CN112925022B - 页岩vti介质各向异性参数的预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种页岩VTI介质各向异性参数的预测方法，针对平行层理方向速度变化范围4440±30m/s的页岩地层，包括以下步骤：开展地层压力条件下岩心样品弹性参数测量，计算各向异性参数和垂直层理方向纵波阻抗；通过统计交会分析，建立纵、横波各向异性参数预测模型；利用AVO属性提取得到零炮检距垂直入射条件反射振幅地震数据体，开展叠后波阻抗反演；将垂直入射条件波阻抗体转换为纵波各向异性参数ε体，将纵波各向异性参数ε体转换为横波各向异性参数γ体，得到页岩VTI介质各向异性参数预测结果。方法原理简单，可大规模推广应用，在页岩储层水平层理密度及可压裂性评价方面发挥重要作用，为页岩油气储层勘探开发提供技术支撑。

Description

页岩VTI介质各向异性参数的预测方法
一、技术领域
本发明涉及页岩油气地震勘探技术领域，尤其是涉及一种页岩VTI介质各向异性参数的预测方法。
二、背景技术
页岩油气作为一种非常规能源，近些年来在国内外受到广泛关注。由于页岩特殊的沉积环境，使得页岩形成之后具有明显的层理结构，其弹性性质呈现典型的VTI介质特征，具有强各向异性。各向异性参数是表征各向异性强弱的重要指标，主要包括纵波各向异性参数ε及横波各向异性参数γ，在评价页岩储层水平层理密度及可压裂性方面发挥重要作用，因此开展VTI介质各向异性参数预测对于页岩油气储层的勘探开发具有重要意义。
现有的VTI介质各向异性参数预测均是基于VTI介质反射系数精确公式或近似表达式，利用叠前道集地震数据，通过开展叠前反演实现。其中，各向异性介质反射系数精确表达式预测精度高，但求解过程繁琐，无法满足页岩油气储层大规模应用需求；各向异性介质反射系数近似表达式数学形式简单物理意义明确，但其在大角度存在误差，而各向异性参数主要对中大角度地震数据敏感，选用近似式会增加各向异性参数预测误差。因此建立一种简单实用、基于叠后波阻抗反演的页岩VTI介质各向异性参数预测方法，对页岩油气储层勘探开发至关重要。
三、发明内容
本发明的目的在于提供了一种页岩VTI介质各向异性参数的预测方法，用来解决现有技术中存在的问题，适用于平行层理方向速度变化范围在14440±30m/s的页岩地层，实现VTI介质各向异性参数预测。
本发明一种页岩VTI介质各向异性参数的预测方法，包括以下步骤：
步骤S1，测量地层压力条件下岩心样品弹性参数，获得垂直层理方向纵波速度Vp(0°)、平行层理方向纵向速度Vp(90°)、垂直层理方向SH横波速度VSH(0°)、平行层理方向SH横波速度VSH(90°)、样品密度ρ参数；
步骤S2，基于样品弹性参数测量结果，计算纵波各向异性参数ε、横波各向异性参数γ和垂直层理方向纵波阻抗AI；
步骤S3，其包括：步骤S3-1、通过统计交会分析，获得纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间的关系；以及步骤S3-2，通过统计交会分析，获得纵波各向异性参数ε与横波各向异性参数γ之间的关系；
步骤S4，获取研究工区叠前地震道集数据，利用AVO属性提取得到零炮检距垂直入射条件反射振幅地震数据体；
步骤S5，基于垂直入射条件反射振幅地震数据体，开展叠后稀疏脉冲反演，获得垂直入射条件波阻抗体；
步骤S6，利用步骤S3-1所建立的各向异性参数预测模型将步骤S5得到的垂直入射条件波阻抗体转换为纵波各向异性参数ε体；
步骤S7，利用步骤S3-2所建立的各向异性参数预测模型将步骤S6得到的纵波各向异性参数ε体转换为横波各向异性参数γ体。
优选地，所述的页岩VTI介质各向异性参数的预测方法，其特征在于，步骤S3-1中，所述纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间的关系为：
ε＝-0.2AI+2.15。
优选地，所述的页岩VTI介质各向异性参数的预测方法，其特征在于，步骤S3-2中，所述纵波各向异性参数ε与横波各向异性参数γ之间的关系为：
γ＝3.2ε2-1.8ε+0.54。
优选地，所述的页岩VTI介质各向异性参数的预测方法，其特征在于，步骤S3-1中，所述纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间的关系为：
ε＝0.018AI2-0.49AI+3.34。
优选地，所述的页岩VTI介质各向异性参数的预测方法，其特征在于，步骤S3-1中，所述纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间的关系为：
ε＝-1.691ln(AI)+4.00。
优选地，所述的页岩VTI介质各向异性参数的预测方法，其特征在于，步骤S3-1中，所述纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间的关系为：
ε＝24.767e-0.499AI。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：针对平行层理方向速度变化范围较小(14440±30m/s)的页岩地层，通过开展基于垂直入射条件的叠后波阻抗反演，同时结合纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间的关系以及纵波各向异性参数ε与横波各向异性参数γ之间的关系，实现了纵、横波各向异性参数准确预测；相较于传统的通过求解VTI介质反射系数精确公式或近似表达式的各向异性参数反演方法，本发明的基于垂直入射条件叠后波阻抗反演的页岩VTI介质各向异性参数预测方法原理简单，容易理解，可大规模推广应用；并且将各向异性参数预测结果与测井计算的各向异性参数对比，两者吻合较好，说明预测结果可靠，可以为页岩储层水平层理密度及可压裂性评价提供数据支撑，对页岩油气储层勘探开发具有重要意义。
四、附图说明
图1是本发明一种页岩VTI介质各向异性参数的预测方法流程示意图；
图2是岩心样品平行层理方向纵波速度Vp(90°)直方图；
图3a是线性形式纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI交会图；
图3b是指数形式纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI交会图；
图3c是对数形式纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI交会图；
图3d是多项式形式纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI交会图；
图4a是线性形式纵波各向异性参数ε与横波各向异性参数γ交会图；
图4b是指数形式纵波各向异性参数ε与横波各向异性参数γ交会图；
图4c是对数形式纵波各向异性参数ε与横波各向异性参数γ交会图；
图4d是多项式形式纵波各向异性参数ε与横波各向异性参数γ交会图；
图5是过A井纵波各向异性参数ε预测结果剖面图；
图6是过A井横波各向异性参数γ预测结果剖面图。
五、具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面将参照本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一种页岩VTI介质各向异性参数的预测方法流程示意图。本发明的方法包括如下步骤：
步骤S1，优选典型页岩岩心样品，开展地层压力条件下弹性参数测量，获得垂直层理方向纵波速度Vp(0°)、平行层理方向纵向速度Vp(90°)、垂直层理方向SH横波速度VSH(0°)、平行层理方向SH横波速度VSH(90°)、样品密度ρ参数。
层理往往可以指岩层中物质的成分、颗粒大小、形状和颜色在垂直方向发生改变时产生的纹理，岩石层之间的分界面可以称为层理面。所述的垂直层理方向指的是垂直于页岩层理方向，平行层理方向指的是平行于页岩层理方向，页岩层理方向指的是页理面延伸方向。
所述的典型页岩岩心样品指的是考虑不同区块、不同有机质成熟度影响，选取能够反映该地区岩石物理特征的页岩岩心样品。
所述的VTI介质指的是具有垂直对称轴的横向各向同性介质。
图2是东部某页岩油气储层考虑不同区块、不同有机质成熟度(1.0-1.6)选取的8块典型页岩岩心样品测量的平行层理方向纵波速度Vp(90°)直方图，横坐标是岩心样品编号，纵坐标是平行层理方向纵波速度Vp(90°)。由图2可以看出，平行层理方向纵波速度Vp(90°)变化范围较小(14440±30m/s)，各向异性强弱主要取决于垂直层理方向纵波速度，这一测量结果是开展后续基于垂直入射条件叠后波阻抗反演的页岩VTI介质各向异性参数预测的基础。
步骤S2，基于步骤S1典型页岩样品弹性参数测量结果，利用以下公式计算各向异性参数和垂直层理方向纵波阻抗AI，各向异性参数主要包括纵波各向异性参数ε及横波各向异性参数γ；
Figure BDA0002920141390000051
Figure BDA0002920141390000052
AI＝Vp(0°)ρ
步骤S3，基于步骤S2计算的典型页岩纵波各向异性参数ε、横波各向异性参数γ和垂直层理方向纵波阻抗AI参数，开展线性、指数、对数、多项式4种统计交会分析方法对比，通过优选，建立纵、横波各向异性参数预测模型。步骤S3包括两部分：步骤S3-1，纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI交会分析；步骤S3-2，纵波各向异性参数ε与横波各向异性参数γ交会分析。
由于平行层理方向纵波速度Vp(90°)变化范围较小(14440±30m/s)，各向异性强弱主要取决于垂直层理方向纵波速度，垂直层理方向纵波速度越低、纵波阻抗越低、各向异性越强，因此可以通过统计分析纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间关系，建立纵波各向异性参数预测模型，并且垂直层理方向纵波阻抗可以通过叠后反演得到，容易实现，具有较好的可操作性。
步骤S3-1：图3a、3b、3c、3d分别给出了东部某页岩油气储层8块典型页岩岩心样品线性、指数、对数、多项式4种纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI统计分析交会图，横坐标是垂直层理方向纵波阻抗AI，纵坐标是纵波各向异性参数ε。由图3可以看出，线性形式方面，纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间的关系式为ε＝-0.2AI+2.15，相关系数为0.985；指数形式方面，纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间的关系式为ε＝24.767e-0.499AI，相关系数为0.978；对数形式方面，纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间的关系式为ε＝-1.691ln(AI)+4.00，相关系数为0.979；多形式形式方面，纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间的关系式为ε＝0.018AI2-0.49AI+3.34，相关系数为0.986。通过对比，线性、指数、对数、多项式4种统计分析方法相关系数相近，均在0.98左右，相关性高，因此优选形式最为简单的线性方程表征纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间的关系。具体公式为：
ε＝-0.2AI+2.15
对于横波各向异性参数预测，传统的做法是通过求解复杂形式的VTI介质反射系数精确公式或近似表达式来实现，本发明的做法是基于步骤S2计算的纵波各向异性参数ε和横波各向异性参数γ，通过统计交会分析，建立横波各向异性参数预测模型。
步骤S3-2：图4a、4b、4c、4d分别给出了东部某页岩油气储层8块典型页岩岩心样品线性、指数、对数、多项式4种纵波各向异性参数ε与横波各向异性参数γ统计分析交会图，横坐标是纵波各向异性参数ε，纵坐标是横波各向异性参数γ。由图4可以看出，线性形式方面，横波各向异性参数γ与纵波各向异性参数ε之间的关系式为γ＝1.195ε-0.046，相关系数为0.832；指数形式方面，横波各向异性参数γ与纵波各向异性参数ε之间的关系式为γ＝0.163e2.256ε，相关系数为0.891；对数形式方面，横波各向异性参数γ与纵波各向异性参数ε之间的关系式为γ＝0.45ln(ε)+0.91，相关系数为0.698；多形式形式方面，横波各向异性参数γ与纵波各向异性参数ε之间的关系式为γ＝3.2ε2-1.8ε+0.54，相关系数为0.962。通过对比，多项式方程相关性最高，相关系数为0.96，说明利用多项式方程最能反映纵波各向异性参数ε与横波各向异性参数γ之间的关系。具体公式为：
γ＝3.2ε2-1.8ε+0.54
通过统计交会分析，分别建立了线性方程形式和多项式方程形式的纵波各向异性参数ε及横波各向异性参数γ预测模型。相较于传统的通过求解复杂VTI介质反射系数精确公式或近似表达式的各向异性参数反演方法，本发明建立的各向异性参数预测模型形式简单，容易实现，具有良好的可行性。
步骤S4，获取研究工区叠前地震道集数据，利用AVO属性提取得到零炮检距垂直入射条件反射振幅地震数据体。
所述的AVO指的是地震反射振幅随偏移距的变化。
步骤S5，基于垂直入射条件反射振幅地震数据体，开展叠后稀疏脉冲反演，获得垂直入射条件波阻抗体。
基于步骤S3建立的纵、横波各向异性参数预测模型，核心部分在于获得垂直层理方向纵波阻抗AI。常规波阻抗反演是基于全叠加地震数据体，通过反演得到常规波阻抗体，由于全叠加地震数据是不同偏移距叠前地震道集相互叠加结果，反演得到纵波阻抗体也会受偏移距影响，不是真正意义上的垂直层理方向纵波阻抗体。为了获得垂直层理方向纵波阻抗体，本发明是利用AVO属性提取得到零炮检距垂直入射条件反射振幅地震数据体，以此消除不同偏移距对地震数据的影响，然后开展叠后稀疏脉冲反演，获得垂直层理方向纵波阻抗体，为各向异性参数预测提供数据支撑。
步骤S6：利用步骤S3所建立的纵波各向异性参数预测模型将步骤S5得到的垂直入射条件纵波阻抗体转换为纵波各向异性参数ε体。
步骤S7：利用步骤S3所建立的横波各向异性参数预测模型将步骤S6得到的纵波各向异性参数ε体转换为横波各向异性参数γ体，实现纵波各向异性参数ε和横波各向异性参数γ预测。
为了验证该方法预测VTI介质各向异性参数的准确性，选取东部某页岩油气储层的实际地震工区的A井进行测试，A井为后验井，图5和图6分别是过A井纵波各向异性参数ε预测结果和横波各向异性参数γ预测结果，纵坐标为地震反射时间，横坐标是地震数据线道号，A井显示的灰度范围为基于密度和声波时差测井曲线，利用步骤S3建立的纵、横波各向异性参数模型计算的各向异性参数，其余的区域为预测的纵、横波各向异性参数。由图5和图6可以看出，纵、横波各向异性参数预测结果和基于测井曲线计算的纵、横波各向异性参数变化趋势一致，吻合较好，说明各向异性参数预测结果可靠，证实了本发明提出的VTI介质各向异性参数预测方法的可行性和准确性，同时避免了求解传统复杂形式的VTI介质反射系数精确公式或近似表达式，能够满足页岩油气储层大规模应用需求。

Claims (6)

1.一种页岩VTI介质各向异性参数的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，测量地层压力条件下岩心样品弹性参数，获得垂直层理方向纵波速度Vp(0°)、平行层理方向纵向速度Vp(90°)、垂直层理方向SH横波速度VSH(0°)、平行层理方向SH横波速度VSH(90°)、样品密度ρ参数；
步骤S2，基于样品弹性参数测量结果，计算纵波各向异性参数ε、横波各向异性参数γ和垂直层理方向纵波阻抗AI；
步骤S3，其包括：步骤S3-1、通过统计交会分析，获得纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间的关系；以及步骤S3-2，通过统计交会分析，获得纵波各向异性参数ε与横波各向异性参数γ之间的关系；
步骤S4，获取研究工区叠前地震道集数据，利用AVO属性提取得到零炮检距垂直入射条件反射振幅地震数据体；
步骤S5，基于垂直入射条件反射振幅地震数据体，开展叠后稀疏脉冲反演，获得垂直入射条件波阻抗体；
步骤S6，利用步骤S3-1所建立的各向异性参数预测模型将步骤S5得到的垂直入射条件波阻抗体转换为纵波各向异性参数ε体；
步骤S7，利用步骤S3-2所建立的各向异性参数预测模型将步骤S6得到的纵波各向异性参数ε体转换为横波各向异性参数γ体。
2.根据权利要求1所述的页岩VTI介质各向异性参数的预测方法，其特征在于，步骤S3-1中，所述纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间的关系为：
ε＝-0.2AI+2.15。
3.根据权利要求1所述的页岩VTI介质各向异性参数的预测方法，其特征在于，步骤S3-2中，所述纵波各向异性参数ε与横波各向异性参数γ之间的关系为：
γ＝3.2ε2-1.8ε+0.54。
4.根据权利要求1所述的页岩VTI介质各向异性参数的预测方法，其特征在于，步骤S3-1中，所述纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间的关系为：
ε＝0.018AI2-0.49AI+3.34。
5.根据权利要求1所述的页岩VTI介质各向异性参数的预测方法，其特征在于，步骤S3-1中，所述纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间的关系为：
ε＝-1.691ln(AI)+4.00。
6.根据权利要求1所述的页岩VTI介质各向异性参数的预测方法，其特征在于，步骤S3-1中，所述纵波各向异性参数ε与垂直层理方向纵波阻抗AI之间的关系为：
ε＝24.767e-0.499AI。
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