专利名称：一种反演岩石裂隙参数的方法
技术领域：
本发明属于应用地球物理声波技术领域，具体地，涉及一种利用岩石超声测量数据反演不同压力下岩石裂隙参数的方法。
背景技术：
目前，国内外很多油气田都属于低孔低渗储层，例如碳酸盐岩储层、致密砂岩储层，近几年页岩气开发也提上了议事日程，越来越受到人们的重视和关注，这些非常规储层岩石的一个很重要的特征就是孔隙度很低。从这些致密性油气藏中也往往能够看到可观的油气显示，这主要是因为岩石介质中的裂隙较为发育。因此，针对这类致密性储层的裂隙探测和评估显得十分重要。鉴于这一点，岩石中的裂隙参数应当作为岩石的重要物性参数来进行测量和评估。裂缝的主要识别方法有野外露头观测、岩心裂缝观测、裂缝识别测井和地震、试井和注采试验等方法，测井方法相对其它方法精度最高，应用也最为广泛，其中全井眼地层微电阻率扫描成像测井(FMI)是一种直观、有效的裂缝评价方法，被广泛应用，它可以精细描述裂缝产状、裂缝张开度、裂缝孔隙度及裂缝密度等，可以分辨张开度为0.5mm的裂缝，但该方法反映的裂缝仅仅是井壁地层出现的裂缝，探测深度非常有限，主要靠人工进行裂缝拾取，更重要的是FMI对于岩石内部尺度更小的微观裂隙(相对于裂缝)却很难分辨和识别，而且FMI测井费用成本昂贵，一般只有个别重点探井才进行测量。目前利用岩石中传播的弹性波来进行裂缝或裂隙的评价越来越受到关注，其中一个关键问题就是描述在实际岩石中传播的弹性波波动理论。实际岩石中往往是既含孔隙又含裂隙(也包括相对较大尺度的裂缝)，这种现象对弹性波传播会产生重大影响。然而，现有的以Biot理论为代表的孔隙弹性波动力学和基于O’ Connell和Budiansky理论(O’ ConnellR Jj Budiansky B.Seismic velocities in dry and saturated cracked solids.JGeophys.Res, 1974，79:4626-4627)的裂隙弹性力学均不能完整地描述孔隙、裂隙并存介质中的弹性波动特征。综合以上理论，唐晓明提出了“含孔隙、裂隙介质弹性波动理论”(唐晓明.含孔、裂隙介质弹性波动统一理论-Biot理论的推广，中国科学:地球科学，2011，41 (6):784-795).相对于经典的Biot理论，新的理论增加了裂隙密度和裂隙纵横比这两个描述裂隙介质的重要参数。由于该理论中岩石的裂隙对弹性波波速具有灵敏度很高的控制作用，因此，该理论可以用来预测和模拟裂隙变化条件下的弹性波波速测量数据，从而为实验室中在加压力条件下所做的岩石超声弹性波波速随压力的变化曲线提供所需的实验数据。
发明内容
为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种反演岩石裂隙参数的方法，运用“含孔、裂隙介质弹性波动统一理论”来模拟岩石的弹性波波速变化，结合岩石加压力条件下的弹性波超声测量数 据，为岩石裂隙参数的确定提供一种实用可行的方法，也为将反演得到的岩石裂隙参数运用于油田测井数据的解释提供了一种方法和途径。为实现上述目的，本发明采用如下方案:一种反演岩石裂隙参数的方法，其特征在于，包括如下步骤:步骤一、分别测量不同压力下干燥和流体饱和状态岩石样品的纵波波速和横波波速步骤二、利用“含孔、裂隙介质弹性波动统一理论”模型，正演计算纵波波速和横波波速步骤三、联合构建反演目标函数步骤四、利用GA最优化算法，求解目标函数全局极小值步骤五、输出目标函数达到全局极小值时对应的模型目标参数。优选地，步骤一具体为:在岩石所能承受的最大载荷范围内按照岩石应力-应变曲线变化分别测量多个压力点对应的干燥状态和流体饱和状态岩石的纵波波速和横波波速，压力点的个数用N表示，代表第i个压力点下干燥岩石样品的纵波波速V代表第i个压力点下饱和岩石样品的纵波波速，代表第i个压力点下干燥岩石样品的横波波速，0代表第i个压力点下饱和岩石样品的横波波速。优选地，步骤二具体为:纵波波速和横波波速理论模型由下面所述的孔隙、裂隙弹性波理论公式给出；在孔隙、裂隙并存条件下快纵波波数、慢纵波波数和横波波数，由以下三个式子给出:
权利要求
1.一种反演岩石裂隙参数的方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一、分别测量不同压力下干燥和流体饱和状态岩石样品的纵波波速和横波波速 步骤二、利用“含孔、裂隙介质弹性波动统一理论”模型，正演计算纵波波速和横波波速 步骤三、联合构建反演目标函数 步骤四、利用GA最优化算法，求解目标函数全局极小值 步骤五、输出目标函数达到全局极小值时对应的模型目标参数。
2.一种反演岩石裂隙参数的方法，其特征在于: 步骤一、利用“含孔、裂隙介质弹性波动统一理论”模型，正演计算纵波波速和横波波速 步骤二、分别测量不同压力下干燥和流体饱和状态岩石样品的纵波波速和横波波速 步骤三、联合构建反演目标函数 步骤四、利用GA最优化算法，求解目标函数全局极小值 步骤五、输出目标函数达到全局极小值时对应的模型目标参数。
3.根据权利要求1-2所述的反演岩石裂隙参数的方法，其特征在于:在岩石所能承受的最大载荷范围内按照岩石应力-应变曲线变化分别测量多个压力点对应的干燥状态和流体饱和状态岩石的纵波波速和横波波速，压力点的个数用N表示，^代表第i个压力点下干燥岩石样品的纵波波速，6代表第i个压力点下饱和岩石样品的纵波波速，代表第i个压力点下干燥岩石样品的横波波速，v代表第i个压力点下饱和岩石样品的横波波速。
4.根据权利要求1-3所述的反演岩石裂隙参数的方法，其特征在于:纵波波速和横波波速理论模型由下面所述的孔隙、裂隙弹性波理论公式给出； 在孔隙、裂隙并存条件下快纵波波数、慢纵波波数和横波波数，由以下三个式子给出:
5.根据权利要求1-4所述的反演岩石裂隙参数的方法，其特征在于:将实验测量得到的纵波波速和横波波速与理论正演计算的纵波波速和横波波速联合构建反演目标函数，具体的表达式如下:
6.根据权利要求1-5所述的反演岩石裂隙参数的方法，其特征在于:采用求全局极小值的GA最优化算法，通过求目标函数的全局极小值来减少反演结果的非唯一性。
7.根据权利要求1-6所述的反演岩石裂隙参数的方法，其特征在于: 当上述目标函数达到全局极小值时，输出对应的待求目标参数值，即为所求岩石裂隙密度、岩石裂隙纵横比，以及岩石基质的体模量和岩石基质的剪切模量。
8.根据权利要求1-7所述的反演岩石裂隙参数的方法，其特征在于:裂隙的存在对经典Biot孔隙弹性波动理论有三个重要修正，其一是产生了孔隙与裂隙之间的挤喷流，由下述的挤喷流项来表征:
9.根据权利要求1-8所述的反演岩石裂隙参数的方法，其特征在于:还包括，步骤六、质量监控反演得到的岩石裂隙密度和岩石裂隙纵横比。
10.根据权利要求1-9所述的反演岩石裂隙参数的方法，其特征在于:将步骤五中反演得到的目标参数代入到步骤二“含孔、裂隙介质弹性波动统一理论”的纵波波速和横波波速理论模型中，模拟和预测岩石样品的纵波波速和横波波速随压力的连续变化。通过对比理论计算得到的纵波波速和横波波速与岩石超声测量得到的纵波波速和横波波速数据，检验计算纵波波速和横波波速与实测岩石纵波波速和横波波速数据的吻合程度，对反演出来的岩石裂隙密度和裂隙纵横比进行质量监控和验证。
全文摘要
本发明属于应用地球物理声波技术领域，涉及一种利用岩石超声测量数据反演不同压力下岩石裂隙参数的方法。反演岩石裂隙参数的方法，包括如下步骤步骤一、分别测量不同压力下干燥和流体饱和状态岩石样品的纵波波速和横波波速；步骤二、利用“含孔、裂隙介质弹性波动统一理论”模型，正演计算纵波波速和横波波速；步骤三、联合构建反演目标函数；步骤四、利用GA最优化算法，求解目标函数全局极小值；步骤五、输出目标函数达到全局极小值时对应的模型目标参数。本发明的方法能够反映岩石内部不同尺度下的裂隙或裂缝变化，方便地获取不同压力条件下岩石的裂隙密度和裂隙纵横比。
文档编号G01V1/28GK103235338SQ20131009779
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月25日 优先权日2013年3月25日
发明者魏周拓, 唐晓明, 钱玉萍, 陈雪莲 申请人:中国石油大学(华东)