一种利用地震波阻抗定量反演孔隙度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油与天然气勘探开发领域，具体涉及一种利用地震波阻抗定量反演 孔隙度的方法。
【背景技术】
[0002] 地震勘探技术是油气勘探中应用最为广泛的一种地球物理学方法，在地表或者井 中人工激发地震波，利用地震波在不同介质中传播的速度、振幅、频率、相位、波形等参数的 变化来分析、预测油气储层分布范围及储层物性特征。随勘探开发程度逐渐深入，地震勘探 已经从认识地下构造形态的构造勘探，逐渐发展成直接应用地震信息判断岩性、分析岩相、 定量计算岩层物性参数的岩性勘探。地震性质及反射率受控于地下介质岩性、流体类型、孔 隙度、压力、温度、矿物、岩理等，而岩石物理正是研究岩石物理属性（物性参数）与地球物 理属性之间的桥梁，即岩石物理属性可由地球物理观测数据及其特征（属性）来表征，岩石 物理是建立地震资料预测工具及解释反演结果的物理基础。近几年来，以Gassmann方程为 代表的岩石物理理论研究在许多方面都取得了很大的进展。利用岩石物理技术研究的成 果，可以为含油气分析和储层识别提供敏感性岩石物理参数，能够有效地指导储层识别和 预测。孔隙度和饱和度是描述储层性质的重要参数，利用地震资料定量反演储层参数具有 横向连续性好的优点，对储层精细描述具有重要意义。
[0003] 目前地震孔隙度反演方法主要有三类：
[0004] ①利用速度求孔隙度，根据孔隙度与地震波传播速度的关系求取孔隙度，例如利 用Wyllie公式和改进型的Raymer公式由地震纵波速度等参数求取孔隙度。该类方法的优 点是计算方便，但Wyllie公式未考虑岩石的体积形变，难以在复杂地质条件下应用。后来 的研究表明，它们也不适用于含气砂岩孔隙度的预测；
[0005] ②统计型反演方法，由于地震声学反演和弹性反演的结果与岩石孔隙度无直接联 系，因此在将反演结果转换成孔隙度时，主要利用了反演结果和孔隙度的统计关系，例如速 度-孔隙度交汇图以及密度、波阻抗、泊松比等参数和孔隙度的交汇图。该类方法目前应用 较普遍，但要获得较好的效果需要大量的地质、测井、岩石物理、地震多属性参数资料，并构 建适当的地质模型；
[0006] ③第三类方法是基于Biot-Gassmann方程的孔隙度计算方法，如HeXilei与He Zhenhua(2012)提出的岩石骨架与地震孔隙度反演。张应波（1994)推导了孔隙度的解析 式，该方法的优点是获得了计算孔隙度的解析式，有坚实的理论基础，缺点是需要预先提供 的参数很多，除了Gassmann方程中孔隙度以外的4个参数外，还要求提供应力、孔隙压力、 流体黏滞系数和地震波的衰减系数等。上述参数的获得是一个复杂的过程，使得基于地震 数据的地震孔隙度反演的应用受到了限制。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种利用地震波阻抗定 量反演孔隙度的方法，针对地震资料解释中难以获得孔隙度剖面及常规地震孔隙度反演方 法存在的反演精度低、输入数据繁杂及难以适用复杂地质条件，应用受到限制等不足，本发 明基于岩石物理方程和弹性参数进行地震孔隙度反演，物理意义明确，适应性强，将孔隙度 的取值范围加入反演过程作为约束，提高了反演的稳定性和精度，可保持叠前弹性参数反 演的优点，同时又具有对油气分布有利区带直接预测的优势，可直接用于实际地震资料的 孔隙度反演。
[0008] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0009] -种利用地震波阻抗定量反演孔隙度的方法，以地震波阻抗为输入数据，利用岩 石物理方程和地震波传播速度公式构建孔隙度反演的误差函数，并在孔隙度的取值范围内 构建解的可行域空间，在该可行域空间内采用非线性全局寻优算法进行迭代反演，得到最 终的孔隙度。
[0010] 所述方法包括：
[0011](1)输入终止条件的值e，在孔隙度的取值范围内随机给定孔隙度的初始值；
[0012] (2)输入固体矿物的体积模量心和剪切模量输入固结系数c，计算干岩石弹 性模量；
[0013] (3)计算饱和岩石弹性模量；
[0014] (4)由所述饱和岩石弹性模量计算波阻抗，所述波阻抗包括纵波阻抗Ip和横波阻 抗Is ;
[0015] (5)输入比重因子入和由叠前地震反演得到的纵波阻抗Ipi和横波阻抗Isi，建立 孔隙度反演的误差函数；
[0016] (6)利用非线性全局寻优算法对所述孔隙度反演的误差函数进行迭代反演，直到 所述孔隙度反演的误差函数满足终止条件；
[0017] (7)输出满足终止条件的孔隙度。
[0018] 所述步骤（2)计算干岩石弹性模量是这样实现的：
[0019] 所述干岩石弹性模量包括体积模量和剪切模量，分别由公式（1)和（2)计算得 到：
[0020] Kdry=KQ(l-(j5) / (l+c(t)⑴
[0021] lidrflidQ-ti)) / (1+L5c4>)⑵
[0022] 其中，Kd,y和yd,y分别为干岩石体积模量和剪切模量，小为孔隙度。
[0023] 所述步骤（3)是这样实现的：
[0024] 利用岩石物理方程计算饱和岩石弹性模量，所述饱和岩石弹性模量包括体积模量 和剪切模量，所述岩石物理方程为公式（3)和公式（4):
【主权项】
1. 一种利用地震波阻抗定量反演孔隙度的方法，其特征在于：所述方法以地震波阻抗 为输入数据，利用岩石物理方程和地震波传播速度公式构建孔隙度反演的误差函数，并在 孔隙度的取值范围内构建解的可行域空间，在该可行域空间内采用非线性全局寻优算法进 行迭代反演，得到最终的孔隙度。
2. 根据权利要求1所述的利用地震波阻抗定量反演孔隙度的方法，其特征在于：所述 方法包括： (1) 输入终止条件的值e，在孔隙度的取值范围内随机给定孔隙度的初始值； (2) 输入固体矿物的体积模量&和剪切模量输入固结系数c，计算干岩石弹性模 量； (3) 计算饱和岩石弹性模量； (4) 由所述饱和岩石弹性模量计算波阻抗，所述波阻抗包括纵波阻抗Ip和横波阻抗 Is ; (5) 输入比重因子A和由叠前地震反演得到的纵波阻抗Ipi和横波阻抗Isi，建立孔隙 度反演的误差函数； (6) 利用非线性全局寻优算法对所述孔隙度反演的误差函数进行迭代反演，直到所述 孔隙度反演的误差函数满足终止条件； (7) 输出满足终止条件的孔隙度。
3. 根据权利要求2所述的利用地震波阻抗定量反演孔隙度的方法，其特征在于：所述 步骤（2)计算干岩石弹性模量是这样实现的： 所述干岩石弹性模量包括体积模量和剪切模量，分别由公式（1)和（2)计算得到： Kdry=K〇(l-4)) / (l+c4>) (1) y dry=yod-^) / (1 + 1. 5c4>) (2) 其中，K&y和分别为干岩石体积模量和剪切模量，?为孔隙度。
4. 根据权利要求3所述的利用地震波阻抗定量反演孔隙度的方法，其特征在于：所述 步骤（3)是这样实现的： 利用岩石物理方程计算饱和岩石弹性模量，所述饱和岩石弹性模量包括体积模量和剪 切模量，所述岩石物理方程为公式（3)和公式（4):
I1 sat= I1 dry⑷ 其中，Kf为孔隙饱含流体的体积模量，Ksat和i!sat为饱和岩石体积模量和剪切模量。
5. 根据权利要求4所述的利用地震波阻抗定量反演孔隙度的方法，其特征在于：所述 步骤（4)是这样实现的： 由地震波在均匀、各向同性、弹性介质中的传播速度，利用地震波传播速度公式得到纵 波阻抗和横波阻抗，所述地震波传播速度公式为公式（5)和公式（6):
其中，psat为饱和岩石密度。
6. 根据权利要求5所述的利用地震波阻抗定量反演孔隙度的方法，其特征在于：所述 步骤（5)中建立的孔隙度反演的误差函数如下： f(小)=入[Ip-Ipi]2+(1_ 入）[IS_IJ2 ⑵ 其中，0彡X彡1，由用户给定。
7. 根据权利要求6所述的利用地震波阻抗定量反演孔隙度的方法，其特征在于：所述 步骤（6)包括： (61) 首先由孔隙度的取值范围建立可行域空间，如公式（8): 小G [小―，U(8) 其中，小_为孔隙度取值范围的最小值，小_为孔隙度取值范围的最大值； (62) 在所述可行域空间内生成一个孔隙度可行解，并重复步骤（2)-(5)得到误差函数 的值，然后判断该误差函数的值是否满足终止条件，如果否，则返回步骤（62)，如果是，则停 止。
8. 根据权利要求7所述的利用地震波阻抗定量反演孔隙度的方法，其特征在于：在所 述可行域空间内生成一个孔隙度可行解是利用下式实现的： (1〇) 其中，吣为孔隙度可行解，r为随机数，其范围是1。
9. 根据权利要求8所述的利用地震波阻抗定量反演孔隙度的方法，其特征在于：所述 终止条件如下： f〇)彡e(9)。
【专利摘要】本发明提供了一种利用地震波阻抗定量反演孔隙度的方法，属于石油与天然气勘探开发领域。本方法以地震波阻抗为输入数据，利用岩石物理方程和地震波传播速度公式构建孔隙度反演的误差函数，并在孔隙度的取值范围内构建解的可行域空间，在该可行域空间内采用非线性全局寻优算法进行迭代反演，得到最终的孔隙度。本发明基于岩石物理方程和弹性参数进行地震孔隙度反演，物理意义明确，适应性强，将孔隙度的取值范围加入反演过程作为约束，提高了反演的稳定性和精度，可保持叠前弹性参数反演的优点，同时又具有对油气分布有利区带直接预测的优势，可直接用于实际地震资料的孔隙度反演。
【IPC分类】G01V1-30, G01V1-28
【公开号】CN104570065
【申请号】CN201310468158
【发明人】白俊雨
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月9日