CN116148929A - 井震结合上覆地层等效密度估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种井震结合上覆地层等效密度估算方法，包括：步骤1，利用相同工区井旁地震纵波速度和测井纵波速度，建立地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系；步骤2，利用工区测井纵波速度和测井密度，建立测井纵波速度和密度之间的关系；步骤3，利用地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系，对地震纵波速度进行刻度，进而利用测井纵波速度和地层密度之间的关系得到浅部无测井资料的上覆地层等效密度。该方法克服了现有技术难以得到浅部无测井地层密度的困难，可提高上覆地层压力和岩石力学参数求取精度。

Description

井震结合上覆地层等效密度估算方法

技术领域

本发明涉及勘探地球物理和油气田开发数据处理方法领域，特别是涉及到井震结合上覆地层等效密度估算方法。

背景技术

确定地层地应力大和方向可为致密油气油压裂改造基础数据，利用测井资料是估算地应力大小和方向的重要方法之一。其中上覆地层压力是利用测井资料估算地应力大小的重要参数，一般采用地层的测井密度与垂深积分来计算。

CN107121703A公开了《一种基于三维地震资料的页岩气地层的地应力预测方法》，旨在解决页岩气勘探中，由于不能充分利用地震资料属性，无法模拟地层在水平构造作用和地层孔隙受压力双重作用下真实的地层状态，从而无法准确评价低孔低渗页岩气地层真实的应力状态的问题，可以用于指导石油天然气的钻前预测，特别是页岩气的钻前预测及水平井井眼轨迹设计工作。

该发明先采用三维叠前地震资料和测井资料进行叠前弹性参数反演获得页岩气地层的弹性参数；再采用基于三维叠后地震资料和叠加速度数据得到的地震纵波层速度计算地层压力；然后基于三维叠后地震资料和地震层位数据计算页岩气地层的曲率及水平方向的构造应变；最后根据线性各向同性组合弹簧模式，采用弹性参数、地层压力、构造应变等三维数据体计算页岩气地层的最大水平主应力、最小水平主应力及水平应力差。

该发明的具体步骤包括：(1)采用三维叠前地震数据和测井数据进行叠前弹性参数反演，获得杨氏模量数据体和泊松比数据体；(2)采用基于三维叠后地震资料和叠加速度数据得到的地震纵波层速度计算获得地层压力数据体；(3)基于三维叠后地震资料和地震层位数据计算页岩气地层的曲率及水平方向的构造应变；(4)根据Thiercelin M J(1994年)提出的线性各向同性组合弹簧模式，将步骤1求得的杨氏模量数据体和泊松比数据体、步骤2中求得的地层压力数据体、步骤3中求得的水平构造应变数据体分别代入组合弹簧模式中进行计算，求解页岩气地层的最大水平主应力及最小水平主应力；(5)对输出的最大水平主应力和最小水平主应力做中值滤波处理，并可进一步求解页岩气地层水平应力差。

该发明的特点主要表现为：(1)本发明提供的页岩气地层的地应力预测方法，充分考虑页岩气地层低孔低渗状态下垂向所受的地层压力影响，与此同时，综合考虑了页岩气地层受到水平方向构造应力作用而产生的水平构造应变，有效地克服了常规求解地应力时的单一考虑水平构造作用或者单一考虑垂直地层压力作用时求解结果精度不高的缺陷；(2)本发明提供的地应力预测的计算流程中针对页岩气地层受水平构造作用而产生的水平应变差异的计算，采用地震曲率计算得到的水平构造应变大小来进行构造作用力校正计算，摒弃前人通过人为引入水平构造作用系数对地应力计算结果进行粗略校正的方法，摆脱了人为控制的差异性与不准确性，从而提高了地应力预测的精度；(3)本发明综合考虑了水平方向构造作用及垂直方向的地层压力作用，可以获得较为真实的页岩气地层的最大水平主应力和最小水平主应力的三维数据体，并可获得水平应力差三维数据体。

由于大多数井并非从井底到井口采集全井段测井资料，尤其是覆土层井段；因此从地面到测井起始深度位置有较长的密度资料缺失，从而导致难以准确计算地层上覆地层压力。

目前常用的做法是通过有目的性地从井底到井口进行全井段测井、或者根据钻探取样通过统计分析获得浅部地层平均密度值。这种方法虽然较为直接，但绝大多数井因没有施工要求而缺失相关数据，导致难以取得浅部地层的密度值。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供井震结合上覆地层等效密度估算方法。该方法综合利用地震和测井资料，将地震资料的子波全程旅行特点和测井资料纵波速度及密度资料的相关性结合，利用相同地区地震和测井资料，得出测井密度和纵波速度之间、测井纵波速度和地震纵波速度之间的关系，最终求得浅层不同深度等效密度值。

本发明通过如下技术措施来实现：

第一种井震结合上覆地层等效密度估算方法，包括：

步骤1，利用相同工区井旁地震纵波速度和测井纵波速度，建立地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系；

步骤2，利用工区测井纵波速度和测井密度，建立测井纵波速度和密度之间的关系；

步骤3，利用地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系，对地震纵波速度进行刻度，进而利用测井纵波速度和地层密度之间的关系得到浅部无测井资料的上覆地层等效密度。

上述方案进一步包括：

步骤1中，在建立地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系时，根据过井不同深度地层地震纵波速度的变化确定对应测井深度段，按照不同深度段获得对应地层的测井平均速度样本：

其中

为第i层的测井平均纵波速度，V_log(i,j)为第i层段中第j个测井纵波速度；N为第i层段中的等间隔测井数据个数。

所述第i层段中的等间隔测井数据个数N按下式获取：

N＝(Edep_i-Sdep_i)/rlev， (7)

其中Edep_i、Sdep_i分别为第i层段的终止和起始深度，rlev为采样间隔。

在步骤1中，地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系满足线性关系：

V_L＝A*V_S+B

其中V_L为测井纵波速度，V_S为地震纵波速度，A为斜率，B为截距。

步骤2中，建立测井纵波速度和密度之间的关系采用相同工区多口井测井数据来实现，以消除测井系统误差满足地区规律。

步骤3中，首先要对低频地震纵波速度刻度转换为高频测井纵波速度，然后根据测井纵波速度和密度之间的关系得出地震纵波速度对应的密度。

步骤3中，根据地震纵波速度求取的某深度上覆地层等效密度是地层厚度加权密度：

其中ρ_dep为深度dep处的地层加权密度，h_i为第i层段的地层厚度，ρ_i为第i层段的地层密度，K为由地面到深度dep处的不同地震纵波速度层段个数；直接用于计算深度dep处的上覆地层压力。

第二种井震结合上覆地层等效密度估算方法包括：

步骤101，对相同地区深度域三维地震纵波速度数据和测井密度和纵波速度数据进行优选；

步骤102，根据优选出的质量较好测井纵波速度、密度和三维地震纵波速度场数据，根据井位坐标从三维地震纵波速度数据中抽取深度域过井地震纵波速度数据；

步骤103，根据过井点深度域地震纵波速度数据，按照地震纵波层速度变化划分地层层段i，得到每段的地震纵波层速度

然后将对应i层段的测井纵波速度数据求平均值：

其中

为第i层的测井平均纵波速度，V_log(i,j)为第i层段中第j个测井纵波速度值，N为第i层段中的等间隔测井数据个数，最终得到相同层段同时具有地震和测井纵波速度的样本点/>

利用过不同井点地层测井和地震纵波速度样本集合

通过交会图回归分析，得到地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系：

V_L＝A*V_S+B (9)

其中V_L为测井纵波速度，V_S为地震纵波速度，A为斜率，B为截距；

步骤104，采用相同工区多口井测井数据来建立测井纵波速度和密度之间的关系式满足以下形式：

ρ＝A*V^B (10)

其中：ρ为密度(g/cm³),V为速度(ft/us),A,B为常数；

步骤105，求某井垂深dep处的上覆地层等效加权密度。

进一步的，步骤105求某井垂深dep处的上覆地层等效加权密度包括：

首先利用三维深度域地震纵波速度场数据，根据井位坐标、提取过井深度域地震纵波速度数据，得到对应井由地面到垂深dep处的无测井资料的系列层段地震纵波速度V_{si(i＝1,2,3…N)}；然后利用步骤103中得出的刻度关系将地震纵波速度转换为测井纵波速度V_li；再根据步骤104中得出测井纵波速度和密度之间的关系，由V_li得到某井对应垂深处根据地震纵波速度变化划分出的第i层段的地层密度值ρ_i，最后根据式得到厚度加权密度ρ_dep：

其中ρ_dep为深度dep处的地层等效加权密度，h_i为第i层段的地层厚度，ρ_i为第i层段的地层密度，K为由地面到深度dep处的不同地震纵波速度层段个数。

进一步的，在步骤105求某井垂深dep处的上覆地层等效密度过程中，若无法提取过某井深度域地震纵波速度数据，则利用过关键井提取的深度域地震纵波速度资料建立的地震纵波速度随深度的变化关系，通过等深度间隔h内插得到某井由地面到垂深dep处的系列深度dep_{i(i＝1,2,3…N)}对应的地震纵波速度V_{si(i＝1,2,3…N)}；然后利用步骤103中得出的刻度关系将地震纵波速度转换为测井纵波速度V_li，再根据步骤104中得出测井纵波速度和密度之间的关系，得到V_li对应的地层密度值ρ_i，最后据出ρ_dep。

其中ρ_dep为深度dep处的地层等效密度，h为深度间隔，N为由地面到深度dep处被深度间隔h划分出的等份数，ρ_i为第i等份的地层密度。

步骤103中第i层段中的等间隔测井数据个数N的表达式为：

N＝(Edep_i-Sdep_i)/rlev (13)

其中N为第i层段中的等间隔测井数据个数，Edep_i、Sdep_i分别为第i层段的终止和起始深度，rlev为采样间隔。

本发明中的井震结合上覆地层等效密度估算方法，针对因地表浅层缺少密度资料，难以求准上覆地层压力、提高地应力计算精度的难题。综合利用地震和测井资料，将地震资料的子波全程旅行特点和测井资料纵波速度及密度资料的相关性结合，利用相同地区地震和测井资料，得出了测井密度和纵波速度之间、测井纵波速度和地震纵波速度之间的关系，最终求得浅层不同深度密度值。解决了浅表地层密度资料缺失问题，提高了地层上覆压力的计算精度，减少了地应力计算的因上覆地层等效密度不确定而带来的误差。对指导油田压裂开发具有极为重要的意义。

附图说明

图1为本发明的井震结合上覆地层等效密度估算方法的具体实施例的流程图；

图2某过井地震速度数据和测井速度数据实例；

图3某井相同层段测井和地震纵波速度数据样本；

图4某工区不同井相同层段测井和地震纵波速度数据统计关系；

图5某工区测井纵波和密度之间的关系；

图6某工区地震纵波速度随深度的变化；

图7某工区上覆地层等效密度估算实例对比；

图8某工区测井垂深和密度的关系。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

实施例1

基于测井和地震资料的井震结合上覆地层等效密度估算方法包括：

步骤1，利用相同工区井旁地震纵波速度和测井纵波速度，建立地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系；

步骤2，利用工区测井纵波速度和测井密度，建立测井纵波速度和密度之间的关系；

步骤3，利用地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系，对地震纵波速度进行刻度，进而利用测井纵波速度和地层密度之间的关系得到浅部无测井资料的上覆地层等效加权密度。

实施例2

本发明还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，在建立地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系时，根据过井不同深度地层地震纵波速度的变化确定对应测井深度段，按照不同深度段获得对应地层的测井平均速度样本：

其中

为第i层的测井平均纵波速度，V_log(i,j)为第i层段中第j个测井纵波速度；N为第i层段中的等间隔测井数据个数，N＝(Edep_i-Sdep_i)/rlev。

在步骤1中，地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系满足线性关系：

V_L＝A*V_S+B

其中V_L为测井纵波速度，V_S为地震纵波速度，A为斜率，B为截距。

在步骤2中，建立测井纵波速度和密度之间的关系采用相同工区多口井测井数据来实现，以消除测井系统误差满足地区规律。

在步骤3中，首先要对低频地震纵波速度刻度转换为高频测井纵波速度，然后根据测井纵波速度和密度之间的关系得出地震纵波速度对应的密度。

在步骤3中，根据纵波速度求取的某深度地层等效加权密度是地层厚度加权密度：

其中ρ_dep为深度dep处的地层加权密度，h_i为第i层段的地层厚度，ρ_i为第i层段的地层密度，K为由地面到深度dep处的不同地震纵波速度层段个数。

实施例3

如图1所示，图1为本发明的井震结合上覆地层等效密度估算方法的流程图。

在步骤101，对相同地区深度域三维地震速度数据和测井密度和纵波速度数据进行优选。流程进入到步骤102。

在步骤102，根据优选出的质量较好测井纵波速度、密度和三维地震速度场数据，根据井位坐标从三维地震速度数据中抽取深度域过井地震速度数据，流程进入到步骤103。图2为抽取的过井地震速度数据和测井速度数据实例，图2中Vp-Logging为测井纵波点速度，Vp-Seismic是地震纵波层速度。

在步骤103，根据过井点深度域地震速度数据，按照地震层速度变化划分地层层段i，得到每段的地震层速度

然后将对应i层段的测井纵波速度数据求平均值：

其中

为第i层的测井平均纵波速度，V_log(i,j)为第i层段中第j个测井速度值；N为第i层段中的等间隔测井数据个数，N＝(Edep_i-Sdep_i)/rlev。

最终得到相同层段同时具有地震和测井速度的样本点

如图3所示为某井不同层段测井和地震纵波速度数据样本实例。

利用过不同井点地层测井和地震速度样本集合

通过交会图回归分析，得到地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系：

V_L＝A*V_S+B (2)

其中V_L为测井速度，V_S为地震速度，A为斜率，B为截距。

图4为某研究工区利用过4口井得出的测井和地震纵波速度数据统计关系V_L＝1.127*V_S-0.0024，由此确定研究工区测井速度和地震速度之间的转换关系。流程进入到步骤104。

在步骤104，采用相同工区多口井测井数据来建立测井纵波速度和密度之间的关系，以消除测井系统误差、满足地区规律，

图5为利用某工区测井数据建立的测井纵波速度和密度之间的关系式

关系式满足以下形式：

ρ＝A*V^B (3)

其中：ρ为密度(g/cm³),V为速度(ft/us),A,B为常数。

进入步骤105。

在步骤105，求某井垂深dep处的上覆地层等效加权密度，首先利用三维深度域地震速度场数据，根据井位坐标、提取过井深度域地震速度数据，得到对应井由地面到垂深dep处的无测井资料的系列层段地震速度V_{si(i＝1,2,3…N)}。然后利用步骤103中得出的刻度关系将地震速度转换为测井速度V_li；再根据步骤104中得出测井速度和密度之间的关系，由V_li得到某井对应垂深处根据地震纵波速度变化划分出的第i层段的地层密度值ρ_i，最后根据式得到厚度加权密度ρ_dep：

其中ρ_dep为深度dep处的地层等效加权密度，h_i为第i层段的地层厚度，ρ_i为第i层段的地层密度，K为由地面到深度dep处的不同地震速度层段个数。

在步骤105，求某井垂深dep处的上覆地层等效密度，若无法提取过某井深度域地震速度数据，则利用过关键井提取的深度域地震纵波速度资料建立的地震纵波速度随深度的变化关系图6，通过等深度间隔h内插得到某井由地面到垂深dep处的系列深度dep_{i(i＝1,2,3…N)}对应的地震速度V_{si(i＝1,2,3…N)}。然后利用步骤103中得出的刻度关系将地震速度转换为测井速度V_li，再根据步骤104中得出测井速度和密度之间的关系，得到V_li对应的地层密度值ρ_i，最后据出ρ_dep。

其中ρ_dep为深度dep处的地层等效密度，h为深度间隔，N为由地面到深度dep处被深度间隔h划分出的等份数，ρ_i为第i等份的地层密度。

图7为某地区上覆地层等效密度估算实例，图中DEN-V为根据本发明内容由井震数据结合得出的上覆地层某深度单点密度，DEN-D为根据测井段密度数据得出的深度和密度的关系(图8)进行深度外推得出的上覆地层某深度单点密度，由于该关系由中深部地层数据得出，因此得出的上覆地层密度偏大、应为上限值。DENA-V与DENA-D为分别由DEN-V和DEN-D进行深度加权得到的上覆地层等效加权密度。由图7可以看出无论是某深度单点密度还是等效加权密度，由井震结合得出的密度值在浅层都小于由密度外推得出的密度值，且随深度的增加呈非线性变化、直至基本重合。尤其是等效加权密度特征更为明显：DENA-V小于DENA-D、在埋深小于800米浅层处小于DENA-D，且随埋深的增大呈现明显的非线性变化趋势，随深度增加变化梯度逐渐减小、直至与DENA-D重合，表明更符合地层密度随埋深增加的变化规律。

Claims (10)

1.井震结合上覆地层等效密度估算方法，其特征在于包括：

步骤1，利用相同工区井旁地震纵波速度和测井纵波速度，建立地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系；

步骤2，利用工区测井纵波速度和测井密度，建立测井纵波速度和密度之间的关系；

步骤3，利用地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系，对地震纵波速度进行刻度，进而利用测井纵波速度和地层密度之间的关系得到浅部无测井资料的上覆地层等效密度。

2.根据权利要求1所述的井震结合上覆地层等效密度估算方法，其特征在于，

步骤1中，在建立地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系时，根据过井不同深度地层地震纵波速度的变化确定对应测井深度段，按照不同深度段获得对应地层的测井平均速度样本：

其中

为第i层的测井平均纵波速度，V_log(i,j)为第i层段中第j个测井纵波速度；N为第i层段中的等间隔测井数据个数。

3.根据权利要求2所述的井震结合上覆地层等效密度估算方法，其特征在于，在步骤1中，地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系满足线性关系：

V_L＝A*V_S+B

其中V_L为测井纵波速度，V_S为地震纵波速度，A为斜率，B为截距。

4.根据权利要求3所述的井震结合上覆地层等效密度估算方法，其特征在于，所述第i层段中的等间隔测井数据个数N按下式获取：

N＝(Edep_i-Sdep_i)/rlev

其中Edep_i、Sdep_i分别为第i段的终止和起始深度，rlev为采样间隔。

5.根据权利要求1-4任一所述的井震结合上覆地层等效密度估算方法，其特征在于，

步骤2中，建立测井纵波速度和密度之间的关系采用相同工区多口井测井数据来实现，以消除测井系统误差满足地区规律；

步骤3中，首先要对低频地震纵波速度刻度转换为高频测井纵波速度，然后根据测井纵波速度和密度之间的关系得出地震纵波速度对应的密度。

6.根据权利要求5所述的井震结合上覆地层等效密度估算方法，其特征在于，

步骤3中，根据地震纵波速度求取的某深度上覆地层等效密度是地层厚度加权密度：

其中ρ_dep为深度dep处的地层加权密度，h_i为第i层段的地层厚度，ρ_i为第i层段的地层密度，K为由地面到深度dep处的不同地震纵波速度层段个数；直接用于计算深度dep处的上覆地层压力。

7.井震结合上覆地层等效密度估算方法，其特征在于：

步骤101，对相同地区深度域三维地震纵波速度数据和测井密度和纵波速度数据进行优选；

步骤102，根据优选出的质量较好测井纵波速度、密度和三维地震纵波速度场数据，根据井位坐标从三维地震纵波速度数据中抽取深度域过井地震纵波速度数据；

步骤103，根据过井点深度域地震纵波速度数据，按照地震纵波层速度变化划分地层层段i，得到每段的地震纵波层速度

然后将对应i层段的测井纵波速度数据求平均值：

其中

为第i层的测井平均纵波速度，V_log(i,j)为第i层段中第j个测井纵波速度值，N为第i层段中的等间隔测井数据个数，最终得到相同层段同时具有地震和测井纵波速度的样本点/>

利用过不同井点地层测井和地震纵波速度样本集合

通过交会图回归分析，得到地震纵波速度和测井纵波速度之间的转换关系：

V_L＝A*V_S+B (2)

其中V_L为测井纵波速度，V_S为地震纵波速度，A为斜率，B为截距；

步骤104，采用相同工区多口井测井数据来建立测井纵波速度和密度之间的关系式满足以下形式：

ρ＝A*V^B (3)

其中：ρ为密度(g/cm³),V为速度(ft/us),A,B为常数；

步骤105，求某井垂深dep处的上覆地层等效加权密度。

8.根据权利要求7所述的井震结合上覆地层等效密度估算方法，其特征在于，步骤105求某井垂深dep处的上覆地层等效加权密度包括：

首先利用三维深度域地震纵波速度场数据，根据井位坐标、提取过井深度域地震纵波速度数据，得到对应井由地面到垂深dep处的无测井资料的系列层段地震纵波速度V_{si(i＝1，2，3…N)}；然后利用步骤103中得出的刻度关系将地震纵波速度转换为测井纵波速度V_li；再根据步骤104中得出测井纵波速度和密度之间的关系，由V_li得到某井对应垂深处根据地震纵波速度变化划分出的第i层段的地层密度值ρ_i，最后根据式得到厚度加权密度ρ_dep：

其中ρ_dep为深度dep处的地层等效加权密度，h_i为第i层段的地层厚度，ρ_i为第i层段的地层密度，K为由地面到深度dep处的不同地震纵波速度层段个数。

9.根据权利要求7所述的井震结合上覆地层等效密度估算方法，其特征在于，在步骤105求某井垂深dep处的上覆地层等效密度过程中，若无法获得过某井深度域地震纵波速度数据，则采用如下替代方法：

利用过关键井提取的深度域地震纵波速度资料建立的地震纵波速度随深度的变化关系，通过等深度间隔h内插得到某井由地面到垂深dep处的系列深度dep_{i(i＝1,2,3…N)}对应的地震纵波速度V_{si(i＝1,2,3…N)}；然后利用步骤103中得出的刻度关系将地震纵波速度转换为测井纵波速度V_li，再根据步骤104中得出测井纵波速度和密度之间的关系，得到V_li对应的地层密度值ρ_i，最后依据得出ρ_dep。

其中ρ_dep为深度dep处的地层等效密度，h为深度间隔，N为由地面到深度dep处被深度间隔h划分出的等份数，ρ_i为第i等份的地层密度。

10.根据权利要求7所述的井震结合上覆地层等效密度估算方法，其特征在于，步骤103中第i层段中的等间隔测井数据个数N的表达式为：

N＝(Edep_i-Sdep_i)/rlev (6)

其中N为第i层段中的等间隔测井数据个数，Edep_i、Sdep_i分别为第i层段的终止和起始深度，rlev为采样间隔。

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