一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法和装置与流程

本发明涉及水合物和声学，特别涉及一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法和装置。

背景技术：

1、天然气水合物作为未来潜在能源，具有分布广泛、埋藏浅、资源量大、能量密度高、洁净等特点，储量巨大，是潜在的接替清洁能源。据统计，全球水合物资源量约为所有其他化石能源总和的2倍。

2、天然气水合物多以以下几种形式赋存于沉积层中：一是以分散状胶结尚未固结的泥质沉积物颗粒；二是以结核状、团块状或薄层状的集合体形式赋存于沉积物中；三是以细脉状、网脉状充填于沉积物的裂隙之中。相对于其他地质矿产来说，目前天然气水合物的分析测试技术还不成熟，比如，开展原位条件下的岩石物理实验受到样品代表性的制约，开展天然气水合物岩电实验存在困难。首先，天然气水合物往往分布在海底固结程度不好的浅层沉积物中，亦或冻土层那种固体含水合物岩石中，在常温常压下易分解，这就使得含天然气水合物岩心的完整性难以保证；其次，天然气水合物是固体矿产，与油气具有不同的物理状态，这使得油气物理实验设备不能直接用于对含天然气水合物的岩心进行测量，目前虽然有个别实验室做过这方面的尝试，但这些工作只是初步的探索。

3、目前，大多数与水合物储层声学特性相关的实验研究都是基于静态封闭系统，并获取了比较丰富的实验数据资料。gei等研究了天然气水合物，游离气体和饱和水的沉积物的声学特性，获得了含水合物沉积物的波速；winters等通过实验研究了甲烷水合物和冰对不同粒径沉积物的声波速度的影响，以及不同水合物形成对声学特性的影响；duchkov等设计并建造了用于在实验室条件下模拟含水合物生成的人造样品和在不同温度和压力下测量其声学特性(波速，吸收和衰减)的设备，并测量含甲烷水合物的样品。priest等使用了″过量气″和″过量水″方法在砂子中生成水合物，并使用共振柱获取了含水合物沉积物纵横波速变化。胡高伟等研究了沉积物中甲烷水合物形成过程中水合物饱和度和纵横波声速变化特征。

技术实现思路

1、发明人发现，现有技术针对甲烷流体运移条件下的沉积物中水合物生成实验和相应的声学特征研究，一般为模拟海底渗漏体系的甲烷运移研究，而气体运移条件下水合物生成实验较难实现，实验技术难度较大，该方面数值模拟研究还未有先例。为了至少部分地解决现有技术存在的技术问题，发明人做出本发明，通过具体实施方式，提供一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法和装置，能够对赋存水合物的沉积物的声学特征进行合理模拟，且消除了孔隙流体的惯性运动造成的衰减及未固结颗粒的摩擦损失的影响。

2、第一方面，本发明实施例提供一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法，包括：

3、获取赋存水合物的沉积物、水合物、水合物包裹体及包裹体中甲烷和水的设定物理属性参数；

4、根据所述物理属性参数，确定包裹体的复弹性模量、孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量、水合物的干颗粒骨架的有效复弹性模量及沉积物的有效复干燥弹性模量，得到弹性模量组；

5、利用biot-stoll模型修正所述弹性模量组中各弹性模量；

6、根据修正后的弹性模量组，确定沉积物的设定声学特征参数，得到包含所述物理属性参数和沉积物的设定声学特征参数的岩石物理模型。

7、第二方面，本发明实施例提供一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟装置，包括：

8、数据获取模块，用于获取赋存水合物的沉积物、水合物、水合物包裹体及包裹体中甲烷和水的设定物理属性参数；

9、弹性模量组确定模块，用于根据所述物理属性参数，确定包裹体的复弹性模量、孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量、水合物的干颗粒骨架的有效复弹性模量及沉积物的有效复干燥弹性模量，得到弹性模量组；

10、弹性模量组优化模块，用于利用biot-stoll模型修正所述弹性模量组中各弹性模量；

11、声学特征数值模拟模块；用于根据修正后的弹性模量组，确定沉积物的设定声学特征参数，得到包含所述物理属性参数和沉积物的设定声学特征参数的岩石物理模型。

12、第三方面，本发明实施例提供一种具备数值模拟功能的计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其中，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法。

13、本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

14、(1)本发明实施例提供的赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法，获取赋存水合物的沉积物、水合物、水合物包裹体及包裹体中甲烷和水的设定物理属性参数；根据物理属性参数，确定包裹体的复弹性模量、孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量、水合物的干颗粒骨架的有效复弹性模量及沉积物的有效复干燥弹性模量，得到弹性模量组；利用biot-stoll模型修正弹性模量组中各弹性模量；根据修正后的弹性模量组，确定沉积物的设定声学特征参数，得到沉积物声学特征参数岩石物理模型。能够对赋存水合物的沉积物的声学特征进行合理模拟，反映其物性对岩石声学特性的影响规律，为通过声学特征表征研究水合物及其赋存的沉积物的物理特征提供了数学依据。

15、(2)本发明实施例提供的赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法，利用biot-stoll模型修正弹性模量组中各弹性模量，消除了孔隙流体的惯性运动造成的衰减及未固结颗粒的摩擦损失的影响。

16、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

17、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述物理属性参数，确定包裹体的复弹性模量，具体包括：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定包裹体的复剪切模量，具体包括：

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述沉积物的孔隙度、沉积物在不赋存水合物状态下的孔隙度、水合物及其包裹体中甲烷和水的饱和度、体积模量、包裹体的浓度、体积百分数、纵横比和粘度及水合物的声波频率，确定包裹体的复体积模量，具体包括：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述沉积物在不赋存水合物状态下的孔隙度、水合物及其包裹体中甲烷和水的饱和度、包裹体的浓度和体积百分数、包裹体及包裹体中甲烷和水的体积模量，确定包裹体复体积模量的实部，具体包括：

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述沉积物的孔隙度及所述沉积物不赋存水合物状态下的孔隙度、水合物的饱和度、包裹体的浓度和体积百分数，确定水合物中包裹体与孔隙的体积比，具体包括：

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述物理属性参数，确定孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量，具体包括：

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述物理属性参数，确定水合物的干颗粒骨架的有效复弹性模量，具体包括：

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述物理属性参数，确定沉积物的有效复干燥弹性模量，具体包括：

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述修正甲烷的等温和准平稳体积模量，得到甲烷非等温动态复体积模量，具体包括：

12.如权利要求1～11中任一项所述的方法，其特征在于，所述设定声学特征参数，包括声波速度和/或声波能量衰减。

13.一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟装置，其特征在于，包括：

14.一种具备数值模拟功能的计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1～12任一项所述的赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法。

技术总结
本发明公开了一种赋存水合物的沉积物的声学特征模拟方法和装置。所述方法包括，获取赋存水合物的沉积物、水合物、水合物包裹体及包裹体中甲烷和水的设定物理属性参数；根据物理属性参数，确定包裹体的复弹性模量、孔隙填充型水合物的干颗粒骨架的有效弹性模量、水合物的干颗粒骨架的有效复弹性模量及沉积物的有效复干燥弹性模量，得到弹性模量组；利用Biot‑Stoll模型修正弹性模量组中各弹性模量；根据修正后的弹性模量组，确定沉积物的设定声学特征参数，得到沉积物声学特征参数岩石物理模型。能够对赋存水合物的沉积物的声学特征进行合理模拟，且消除了孔隙流体的惯性运动造成的衰减及未固结颗粒的摩擦损失的影响。

技术研发人员：肖玉峰,窦立荣,王红岩,葛新民,李新林
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15