律，对裂缝型油气藏进行定性描述得出变化规律，反射系数方位各向异性特点对裂缝方位预测有重要意义。
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)

1.一种裂缝储层岩石物理建模方法，其特征在于，包括：
通过各向同性基质建模，建立背景介质岩石体；
根据所述Hudson模型与所述Schoenberg模型，在所述背景介质岩石体嵌入一组垂直发育的裂缝，构建TI介质模型；
针对所述TI介质模型的等效岩性进行Brown-Korringa各向异性流体替换，混入不同油气水比例的孔隙，获得最终的裂缝储层岩石物理模型。
2.根据权利要求1所述的裂缝储层岩石物理建模方法，其中，所述Hudson模型的弹性系数矩阵为：
C＝C0+C1+C2 (1)
其中，C0为个各向同性背景介质的弹性刚度系数矩阵，C1，C2分别为一、二阶修正分量，一阶修正量为：
Figure FDA0002231339370000011
二阶修正量为：
Figure FDA0002231339370000021
其中，
Figure FDA0002231339370000022
3.根据权利要求1所述的裂缝储层岩石物理建模方法，其中，所述Schoenberg模型的刚度矩阵为：
Figure FDA0002231339370000023
其中，ΔN为法向柔度，
Figure FDA0002231339370000024
ΔT为切向柔度，
Figure FDA0002231339370000025
4.根据权利要求1所述的裂缝储层岩石物理建模方法，其中，Brown-Korringa模型为：
Figure FDA0002231339370000026
其中，S(dry)、S(sat)、S0分别为干岩石、流体饱和岩石、岩石组成矿物成分的柔度表示形式，bfl、b0分别为岩石孔隙内含有的流体、岩石自身矿物质的可挤压性，f为岩石孔隙度。
5.根据权利要求1所述的裂缝储层岩石物理建模方法，其中，还包括：
针对所述最终的裂缝储层岩石物理模型进行地震相应分析，确定裂缝参数随着地震响应参数与裂缝储层参数的变化规律与响应特征。
6.一种裂缝储层岩石物理建模系统，其特征在于，该系统包括：
存储器，存储有计算机可执行指令；
处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：
通过各向同性基质建模，建立背景介质岩石体；
根据所述Hudson模型与所述Schoenberg模型，在所述背景介质岩石体嵌入一组垂直发育的裂缝，构建TI介质模型；
针对所述TI介质模型的等效岩性进行Brown-Korringa各向异性流体替换，混入不同油气水比例的孔隙，获得最终的裂缝储层岩石物理模型。
7.根据权利要求6所述的裂缝储层岩石物理建模系统，其中，所述Hudson模型的弹性系数矩阵为：
C＝C0+C1+C2 (1)
其中，C0为个各向同性背景介质的弹性刚度系数矩阵，C1，C2分别为一、二阶修正分量，一阶修正量为：
Figure FDA0002231339370000041
二阶修正量为：
Figure FDA0002231339370000042
其中，
Figure FDA0002231339370000043
8.根据权利要求6所述的裂缝储层岩石物理建模系统，其中，所述Schoenberg模型的刚度矩阵为：
Figure FDA0002231339370000044
其中，ΔN为法向柔度，
Figure FDA0002231339370000051
ΔT为切向柔度，
Figure FDA0002231339370000052
9.根据权利要求6所述的裂缝储层岩石物理建模系统，其中，Brown-Korringa模型为：
Figure FDA0002231339370000053
其中，S(dry)、S(sat)、S0分别为干岩石、流体饱和岩石、岩石组成矿物成分的柔度表示形式，bfl、b0分别为岩石孔隙内含有的流体、岩石自身矿物质的可挤压性，f为岩石孔隙度。
10.根据权利要求6所述的裂缝储层岩石物理建模系统，其中，还包括：
针对所述最终的裂缝储层岩石物理模型进行地震相应分析，确定裂缝参数随着地震响应参数与裂缝储层参数的变化规律与响应特征。
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