一种裂缝储层地应力特征的计算方法及装置与流程

本申请涉及复杂储层地球物理勘探技术领域，特别涉及一种裂缝储层地应力特征的计算方法及装置。

背景技术：

随着油气勘探的深入，裂缝型油气藏作为目前剩余油的主要储集类型越来越受到人们的重视。地下地质体呈现强烈的各向异性特征，传统的各向同性介质已经不能满足精细地震勘探的要求。

现有技术中，认为地下地质体具有明显的各向异性特征，在这种观念的指导下提出了弱各向异性介质理论，用一组各向异性参数ε、δ、γ来表示介质的各向异性。弱各向异性理论的提出，标志着裂缝预测技术的出现。

地应力特征是评价裂缝型储层特征的重要指标，另外，利用宽方位大角度的地震数据杨氏模量、泊松比估算结果可以有效地评判裂缝发育情况，同时，地下地质体的主应力能够定量反映裂缝的发育特征，地应力包括最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力，通过这三个主应力计算的水平应力差异比(Differential Horizontal Stress Ratio，DHSR)是描述储层裂缝储层的岩性和发育特征的重要参数，现有技术中，主要利用水平应力计算结果识别裂缝特征和裂缝流体性。但是现有技术中，杨氏模量、泊松比和裂缝密度三种参数准确值的计算，是通过AVO反演间接计算的，需要先计算出纵波速度、横波速度、密度和各向异性梯度，然后根据这些参数计算出杨氏模量、泊松比和裂缝密度三种参数的准确值，存在较大误差，另外，现有技术中，计算水平应力差异比需要杨氏模量、泊松比和裂缝柔度等参数，计算所需的参数较多。

现有技术中至少存在如下问题：

所述杨氏模量和泊松比的反演计算，采用的是AVO间接反演，计算得到的结果可靠性较差，存在较大误差，另外，现有技术中，计算所述水平应力差异比需要杨氏模量、泊松比和裂缝柔度等参数，计算所需的参数较多，在大数据体计算时，会造成较高的计算存储消耗，降低计算效率。

技术实现要素：

本申请实施例的目的是提供一种裂缝储层地应力特征的计算方法及装置，以提高计算结果的准确性，减少计算所述水平应力差异比所需要的参数，在大数据体计算时降低对计算存储的消耗，提高计算效率。

本申请实施例提供的一种裂缝储层地应力特征的计算方法及装置是这样实现的：

一种裂缝储层地应力特征的计算方法，所述方法包括：

利用裂缝储层的杨氏模量、泊松比和裂缝密度三种参数的测井曲线，构建杨氏模量、泊松比和裂缝密度三种参数的初始模型；

从所述裂缝储层的时深曲线中提取地震子波，利用所述地震子波，构建反演的子波矩阵；

对所述初始模型进行正演，得到合成角度道集；

利用所述子波矩阵和所述合成角度道集计算纵波反射系数，得到AVAZ反演方程；

利用所述AVAZ反演方程，对所述合成角度道集进行反演，计算得到泊松比和裂缝密度两种参数的准确值；

利用所述泊松比和裂缝密度两种参数的准确值，计算得到裂缝储层的水平应力差异比。

优选实施例中，所述利用所述子波矩阵和所述合成角度道集计算纵波反射系数的方式包括：

将所述子波矩阵和所述合成角度道集代入纵波反射系数计算公式的矩阵表达式中，计算所述纵波反射系数。

优选实施例中，所述得到AVAZ反演方程的方式包括：

将纵波反射系数的计算公式变换成矩阵形式的表达式，所述表达式包括：

式中，[w]表示子波矩阵；

令

得到所述AVAZ反演方程包括：d＝Gm。

优选实施例中，所述纵波反射系数的计算公式包括：

式中，θ表示入射角；

φ表示方位角；

a表示密度关于纵波速度的幂指数；

g表示横纵波速度比的平方；

E、σ、e分别表示杨氏模量、泊松比和裂缝密度。

优选实施例中，所述计算泊松比和裂缝密度两种参数的准确值的方式包括：

根据所述AVAZ反演方程，进行矩阵变换，得到所述三种参数的准确值的计算公式，所述三种参数的准确值的计算公式包括：

m＝(GG^T)^-1G^Td；

利用所述准确值的计算公式，计算得到泊松比和裂缝密度两种参数的准确值。

优选实施例中，所述计算裂缝储层的水平应力差异比的公式包括：

式中，DHSR表示所述裂缝储层的水平应力差异比；

g表示横纵波速度比的平方；

σ表示所述泊松比的准确值；

e表示所述裂缝密度的准确值。

优选实施例中，所述构建反演的子波矩阵的方式包括：

从叠后地震剖面中提取地震子波；

利用所述地震子波和所述纵波反射系数建立所述反演的子波矩阵。

优选实施例中，所述构建杨氏模量、泊松比和裂缝密度三种参数的初始模型的方式包括：

利用叠后地震数据和波阻抗曲线进行合成地震记录标定，得到所述裂缝储层的时深曲线；

计算出所述三种参数的测井曲线；

利用层位数据进行横向控制，利用所述时深曲线确定待插值在三维数据体的空间位置，将所述三种参数的测井曲线作为源数据进行外推插值，得到所述三种参数的初始模型。

优选实施例中，正演得到所述合成角度道集的方式包括：

利用所述初始模型，计算得到纵波反射系数；

将所述计算得到的纵波反射系数，与所述地震子波进行褶积，正演得到所述合成角度道集。

一种裂缝储层地应力特征的计算装置，所述装置包括：

数据获取模块，用于获取所述叠后地震数据和所述波阻抗曲线，还用于获取计算所述三种参数的测井曲线所需的裂缝储层的参数，还用于获取计算所述纵波反射系数所需的参数；

计算处理模块，用于计算所述三种参数的测井曲线，还用于计算所述纵波反射系数，还用于正演得到所述合成角度道集，还用于计算所述三种参数的准确值，还用于计算所述水平应力差异比；

数据输出模块，用于输出计算得到的三种参数的准确值，还用于输出计算得到的水平应力差异比。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例在裂缝介质AVAZ反演中对方位各向异性的纵波反射系数进行修正，通过变换所述纵波反射系数的计算公式，推导得到基于AVAZ的反演方程，利用不同方位的叠前角道集，直接计算出杨氏模量、泊松比和裂缝密度，增加了方位角信息的约束，相对于现有技术中的间接反演计算方法，提高了计算结果的准确性和可靠性。利用所述构建的反演模型作为初始模型控制反演，提高了所述反演计算结果的可靠性，传统的水平应力差异比的计算需要利用杨氏模量、泊松比和裂缝柔度等参数计算，而且本发明利用的推导的计算公式，只需要利用泊松比和裂缝密度两个参数进行计算即可，这在大数据体计算时可以降低对计算存贮的消耗，提高计算效率。本申请实施例提供的裂缝储层地应力特征的计算装置，使得裂缝储层地应力特征的计算方法的实施可以自动进行，简化了操作，使得实施更快捷，可以不需要实施人员的参与，提高了用户体验，同时可以进行大数据体计算。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的裂缝储层地应力特征的计算方法的一种实施例的流程图；

图2是本申请提供的裂缝储层地应力特征的计算装置的一种实施例的模块结构示意图；

图3是本申请一种实施例中获取的不同方位角的纵波叠前角度道集；

图4是本申请一种实施例中经地震资料处理后的纵波剖面；

图5是本申请一种实施例中提供的地震资料的频谱特征

图6是本申请一种实施例中计算得到的包括所述三种参数的测井曲线；

图7是本申请一种实施例中根据测井曲线外推插值得到的三种参数的初始模型；

图8是本申请一种实施例中提取得到的地震子波；

图9是本申请一种实施例中计算得到的所述三种参数的准确值；

图10是本申请一种实施例中计算得到的DHSR剖面。

具体实施方式

本申请实施例提供一种裂缝储层地应力特征的计算方法及装置。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1是本申请所述一种裂缝储层地应力特征的计算方法一种实施例的方法流程图。虽然本申请提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤或装置结构，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法或装置中可以包括更多或者更少的操作步骤或模块单元。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤或结构中，这些步骤的执行顺序或装置的模块结构不限于本申请实施例或附图所示的执行顺序或模块结构。所述的方法或模块结构的在实际中的装置或终端产品应用时，可以按照实施例或者附图所示的方法或模块结构进行顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境、甚至包括分布式处理的实施环境)。

具体的如图1所述，本申请提供的一种裂缝储层地应力特征的计算方法的一种实施例可以包括：

S1：利用裂缝储层的杨氏模量、泊松比和裂缝密度三种参数的测井曲线，构建杨氏模量、泊松比和裂缝密度三种参数的初始模型。

本申请实施例中，所述三种参数的初始模型的构建，是通过对所述三种参数的测井曲线进行外推插值，得到的三种参数的初始模型，在本申请其他实施例中，实施人员可以利用其他常规方法进行模型构建。在本申请的一种实施例中，具体的实施过程可以包括：

S101：利用叠后地震数据和波阻抗曲线进行地震记录标定，得到时深曲线；

S102：计算出所述三种参数的测井曲线；

S103：利用层位数据进行横向控制，利用所述时深曲线确定待插值在三维数据体的空间位置，将所述三种参数的测井曲线作为源数据进行外推插值，得到所述三种参数的初始模型。

上述S101中的地震记录标定，是为了获取时深曲线，用于外推插值建模时确定待插值在三维空间的位置，具体的实施方式属于常规技术，实施人员可以根据实际情况选定地震记录标定的方式。

其中，图3是本申请一种实施例中获取的不同方位角的纵波叠前角度道集。通过处理得到5个方位角的叠前角度道集资料，方位角分别为：10度，如图3中(a)图所示；28度，如图3中(b)图所示；48度，如图3中图(c)所示；67度，如图1中图(d)所示；86度，如图1中(e)所示。每个方位角的叠前角度道集时由14个入射角构成，入射角分别是2度、4度、6度、8度、10度、12度、14度、16度、17度、19度、21度、23度、25度、27度。从图中可以看出该实例的叠前角道集数据信噪比较高，道集的AVAZ现象比较明显，适合进行AVAZ反演计算。

图4是本申请一种实施例中经地震资料处理后的纵波剖面，剖面的时窗为1.92～2.12s，道号范围是6003～6750，共748道，本实施例中提供的地震资料的频谱特征如图5所示，从图中可以看出该地震资料的主频为25Hz，主要带宽为15-40Hz。

上述S102中计算三种参数的测井曲线，主要利用纵波速度、横波速度和密度，结合储层参数曲线，计算出所述三种参数的测井曲线，本申请的其他实施例中，测井曲线的计算方法不需要具体限定。图6是本申请一种实施例中计算得到的包括所述三种参数的测井曲线，图中从左到右依次是纵波速度、横波速度、密度、杨氏模量、泊松比和裂缝密度的测井曲线。

上述S103中所述初始模型的建立，是以计算出的所述三种参数的测井曲线作为源数据，图7是本申请一种实施例中根据测井曲线外推插值得到的三种参数的初始模型，图中，(a)表示杨氏模量的初始模型，(b)表示泊松比的初始模型，(c)表示裂缝密度的初始模型。

S2：从裂缝储层的时深曲线中提取地震子波，利用所述地震子波，构建反演的子波矩阵。

本申请提供的裂缝储层地应力特征的计算方法的实施方案中，可以利用叠后地震剖面，提取地震子波，结合纵波反射系数中各参数的系数构建所述子波矩阵，所述子波矩阵主要用于构建AVAZ反演方程。

在本申请的一种实施例中，具体的实施方式可以包括：

S201：从叠后地震剖面中提取地震子波；

S202：利用所述地震子波，结合所述纵波反射系数计算公式中各参数的系数，构建出所述反演的子波矩阵。

关于上述S201中所述的地震子波，本申请的一种实施例中，提取得到的地震子波如图8所示。

S3：对所述初始模型进行正演，得到合成角度道集。

所述合成角度道集包含方位角和入射角，所述合成角度道集可以较好地反映储层的特征，保证最终计算结果的真实性。

本申请一种实施例中，具体的实施方式可以包括：

S301：利用所述初始模型，按照所述纵波反射系数的计算公式，计算得到纵波反射系数；

S302：将所述计算得到的纵波反射系数，与所述地震子波进行褶积，正演得到所述合成角度道集。

S4：利用所述子波矩阵和所述合成角度道集计算纵波反射系数，得到AVAZ反演方程。

其中，AVAZ指的是振幅随入射角和方位角的变化。

本申请一种实施例中，通过将纵波反射系数的计算公式变换成矩阵形式，就可以得到关于合成角度道集、子波矩阵和所述三种参数的矩阵关系式，所述矩阵关系式可以作为所述AVAZ反演方程。

本申请一种实施例中，所述利用所述子波矩阵和所述合成角度道集计算纵波反射系数，得到AVAZ反演方程的方式可以包括：

将所述纵波反射系数的计算公式：

式中，θ表示入射角；

φ表示方位角；

a表示密度关于纵波速度的幂指数；

g表示横纵波速度比的平方；

E、σ、e分别表示杨氏模量、泊松比和裂缝密度。

变换成矩阵形式的表达式，得到所述矩阵形式的表达式包括：

式中，[w]表示子波矩阵；

令

得到所述AVAZ反演方程包括：d＝Gm。

得到的反演方程可以用于对所述合成角度道集进行反演，计算所需要的参数的准确值。

S5：利用所述AVAZ反演方程，对所述合成角度道集进行反演，计算得到泊松比和裂缝密度两种参数的准确值。

本申请实施例中，利用所述AVAZ反演方程，对所述合成角度道集进行反演，可以计算得到杨氏模量、泊松比和裂缝密度三种参数的准确值，为了节省数据计算存储消耗，本申请一种优选实施例中，可以只计算出泊松比和裂缝密度两种参数的准确值，就可以满足之后的水平应力差异比的计算。当然，在本申请其他实施例中，如果需要得到三种参数的准确值，也可以将三种参数的准确值都计算出来。

本申请一种实施例中，所述三种参数准确值的计算方式可以包括：

S501：根据所述AVAZ反演方程，进行矩阵变换，得到所述三种参数的准确值的计算公式包括：

m＝(GG^T)^-1G^Td；

S502：利用所述准确值的计算公式，计算得到杨氏模量、泊松比和裂缝密度三种参数的准确值。

图9所示的是本申请一种实施例中计算得到的所述三种参数的准确值，(a)表示杨氏模量的准确值，(b)表示泊松比的准确值，(c)表示裂缝密度的准确值，可以看出，反演结果与测井资料匹配程度交过，进一步证实了本反演方程和计算结果的准确性和可靠性。

S6：利用所述泊松比和裂缝密度两种参数的准确值，计算得到裂缝储层的水平应力差异比。

所述裂缝储层的水平应力差异比，是衡量裂缝储层地应力特征的重要指标，可以用于评价裂缝储层的地应力特征。

本申请一种实施例中，可以只利用泊松比和裂缝密度两种参数计算水平应力差异比，在大数据体计算时，可以减少计算所需的参数，进而降低计算存储消耗，提高计算效率。

本申请实施例中，根据所述泊松比和所述裂缝密度两种参数，计算裂缝储层的水平应力差异比的计算公式可以包括：

式中，DHSR表示所述裂缝储层的水平应力差异比；

g表示横纵波速度比的平方；

σ表示所述泊松比的准确值；

e表示所述裂缝密度的准确值。

图10所示的是本申请的一种实施例中，计算得到的DHSR(水平应力差异比)剖面，所述DHSR的计算结果与测井裂缝的解释结果互相吻合，表明计算方法的可靠性和准确性。

本申请提供的上述各个实施例所示的裂缝储层地应力的计算方法，提供了一种准确计算水平应力差异比的计算方法，在裂缝介质AVAZ反演中对方位各向异性的纵波反射系数进行修正，通过变换所述纵波反射系数的计算公式，推导得到基于AVAZ的反演方程，利用不同方位的叠前角道集，直接计算出杨氏模量、泊松比和裂缝密度，增加了方位角信息的约束，相对于现有技术中的间接反演计算方法，提高了计算结果的准确性和可靠性。利用所述构建的反演模型作为初始模型控制反演，提高了所述反演计算结果的可靠性，传统的水平应力差异比的计算需要利用杨氏模量、泊松比和裂缝柔度等参数计算，而且本发明利用的推导的计算公式，只需要利用泊松比和裂缝密度两个参数进行计算即可，这在大数据体计算时可以降低对计算存贮的消耗，提高计算效率。

基于本申请所述的方法，本申请提供一种裂缝储层地应力特征的计算装置。所述装置可以用于裂缝储层地应力特征的计算。

图2是本申请所述裂缝储层地应力特征的计算装置一种实施例的模块结构示意图，如图2所示，所述装置可以包括：

数据获取模块101，用于获取所述叠后地震数据和所述波阻抗曲线，还用于获取计算所述三种参数的测井曲线所需的裂缝储层的参数，还用于获取计算所述纵波反射系数所需的参数；还用于获取计算所述水平应力差异比所需的泊松比和裂缝密度两种参数的准确值。

计算处理模块102，用于计算所述三种参数的测井曲线，还用于计算所述纵波反射系数，还用于正演得到所述合成角度道集，还用于计算所述三种参数的准确值，还用于计算所述水平应力差异比。

数据输出模块103，用于输出计算得到的三种参数的准确值，还用于输出计算得到的水平应力差异比。

本申请实施例中提供的一种裂缝储层地应力特征的计算装置，使得裂缝储层地应力特征的评价方法的实施可以自动进行，简化了操作，使得实施更快捷，可以不需要实施人员的参与，提高了用户体验，同时可以进行大数据体计算。

上述各实施例所提供的一种裂缝储层地应力的计算方法及装置，在裂缝介质AVAZ反演中对方位各向异性的纵波反射系数进行修正，通过变换所述纵波反射系数的计算公式，推导得到基于AVAZ的反演方程，利用不同方位的叠前角道集，直接计算出杨氏模量、泊松比和裂缝密度，增加了方位角信息的约束，相对于现有技术中的间接反演计算方法，提高了计算结果的准确性和可靠性。利用所述构建的反演模型作为初始模型控制反演，提高了所述反演计算结果的可靠性，传统的水平应力差异比的计算需要利用杨氏模量、泊松比和裂缝柔度等参数计算，而且本发明利用的推导的计算公式，只需要利用泊松比和裂缝密度两个参数进行计算即可，这在大数据体计算时可以降低对计算存贮的消耗，提高计算效率。本申请实施例提供的裂缝储层地应力特征的计算装置，使得裂缝储层地应力特征的评价方法的实施可以自动进行，简化了操作，使得实施更快捷，可以不需要实施人员的参与，提高了用户体验，同时可以进行大数据体计算。

尽管本申请内容中提到不同的裂缝储层地应力特征的计算方式，构建杨氏模量、泊松比和裂缝密度三种参数的初始模型、构建反演的子波矩阵、正演得到合成角度道集、得到AVAZ反演方程、计算泊松比和裂缝密度两种参数的准确值、计算裂缝储层的水平应力差异比的各种时序方式、数据获取/处理/输出方式等的描述，但是，本申请并不局限于必须是行业标准或实施例所描述的情况等，某些行业标准或者使用自定义方式或实施例描述的实施基础上略加修改后的实施方案也可以实现上述实施例相同、等同或相近、或变形后可预料的实施效果。应用这些修改或变形后的数据获取、处理、输出、判断方式等的实施例，仍然可以属于本申请的可选实施方案范围之内。

虽然本申请提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。

上述实施例阐明的装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

虽然通过上述的实施例描绘了本申请，本领域技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。