专利名称：一种非饱和双重孔隙介质地震波频散衰减分析方法及装置的制作方法
一种非饱和双重孔隙介质地震波频散衰减分析方法及装置技术领域
本发明是关于地球物理勘探中的地震岩石物理模型及地震波数值模拟技术，特别是关于一种非饱和双重孔隙介质地震波频散衰减分析方法及装置。
背景技术：
上地壳沉积岩在形成过程中普遍具有一定的孔隙度，随着距地表深度的增加，在压实、固结与充填作用下，岩石的孔隙度会显著降低，但是，局部高孔隙度发育的砂层仍然会为气态烃的储集创造条件。在含水层以下，岩石孔隙中同时饱和气、水两相流体的情况非常普遍，因此，有必要深入探索非饱和岩石中的弹性、电阻率、磁性等物理性质，为实际的地球探测与矿产勘查工作提供依据。近年来，中国天然气供应的需求急剧增加，为满足人民生产生活的需要，生产部门为天然气田的勘测与开发提出了更高的技术要求，为达到提高气层检测精度、逐步实现定量识别的目的，开展深入研究以探索含气、水两相流体非饱和岩石中的地震波传播与响应规律的工作势在必行。
早期针对含流体多孔介质中的弹性波传播规律的研究，在理论上主要基于宏观均勻性假设，近似认为流体与固体均勻分布于岩石内部的每一个力学微元中，每一个力学单元内部仅含有一个流体相与一个固体相，而介质内部的所有力学微元都是相同的、均一的。 这样的做法明显忽略了岩石内部的局部非均勻性，在实际的应用中也被发现明显低估了地震频段内(几十到几百Hz)岩石内部的波速频散与能量衰减现象。
基于宏观均一的Biot理论，White等人在1975年首次引入了岩石内部小尺度非均勻性的概念，考虑了含水岩石内部局部分布的气泡对地震波传播的影响。在实际岩石中， 局部气体集中形成的非浸润状态的气泡在地震波的挤压作用下会发生耗散性的振动，即局部流体流动效应。在低频端，局部流体流动的充分发生会造成地震波能量的大量损失，并使得岩石变得松弛，而在高频地震波的激励下，由于流体在单个振荡周期内不能完成完整的局部荡动，岩石会呈现出比较“硬”的等效状态。Dutta和Sieriff在1979年对White理论进行了改进，改善了 White理论的低频预测结果与(iassmarm理论零频极限的吻合状况。 Shapiro和Mul Ier在1999年调查了局部流体流动中的流体压力与岩石参数的关系，得出中观尺度非均勻性诱发的局部流体流动是导致低频地震波能量强衰减的主因结论，2006年， Carcione等的研究显示，若渗透率下降、流体黏性上升或地层厚度增加，则地震波的衰减与频散曲线有向低频段移动的趋势。
聂建新等人在2004年基于同时包含Biot摩擦机制与喷射流机制的非饱和多孔隙BISQ模型，利用小生境遗传算法实现了储层参数(孔隙度、渗透率、含气饱和度等)的反演。刘炯等人在2009年用孔隙介质力学的方法，研究了嵌入有球状气泡的含水岩石模型中的地震波传播规律。聂建新、杨顶辉与巴晶在2010年借鉴等效介质的思想，将含水饱和度引入波动力学控制方程，并考虑了不同波频率下孔隙流体分布模式对其等效体积模量的影响，给出了能处理含非饱和流体孔隙介质中波传播问题的黏弹性BISQ模型。目前，研究者们在相关问题上已基本达到一致的认识，即局部流体流动是导致孔隙岩石中地震波速度频5散与能力衰减的决定性因素，然而，至今为止，文献中还没有出现一个能够普遍被各种研究与产业部门接受的描述局域流的基础理论与定量技术。
综上所述，现有技术的研究中主要存在以下问题
(1)基于黏弹性理论与BISQ理论的相关研究中，由于引入了一些并不具有明确物理意义或并不易于直接物理实现的参数或系数(如各类松弛时间、黏弹性系数或特征喷射流长度等)，使得这些理论虽然在进行岩石波速现象的描述与预测中非常有效，但相关理论与核心参数的数学基础与物理内涵却难以得到实现或验证，因此即使抛开实验验证，这类方法在实际工程中很难得到推广应用。
(2)在基于精细模型的数值模拟与地震响应分析的相关研究中，由于需要建立过于详细的岩石模型并设置边界条件，使得这类方法虽然能够较准确的给出实际岩石中的地震波响应，但在实际工程中却往往由于缺乏足够的先验信息，并且由于相关方法本身建模的高复杂性与算法的高消耗性，使得此类方法也无法在实际工程应用中得到很好的实现。
(3)某些地震岩石模型在动力学方程组的推导过程中采用了统计热力学关系，使得方程的一些核心参数在计算过程中仅能通过频率域的关系式进行上、下限的估算，而无法做到更准确的地震响应的定量预测。发明内容
本发明提供一种非饱和双重孔隙介质地震波频散衰减分析方法及系统，以分析非饱和岩石中的纵横波频散与衰减随频率、孔隙度、含气饱和度的变化规律。
为了实现上述目的，本发明提供一种非饱和双重孔隙介质地震波频散衰减分析方法，该方法包括步骤1 获取包括渗透率、孔隙率、泥质含量及矿物成分的地质数据，并根据所述地质数据生成储层岩石干骨架模型；步骤2 获取包括钻井数据、录井数据、测井信息及流体实验测量数据的测量数据，根据所述测量数据及Van der Waals方程生成储层流体模型；步骤3 根据所述储层岩石干骨架模型、储层流体模型及描述非饱和双重孔隙介质地震波传播的Biot-Rayleigh方程求解平面波解，生成纵波、横波的相速度及逆品质因子； 步骤4 根据所述纵波、横波的相速度及逆品质因子生成速度、衰减、波阻抗、AVO响应特征等与频率之间的关系。
进一步地，在所述步骤1中，生成储层岩石干骨架模型的步骤包括采用 Voigt-Reuss-Hill平均模型计算骨架基质的等效弹性模量，采用Kuster-Toks0z包体模型计算干燥岩石的等效体积模量和剪切模量
权利要求
1.一种非饱和双重孔隙介质地震波频散衰减分析方法，其特征在于，所述的方法包括步骤1 获取包括渗透率、孔隙率、泥质含量及矿物成分的地质数据，并根据所述地质数据生成储层岩石干骨架模型；步骤2 获取包括钻井数据、录井数据、测井信息及流体实验测量数据的测量数据，根据所述测量数据及Van der Waals方程生成储层流体模型；步骤3 根据所述储层岩石干骨架模型、储层流体模型及分析非饱和双重孔隙介质地震波传播的Biot-Rayleigh方程求解平面波解，生成纵波、横波的相速度及逆品质因子；步骤4 根据所述纵波、横波的相速度及逆品质因子生成速度、衰减、波阻抗、AVO响应特征等与频率之间的关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法包括在所述步骤1中，生成储层岩石干骨架模型的步骤包括采用Voigt-Reuss-Hill平均模型计算骨架基质的等效弹性模量，采用Kuster-Toks0z包体模型计算干燥岩石的等效体积模量和剪切模量^mN(Κκχ Α)——= Σ ^ 队-Km )广T7" *‘.1Kkt+"^ !=l(/4 ) 4^=Σ χ, (A -μ "κτ + 4 m i=\ΚΚΤ，/4—Kuste;r_T()kS0Z理论求得的等效体积模量和剪切模量； Kffl, μω—骨架基质的体积模量和剪切模量； Ki, μ i——第i个包体的体积模量和剪切模量； Xi——每种包体的体积比率； N——包体的个数； ζω= μω(9Κω+8μω)/6(Κω+2μω)； Pmi, Qmi——骨架基质m中加入包体材料i后的弹性模量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述步骤2中，生成储层流体模型的步骤包括采用所述Van der Waals方程计算超临界状态下甲烷气体的密度和体积模量 (P + ap2g)(\-bpg) = pgR(T + 212) 4 pR{T + 213) 7ρ—地层压力； T—地层温度；a——气体有关的参数，对于甲烷 a = 0. 225Pa(m3/mol)2 = 879. 9Pa(m3/kg)2 ； b——气体有关的参数，对于甲烷b = 42. 7cm3/mol = 2. 675X l(T3m7kg ； P g——气体密度； Kg——气体体积模量；R——气体常数，尺=8.31ガ0^1° K) = 519.4J/(kg0 K)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述步骤3中，描述非饱和双重孔隙介质地震波传播的Biot-Rayleigh方程如下
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述步骤3中，所述生成纵波、横波的相速度及逆品质因子，包括以位移场Ui 和Ui表示在非饱和双重孔隙介质中传播的弹性平面波的通解形式，将位移场平面波解χ，y，ζ·代入到所述 Biot-Rayieigh 方程，得到Christoffel方程，在A和Z有非零解的情况下，根据Christoffel方程的行列式等于零得到纵波和横波的频散关系，最后由复波数《可求得弹性波的相速度Vi和逆品质因子β:1
6. 一种非饱和双重孔隙介质地震波频散衰减分析装置，其特征在于，所述装置包括 岩石骨架弹性模量生成模块，用于根据包括渗透率、孔隙率、泥质含量及矿物成分的地质数据，采用Voigt-Reuss-Hill平均模型生成骨架基质的等效弹性模量，并应用等效介质理论或者接触理论计算干燥岩石的等效体积模量和剪切模量；储层流体模型建立模块，用于根据包括钻井数据、录井数据、测井信息及流体实验测量数据的测量数据，根据流体相态分析，应用Van der Waals方程或者流体试验测量结果建立储层流体模型；非饱和双重孔隙介质地震岩石物理建模模块，用于输入岩石骨架模型和流体模型，应用双重孔隙介质Biot-Rayleigh理论建立非饱和储层岩石物理模型；频散特性分析模块，用于分析非饱和岩石中的纵横波频散与衰减随频率、孔隙度及含气饱和度的变化规律。
全文摘要
一种非饱和双重孔隙介质地震波频散衰减分析方法及装置，该方法包括步骤1获取包括渗透率、孔隙率、泥质含量及矿物成分的地质数据，并根据所述地质数据生成储层岩石干骨架模型；步骤2获取包括钻井数据、录井数据、测井信息及流体实验测量数据的测量数据，根据所述测量数据及Van derWaals方程生成储层流体模型；步骤3根据所述储层岩石干骨架模型、储层流体模型及描述非饱和双重孔隙介质地震波传播的Biot-Rayleigh方程求解平面波解，生成纵波、横波的相速度及逆品质因子；步骤4根据所述纵波、横波的相速度及逆品质因子生成速度、衰减、波阻抗、AVO响应特征等与频率之间的关系。
文档编号G01V1/30GK102508296SQ20111036018
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者卢明辉, 巴晶, 曹宏 申请人:中国石油天然气股份有限公司