非均匀孔隙岩石及其固态有机质体积含量确定方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地震岩石物理技术领域，尤其涉及非均匀孔隙岩石及其固态有机质体 积含量确定方法及装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着人类对能源需求的日益增加，致密油气等非常规资源已成为全球石 油勘探开发的重点关注领域。致密油以吸附或游离状态赋存于生油岩（或与生油岩互层、 紧邻的致密砂岩、致密碳酸盐岩等储集岩）中，这类石油未经过大规模长距离运移聚集，与 常规储层相比，致密油储层的地质特征更为复杂，普遍具有局部非均质状况变化剧烈、成岩 种类多样化、流体分布模式复杂等特点。
[0003] 岩石骨架是充满孔隙和裂缝的介质，油气资源能够在其中生成、储藏和运移。地震 波在致密油储层孔隙介质中传播时，由于固流两相介质力学性质不同产生相对运动，并由 此产生能量耗散，导致波速度频散和衰减。通过对岩石波速的观测，能够了解储层中油气资 源的空间分布和物理特征。在非均质致密孔隙介质中影响频散和衰减的因素较为复杂，主 要包括孔隙介质中复杂流体的类型、微纳米孔隙网络结构特征、流固相对运动方式和波的 频率等。同时，致密油储层地质特征复杂，生烃储层岩石包含矿物颗粒和固态有机质（干酪 根）等非均匀性相，孔隙流体非达西流动等复杂流体现象也给地震波勘探等常规手段带来 挑战。
[0004] 干酪根（kerogen)是非常规油气资源的重要研究对象之一，以非均匀掺杂物的形 式填充于岩石骨架中。岩石骨架和固体有机物均可视为孔隙介质，无论在无机矿物骨架还 是在干酪根内部，都发现存在大量不同尺度、不同形状和不同数量的微孔隙，这些孔隙构成 了烃类产生和存储的场所。无机矿物和干酪根的孔隙度、密度、渗透率、弹性模量等岩石物 理参数有很大不同，储层岩石可以看作是包含无机孔隙和有机孔隙的系统，它们的共同存 在使岩石成为双重孔隙系统，这包括背景物质（如无机矿物）孔隙骨架和非均匀掺杂物质 (如固态有机物质）形成的斑块状孔隙系统。与此同时，在背景物质孔隙空间和和掺杂物质 孔隙空间中可以被不同的填充物占据，因此，富含固态有机质的岩石具有双重孔隙和双重 填充物特征（见图1)。根据有机质含量等参数，建立双重孔隙非均质储层岩石弹性模量的 计算模型，提出基于波速的有机质体积含量反演方法，这对于通过地震波勘探开发页岩油 气资源意义非凡。
[0005] 含有孔隙的岩石体积模量理论模型主要包括Eshelby (1957)，Hashin (1960)， Kuster和Toksoz (1974)，Xu和White (1995)等提出的理论模型。对于无限大均勾各向同 性介质，Eshelby提出了局部区域发生形状和尺寸变化时的复合体弹性模量计算方法，这 个方法可以得到包含椭球体掺杂物的复合介质弹性模量理论计算模型，该方法的前提假设 是：（1)背景介质是无限大的，（2)椭球体掺杂物内部的应变是均匀的。该方法可以得到包 含椭球体掺杂物（或孔洞）的复合介质静力学弹性体积模量。
[0006] Hashin于1960年研究了具有随机非均勾性的弹性介质体积模量的解析计算方 法。该方法包括均匀各向同性的背景连续介质和另一种均匀各向同性的掺杂物介质，两种 介质的体积模量都是已知的。在理论分析中，该方法假设颗粒状掺杂物的体积含量在空间 中是均匀的，即空间任意一处的掺杂物或背景介质体积比都是相同的，整个复合介质可以 看作一种等效的均匀介质。
[0007] 1974年，Kuster和Toksoz给出了两相介质中体积模量和地震波速度的计算方法， 考虑一种连续背景物质（固体或者液体）中随机掺杂了另外一种物质（固体或液体）的情 况，在给定掺杂物质的体积比、形状和物理属性等参数情况下，通过等效介质级数展开方法 得到了这种复合介质的地震波速度和体积模量。该方法的假设条件是：（1)介质中地震波 的波长远大于掺杂物的尺寸；（2)空间中掺杂物的分布是均匀、各向同性的。该方法能够计 算包含椭球体掺杂物的复合材料体积模量。
[0008] 在Kuster和Toksoz方法基础上，Xu和White提出了包含粘土-砂岩两种物质的 孔隙介质速度模型，该方法给出了同时含有两种几何形状孔隙的计算模型，这包括（1)接 近球体的砂岩内部孔隙；（2)具有小纵横比的页岩孔隙。
[0009] 上述这些方法主要用于计算包含两种物质的复合介质体积模量，即包含（1)连续 背景物质；（2)离散分布的颗粒掺杂物介质。在实际储层岩石中，往往是十分复杂的情况， 通常包含多种背景物质（如无机矿物和固态有机物）。同时，不同背景物质往往具有不同的 掺杂物或者孔隙。因此，对非常规储层岩石来说，怎样计算包含两种骨架材料和两种掺杂物 的非均匀分布孔隙岩石弹性模量是一个十分重要的问题，但是现有模型仍然面临困难，尚 没有一个简洁有效的计算方法，并且使基于波速的有机质体积含量反演也不能得到准确可 靠的结果。
【发明内容】
[0010] 本发明实施例提供一种非均匀孔隙岩石的体积模量确定方法，用以准确可靠地计 算出非均匀孔隙岩石的体积模量，该方法包括：
[0011] 确定非均匀孔隙岩石中背景相孔隙介质的岩石物理参数；
[0012] 确定非均匀孔隙岩石中掺杂物孔隙介质的岩石物理参数；
[0013] 根据所述背景相孔隙介质和掺杂物孔隙介质的岩石物理参数，计算所述非均匀孔 隙岩石的体积模量。
[0014] 一个实施例中，根据所述背景相孔隙介质和掺杂物孔隙介质的岩石物理参数，计 算所述非均匀孔隙岩石的体积模量，包括：
[0015] 根据所述背景相孔隙介质的岩石物理参数，计算所述背景相孔隙介质的等效体积 模量；
[0016] 根据所述掺杂物孔隙介质的岩石物理参数，计算所述掺杂物孔隙介质的等效体积 模量；
[0017] 根据所述背景相孔隙介质的等效体积模量和所述掺杂物孔隙介质的等效体积模 量，计算所述非均匀孔隙岩石的体积模量。
[0018] -个实施例中，根据所述背景相孔隙介质的岩石物理参数，计算所述背景相孔隙 介质的等效体积模量，包括：
[0019] 根据所述背景相孔隙介质中骨架物质的体积模量和泊松比，以及掺杂颗粒的体积 模量和体积比，计算所述背景相孔隙介质的等效体积模量；
[0020] 根据所述掺杂物孔隙介质的岩石物理参数，计算所述掺杂物孔隙介质的等效体积 模量，包括：
[0021] 根据所述掺杂物孔隙介质中骨架物质的体积模量和泊松比，以及掺杂颗粒的体积 模量和体积比，计算所述掺杂物孔隙介质的等效体积模量。
[0022] -个实施例中，按如下公式，根据所述背景相孔隙介质中骨架物质的体积模量和 泊松比，以及掺杂颗粒的体积模量和体积比，计算所述背景相孔隙介质的等效体积模量：
[0025] 其中，)为所述背景相孔隙介质的等效体积模量，（Kn, Gn)为所述背景相孔 隙介质中骨架物质的体积模量，Vni为所述背景相孔隙介质中骨架物质的泊松比，（Kp, Gp)为 所述背景相孔隙介质中掺杂颗粒的体积模量，C1为所述背景相孔隙介质中掺杂颗粒的体积 比；
[0026] 按如下公式，根据所述掺杂物孔隙介质中骨架物质的体积模量和泊松比，以及掺 杂颗粒的体积模量和体积比，计算所述掺杂物孔隙介质的等效体积模量：
[0029] 其中，瓦)为所述掺杂物孔隙介质的等效体积模量，（KfAfi)为所述掺杂 物孔隙介质中骨架物质的体积模量，为所述掺杂物孔隙介质中骨架物质的泊松比， (夂为所述掺杂物孔隙介质中掺杂颗粒的体积模量，Ch为所述掺杂物孔隙介质中掺 杂颗粒的体积比。
[0030] -个实施例中，按如下公式，根据所述背景相孔隙介质的等效体积模量和所述掺 杂物孔隙介质的等效体积模量，计算所述非均匀孔隙岩石的体积模量：
[0032] 其中，<为所述非均匀孔隙岩石的体积模量，为所述背景相孔隙介质的 等效体积模量，（I、G,,)为所述掺杂物孔隙介质的等效体积模量，α为所述背景相孔隙介 质的体积比。
[0033] 本发明实施例还提供一种非均匀孔隙岩石中固态有机质的体积含量确定方法，用 以准确可靠地计算出非均匀孔隙岩石中固态有机质的体积含量，该方法包括：
[0034] 按上述非均匀孔隙岩石的体积模量确定方法确定所述非均匀孔隙岩石的体积模 量；
[0035] 观测所述非均匀孔隙岩石中弹性波传播速度；
[0036] 根据所述背景相孔隙介质和掺杂物孔隙介质的岩石物理参数，计算所述非均匀孔 隙岩石的纵波速度；
[0037] 以弹性波传播速度与所述纵波速度之间的差异为目标函数，根据所述非均匀孔隙 岩石的体积模量，反演所述非均匀孔隙岩石中固态有机质的体积含量。
[0038] 本发明实施例还提供一种非均匀孔隙岩石的体积模量确定装置，用以准确可靠地 计算出非均匀孔隙岩石的体积模量，该装置包括：
[0039] 背景相参数确定模块，用于确定非均匀孔隙岩石中背景相孔隙介质的岩石物理参 数；
[0040] 掺杂物参数确定模块，用于确定非均匀孔隙岩石中掺杂物孔隙介质的岩石物理参 数；
[0041] 体积模量计算模块，用于根据所述背景相孔隙介质和掺杂物孔隙介质的岩石物理 参数，计算所述非均匀孔隙岩石的体积模量。
[0042] -个实施例中，所述体积模量计算模块包括：
[0043] 背景相计算单元，用于根据所述背景相孔隙介质的岩石物理参数，计算所述背景 相孔隙介质的等效体积模量；
[0044] 掺杂物计算单元，用于根据所述掺杂物孔隙介质的岩石物理参数，计算所述掺杂 物孔隙介质的等效体积模量；