CN117238393A - 一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法和装置。所述方法包括，获取赋存水合物的沉积物、水合物、水合物包裹体及包裹体中甲烷和水的设定物理属性参数；根据物理属性参数，确定包裹体的复弹性模量、孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量、水合物的干颗粒骨架的有效复弹性模量及沉积物的有效复干燥弹性模量，得到弹性模量组；利用Biot‑Stoll模型修正弹性模量组中各弹性模量；根据修正后的弹性模量组，确定沉积物的设定声学特征参数，得到沉积物声学特征参数岩石物理模型。能够对赋存水合物的沉积物的声学特征进行合理模拟，且消除了孔隙流体的惯性运动造成的衰减及未固结颗粒的摩擦损失的影响。
Description
技术领域
本发明涉及水合物和声学技术领域，特别涉及一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法和装置。
背景技术
天然气水合物作为未来潜在能源，具有分布广泛、埋藏浅、资源量大、能量密度高、洁净等特点，储量巨大，是潜在的接替清洁能源。据统计，全球水合物资源量约为所有其他化石能源总和的2倍。
天然气水合物多以以下几种形式赋存于沉积层中：一是以分散状胶结尚未固结的泥质沉积物颗粒；二是以结核状、团块状或薄层状的集合体形式赋存于沉积物中；三是以细脉状、网脉状充填于沉积物的裂隙之中。相对于其他地质矿产来说，目前天然气水合物的分析测试技术还不成熟，比如，开展原位条件下的岩石物理实验受到样品代表性的制约，开展天然气水合物岩电实验存在困难。首先，天然气水合物往往分布在海底固结程度不好的浅层沉积物中，亦或冻土层那种固体含水合物岩石中，在常温常压下易分解，这就使得含天然气水合物岩心的完整性难以保证；其次，天然气水合物是固体矿产，与油气具有不同的物理状态，这使得油气物理实验设备不能直接用于对含天然气水合物的岩心进行测量，目前虽然有个别实验室做过这方面的尝试，但这些工作只是初步的探索。
目前，大多数与水合物储层声学特性相关的实验研究都是基于静态封闭系统，并获取了比较丰富的实验数据资料。Gei等研究了天然气水合物，游离气体和饱和水的沉积物的声学特性，获得了含水合物沉积物的波速；Winters等通过实验研究了甲烷水合物和冰对不同粒径沉积物的声波速度的影响，以及不同水合物形成对声学特性的影响；Duchkov等设计并建造了用于在实验室条件下模拟含水合物生成的人造样品和在不同温度和压力下测量其声学特性(波速，吸收和衰减)的设备，并测量含甲烷水合物的样品。Priest等使用了″过量气″和″过量水″方法在砂子中生成水合物，并使用共振柱获取了含水合物沉积物纵横波速变化。胡高伟等研究了沉积物中甲烷水合物形成过程中水合物饱和度和纵横波声速变化特征。
发明内容
发明人发现，现有技术针对甲烷流体运移条件下的沉积物中水合物生成实验和相应的声学特征研究，一般为模拟海底渗漏体系的甲烷运移研究，而气体运移条件下水合物生成实验较难实现，实验技术难度较大，该方面数值模拟研究还未有先例。为了至少部分地解决现有技术存在的技术问题，发明人做出本发明，通过具体实施方式，提供一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法和装置，能够对赋存水合物的沉积物的声学特征进行合理模拟，且消除了孔隙流体的惯性运动造成的衰减及未固结颗粒的摩擦损失的影响。
第一方面，本发明实施例提供一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法，包括：
获取赋存水合物的沉积物、水合物、水合物包裹体及包裹体中甲烷和水的设定物理属性参数；
根据所述物理属性参数，确定包裹体的复弹性模量、孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量、水合物的干颗粒骨架的有效复弹性模量及沉积物的有效复干燥弹性模量，得到弹性模量组；
利用Biot-Stoll模型修正所述弹性模量组中各弹性模量；
根据修正后的弹性模量组，确定沉积物的设定声学特征参数，得到包含所述物理属性参数和沉积物的设定声学特征参数的岩石物理模型。
第二方面，本发明实施例提供一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟装置，包括：
数据获取模块，用于获取赋存水合物的沉积物、水合物、水合物包裹体及包裹体中甲烷和水的设定物理属性参数；
弹性模量组确定模块，用于根据所述物理属性参数，确定包裹体的复弹性模量、孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量、水合物的干颗粒骨架的有效复弹性模量及沉积物的有效复干燥弹性模量，得到弹性模量组；
弹性模量组优化模块，用于利用Biot-Stoll模型修正所述弹性模量组中各弹性模量；
声学特征数值模拟模块；用于根据修正后的弹性模量组，确定沉积物的设定声学特征参数，得到包含所述物理属性参数和沉积物的设定声学特征参数的岩石物理模型。
第三方面，本发明实施例提供一种具备数值模拟功能的计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其中，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法。
本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
(1)本发明实施例提供的赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法，获取赋存水合物的沉积物、水合物、水合物包裹体及包裹体中甲烷和水的设定物理属性参数；根据物理属性参数，确定包裹体的复弹性模量、孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量、水合物的干颗粒骨架的有效复弹性模量及沉积物的有效复干燥弹性模量，得到弹性模量组；利用Biot-Stoll模型修正弹性模量组中各弹性模量；根据修正后的弹性模量组，确定沉积物的设定声学特征参数，得到沉积物声学特征参数岩石物理模型。能够对赋存水合物的沉积物的声学特征进行合理模拟，反映其物性对岩石声学特性的影响规律，为通过声学特征表征研究水合物及其赋存的沉积物的物理特征提供了数学依据。
(2)本发明实施例提供的赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法，利用Biot-Stoll模型修正弹性模量组中各弹性模量，消除了孔隙流体的惯性运动造成的衰减及未固结颗粒的摩擦损失的影响。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中水合物类型示意图；
图2为本发明实施例一中赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法的流程图；
图3为本发明实施例二中赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法的具体实现流程图；
图4为相对于无水合物时，孔隙水合物中P波衰减随频率的变化图；
图5为P波速度随频率的衰减变化图；
图6为孔隙水合物在不同频率的下的P波速度变化规律图；
图7为孔隙水合物在不同饱和度的下的P波速度变化规律图；
图8为支撑型水合物在不同饱和度和黏土含量条件下的纵横波速度变化规律图；
图9为本发明实施例中赋存水合物的沉积物的声学特征模拟装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开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能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
为了解决现有技术中存在的水合物及赋存水合物的沉积物的声学特征模拟困难的问题，本发明实施例提供了一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法和装置，能够对赋存水合物的沉积物的声学特征进行合理模拟。
参照图1所示，沉积物中的天然水合物(海底或陆地永久冻土地区)通常以几种形式存在：
(1)分散水合物在远离颗粒接触的孔隙空间自由生长，称为孔隙填充型水合物；
(2)接触邻近矿物颗粒的水合物，称为支撑型水合物；
(3)矿物颗粒之间形成水合物，称为胶结型水合物。
另外，水合物中往往具有包裹体，包裹体通常为甲烷或水。
本发明实施例基于以下假设构建岩石物理模型：
(1)水合物中的流体包裹体影响液固相间的水合物和干/饱和沉积物的弹性模量。孔隙流体饱和度和水合物密度与水合物中流体包裹物的浓度无关。
(2)水合物在孔隙空间中均匀分布。
(3)流体包裹体在水合物中均匀分布，且与孔隙相连。
(4)主要考虑孔隙填充和胶结型水合物。
实施例一
本发明实施例一提供一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：
步骤S11：获取赋存水合物的沉积物、水合物、水合物包裹体及包裹体中甲烷和水的设定物理属性参数。
可以是，利用Genuchten毛细管压力模型计算非饱和多孔介质有效应力，由各相压力计算水和甲烷的物理属性，例如密度、体积模量和泊松比等。
具体设定物理属性参数，以后续各弹性模量的确定所依据的物理属性参数为准。
步骤S12：根据物理属性参数，确定包裹体的复弹性模量、孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量、水合物的干颗粒骨架的有效复弹性模量及沉积物的有效复干燥弹性模量，得到弹性模量组。
具体的，通过Kuster方法确定包裹体的复弹性模量，利用修正的哈辛-施特里克曼-赫兹-明林理论确定孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量，利用Reuss平均法确定水合物(胶结型和孔隙填充型水合物)的干颗粒骨架的有效复弹性模量，利用Kuster-Toksoz原理确定沉积物的有效复干燥弹性模量。
1、包裹体的复弹性模量确定。
包裹体指水合物中甲烷和水包裹体。这里的水合物指各种类型的水合物。
利用Johnston模型校正水合物包裹体中纵横比波动传播引起的应力产生的亚微喷射流影响，通过Kuster方法计算水合物包裹体的体积和剪切模量。
根据沉积物的孔隙度、沉积物在不赋存水合物状态下的孔隙度、水合物及其包裹体中甲烷和水的饱和度、体积模量、包裹体的浓度、体积百分数、纵横比和粘度及水合物的声波频率，确定包裹体的复体积模量；根据水合物的声波频率和包裹体的粘度，确定包裹体的复剪切模量。
进一步的，通过下述公式(1)确定包裹体的复剪切模量G′{iCH4,iW}：
G′{iCH4,iW}＝i2πfμ{iCH4,iW} (1)
公式(1)中，i代表虚部，认为包裹体复剪切模量的实部为零，f为水合物的声波频率，μ{iCH4,iW}为包裹体的粘度。
通过下述公式(2)确定包裹体的复体积模量K′{iCH4,iW}：
K′{iCH4,iW}＝K1{iCH4,iW}+i2πfKHτ{iCH4,iW} (2)
公式(2)中，K1{iCH4,iW}为亚微喷射流模型中甲烷和水包裹体复体积模量的实部，KH为水合物的体积模量，τ{iCH4,iW}为包裹体的弛豫时间。
包裹体复体积模量实部K1{iCH4,iW}的确定，可以包括，根据沉积物在不赋存水合物状态下的孔隙度、水合物及其包裹体中甲烷和水的饱和度、包裹体的浓度和体积百分数、包裹体及包裹体中甲烷和水的体积模量，确定包裹体复体积模量的实部。
进一步的，通过下述公式(3)确定包裹体复体积模量的实部K1{iCH4,iW}：
公式(3)中，φ0为沉积物在不赋存水合物状态下的孔隙度，SH、SCH4和SW分别为水合物及其包裹体中甲烷和水在孔隙中的饱和度，Ci为水合物中包裹体的浓度，f{iCH4,iW}为水合物中包裹体的体积百分数，具体为占水合物的体积百分数，K{iCH4,iW}、KCH4和KW分别为包裹体及包裹体中甲烷和水的体积模量。
包裹体复体积模量的虚部的确定，包括：
(1)根据沉积物的孔隙度及沉积物不赋存水合物状态下的孔隙度、水合物的饱和度、包裹体的浓度和体积百分数，确定水合物中包裹体与孔隙的体积比。
通过下述公式(4)确定水合物中包裹体与孔隙的体积比ε{iCH4,iW}：
公式(4)中，φ0为沉积物在不赋存水合物状态下的孔隙度。
(2)根据包裹体的纵横比和粘度、水合物中包裹体与孔隙的体积比和包裹体复体积模量的实部，确定包裹体的弛豫时间。
通过下述公式(5)确定包裹体的弛豫时间τ{iCH4,iW}：
公式(5)中，α{iCH4,iW}为包裹体的纵横比。
(3)根据包裹体的弛豫时间、水合物的体积模量和水合物的声波频率，确定包裹体复体积模量的虚部。
通过下述公式(6)确定包裹体复体积模量的虚部K2{iCH4,iW}：
K2{iCH4,iW}＝2πfKHτ{iCH4,iW} (6)
公式(6)中，f为水合物的声波频率，KH为水合物的体积模量。
包裹体复体积模量的实部和虚部都确定后，便可构成包裹体复体积模量。
2、孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量确定。
通过下述公式(7)分别确定孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效体积模量KdryPF和有效剪切模量GdryPF：
公式(7)中，n、φc、P*、νs和Gs分别为孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的固体颗粒配位数、孔隙度(将水合物近似成等球体，等球体的随机致密骨架孔隙度)、有效压力、泊松比和体积模量。有效体积模量KdryPF和有效剪切模量 GdryPF即为Hertz-Mindlin体积模量和剪切模量。
3、水合物的干颗粒骨架的有效复弹性模量确定。
这里的水合物指孔隙充填型和胶结型水合物的总体。
通过下述公式(8)分别确定水合物干颗粒骨架的仅考虑亚微喷射流的有效复体积模量K′dry和有效复剪切模量G′dry：
公式(8)中，cPF为沉积物孔隙中的水合物浓度，K′dryC和G′dryC分别为胶结型水合物的干颗粒骨架的有效体积模量和有效剪切模量。
4、沉积物的有效复干燥弹性模量确定。
根据物理属性参数，利用Kuster-Toksoz原理计算具有微挤喷流的含水合物沉积物的有效复干燥弹性模量。
步骤S13：利用Biot-Stoll模型修正弹性模量组中各弹性模量。
引入Biot-Stoll模型，修正经典的Biot孔隙流体的惯性运动造成的衰减及未固结的海洋沉积物的全局摩擦损失，完成对上述步骤确定的各弹性模量的修正。
步骤S14：根据修正后的弹性模量组，确定沉积物的设定声学特征参数，得到包含物理属性参数和沉积物的设定声学特征参数的岩石物理模型。
设定声学特征参数，包括声波速度和/或声波能量衰减。
针对不同胶结类型、物性的水合物，以上述理论为依据，分别建立针对不同胶结方式的理论岩石物理模型；分别计算不同黏土含量、物性及饱和度对应的声速和衰减，尤其是与频率的关系，分析控制声速和声波衰减的主要因素及变化规律；分别开展不同胶结方式即不同物性对岩石声速和衰减的影响，以此为依据进行声波测井信号的分析与处理。
本发明实施例一提供的赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法，获取赋存水合物的沉积物、水合物、水合物包裹体及包裹体中甲烷和水的设定物理属性参数；根据物理属性参数，确定包裹体的复弹性模量、孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量、水合物的干颗粒骨架的有效复弹性模量及沉积物的有效复干燥弹性模量，得到弹性模量组；利用Biot-Stoll模型修正弹性模量组中各弹性模量；根据修正后的弹性模量组，确定沉积物的设定声学特征参数，得到沉积物声学特征参数岩石物理模型。能够对赋存水合物的沉积物的声学特征进行合理模拟，反映其物性对岩石声学特性的影响规律。明确了声波强衰减机制是水合物和骨架颗粒之间的挤喷流作用，为利用声波测井信息直接进行水合物饱和度解释，及声速和衰减联合判识水合物藏提供了重要理论依据和方向。
利用Biot-Stoll模型修正弹性模量组中各弹性模量，消除了孔隙流体的惯性运动造成的衰减及未固结颗粒的摩擦损失的影响。
在一些实施例中，还可以包括，修正甲烷的等温和准平稳体积模量，得到甲烷非等温动态复体积模量；得到包含甲烷非等温动态复体积模量的弹性模量组。
本实施例提出了一个可以考虑粘性的稀释气液混合物中振荡气泡的非等温动态体模量模型，该模型考虑了由远离气泡的压力变化引起的粘性、热和 Biot频率相关的阻尼。该模型恢复了低频下的等温准静止体积模量，并在高频下给出了趋于负无穷大的体积模量。
甲烷非等温动态复体积模量K′CH4通过下述公式(9)确定：
公式(9)中，a为稀释气液混合物中振荡气泡的直径，f为水合物的声波频率，φ为沉积物的孔隙度，ρ为沉积物密度，ρFp为流体相包裹体(包括甲烷和水)的密度，i表示虚部，μW为水的粘度，KCH4为甲烷的体积模量。
公式(9)中的中间参数ρFp通过下述公式(10)确定：
公式(10)中，φ0为沉积物在不赋存水合物状态下的孔隙度，SCH4和SW分别为水合物包裹体中甲烷、水在孔隙中的饱和度，ρCH4和ρW分别为水合物包裹体中甲烷、水的密度。
公式(9)中的中间参数ρ′12通过下述公式(11)确定：
公式(11)中，t为沉积物迂曲度，k为水合物的本征渗透率， k通过下述公式(12)确定：
公式(12)中，cPF为孔隙中的水合物浓度，k0为沉积物在不赋存水合物状态下的固有渗透率，nkPF为本征渗透率随孔隙充填型水合物的控制指数，nkC为本征渗透率随胶结型水合物的控制指数。
公式(9)中的中间参数nth为复多元指数，通过下述公式(13)确定：
公式(13)中，C为常熟，pCH4和νCH4分别为甲烷的压力和泊松比，dp为水合物干颗粒骨架的颗粒半径，kthCH4为甲烷导热系数。
实施例二
本发明实施例二提供一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法的具体应用。参照图3所示：
输入水合物等的设定物理属性参数，首先，考虑亚微喷射流下的水合物干颗粒骨架的复体积和剪切模量，并将其引入Eccer等公式中，获得胶结和孔隙充填型的水合物沉积物的复干燥弹性模量。
其次，计算甲烷气体的非等温频率相关的复体积模量，修正由于气泡阻尼引起的能量损失。
再次，计算孔隙流体和固相的有效复模量。在Ecker的假设中：孔隙型水合物作为孔隙流体的一部分处理，不改变干燥估计颗粒的弹性模量，而仅是改变孔隙流体的体积模量。因此，由于亚微喷射流和气泡阻尼分别产生复杂的具有频率依赖性的水合物和气体，因此，孔隙流体的有效体积模量也具有频率依赖性。由于胶结水合物中的亚微喷射流量，固相的有效体积和剪切模量也可能与频率有关。
然后，根据前文提到的岩石物理模型，通过假设喷射流机制的叠加，计算了含水合物沉积物的最终的有效复干燥弹性模量。这意味着将亚微喷射流引起的有效复干燥模量的虚部添加到了微喷射流引起的虚部中。
最后，向Biot-Stoll孔隙弹性模型中引入孔隙流体(水、气体和孔隙水合物)和固相(沉积物颗粒和水合物)，得到有效的复干燥体模量，以计算P和S 波速度和衰减，研究其衰减规律。
参见图4所示，为相对于无水合物时，孔隙水合物中P波衰减随频率的变化图，图5为P波速度随频率的衰减变化图，图6为孔隙水合物在不同频率的下的P波速度变化规律图，图7为孔隙水合物在不同饱和度的下的P波速度变化规律，图8为支撑型水合物在不同饱和度和黏土含量条件下的纵横波速度变化规律图。
基于本发明的发明构思，本发明实施例还提供一种沥青含量与分布的确定装置，该装置的结构如图9所示，包括：
数据获取模块91，用于获取赋存水合物的沉积物、水合物、水合物包裹体及包裹体中甲烷和水的设定物理属性参数；
弹性模量组确定模块92，用于根据所述物理属性参数，确定包裹体的复弹性模量、孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量、水合物的干颗粒骨架的有效复弹性模量及沉积物的有效复干燥弹性模量，得到弹性模量组；
弹性模量组优化模块93，用于利用Biot-Stoll模型修正所述弹性模量组中各弹性模量；
声学特征数值模拟模块94；用于根据修正后的弹性模量组，确定沉积物的设定声学特征参数，得到包含所述物理属性参数和沉积物的设定声学特征参数的岩石物理模型。
在一些实施例中，上述装置还包括，甲烷非等温动态复体积模量确定模块 95，用于修正甲烷的等温和准平稳体积模量，得到甲烷非等温动态复体积模量；弹性模量组确定模块92，用于得到包含甲烷非等温动态复体积模量的弹性模量组。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
基于本发明的发明构思，本发明实施例还提供一种具备数值模拟功能的计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其中，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法。
除非另外具体陈述，术语比如处理、计算、运算、确定、显示等等可以指一个或更多个处理或者计算系统、或类似设备的动作和/或过程，所述动作和/ 或过程将表示为处理系统的寄存器或存储器内的物理(如电子)量的数据操作和转换成为类似地表示为处理系统的存储器、寄存器或者其他此类信息存储、发射或者显示设备内的物理量的其他数据。信息和信号可以使用多种不同的技术和方法中的任何一种来表示。例如，在贯穿上面的描述中提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以用电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或者其任意组合来表示。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
结合本文的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM 存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM 或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质连接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。该ASIC可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。
对于软件实现，本申请中描述的技术可用执行本申请所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段以通信方式耦合到处理器，这些都是本领域中所公知的。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语″包含″，该词的涵盖方式类似于术语″包括″，就如同″包括，″在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语″或者″是要表示″非排它性的或者″。
Claims (14)
1.一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法，其特征在于，包括：
获取赋存水合物的沉积物、水合物、水合物包裹体及包裹体中甲烷和水的设定物理属性参数；
根据所述物理属性参数，确定包裹体的复弹性模量、孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量、水合物的干颗粒骨架的有效复弹性模量及沉积物的有效复干燥弹性模量，得到弹性模量组；
利用Biot-Stoll模型修正所述弹性模量组中各弹性模量；
根据修正后的弹性模量组，确定沉积物的设定声学特征参数，得到包含所述物理属性参数和沉积物的设定声学特征参数的岩石物理模型。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述物理属性参数，确定包裹体的复弹性模量，具体包括：
根据所述沉积物的孔隙度、沉积物在不赋存水合物状态下的孔隙度、水合物及其包裹体中甲烷和水的饱和度、体积模量、包裹体的浓度、体积百分数、纵横比和粘度及水合物的声波频率，确定包裹体的复体积模量；
根据水合物的声波频率和包裹体的粘度，确定包裹体的复剪切模量。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定包裹体的复剪切模量，具体包括：
通过下述公式(1)确定包裹体的复剪切模量G′{iCH4,iW}：
G′{iCH4,iW}＝i2πfμ{iCH4,iW} (1)
公式(1)中，i代表虚部，f为水合物的声波频率，μ{iCH4,iW}为包裹体的粘度。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述沉积物的孔隙度、沉积物在不赋存水合物状态下的孔隙度、水合物及其包裹体中甲烷和水的饱和度、体积模量、包裹体的浓度、体积百分数、纵横比和粘度及水合物的声波频率，确定包裹体的复体积模量，具体包括：
根据所述沉积物在不赋存水合物状态下的孔隙度、水合物及其包裹体中甲烷和水的饱和度、包裹体的浓度和体积百分数、包裹体及包裹体中甲烷和水的体积模量，确定包裹体复体积模量的实部；
根据所述沉积物的孔隙度及所述沉积物不赋存水合物状态下的孔隙度、水合物的饱和度、包裹体的浓度和体积百分数，确定水合物中包裹体与孔隙的体积比；
根据包裹体的纵横比和粘度、水合物中包裹体与孔隙的体积比和包裹体复体积模量的实部，确定包裹体的弛豫时间；
根据包裹体的弛豫时间、水合物的体积模量和水合物的声波频率，确定包裹体复体积模量的虚部；
由包裹体复体积模量的实部和虚部，构成包裹体的复体积模量。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述沉积物在不赋存水合物状态下的孔隙度、水合物及其包裹体中甲烷和水的饱和度、包裹体的浓度和体积百分数、包裹体及包裹体中甲烷和水的体积模量，确定包裹体复体积模量的实部，具体包括：
通过下述公式(2)确定包裹体复体积模量的实部K1{iCH4,iW}：
公式(2)中，φ0为所述沉积物在不赋存水合物状态下的孔隙度，SH、SCH4和SW分别为水合物及其包裹体中甲烷和水的饱和度，Ci为包裹体的浓度，f{iCH4,iW}为包裹体的体积百分数，K{iCH4,iW}、KCH4和KW分别为包裹体及包裹体中甲烷和水的体积模量。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述沉积物的孔隙度及所述沉积物不赋存水合物状态下的孔隙度、水合物的饱和度、包裹体的浓度和体积百分数，确定水合物中包裹体与孔隙的体积比，具体包括：
通过下述公式(3)确定水合物中包裹体与孔隙的体积比ε{iCH4,iW}：
公式(3)中，φ0为所述沉积物在不赋存水合物状态下的孔隙度，φ为所述沉积物的孔隙度，SH为水合物的饱和度，Ci为包裹体的浓度，f{iCH4,iW}为包裹体的体积百分数；相应的，
所述根据包裹体的纵横比和粘度、水合物中包裹体与孔隙的体积比和包裹体复体积模量的实部，确定包裹体的弛豫时间，具体包括：
通过下述公式(4)确定包裹体的弛豫时间τ{iCH4,iW}：
公式(4)中，α{iCH4,iW}为包裹体的纵横比，μ{iCH4,iW}为包裹体的粘度，K1{iCH4,iW}为包裹体复体积模量的实部；相应的，
所述根据包裹体的弛豫时间、水合物的体积模量和水合物的声波频率，确定包裹体复体积模量的虚部，具体包括：
通过下述公式(5)确定包裹体复体积模量的虚部K2{iCH4,iW}：
K2{iCH4,iW}＝2πfKHτ{iCH4,iW} (5)
公式(5)中，f为水合物的声波频率，KH为水合物的体积模量。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述物理属性参数，确定孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量，具体包括：
通过下述公式(6)分别确定孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效体积模量KdryPF和有效剪切模量GdryPF：
公式(6)中，n、φc、P*、νs和Gs分别为孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的固体颗粒配位数、孔隙度、有效压力、泊松比和体积模量。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述物理属性参数，确定水合物的干颗粒骨架的有效复弹性模量，具体包括：
通过下述公式(7)分别确定水合物的干颗粒骨架的有效复体积模量K′dry和有效复剪切模量G′dry：
公式(7)中，cPF为沉积物孔隙中的水合物浓度，K′dryC和G′dryC分别为胶结型水合物的干颗粒骨架的有效体积模量和有效剪切模量。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述物理属性参数，确定沉积物的有效复干燥弹性模量，具体包括：
根据所述物理属性参数，利用Kuster-Toksoz原理计算沉积物的有效复干燥弹性模量。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
修正甲烷的等温和准平稳体积模量，得到甲烷非等温动态复体积模量，得到包含甲烷非等温动态复体积模量的弹性模量组。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述修正甲烷的等温和准平稳体积模量，得到甲烷非等温动态复体积模量，具体包括：
由甲烷的等温和准平稳体积模量KCH4，通过下述公式(8)确定甲烷非等温动态复体积模量K′CH4：
公式(8)中，a为稀释气液混合物中振荡气泡的直径，f为水合物的声波频率，φ为所述沉积物的孔隙度，ρFp为包裹体的密度，i表示虚部，μW为水的粘度，ρ为沉积物密度；
公式(8)中的中间参数ρFp通过下述公式(9)确定：
公式(9)中，φ0为所述沉积物在不赋存水合物状态下的孔隙度，SCH4和SW分别为水合物包裹体中甲烷、水的饱和度，ρCH4和ρW分别为水合物包裹体中甲烷、水的密度；
公式(8)中的中间参数ρ′12通过下述公式(10)确定：
公式(10)中，t为所述沉积物迂曲度，k为水合物的本征渗透率，k通过下述公式(11)确定：
公式(11)中，cPF为水合物浓度，k0为所述沉积物在不赋存水合物状态下的渗透率，nkPF为本征渗透率随孔隙充填型水合物的控制指数，nkC为本征渗透率随胶结型水合物的控制指数；
公式(8)中的中间参数nth通过下述公式(12)确定：
公式(12)中，C为常熟，pCH4和vCH4分别为甲烷的压力和泊松比，i表示虚部，dp为水合物干颗粒骨架的颗粒半径，kthCH4为甲烷导热系数。
12.如权利要求1～11中任一项所述的方法，其特征在于，所述设定声学特征参数，包括声波速度和/或声波能量衰减。
13.一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取赋存水合物的沉积物、水合物、水合物包裹体及包裹体中甲烷和水的设定物理属性参数；
弹性模量组确定模块，用于根据所述物理属性参数，确定包裹体的复弹性模量、孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量、水合物的干颗粒骨架的有效复弹性模量及沉积物的有效复干燥弹性模量，得到弹性模量组；
弹性模量组优化模块，用于利用Biot-Stoll模型修正所述弹性模量组中各弹性模量；
声学特征数值模拟模块；用于根据修正后的弹性模量组，确定沉积物的设定声学特征参数，得到包含所述物理属性参数和沉积物的设定声学特征参数的岩石物理模型。
14.一种具备数值模拟功能的计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1～12任一项所述的赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法。
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