專利名稱：一種非飽和雙重孔隙介質(zhì)地震波頻散衰減分析方法及裝置的制作方法
一種非飽和雙重孔隙介質(zhì)地震波頻散衰減分析方法及裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是關(guān)于地球物理勘探中的地震巖石物理模型及地震波數(shù)值模擬技術(shù)，特別是關(guān)于一種非飽和雙重孔隙介質(zhì)地震波頻散衰減分析方法及裝置。
背景技術(shù)：
上地殼沉積巖在形成過程中普遍具有一定的孔隙度，隨著距地表深度的增加，在壓實(shí)、固結(jié)與充填作用下，巖石的孔隙度會顯著降低，但是，局部高孔隙度發(fā)育的砂層仍然會為氣態(tài)烴的儲集創(chuàng)造條件。在含水層以下，巖石孔隙中同時飽和氣、水兩相流體的情況非常普遍，因此，有必要深入探索非飽和巖石中的彈性、電阻率、磁性等物理性質(zhì)，為實(shí)際的地球探測與礦產(chǎn)勘查工作提供依據(jù)。近年來，中國天然氣供應(yīng)的需求急劇增加，為滿足人民生產(chǎn)生活的需要，生產(chǎn)部門為天然氣田的勘測與開發(fā)提出了更高的技術(shù)要求，為達(dá)到提高氣層檢測精度、逐步實(shí)現(xiàn)定量識別的目的，開展深入研究以探索含氣、水兩相流體非飽和巖石中的地震波傳播與響應(yīng)規(guī)律的工作勢在必行。
早期針對含流體多孔介質(zhì)中的彈性波傳播規(guī)律的研究，在理論上主要基于宏觀均勻性假設(shè)，近似認(rèn)為流體與固體均勻分布于巖石內(nèi)部的每一個力學(xué)微元中，每一個力學(xué)單元內(nèi)部僅含有一個流體相與一個固體相，而介質(zhì)內(nèi)部的所有力學(xué)微元都是相同的、均一的。 這樣的做法明顯忽略了巖石內(nèi)部的局部非均勻性，在實(shí)際的應(yīng)用中也被發(fā)現(xiàn)明顯低估了地震頻段內(nèi)(幾十到幾百Hz)巖石內(nèi)部的波速頻散與能量衰減現(xiàn)象。
基于宏觀均一的Biot理論，White等人在1975年首次引入了巖石內(nèi)部小尺度非均勻性的概念，考慮了含水巖石內(nèi)部局部分布的氣泡對地震波傳播的影響。在實(shí)際巖石中， 局部氣體集中形成的非浸潤狀態(tài)的氣泡在地震波的擠壓作用下會發(fā)生耗散性的振動，即局部流體流動效應(yīng)。在低頻端，局部流體流動的充分發(fā)生會造成地震波能量的大量損失，并使得巖石變得松弛，而在高頻地震波的激勵下，由于流體在單個振蕩周期內(nèi)不能完成完整的局部蕩動，巖石會呈現(xiàn)出比較“硬”的等效狀態(tài)。Dutta和Sieriff在1979年對White理論進(jìn)行了改進(jìn)，改善了 White理論的低頻預(yù)測結(jié)果與(iassmarm理論零頻極限的吻合狀況。 Shapiro和Mul Ier在1999年調(diào)查了局部流體流動中的流體壓力與巖石參數(shù)的關(guān)系，得出中觀尺度非均勻性誘發(fā)的局部流體流動是導(dǎo)致低頻地震波能量強(qiáng)衰減的主因結(jié)論，2006年， Carcione等的研究顯示，若滲透率下降、流體黏性上升或地層厚度增加，則地震波的衰減與頻散曲線有向低頻段移動的趨勢。
聶建新等人在2004年基于同時包含Biot摩擦機(jī)制與噴射流機(jī)制的非飽和多孔隙BISQ模型，利用小生境遺傳算法實(shí)現(xiàn)了儲層參數(shù)(孔隙度、滲透率、含氣飽和度等)的反演。劉炯等人在2009年用孔隙介質(zhì)力學(xué)的方法，研究了嵌入有球狀氣泡的含水巖石模型中的地震波傳播規(guī)律。聶建新、楊頂輝與巴晶在2010年借鑒等效介質(zhì)的思想，將含水飽和度引入波動力學(xué)控制方程，并考慮了不同波頻率下孔隙流體分布模式對其等效體積模量的影響，給出了能處理含非飽和流體孔隙介質(zhì)中波傳播問題的黏彈性BISQ模型。目前，研究者們在相關(guān)問題上已基本達(dá)到一致的認(rèn)識，即局部流體流動是導(dǎo)致孔隙巖石中地震波速度頻5散與能力衰減的決定性因素，然而，至今為止，文獻(xiàn)中還沒有出現(xiàn)一個能夠普遍被各種研究與產(chǎn)業(yè)部門接受的描述局域流的基礎(chǔ)理論與定量技術(shù)。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的研究中主要存在以下問題
(1)基于黏彈性理論與BISQ理論的相關(guān)研究中，由于引入了一些并不具有明確物理意義或并不易于直接物理實(shí)現(xiàn)的參數(shù)或系數(shù)(如各類松弛時間、黏彈性系數(shù)或特征噴射流長度等)，使得這些理論雖然在進(jìn)行巖石波速現(xiàn)象的描述與預(yù)測中非常有效，但相關(guān)理論與核心參數(shù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與物理內(nèi)涵卻難以得到實(shí)現(xiàn)或驗(yàn)證，因此即使拋開實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這類方法在實(shí)際工程中很難得到推廣應(yīng)用。
(2)在基于精細(xì)模型的數(shù)值模擬與地震響應(yīng)分析的相關(guān)研究中，由于需要建立過于詳細(xì)的巖石模型并設(shè)置邊界條件，使得這類方法雖然能夠較準(zhǔn)確的給出實(shí)際巖石中的地震波響應(yīng)，但在實(shí)際工程中卻往往由于缺乏足夠的先驗(yàn)信息，并且由于相關(guān)方法本身建模的高復(fù)雜性與算法的高消耗性，使得此類方法也無法在實(shí)際工程應(yīng)用中得到很好的實(shí)現(xiàn)。
(3)某些地震巖石模型在動力學(xué)方程組的推導(dǎo)過程中采用了統(tǒng)計熱力學(xué)關(guān)系，使得方程的一些核心參數(shù)在計算過程中僅能通過頻率域的關(guān)系式進(jìn)行上、下限的估算，而無法做到更準(zhǔn)確的地震響應(yīng)的定量預(yù)測。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種非飽和雙重孔隙介質(zhì)地震波頻散衰減分析方法及系統(tǒng)，以分析非飽和巖石中的縱橫波頻散與衰減隨頻率、孔隙度、含氣飽和度的變化規(guī)律。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種非飽和雙重孔隙介質(zhì)地震波頻散衰減分析方法，該方法包括步驟1 獲取包括滲透率、孔隙率、泥質(zhì)含量及礦物成分的地質(zhì)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述地質(zhì)數(shù)據(jù)生成儲層巖石干骨架模型；步驟2 獲取包括鉆井?dāng)?shù)據(jù)、錄井?dāng)?shù)據(jù)、測井信息及流體實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)的測量數(shù)據(jù)，根據(jù)所述測量數(shù)據(jù)及Van der Waals方程生成儲層流體模型；步驟3 根據(jù)所述儲層巖石干骨架模型、儲層流體模型及描述非飽和雙重孔隙介質(zhì)地震波傳播的Biot-Rayleigh方程求解平面波解，生成縱波、橫波的相速度及逆品質(zhì)因子； 步驟4 根據(jù)所述縱波、橫波的相速度及逆品質(zhì)因子生成速度、衰減、波阻抗、AVO響應(yīng)特征等與頻率之間的關(guān)系。
進(jìn)一步地，在所述步驟1中，生成儲層巖石干骨架模型的步驟包括采用 Voigt-Reuss-Hill平均模型計算骨架基質(zhì)的等效彈性模量，采用Kuster-Toks0z包體模型計算干燥巖石的等效體積模量和剪切模量
權(quán)利要求
1.一種非飽和雙重孔隙介質(zhì)地震波頻散衰減分析方法，其特征在于，所述的方法包括步驟1 獲取包括滲透率、孔隙率、泥質(zhì)含量及礦物成分的地質(zhì)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述地質(zhì)數(shù)據(jù)生成儲層巖石干骨架模型；步驟2 獲取包括鉆井?dāng)?shù)據(jù)、錄井?dāng)?shù)據(jù)、測井信息及流體實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)的測量數(shù)據(jù)，根據(jù)所述測量數(shù)據(jù)及Van der Waals方程生成儲層流體模型；步驟3 根據(jù)所述儲層巖石干骨架模型、儲層流體模型及分析非飽和雙重孔隙介質(zhì)地震波傳播的Biot-Rayleigh方程求解平面波解，生成縱波、橫波的相速度及逆品質(zhì)因子；步驟4 根據(jù)所述縱波、橫波的相速度及逆品質(zhì)因子生成速度、衰減、波阻抗、AVO響應(yīng)特征等與頻率之間的關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法包括在所述步驟1中，生成儲層巖石干骨架模型的步驟包括采用Voigt-Reuss-Hill平均模型計算骨架基質(zhì)的等效彈性模量，采用Kuster-Toks0z包體模型計算干燥巖石的等效體積模量和剪切模量^mN(Κκχ Α)——= Σ ^ 隊-Km )廣T7" *‘.1Kkt+"^ !=l(/4 ) 4^=Σ χ, (A -μ "κτ + 4 m i=\ΚΚΤ，/4—Kuste;r_T()kS0Z理論求得的等效體積模量和剪切模量； Kffl, μω—骨架基質(zhì)的體積模量和剪切模量； Ki, μ i——第i個包體的體積模量和剪切模量； Xi——每種包體的體積比率； N——包體的個數(shù)； ζω= μω(9Κω+8μω)/6(Κω+2μω)； Pmi, Qmi——骨架基質(zhì)m中加入包體材料i后的彈性模量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述步驟2中，生成儲層流體模型的步驟包括采用所述Van der Waals方程計算超臨界狀態(tài)下甲烷氣體的密度和體積模量 (P + ap2g)(\-bpg) = pgR(T + 212) 4 pR{T + 213) 7ρ—地層壓力； T—地層溫度；a——?dú)怏w有關(guān)的參數(shù)，對于甲烷 a = 0. 225Pa(m3/mol)2 = 879. 9Pa(m3/kg)2 ； b——?dú)怏w有關(guān)的參數(shù)，對于甲烷b = 42. 7cm3/mol = 2. 675X l(T3m7kg ； P g——?dú)怏w密度； Kg——?dú)怏w體積模量；R——?dú)怏w常數(shù)，尺=8.31ガ0^1° K) = 519.4J/(kg0 K)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述步驟3中，描述非飽和雙重孔隙介質(zhì)地震波傳播的Biot-Rayleigh方程如下
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述步驟3中，所述生成縱波、橫波的相速度及逆品質(zhì)因子，包括以位移場Ui 和Ui表示在非飽和雙重孔隙介質(zhì)中傳播的彈性平面波的通解形式，將位移場平面波解χ，y，ζ·代入到所述 Biot-Rayieigh 方程，得到Christoffel方程，在A和Z有非零解的情況下，根據(jù)Christoffel方程的行列式等于零得到縱波和橫波的頻散關(guān)系，最后由復(fù)波數(shù)《可求得彈性波的相速度Vi和逆品質(zhì)因子β:1
6. 一種非飽和雙重孔隙介質(zhì)地震波頻散衰減分析裝置，其特征在于，所述裝置包括 巖石骨架彈性模量生成模塊，用于根據(jù)包括滲透率、孔隙率、泥質(zhì)含量及礦物成分的地質(zhì)數(shù)據(jù)，采用Voigt-Reuss-Hill平均模型生成骨架基質(zhì)的等效彈性模量，并應(yīng)用等效介質(zhì)理論或者接觸理論計算干燥巖石的等效體積模量和剪切模量；儲層流體模型建立模塊，用于根據(jù)包括鉆井?dāng)?shù)據(jù)、錄井?dāng)?shù)據(jù)、測井信息及流體實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)的測量數(shù)據(jù)，根據(jù)流體相態(tài)分析，應(yīng)用Van der Waals方程或者流體試驗(yàn)測量結(jié)果建立儲層流體模型；非飽和雙重孔隙介質(zhì)地震巖石物理建模模塊，用于輸入巖石骨架模型和流體模型，應(yīng)用雙重孔隙介質(zhì)Biot-Rayleigh理論建立非飽和儲層巖石物理模型；頻散特性分析模塊，用于分析非飽和巖石中的縱橫波頻散與衰減隨頻率、孔隙度及含氣飽和度的變化規(guī)律。
全文摘要
一種非飽和雙重孔隙介質(zhì)地震波頻散衰減分析方法及裝置，該方法包括步驟1獲取包括滲透率、孔隙率、泥質(zhì)含量及礦物成分的地質(zhì)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述地質(zhì)數(shù)據(jù)生成儲層巖石干骨架模型；步驟2獲取包括鉆井?dāng)?shù)據(jù)、錄井?dāng)?shù)據(jù)、測井信息及流體實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)的測量數(shù)據(jù)，根據(jù)所述測量數(shù)據(jù)及Van derWaals方程生成儲層流體模型；步驟3根據(jù)所述儲層巖石干骨架模型、儲層流體模型及描述非飽和雙重孔隙介質(zhì)地震波傳播的Biot-Rayleigh方程求解平面波解，生成縱波、橫波的相速度及逆品質(zhì)因子；步驟4根據(jù)所述縱波、橫波的相速度及逆品質(zhì)因子生成速度、衰減、波阻抗、AVO響應(yīng)特征等與頻率之間的關(guān)系。
文檔編號G01V1/30GK102508296SQ20111036018
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者盧明輝, 巴晶, 曹宏 申請人:中國石油天然氣股份有限公司