储层流体流度的角道集地震响应数值计算方法
【专利摘要】储层流体流度的角道集地震响应数值计算方法是一种石油地震勘探数据处理与解释技术，它实现了储层流体流度的叠前角道集地震正演。首先利用岩石物理学、含流体介质的孔弹性理论，对测井数据或合成地质模型，计算各层段的频率相关性纵横波速度参数，获得包含不同流体流度的储层物理参数地质模型，再利用二维角度-频率域AVO地震反射系数分布公式，获得随入射角度和频率同时变化的入射角度-频率域AVO反射系数分布模型，然后，利用标量弥散粘滞方程进行地震波场的正演计算，获得叠前角道集数据，可用于刻画储层流体流度对叠前角道集中地震响应的影响及其对应关系，为油气地震勘探中储层的油气识别提供更加可靠的指导。
【专利说明】储层流体流度的角道集地震响应数值计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油地震勘探数据处理与解释领域，是一种利用岩石物理学、含流体 介质的孔弹性理论与波动方程方法，实现储层流体流度的叠前角道集地震正演，用于描述 含流体储层流度在叠前角道集上的地震响应特征和规律，为油气地震勘探中储层流体识别 提供指导的技术。
【背景技术】
[0002] 储层流体流度是反映孔隙介质中流体流动性的物理参数，定义为储层渗透率与孔 隙流体粘度的比值，它反映了储层岩石骨架中孔隙结构的渗透性（或连通性）和孔隙流体 的类型、粘度、饱和度的共同作用，因此，储层流体流度对于确定储层岩石的弹性参数、内部 结构和含流体性质等具有重要意义，利用数值计算方法分析储层流体流度在叠前角道集上 的地震响应特征，可以指导实际勘探中储层流体流度参数的反演，为油气地震勘探提供更 加可靠的技术支持。
[0003] 孔隙介质中的流体可引起显著的地震衰减与频散异常，而地震波所激发的孔 隙流体流动（wave-induced fluid flow-WIFF)是引起地震衰减与频散的重要原 因（Chapman, 2003 ;Maultzsch et al.，2003 ;Chapman&Odebeatu, 2005 ;2006 ;Miiller, 2010)，目前，进行含流体孔隙介质弹性参数与地震记录的数值模拟的主要工作如下：利用 基于Biot孔弹性理论的数值方法对部分饱和薄层模型的速度频散和衰减进行数值分析 (Carione&Picotti，2006)，或利用类似方法在孔弹性互层模型上进行数值分析，并通过有 限元法获得其地震响应（Quintal et al，2012);以滤波理论为基础推导的渗透地层依赖频 率的低频地震反射系数，可反映储层流体流度的作用（Si 1 in&Go 1 〇shub iη，2010);利用局 部喷射流理论计算单层模型依赖频率的反射系数，同时考虑了含流体储层的地震谱响应和 AV0 特征（Chapman 和 Odebeatu 等，2006)。
[0004] 由于储层流体流度与地震振幅随炮检距的变化（即Amplitude Versus Offset--AV0)两者存在相互关联和复杂的共同作用，从而在油气储层的叠前角道集上表 现出独特的地震响应特征和规律，然而，如何模拟和刻画储层流体流度在叠前角道集上的 地震响应，目前尚缺乏系统的数值计算方法，而这是研究储层流体流度在叠前角道集上的 频散和衰减等地震异常特征、指导实际地震叠前角道集上储层流体流度参数反演，实现储 层描述和流体检测的重要基础工作。
【发明内容】
[0005] 本发明是要提供一种综合利用岩石物理、含流体介质的孔弹性理论和波动方程方 法，实现储层流体流度叠前角道集地震正演数值计算的技术，它能用于研究储层流体流度 在叠前角道集上的频散和衰减等地震异常特征和规律，指导实际地震叠角道集上储层流体 流度参数反演，为油气地震勘探中储层流体识别提供支持。
[0006] 本发明的储层流体流度的角道集地震响应数值计算方法，首先综合利用岩石物理 数据、测井曲线、测井解释数据、地质、地震和开发数据等，建立包含不同流体流度的储层物 理参数地质模型，使地质模型更接近真实储层的地质与地球物理特征。
[0007] 本发明的储层流体流度的角道集地震响应数值计算方法，采用动态等效介质理 论，计算包含不同流体流度的储层物理参数地质模型的频率相关弹性张量矩阵，进而获得 各地层的频率相关纵横速度参数，有效刻画油气储层的纵横波速度等参数随流体流度和频 率共同变化的物理规律，使储层流体流度与依赖频率的地震频散和衰减特征建立了直接的 对应关系。
[0008] 本发明的储层流体流度的角道集地震响应数值计算方法，将常规的AV0反射系数 公式拓展至入射角度-频率域，建立频率相关AV0反射系数分布公式，通过该公式，可以利 用频率相关纵横速度参数计算各层反射界面的频率相关AV0反射系数分布，从而能反映二 维角度-频率平面中，地震反射系数随不同入射角度和频率的共同变化。
[0009] 本发明的储层流体流度的角道集地震响应数值计算方法，采用考虑了储层流体弥 散性、流体粘度的波动方程实现，生成包含频率相关特性的地震叠前角道集，使地震叠前角 道集中的地震波场充分反映了流体流度的作用和贡献，可以刻画油气储层依赖频率的频散 和衰减等特征。
[0010] 本发明的储层流体流度的角道集地震响应数值计算方法，具有如下优越性：
[0011] ⑴建立了二维角度-频率域频率相关性AV0反射系数分布公式，利用动态等效介 质理论和频率相关性AV0反射系数分布的计算方法，获得储层物理参数地质模型，使它能 体现频率相关性和入射角度的共同作用与贡献，更加符合油气储层的地球物理客观规律；
[0012] ⑵利用标量弥散粘滞方程的波场延拓进行地震正演的数值计算，使生成的叠前角 道集能包含与储层孔隙流体流度特征有关的地震波场信息，有利于分析流体流度对地震响 应的影响及其作用机理；
[0013] ⑶生成的频率相关性叠前角道集主要反映地震纵波信息，无转换波和层间多次波 的干扰和影响，同时不存在因动校拉抻在叠前角道集上造成的低频效应的干扰，有利于准 确确定油气储层流体流度对叠前角道集中地震响应的作用及对应关系。
[0014] 本发明的具体实现原理如下：
[0015] 首先导入包含纵横波速度、密度、孔隙度等参数的测井曲线，测井解释的各层段 流体类型及饱和度参数，计算储层孔隙流体的粘度，结合岩芯和岩石物理信息，如渗透率、 岩石颗粒尺寸、孔隙扁率、裂缝密度和长度等数据，计算储层流体流度（用渗透率除以孔隙 流体的粘度，单位为m 4/(N · S),其中m为米，N为牛顿，S为秒）。利用动态等效介质理论 (Chapman等，2003)，计算各层段的频率相关性弹性张量矩阵，进而获得各层段的频率相关 性纵横波速度，从而使各地层的弹性参数体现了流体流度的作用和贡献。
[0016] 基于Chapman动态等效介质理论（Chapman等，2003)，首先构建频率相关性弹性张 量矩阵C (f)，该矩阵的元素 Cukl按如下计算：
[0017]
[0018] 其中，C°是弹性张量矩阵的各向同性背景弹性张量，C^C2和C3分别为与岩石孔隙 度Φ ρ、裂隙密度ε。和裂缝密度ef对应的弹性张量校正量。
[0019] 利用上述测井曲线中的已有参数，如纵波横波速度（已知测量的频率fQ) 4、< 和密度P、岩石孔隙度Φρ和裂隙密度ε。、流体流度参数计算已知频率的初始背景弹性张 量C°(A，Μ)，其中弹性常数Λ和Μ如下计算
[0020] Λ -入 〇+ φ ρ (入 〇，μ 〇，f〇) + ε。（入 〇，μ 〇，f〇)，
[0021 ] Μ -
[0022] 其中2Λ?，凡=ρ?)2 ◎则可计算频率相关性弹性张量矩阵：
[0023] CijU (./ ) = CijU ( Λ, Μ , ft)) - ( /t〇 ? /i〇 ? / ) - ScCijU , /iy ?/) - S f'CiiU ( l〇 ? //y ?/ )
[0024] 其中，f为频率。
[0025] 得到考虑了储层流体流度特征的频率相关性弹性张量矩阵C(f)，继而可以据此计 算频率相关性纵横波速度 Vp(f)和Vs(f)。
[0026] 计算二维入射角度-频率域的AV0反射系数分布，是在Wiggins等人（1983)的纵 波AV0反射系数近似公式的基础上，将其拓展至角度-频率域，建立角度-频率域AV0反射 系数分布计算公式如下：
[0027] R (f, Θ ) = A (f) +B (f) sin2 Θ +C (f) tan2 Θ sin2 Θ
[0028] 其中：
【权利要求】
1. 一种储层流体流度的角道集地震响应数值计算方法，其特征在于采用以下具体步 骤：：输入包含纵横波速度、密度、孔隙度等参数的测井数据，以及测井解释的各层段流体 类型及饱和度参数，计算储层孔隙流体的粘度，结合岩芯和岩石物理信息，如渗透率、岩石 颗粒尺寸、孔隙扁率、裂缝密度和长度等数据，计算储层流体流度；：利用动态等效介质理 论，计算各层段频率相关性弹性张量矩阵的各个元素，然后以此计算各层段的频率相关性 纵横波速度参数，在设定的深度范围内，沿测井深度方向逐点计算直至指定层段的所有采 样点计算完毕，获得包含不同流体流度的储层物理参数地质模型；利用二维角度-频率 域AVO反射系数分布公式，对各层段的频率相关性纵横波速度和密度，沿储层物理参数地 质模型的深度方向逐点计算入射角度-频率域AVO反射系数分布，获得各层段的随频率和 入射角度同时变化的角度-频率域AVO反射系数分布模型；=利用标量弥散粘滞方程，对 包含不同流体流度的储层物理参数地质模型和角度-频率域AVO反射系数分布模型进行叠 前地震波场的正演计算，获得叠前角道集数据；_利用地震数据成图软件，将生成的叠前 道集数据转化成剖面图像或进行可视化显示，或利用叠前角道集数据分析指定层段的储层 流体流度对叠前角道集中地震响应的影响及其对应关系。
2. 根据权利要求1所述的一种储层流体流度的角道集地震响应数值计算方法，其特征 在于：同时利用了测井数据、测井解释及岩石物理信息，计算流体流度及其频率相关性纵横 波速度，建立包含不同流体流度地层的储层物理参数地质模型。
3. 根据权利要求1或2所述的一种储层流体流度的角道集地震响应数值计算方法，其 特征在于：建立了入射角度-频率域AVO反射系数分布，体现了储层流体流度对不同入射角 度和频率的地震响应的影响和作用。
4. 根据权利要求1所述的一种储层流体流度的角道集地震响应数值计算方法，其特征 在于：利用了标量弥散粘滞方程的相移波场延拓算法，计算叠前角道集的地震波场数据。
5. 根据权利要求1所述的一种储层流体流度的角道集地震响应数值计算方法，其特征 在于：获得的叠前角道集数据中包含了与储层流体流度有关的地震波场频散和衰减特征， 体现了两者的对应关系。
【文档编号】G01V1/28GK104155693SQ201410432577
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】陈学华, 钟文丽, 许迪, 贺振华 申请人:成都理工大学