一种碳酸盐岩岩石物理参数地震反演方法
【专利摘要】本发明提供了一种碳酸盐岩岩石物理参数地震反演方法，属于石油地球物理勘探领域。本方法包括：(1)基于叠前角度道集进行叠前AVO三参数反演，得到地层弹性参数M，所述M包括纵波速度、横波速度和密度；(2)基于测井资料建立统计岩石物理模型；(3)结合步骤(2)得到的岩石物理模型，对储层物性条件进行随机模拟，得到随机模拟结果；(4)对步骤(3)得到的随机模拟结果进行贝叶斯分类模拟，得到后验概率分布，将步骤(1)得到的M作为反演的输入，找到具有最大后验概率分布的R即为最终的反演结果。
【专利说明】一种碳酸盐岩岩石物理参数地震反演方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油地球物理勘探领域，具体涉及一种碳酸盐岩岩石物理参数地震反 演方法，基于改进的Xu&White模型实现基于地震数据的多种碳酸盐岩岩石物理参数同时 反演。
【背景技术】
[0002] 随着油气勘探的不断深入，不断涌现新的勘探区块和新的领域，随着南方和西部 大型海相油气田的陆续发现，使得海相碳酸盐岩油气勘探成为我国油气勘探的重要组成部 分，因此碳酸盐岩储层及流体综合解释成为地球物理学家越来越关注的重点研究课题。
[0003] 基于地震资料的储层预测及流体检测必须以岩石物理研究为基础。地震反射特征 (振幅、相位和频率）与地下岩石的弹性性质直接相关，而地下岩石的弹性性质是由岩石本 身的岩石物理性质（岩性、矿物组分、孔隙结构、饱和流体类型、成岩作用、压力、温度）决定 的。测井及岩芯资料能够提供井点处的岩性、流体及储层物性条件等各类详细信息，且纵向 分辨率高，基于测录井资料开展岩石物理研究可以建立地层岩石物理性质同地层弹性性质 之间的对应关系，从而在叠前地震反演得到地层弹性参数的基础上进一步反演地层岩石物 理参数。但这个关系通常是复杂的、非线性的，常规储层物性参数反演都是基于统计反演理 论来建立两者之间的关系，比如模拟退火、遗传算法和神经网络方法等。这类方法由于完全 基于统计的假定，进行黑箱反演使储层预测的可信度低，物理意义不明确，缺乏横向外推的 理论依据，是一种完全基于数据的反演。而且这类反演方法对工区内井的数量的空间分布 规律都有比较苛刻的要求，方法的适用性也受到一定的限制。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种碳酸盐岩岩石物理 参数地震反演方法，针对现有岩石物理参数地震反演技术对于复杂储层存在的不足，重点 围绕在碳酸盐岩岩石物理参数反演中由于岩石物理关系不明确导致的横向外推稳定性不 足的缺点，通过研究适合碳酸盐岩的岩石物理模型，结合统计理论建立适合横向外推的统 计岩石物理模型，利用随机模拟方法和非线性反演方法，综合应用地质、测井、地震资料，最 终反演得到多种岩石物理参数，包括矿物含量、孔隙度和含流体饱和度等，其中矿物含量可 以揭示岩性，而孔隙度和含流体饱和度可以对储层实现更加精细的评价。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0006] (1)基于叠前角度道集进行叠前AVO三参数反演，得到地层弹性参数M，所述M包 括纵波速度、横波速度和密度，即M= {:纵波速度、横波速度和密度};
[0007] (2)基于测井资料建立统计岩石物理模型；
[0008] (3)结合步骤（2)得到的岩石物理模型，对储层物性条件进行随机模拟，得到随机 丰吴拟结果；
[0009] (4)对步骤⑶得到的随机模拟结果进行贝叶斯分类模拟，得到后验概率分布，将 步骤（1)得到的M作为反演的输入，找到具有最大后验概率分布的R即为最终的反演结果。
[0010] 所述步骤（2)中统计岩石物理模型的建立需要针对目标储层的不同地质背景，建 立相应的岩石物理模型：M=fKPM(R)+e
[0011] 其中，R为岩石物理性质，包括孔隙度、含水饱和度、泥质含量、白云石含量和石灰 石含量，即R= {孔隙度，含水饱和度，泥质含量，白云石含量，石灰石含量} ;fKPM代表岩石物 理模型，e为模型误差，其服从零均值的截断高斯分布，基于统计理论计算模型误差 e的 方差和截断值；
[0012] 对于碳酸盐岩，其岩石物理模型fKPM是通过岩石物理模型标定实现的，具体包括：
[0013] ①利用Voigt-Reuss-Hill模型计算碳酸盐岩骨架弹性模量，具体公式为：
【权利要求】
1. 一种碳酸盐岩岩石物理参数地震反演方法，其特征在于：所述方法包括： (1) 基于叠前角度道集进行叠前AVO三参数反演，得到地层弹性参数M，所述M包括纵 波速度、横波速度和密度； (2) 基于测井资料建立统计岩石物理模型； (3) 结合步骤（2)得到的岩石物理模型，对储层物性条件进行随机模拟，得到随机模拟 结果； (4) 对步骤（3)得到的随机模拟结果进行贝叶斯分类模拟，得到后验概率分布，将步骤 (1)得到的M作为反演的输入，找到具有最大后验概率分布的R即为最终的反演结果。
2. 根据权利要求1所述的碳酸盐岩岩石物理参数地震反演方法，其特征在于：所述步 骤（2)中统计岩石物理模型的建立需要针对目标储层的不同地质背景，建立相应的岩石物 理模型：M=f KPM(R)+e 其中，R为岩石物理性质，包括孔隙度、含水饱和度、泥质含量、白云石含量和石灰石含 量；fKPM代表岩石物理模型，ε为模型误差，其服从零均值的截断高斯分布，基于统计理论 计算模型误差ε的方差和截断值； 对于碳酸盐岩，其岩石物理模型fKPM是通过岩石物理模型标定实现的，具体包括： ① 利用Voigt-Reuss-Hill模型计算碳酸盐岩骨架弹性模量，具体公式为：
其中，Knia代表岩石基质弹性模量，
是Voigt提出的η个组分的等效弹性模量的上限，
是Reuss提出的η个组分的等效弹性模量下限，Kmai是第i种组分的弹性模量；Ci为是 第i种组分的体积含量，分别指泥质含量、白云石含量和石灰石含量； ② 利用连续一阶差分理论实现等效模量计算，其体积模量和剪切模量分别为： Kd=Kffla (1-Φ)Ρ Ud=Unia (ι-ΦΓ 其中，Kt^PUd分别是孔隙度为Φ时的干岩骨架体积模量和剪切模量，Kn^PU m分别是 岩石基质的体积模量和剪切模量，P和q是一组只与纵横比有关的系数，与溶洞、裂缝、粒间 孔隙体积分量及孔隙纵横比成正比； ③ 通过Wood方程计算孔隙流体体积模量：
其中，Kf为混合流体体积模量，Ki为单相流体体积模量，fi是相应的单相流体饱和度； ④ 基于体积平均计算含饱和流体岩石的体积密度P :
其中P fi为单相流体体积密度，A是相应的单相流体饱和度；Ci和P mai分别是第i种 组分的体积含量和弹密度； ⑤ 基于Gassmann-Biot-Geertsma模型给出饱和岩石的弹性模量并计算纵波速度Vp和 横波速度Vs :
其中，Ks是饱和流体体积模量，P是岩石密度； 通过步骤①至⑤实现了根据地层的岩石物理性质R计算得到岩石的弹性性质M，即完 成了岩石物理模型标定，得到碳酸盐岩的岩石物理模型fKPM。
3.根据权利要求2所述的碳酸盐岩岩石物理参数地震反演方法，其特征在于：所述步 骤（3)中是采用马尔科夫链蒙特卡罗抽样Metropolis Hastings抽样算法，结合步骤（2) 得到的岩石物理模型，对岩石物理性质R进行随机模拟，得到的随机模拟结果仉，MJ μ...ν， 具体包括： ① 假定储层物性参数R的先验分布服从多维高斯分布：
式中，N代表多维高斯分布，和^分别为多维高斯分布的均值和协方差矩阵，Nk为 岩石物理模型中，物性参数变量的个数，权重系数a k满足
I 基于EM算法获取高斯混合模型的参数估计； ② 基于储层物性参数先验分布，利用MCMC抽样Metropolis Hastings抽样算法对储层 物性条件进行随机模拟，得到储层物性条件的随机模拟结果{RJ μ...ν，结合统计岩石物理模 型M=fKPM(R)+e，得到储层物性参数和弹性参数的综合随机模拟结果{RpMjin; 其中，N代表MCMC随机抽样次数，i表示第i次随机模拟得到的地层岩石物理参数。
4.根据权利要求3所述的碳酸盐岩岩石物理参数地震反演方法，其特征在于：所述步 骤（4)中反演得到岩石物理参数最大后验概率分布是这样实现的： 反演目标函数如下： R=arg MaxP (Rc IM) c=l, 2···, Nce 其中，P (RC/M)为所述后验概率分布； R。同R的意义一样，表不不同类别的岩石物理性质； Nai为储层物性参数的类别数； 基于贝叶斯分类算法求解该目标函数，即输入步骤（1)得到的M，计算得到后验概率分 布P (R。IM)，找到具有最大后验概率分布的R即为最终的反演结果。
【文档编号】G01V1/40GK104516017SQ201310455938
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】胡华锋, 杨丽, 朱童, 张克非, 周单 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