基于井震联合速度的页岩地层压力预测方法及装置与流程

本发明涉及非常规页岩气勘探与开发领域，特别涉及一种基于井震联合速度的页岩地层压力预测方法及装置。

背景技术：

页岩气是指以甲烷为主要成分、以游离态及吸附态为主要形式蕴藏于高碳泥岩或者暗色(黑色)泥岩中的天然气。该类能源清洁、高效，在盆地内沉积范围广、厚度较大，是继煤层气之后发现的又一种重要的非常规天然气。

全球页岩气资源量巨大(456x1012m³，2012)，相当于致密砂岩气和煤层气的总和，其主要分布在北美、拉美、西欧、中欧和东欧、前苏联、中东和北撒哈拉以南的南非洲、中亚和中国等。中国和美国的页岩虽然都很发育，但是在地质特征方面差异较大，主要表现在页岩分布地区的地质构造条件、页岩沉积类型、页岩沉积年代、热演化条件、页岩的成熟期以及成熟度、埋藏深度、保存条件等方面。

21世纪以后，随着我国对能源产业的推动及对油气资源需求的增大，页岩气研究的步伐开始加快。自2009年开始页岩气规模钻探以来，中石油、中石化和壳牌中国在四川盆地下古生界海相页岩气勘探方面取得了重要进展，中国也由此成为除北美地区之外唯一一个开始商业勘探页岩气的国家。特别是中国石油化工股份有限公司相继在四川威进新场上三叠统须家河组五段下亚段、四川盆地川西南坳陷寽保场-金石极构造带下寒武九老洞组、重庆彭水、黔北丁山构造、重庆涪陵焦石坝龙马溪等组段均取得了重大页岩气发现，推动了我国页岩气开发的商业进程，特别是在川东南焦石坝地区龙马溪-五峰组页岩气获得了巨大的突破，得到规模开发，并完成50亿方年产能建设。

伴随页岩气勘探的不断深入，页岩气及对应的页岩研究对相应的地球物理技术不断提出需求，特别是对于与页岩气井实际产气量相关的压力预测技术不断提出需求。目前，利用地震技术进行地层压力预测的方法主要有四种：压实平衡方法、等效深度方法(eaton、stone等)、fillippone方法、改进fillippone公式法。在页岩地层孔隙压力预测方面，目前基于地震资料预测地层压力的方法还仅限于欠压实成因理论的基础上，其基本原理是在正常压实地层中，随着深度的增加，地层逐渐被压实，地层岩石的孔隙度逐渐减小，地震波在岩石中的传播速度逐渐加快，而在异常高压地层中，表现为与正常压实趋势相反的变化，孔隙度比正常压实的孔隙度大，岩石密度比正常压实的密度值低，地震波波速比正常压实的波速小。根据这些异常就可以预测异常高压的存在，并可估算其压力的大小。随着地层压力预测方法的发展，downton和roure(2010)介绍了一种avaz同时弹性反演的方法，它能够反演得到各向同性介质背景下的弹性参数，进行页岩脆性和最小闭合压力的预测分析，并且能够同时反演得到描述裂缝发育密度和走向的信息参数。suirez-rivera等(2009)通过物理模拟试验，联合各向同性及各向异性压力计算方法计算出了地层孔隙闭合压力。

根据需求，页岩压力预测技术在不断改进，对于一个地区或者一套地层哪一种方法是准确的或者说是有效的，这主要取决于与实际生产数据的吻合，能够有效描述研究地区地层压力指示参数的技术就是有效的压力预测技术。伴随着我国页岩气研究及勘探开发愈演愈烈，期待更准确有效地预测地层压力，明确压力条件(地层压力系数)与页岩气井产气量的关系。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种基于井震联合速度的页岩压力预测方法，以提高压力(压力系数)预测精度，从而提高页岩气井钻探的成功率。

本发明的一方面提供一种基于井震联合速度的页岩地层压力预测方法，包括以下步骤：

获取地震层速度；

求取改进的地震层速度；

基于所述改进的地震层速度计算地层压力；

求取校正压力系数，根据所述校正压力系数对所述地层压力进行校正。

优选地，通过以下公式(6)计算地震层速度：

其中，vr,n和vr,n-1分别为地层顶界面、底界面的叠加速度，和分别为地层顶界面、底界面的均方根速度，t0,n和t0,n-1分别为地层顶界面、底界面的反射时间，vn为地震层速度。

优选地，所述求取改进的地震层速度包括：

基于声波测井曲线和自然伽马测井曲线重构拟声波曲线dt；

基于所述拟声波曲线dt，通过bp神经网络算法计算改进的地震层速度。

优选地，将研究工区内多口井对应目标层的层速度与该目标层处实测压力值与计算压力值之间的比值进行指数回归，求取所述校正压力系数k’。

本发明另一方面提供一种基于井震联合速度的页岩地层压力预测装置，包括：

层速度获取模块，用于获取地震层速度；

层速度改进模块，用于求取改进的地震层速度；

地层压力计算模块，用于基于所述改进的地震层速度计算地层压力；

地层压力校正模块，用于求取校正压力系数，根据所述校正压力系数对所述地层压力进行校正。

优选地，所述层速度获取模块通过以下公式(6)计算地震层速度：

其中，vr,n和vr,n-1分别为地层顶界面、底界面的叠加速度，和分别为地层顶界面、底界面的均方根速度，t0,n和t0,n-1分别为地层顶界面、底界面的反射时间，vn为地震层速度。

优选地，所述求取改进的地震层速度包括：

基于声波测井曲线和自然伽马测井曲线重构拟声波曲线dt；

基于所述拟声波曲线dt，通过bp神经网络算法计算改进的地震层速度。

优选地，将研究工区内多口井对应目标层的层速度与该目标层处实测压力值与计算压力值之间的比值进行指数回归，求取所述校正压力系数k’。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于在fillippone压力预测经验公式的基础上，选择拟声波曲线反演层速度，从而获得更能够反映实际地层岩性的改进层速度，利用改进层速度计算出的地层压力更加合理。此外，本发明基于实际工区、实际地层，通过层速度与压力校正系数的统计拟合得到校正压力系数，对压力预测经验公式进行校正，使得计算的压力更适用于研究工区，更加有效、合理。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。

图1显示根据示例性实施例的基于井震联合速度的页岩压力预测方法的流程图；

图2显示利用示例性实施例的基于井震联合速度的页岩压力预测方法预测出的jsb选区页岩地层压力校正系数过井剖面图；

图3显示利用示例性实施例的基于井震联合速度的页岩压力预测方法预测出的jsb选区页岩地层压力校正系数平面分布图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

压力预测经验公式的提出

目前，与地震资料相关的地层压力预测方法主要有压实平衡方程方法、等效深度公式法、fillippone方法和改进fillippone方法，这四种方法都与速度关系密切，即速度是基于地震资料的地层压力预测方法的关键。本发明在fillippone压力预测方法的基础上，通过改进速度和校正系数提高压力预测方法的精度，以适合研究区地层压力预测的需求。

fillippone地层压力预测公式可以表示为以下公式(1)：

其中，pp为地层压力(mpa)；h为深度(m)；vi为第i层的层速度(m/s)；vmax为最大层速度(m/s)，是岩层有效孔隙度接近于零时的纵波速度；vmin为最小层速度(m/s)，是岩层刚性接近于零时的纵波速度；k为压力系数，无量纲；ρa为地层平均密度，通常用gardner公式计算，也可以通过地震资料预测。

公式(1)中的参数vmax、vmin可从通过以下公式(2)和公式(3)分别求得：

vmax＝1.4v0+3kt(2)

vmin＝1.4v0+0.5kt(3)

其中：

v0＝1.4vj-kt0(4)

在公式(2)-(5)中，t0和t分别为地层顶界面和底界面的双程时，vj0和vj分别为顶界面和底界面的均方根速度。

地震速度的改进

基于前面的理论分析可知，层速度对基于地震资料的压力预测具有至关重要的作用。因此，本发明的核心是从提高层速度计算精度的角度出发，综合利用地震反演速度、地震资料、测井资料提出了一种新的、高精度的地层压力预测方法。该方法的核心是提高层速度的计算精度，采用fillippone公式进行地层压力预测。此外，该方法结合实际地区及地层特征校正压力系数k，确定最终的具有区域适应性的压力预测公式。

以下参考附图详细描述根据示例性实施例的基于井震联合速度的页岩压力预测方法，其包括以下步骤：

步骤1：获取地震层速度

获取地震波在地下地层中的传播速度的方法主要包括：声波测井法、vsp法、地面地震法、实验室测定法等等。在示例性实施例中，利用地面地震法获得地震波的传播速度，然后通过dix公式计算地震层速度。

在子步骤11，利用室外的地面地震工程，采集接收人工地震信号，通过地震信号的编译、初至拾取、速度谱拾取、速度建模等步骤得到叠加速度、均方根速度。该步骤属于现有技术，不是本发明的重点内容，因此在此不具体阐述。

然后，在子步骤12，在地层介质水平或起伏不大的条件下，利用dix公式将子步骤11中获得的叠加速度、均方根速度转换成地震层速度，即单层介质的层速度，如以下公式(6)所示：

其中，vr,n和vr,n-1分别为地层顶界面、底界面的叠加速度，和分别为地层顶界面、底界面的均方根速度，t0,n和t0,n-1分别为地层顶界面、底界面的反射时间，vn为层速度。

步骤2：求取改进的地震层速度

通过dix公式计算层速度的方法虽然简单，但是从理论上说，此公式只适用于水平层状地层和小炮检距的情况，抗干扰能力差。为了提高利用dix公式转换得到的地震层速度进行压力预测的精度，在示例性实施例中提出利用基于测井资料、地震资料约束的曲线重构-拟声波参数反演方法计算地震层速度。其通过以下两个子步骤来实现：

子步骤21：基于声波测井曲线和自然伽马测井曲线重构拟声波曲线dt

该方法是根据与地层特征相关的电测曲线和放射性曲线实现的，通过曲线交会，合理选择表征地层特征的测井参数，重构反映地层特征的新属性参数。实施例中基于声波曲线和自然伽马曲线重新构建一条反映地层特征的拟声波曲线，然后用于测井约束反演。拟声波曲线dt既具有地层背景的低频信息，又能反映地层岩性变化。重构拟声波曲线dt的方法可参考专利《一种拟声波曲线重构与稀疏脉冲联合反演方法》，申请号为cn201410213216.6，该专利的内容以引用方式而全部包含于此。

子步骤22：基于拟声波曲线dt，通过bp神经网络算法计算改进的地震层速度

拟声波曲线dt既反映不同地层的地震速度信息，又反映地层岩性变化。不同地层的地震速度与拟声波曲线数值成倒数关系，通过人工地震的方式采集、处理获得的地震数据能够反映不同地层地震反射特征的地震振幅数据，因此以通过拟声波曲线dt换算获得的地层速度为输入值(工区内多口钻井可以提供多组地层速度数据)，以地震数据作为约束，采用bp神经网络算法计算整个工区的改进的地震层速度。

步骤3：根据改进的地震层速度计算地层压力

在获得了改进的地震层速度之后，可以利用公式(1)计算地层压力。在初始情况下，可以根据经验公式确定压力系数k。例如，在初始情况下，为了不让k影响计算数据，可先给其赋值1，然后再通过步骤4对其进行修正。

步骤4：求取校正压力系数，根据校正压力系数对地层压力进行校正

对于fillippone压力预测公式，只有提高压力系数k的精度才能提高全区地层的压力预测结果。因此，利用研究工区内多口井对应目标层的层速度v与该目标层处实测压力值与计算压力值之间的比值(即校正压力系数k’)进行指数回归分析，去求校正压力系数。更详细地说，以研究工区内多口井对应目标层的层速度v、该目标层处实测压力值与计算压力值之间的比值(即校正压力系数k’)为变量，建立二者之间的指数关系，然后针对步骤2中计算的改进的地震层速度、实际钻进测试获得的实测压力值、通过步骤3计算的压力值，选取多组数据，应用最小二乘方法计算指数关系中的待定系数。通过这种方法可以求取校正压力系数k’。将该校正压力系数k’代入公式(1)即可计算校正后的地层压力，这样计算的压力更加合理有效。

例如，在一个实施例中，得出校正压力系数k＝0.8e^5e-0.5v，其中v表示层速度，5e-0.5v表示5*10^{-0.5v}，e表示自然对数。

实施例

步骤1：选择川东南jsb工区下志留统龙马溪组-五峰组页岩为研究目标地层，围绕目标需求，引入压力预测经验公式(1)作为研究的目标，寻找可以改进及提高的参数。

步骤2：通过地震资料处理方法获得初始的地震层速度。

步骤3：对于步骤2得到的地震层速度，利用重构的拟声波曲线反演出精度更高的改进层速度。

步骤4：利用步骤3得到的改进层速度，根据公式(1)计算页岩地层的压力。

步骤5：为了提高压力预测的适用性和有效性，通过将研究工区内多口井对应目标层的层速度与该目标层处实测压力值与计算压力值之间的比值(即校正压力系数k’)进行线性回归，得出校正压力系数k’，利用该校正压力系数k’，根据经验公式(1)计算页岩地层压力。图2和图3分别显示利用示例性实施例的基于井震联合速度的页岩压力预测方法预测出的jsb选区页岩地层压力校正系数的过井剖面图和平面分布图。

上述技术方案只是本发明的一种实施例，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开的原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例的描述，因此前面的描述只是优选的，而并不具有限制性的意义。