基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法与流程

1.本发明涉及石油地球物理勘探地震资料解释技术领域，特别是涉及到一种基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法。


背景技术：

2.复杂的沉积环境以及强烈的成岩作用和压实作用使得储层孔隙空间非均质性强、孔隙结构复杂，而孔隙结构的大小会对储层的纵横波速度和密度等弹性参数产生极大的影响，因此，孔隙结构信息的准确获取对于储层预测至关重要。国内外学者对孔隙结构的研究分为两种：第一种是通过实验室对岩样进行岩石物理测试；第二种是通过岩石物理模型来反演孔隙结构参数，不同的岩石物理模型有其不同的孔隙结构参数，象征的物理意义也不相同。针对岩石物理测试，nur(1991)、avseth(2005)和lev vernik(2010)等人通过大量的研究指出孔隙度相同但孔隙结构不同的岩石声波速度差异较大；anselmetti(1999)和eberli(2003)通过岩石物理实验表明不同的岩石孔隙结构类型会影响岩石速度；刘开元(2013)基于eshelby-walsh模型和gassmann方程，提出了一种考虑岩石孔隙结构的地震孔隙度反演方法。郭继亮等(2016)提出一种基于dem模型的孔隙结构估算方法，该方法利用测井数据和纵横波时差来求取孔隙纵横比，并以孔隙纵横比来表征孔隙结构。da peng等(2016)提出一种基于kt模型和biot系数的孔隙结构估算方法，该方法利用测井资料来计算孔隙纵横比，并以孔隙纵横比来表征孔隙结构。岩石物理中大多采用孔隙纵横比、几何因子及孔隙尺度等参数来对孔隙结构进行表征，但这些参数太过微观，难以在地震尺度上进行描述，在实际储层预测中往往需要更加简单有效的参数来表征孔隙结构。如何通过纵横波速度、密度、体积模量等弹性模量获得孔隙结构参数，有助于在地震尺度下实现等效的孔隙类型划分，对于精确表征储层特征具有重要的意义。
3.在申请号：cn201610191787.3的中国专利申请中，涉及到一种储层孔隙度、含水饱和度和泥质含量参数同时反演新方法，该储层孔隙度、含水饱和度和泥质含量参数同时反演新方法包括：步骤1，采集弹性参数、测井数据和岩心数据信息；步骤2，将岩石弹性参数与储层物性参数相结合，建立岩石物理模型；步骤3，建立储层孔隙度、含水饱和度和泥质含量参数三参数反演的目标函数，并求解目标函数；步骤4，通过求解目标函数，输出储层孔隙度、含水饱和度和泥质含量参数反演结果。该方法将岩石物理和地质统计分析相结合，开展储层物性识别新方法的研究，得到储层的孔隙度、饱和度等物性参数，提高储层物性估计结果的客观性和准确性，具有重要的经济和社会意义。
4.在申请号：cn202010946137.1的中国专利申请中，涉及到一种计及弹性阻抗二阶梯度的储层参数反演方法，包括根据叠前地震数据预测弹性阻抗，利用所述弹性阻抗反演预测储层参数，所述利用弹性阻抗反演预测储层参数具体为，首先推导出一种利用修正孔隙度和流体体积模量表征的饱和流体岩石体积模量的简化近似式；其次，利用岩石体积模量简化近似式，针对内幕型孔缝储层，推导出利用密度、修正孔隙度和流体体积模量表征的反射系数近似式，并建立弹性阻抗表达式；最后，不同角度的叠前地震道集预测弹性阻抗
体，利用弹性阻抗的二阶梯度，反演预测储层的密度、修正孔隙度和流体体积模量。与现有技术相比，该发明的储层参数反演结果具有较高的稳定性和可靠性。
5.在申请号：cn202110180269.2的中国专利申请中，涉及到一种多重孔隙储层叠前地震概率化多道反演方法。该方法包括：步骤1，推导含多重孔隙空间的岩石弹性模量表达式；步骤2，推导多重孔隙储层物性参数表征的地震反射系数方程；步骤3，验证多重孔隙储层反射系数的精度和反演可行性；步骤4，构建待反演模型参数的后验概率密度分布及目标泛函；步骤5，研发多马尔科夫链随机采样的叠前地震多道逐级反演算法；步骤6，研发基于逐步模拟策略的岩石物理参数反演方法。该发明考虑了储层孔隙结构对地震反射系数的影响，研发了多重孔隙储层的地震反射系数参数化方法及叠前地震概率化多道反演技术，实现多重孔隙体积分数、流体体积模量及孔隙度等参数的稳定反演。
6.以上现有技术均与本发明有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们发明了一种新的基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种充分利用纵横波速度、密度和体积模量等弹性特征来获得等效的孔隙结构参数的基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法。
8.本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法，该基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法包括：
9.步骤1，利用测井数据中的不同岩石组分含量，计算储层等效岩石基质体积模量；
10.步骤2，对于岩石孔隙或者裂隙中的流体混合物，进行储层等效流体体积模量计算；
11.步骤3，利用等效岩石基质模量、储层等效流体体积模量、纵波速度、横波速度和密度等参数计算有效孔隙比例参数；
12.步骤4，进行储层等效孔隙结构参数计算。
13.本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
14.在步骤1中，储层等效岩石基质体积模量与岩石中的矿物成分有关，是孔隙结构参数计算的基础，基于kt、vrh以及dem这些岩石物理模型在广义gassmann理论的指导下利用测井数据中的不同岩石组分含量计算储层等效岩石基质体积模量。
15.在步骤1中，储层等效岩石基质体积模量的计算公式为：
[0016][0017]
式中，km表示储层等效岩石基质体积模量，k1、k2、k3分别代表黏土的体积模量、石英的体积模量、方解石的体积模量，f1、f2、f3分别代表泥质含量、石英含量、方解石含量。
[0018]
在步骤2中，对于岩石孔隙或者裂隙中的流体混合物，根据reuss平均理论计算储层等效流体体积模量。
[0019]
在步骤2中，计算储层等效流体体积模量的公式为：
[0020]
[0021]
式中，kf表示储层等效流体体积模量，ko、kw分别代表油的体积模量、水的体积模量，fo、fw分别代表含油饱和度、含水饱和度。
[0022]
在步骤3中，根据步骤1和步骤2获得的储层等效岩石基质体积模量km和储层等效流体体积模量kf，为了进一步获得储层等效孔隙结构参数，引入了有效孔隙比例参数。
[0023]
在步骤3中，有效孔隙比例参数的计算公式为：
[0024][0025]
式中，f
φ
表示有效孔隙比例参数，φ表示岩石孔隙度，k
sat
表示饱和流体情况下的储层等效体积模量。
[0026]
在步骤3中，k
sat
通过实际观测的纵横波速度和密度参数来进行计算，具体计算公式如下：
[0027][0028]
式中，v
p
、vs、ρ分别代表岩石的纵波速度、横波速度、密度。
[0029]
在步骤4中，孔隙结构参数α是由岩石弹性参数和孔隙度推导而来，岩石弹性参数包括纵横波速度、密度、基质体积模量、流体体积模量。
[0030]
在步骤4中，孔隙结构参数α的具体计算公式如下：
[0031][0032]
在得到储层等效基质体积模量km、储层等效流体体积模量kf、有效孔隙比例参数f
φ
、岩石孔隙度φ的情况下，通过公式(5)可计算出储层等效孔隙结构参数α。
[0033]
本发明中的基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法，在kt、vrh以及dem等岩石物理模型的基础上，在广义gassmann理论的指导下，利用纵横波速度、密度、体积模量等弹性参数信息和泥质含量、石英含量、方解石含量、孔隙度等物性参数信息来计算储层孔隙结构参数，而通过分析可知，孔隙结构参数与孔隙度的乘积与纵波阻抗之间存在较好的相关关系，利用叠前地震资料反演得到孔隙度和纵波阻抗便可进一步得到孔隙结构参数，本发明实现了从叠前地震资料通过反演得到能够用于储层预测的孔隙结构参数。
附图说明
[0034]
图1为本发明的一具体实施例中实际测井参数曲线图；
[0035]
图2为本发明的一具体实施例中储层等效岩石基质体积模量的示意图；
[0036]
图3为本发明的一具体实施例中储层等效流体体积模量的示意图；
[0037]
图4为本发明的一具体实施例中饱和岩石体积模量的示意图；
[0038]
图5为本发明的一具体实施例中有效孔隙比例参数的示意图；
[0039]
图6为本发明的一具体实施例中储层等效孔隙结构参数的示意图；
[0040]
图7为本发明的基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法的一具体实施例的流程图；
[0041]
图8为本发明的一具体实施例中孔隙度与孔隙结构参数的乘积与纵波阻抗的拟合关系图；
[0042]
图9为本发明的一具体实施例中井上计算孔隙度和孔隙结构参数与反演结果的对比图；
[0043]
图10为本发明的一具体实施例中基于地震资料反演得到的孔隙结构参数剖面图。
具体实施方式
[0044]
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0045]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
[0046]
本发明中的基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法，基于储层弹性模量反演孔隙结构参数。根据岩石物理模型计算岩石基质和孔隙流体的体积模量，利用纵横波速度和密度等已知弹性参数计算饱和岩石的体积模量，从而基于这些体积模量进一步反演储层的孔隙结构参数。
[0047]
以下为应用本发明的几个具体实施例。
[0048]
实施例1
[0049]
在应用本发明的一个具体实施例1中，如图7所示，为本发明的井上基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法的流程图，该方法具体包括了以下步骤：
[0050]
步骤101，储层等效岩石基质体积模量计算。
[0051]
储层等效岩石基质体积模量与岩石中的矿物成分有关，是孔隙结构参数计算的基础，本发明基于kt、vrh以及dem等岩石物理模型在广义gassmann理论的指导下利用测井数据中的不同岩石组分含量采用如下表达式计算储层等效岩石基质体积模量：
[0052][0053]
式中，km表示储层等效岩石基质体积模量，k1、k2、k3分别代表黏土的体积模量、石英的体积模量、方解石的体积模量，f1、f2、f3分别代表泥质含量、石英含量、方解石含量。本发明中所采用的黏土、石英、方解石等矿物的体积模量分别为21gpa、37gpa、70.2gpa，在实际工区可以根据岩石物理实验测试结果进行准确标定。
[0054]
步骤102，储层等效流体体积模量计算
[0055]
对于岩石孔隙或者裂隙中的流体混合物，本发明根据reuss平均理论采用如下公式计算储层等效流体体积模量：
[0056][0057]
式中，kf表示储层等效流体体积模量，ko、kw分别代表油的体积模量、水的体积模
量，fo、fw分别代表含油饱和度、含水饱和度。本发明中采用的油的体积模量为1.02gpa，水的体积模量为2gpa，在实际工区可以根据岩石物理实验测试结果进行准确标定。
[0058]
步骤103，有效孔隙比例参数计算
[0059]
通过上述公式获得储层等效岩石基质体积模量km和储层等效流体体积模量kf之后，为了进一步获得储层等效孔隙结构参数，引入了有效孔隙比例参数，其计算公式如下：
[0060][0061]
式中，f
φ
表示有效孔隙比例参数，φ表示岩石孔隙度，k
sat
表示饱和流体情况下的储层等效体积模量。
[0062]ksat
可以通过实际观测的纵横波速度和密度参数来进行计算，具体计算公式如下：
[0063][0064]
式中，v
p
、vs、ρ分别代表岩石的纵波速度、横波速度、密度。
[0065]
步骤104，储层等效孔隙结构参数计算
[0066]
孔隙结构参数α是由岩石弹性参数(纵横波速度、密度、基质体积模量、流体体积模量等)和孔隙度推导而来，具体计算公式如下：
[0067][0068]
在得到储层等效基质体积模量km、储层等效流体体积模量kf、有效孔隙比例参数f
φ
、岩石孔隙度φ的情况下，通过公式(5)便可以计算出储层等效孔隙结构参数α。
[0069]
实施例2
[0070]
在应用本发明的一个具体实施例2中，采用某地区实际数据来试验发明效果。已知纵波速度v
p
、横波速度vs、密度ρ、孔隙度φ、泥质含量v
sh
、方解石含量v
calcite
、石英含量v
quartz
、含水饱和度sw等8个参数(如图1)，孔隙流体只包含水和油两种类型。基于本发明的计算关系，由黏土、方解石、石英等矿物组分的含量和体积模量计算出储层等效岩石基质体积模量km(图2)，利用含水饱和度和油与水的体积模量计算出储层等效流体体积模量kf(图3)。根据实测的纵波速度、横波速度、密度计算出饱和流体情况下的储层等效体积模量k
sat
(图4)。基于计算的km、kf、k
sat
，结合已知的孔隙度φ可以计算出有效孔隙比例参数f
φ
(图5)，在此基础上即可计算出孔隙结构参数α(图6)。
[0071]
实施例3
[0072]
在应用本发明的一个具体实施例3中，采用某地区实际数据来试验发明效果。通过叠前地震数据反演得到工区孔隙度与纵波阻抗数据后，通过井上孔隙度与纵波阻抗的交会(如图8)得到它们的拟合关系(不同实际资料拟合关系不同，根据实际数据求得)，具体拟合公式如下：
[0073]
por*α＝0.0124*ip
2-0.253*ip+1.4185
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0074]
其中，por表示反演得到的孔隙度，α表示反演的孔隙结构参数，ip表示纵波阻抗。利用反演得到的孔隙度和纵波阻抗，进一步反演得到孔隙结构参数，井上反演得到的孔隙
度和孔隙结构参数对比如图9所示，从图中可以看出，反演结果与实际计算结果具有较好的一致性，表明本发明方法的可行性。
[0075]
将上述关系用于地震反演数据，通过叠前反演得到的孔隙度与纵波阻抗数据，进一步反演得到孔隙结构参数数据，图10所示为基于叠前地震数据得到的孔隙结构参数剖面。
[0076]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0077]
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

技术特征：
1.基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法，其特征在于，该基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法包括：步骤1，利用测井数据中的不同岩石组分含量，计算储层等效岩石基质体积模量；步骤2，对于岩石孔隙或者裂隙中的流体混合物，进行储层等效流体体积模量计算；步骤3，利用等效岩石基质模量、储层等效流体体积模量、纵波速度、横波速度和密度这些参数计算有效孔隙比例参数；步骤4，进行储层等效孔隙结构参数计算。2.根据权利要求1所述的基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法，其特征在于，在步骤1中，储层等效岩石基质体积模量与岩石中的矿物成分有关，是孔隙结构参数计算的基础，基于kt、vrh以及dem这些岩石物理模型在广义gassmann理论的指导下利用测井数据中的不同岩石组分含量计算储层等效岩石基质体积模量。3.根据权利要求2所述的基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法，其特征在于，在步骤1中，储层等效岩石基质体积模量的计算公式为：式中，k
m
表示储层等效岩石基质体积模量，k1、k2、k3分别代表黏土的体积模量、石英的体积模量、方解石的体积模量，f1、f2、f3分别代表泥质含量、石英含量、方解石含量。4.根据权利要求1所述的基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法，其特征在于，在步骤2中，对于岩石孔隙或者裂隙中的流体混合物，根据reuss平均理论计算储层等效流体体积模量。5.根据权利要求4所述的基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法，其特征在于，在步骤2中，计算储层等效流体体积模量的公式为：式中，k
f
表示储层等效流体体积模量，k
o
、k
w
分别代表油的体积模量、水的体积模量，f
o
、f
w
分别代表含油饱和度、含水饱和度。6.根据权利要求1所述的基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法，其特征在于，在步骤3中，根据步骤1和步骤2获得的储层等效岩石基质体积模量k
m
和储层等效流体体积模量k
f
，为了进一步获得储层等效孔隙结构参数，引入了有效孔隙比例参数。7.根据权利要求6所述的基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法，其特征在于，在步骤3中，有效孔隙比例参数的计算公式为：式中，f
φ
表示有效孔隙比例参数，φ表示岩石孔隙度，k
sat
表示饱和流体情况下的储层等效体积模量。8.根据权利要求7所述的基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法，其特征在于，在步骤3中，k
sat
通过实际观测的纵横波速度和密度参数来进行计算，具体计算公式如下：
式中，v
p
、v
s
、ρ分别代表纵波速度、横波速度、密度。9.根据权利要求1所述的基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法，其特征在于，在步骤4中，孔隙结构参数α是由岩石弹性参数和孔隙度推导而来，岩石弹性参数包括纵横波速度、密度、基质体积模量、流体体积模量。10.根据权利要求9所述的基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法，其特征在于，在步骤4中，孔隙结构参数α的具体计算公式如下：在得到储层等效基质体积模量k
m
、储层等效流体体积模量k
f
、有效孔隙比例参数f
φ
、岩石孔隙度φ的情况下，通过公式(5)可计算出储层等效孔隙结构参数α。

技术总结
本发明提供一种基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法，该基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法包括：步骤1，利用测井数据中的不同岩石组分含量，计算储层等效岩石基质体积模量；步骤2，对于岩石孔隙或者裂隙中的流体混合物，进行储层等效流体体积模量计算；步骤3，利用等效岩石基质模量、储层等效流体体积模量、纵波速度、横波速度和密度这些参数计算有效孔隙比例参数；步骤4，进行储层等效孔隙结构参数计算。该基于弹性模量的砂岩储层孔隙结构参数反演方法充分利用纵横波速度、密度和体积模量等弹性特征来获得等效的孔隙结构参数，实现了从叠前地震资料通过反演得到能够用于储层预测的孔隙结构参数。够用于储层预测的孔隙结构参数。够用于储层预测的孔隙结构参数。


技术研发人员：刘浩杰 王延光 侯庆杰 魏国华 孙兴刚 罗平平 袁海涵
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院
技术研发日：2022.03.23
技术公布日：2023/10/7