水平裂缝预测方法、装置和设备与流程

本发明涉及地球物理勘探与开发技术领域，特别涉及一种水平裂缝预测方法、装置和设备。

背景技术：

裂缝广泛分布于地下岩石中，对地震波传播有非常重要的影响，对地下流体储存运移也有着决定性的作用。因此，地层裂缝特征描述是裂缝性油气藏的一项重要研究内容。岩石在受到构造运动的作用会产生高角度裂缝，也可称作是垂直裂缝，这是在常规的油气勘探中主要研究的对象。此外，在页岩和煤层中，由于矿物的定向排列、地应力作用等因素的影响，发育着水平分布的天然裂缝，也可称作是水平裂缝。其中，水平裂缝为页岩气、煤层气提供了储集空间，对储层的含气量起到非常重要的作用，因此，水平裂缝预测对页岩气、煤层气等勘探开发具有重要的意义。

现有的裂缝预测方法如：基于横波分裂的地层裂缝预测方法对裂缝进行预测时只能对垂直裂缝进行有效的预测，而无法识别水平裂缝。

针对如何预测水平裂缝，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种水平裂缝预测方法，以解决现有技术中无法有效预测水平裂缝的问题。

本发明实施例提供了一种水平裂缝预测方法，包括：获取目标裂缝处第一入射角方向的纵波速度和横波速度、第二入射角方向的纵波速度和横波速度，其中，所述第一入射角小于所述第二入射角；根据所述第一入射角方向的纵波速度和横波速度计算所述第一入射方向的第一纵横波速度比和第一横波分裂系数；根据所述第二入射角方向的纵波速度和横波速度计算所述第二入射方向的第二纵横波速度比；在所述第一横波分裂系数小于第一预设值，在所述第一纵横波速度比与所述第二纵横波速度比之间的比值小于第二预设值的情况下，确定所述目标裂缝为水平裂缝。

在一个实施例中，根据所述第一入射角方向的纵波速度和横波速度，计算所述第一入射方向的第一横波分裂系数，包括：根据所述第一入射角方向的横波速度，获取所述第一入射角方向的快横波速度和慢横波速度；根据所述第一入射角方向的快横波速度、慢横波速度，计算所述第一横波分裂系数。

在一个实施例中，按照以下公式，根据所述第一入射角方向的快横波速度、慢横波速度，计算所述第一横波分裂系数：

sws1＝(vs11-vs21)/vs21

其中，vs11为所述第一入射角方向的快横波速度；vs21为所述第一入射角方向的慢横波速度；sws1为所述第一横波分裂系数。

在一个实施例中，在确定所述目标裂缝为水平裂缝之后，还包括：获取所述第二入射角方向的快横波速度和慢横波速度；根据所述第二入射角方向的快横波速度、慢横波速度计算所述第二入射方向的第二横波分裂系数；将所述第二横波分裂系数作为所述水平裂缝的裂缝密度；根据所述裂缝密度，确定所述目标裂缝的发育程度。

在一个实施例中，所述第一入射角大于等于0°小于等于20°；所述第二入射角大于等于70°小于等于90°。

本发明实施例还提供一种水平裂缝预测装置，包括：获取模块，用于获取目标裂缝处第一入射角方向的纵波速度和横波速度和第二入射角方向的纵波速度和横波速度，其中，所述第一入射角小于所述第二入射角；第一计算模块，用于根据所述第一入射角方向的纵波速度和横波速度计算所述第一入射方向的第一纵横波速度比和第一横波分裂系数；第二计算模块，用于根据所述第二入射角方向的纵波速度和横波速度计算所述第二入射方向的第二纵横波速度比；处理模块，用于在所述第一横波分裂系数小于第一预设值，在所述第一纵横波速度比与所述第二纵横波速度比之间的比值小于第二预设值的情况下，确定所述目标裂缝为水平裂缝。

在一个实施例中，所述第一计算模块包括：第一获取单元，用于根据所述第一入射角方向的横波速度，获取所述第一入射角方向的快横波速度和慢横波速度；第一计算单元，用于根据所述第一入射角方向的快横波速度、慢横波速度，计算所述第一横波分裂系数。

在一个实施例中，所述第一计算单元按照以下公式计算所述第一横波分裂系数：

sws1＝(vs11-vs21)/vs21

其中，vs11为所述第一入射角方向的快横波速度；vs21为所述第一入射角方向的慢横波速度；sws1为所述第一横波分裂系数。

在一个实施例中，还包括：第二获取单元，用于在确定所述目标裂缝为水平裂缝之后，获取所述第二入射角方向的快横波速度和慢横波速度；第二计算单元，用于根据所述第二入射角方向的快横波速度、慢横波速度计算所述第二入射方向的第二横波分裂系数；处理单元，用于将所述第二横波分裂系数作为所述水平裂缝的裂缝密度；确定单元，用于根据所述裂缝密度，确定所述目标裂缝的发育程度。

本发明实施例还提供一种水平裂缝预测设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现所述水平裂缝预测方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被执行时实现所述水平裂缝预测方法的步骤。

在本发明实施例中，提供了一种水平裂缝预测方法，通过计算第一入射角方向的第一纵横波速度比和第一横波分裂系数，以及第二入射角方向的第二纵横波速度比，并根据计算得到的第一横波分裂系数、第一纵横波速度比以及第二纵横波速度比确定目标裂缝是否为水平裂缝，为煤层气、页岩气的勘探开发提供有效的数据，进而有效提高了煤层气、页岩气的产量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例提供的水平裂缝预测方法步骤示意图；

图2是根据本发明具体实施例提供的水平裂缝预测方法示意图；

图3是根据本发明实施例提供的水平裂缝预测装置的示意图；

图4是根据本发明实施例提供的水平裂缝预测电子设备的示意图。

具体实施方式

下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本申请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。

本领域的技术人员知道，本发明的实施方式可以实现为一种系统、装置设备、方法或计算机程序产品。因此，本申请公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。

考虑到现有的裂缝预测方法如：基于横波分裂的地层裂缝预测方法中激发的地震波其传播路径与水平裂缝平面接近垂直，表现不出水平裂缝处的各向异性特征，因此在使用该方法对裂缝进行预测时只能对垂直裂缝进行有效的预测，而无法有效预测水平裂缝。

基于上述无法有效预测水平裂缝的问题，本发明实施例提供了一种水平裂缝预测方法，如图1所示，可以包括以下步骤：

步骤s101：获取目标裂缝处第一入射角方向的纵波速度和横波速度、第二入射角方向的纵波速度和横波速度，其中，第一入射角小于第二入射角。

多波地震勘探是通过综合利用纵波、横波(或转换波)等多种地震波对地层进行勘探的方法，因此到多波地震资料中携带了比单波(纵波)分量更丰富的地层岩性信息，尤其还携带了地层裂缝信息。因此可以通过对获取的目标裂缝处的多波地震数据进行预处理和速度分析，得到第一入射角方向的纵波速度和横波速度、第二入射角方向的纵波速度和横波速度。其中，预处理包括但不限于：去噪、振幅补偿、增益；速度分析包括但不限于：通过速度扫描获得地震波动校正速度。

上述第一入射角小于第二入射角，具体的，上述第一入射角大于等于0°小于等于20°，第二入射角大于等于70°小于等于90°。其中，上述入射角可以为地震波传播方向与裂缝平面法线方向之间的夹角。进一步的，在地震勘探中，众多炮点(即激发地震波的震源所处位置)和接收点(即接收地震波的检波器所处位置)组成了观测系统。因此，存在不同角度的地震波入射-反射路径，上述地震波传播方向可以通过观测系统中的炮-检空间位置确定。

上述入射角的范围为0°(即垂直于裂缝面)到90°(即平行于裂缝面)，并且在多波地震数据中，各个不同角度的地震波入射-反射路径之间可以选取适当的间隔，保证在0°至20°之间以及70°至90°之间，有且仅有一个方向的多波地震数据，即上述第一入射角以及第二入射角是唯一的。

步骤s102：根据第一入射角方向的纵波速度和横波速度计算第一入射方向的第一纵横波速度比和第一横波分裂系数。

考虑到当地震横波在含有裂缝的各向异性介质中传播时，会产生横波分裂现象，形成快横波和慢横波，而且快、慢横波的差异程度与地层裂缝的发育程度成比例，横波分裂现象主要体现了裂缝信息。因此，可以获取目标裂缝处多波地震数据中第一入射角方向上的快横波速度和慢横波速度，并根据第一入射角方向上的快横波速度、慢横波速度，计算第一横波分裂系数。其中上述第一横波分裂系数通过以下公式得到：

sws1＝(vs11-vs21)/vs21

其中，vs11为第一入射角方向的快横波速度；vs21为第一入射角方向的慢横波速度；sws1为第一横波分裂系数。

进一步的，上述第一纵横波速度比为目标裂缝处第一入射角方向的纵波速度与横波速度相除的值。

步骤s103：根据第二入射角方向的纵波速度和横波速度计算第二入射方向的第二纵横波速度比。

上述第一纵横波速度比为目标裂缝处第一入射角方向的纵波速度与横波速度相除的值。

步骤s104：在第一横波分裂系数小于第一预设值，在第一纵横波速度比与第二纵横波速度比之间的比值小于第二预设值的情况下，确定目标裂缝为水平裂缝。

其中，上述第一预设值可以为0.02，上述第二预设值可以为0.8。当第一横波分裂系数小于0.02，并且第一纵横波速度比与第二纵横波速度比之间的比值小于0.8时，可以确定目标裂缝为水平裂缝。可以理解的是，上述第一预设值以及上述第二预设值也可以根据实际情况设定为其它合理值，本申请对此不作限定。

裂缝密度是表示裂缝发育程度的一个概念值，用于反映裂缝发育程度。根据裂缝密度可以将目标裂缝划分为裂缝发育带、次发育带或者不发育带，在一个实施例中，可以将第二横波分裂系数作为目标裂缝的裂缝密度，以确定目标裂缝的发育程度。

具体的，在确定目标裂缝为水平裂缝后，可以获取目标裂缝处多波地震数据中第二入射角方向上的快横波速度和慢横波速度，并根据第二入射角方向上的快横波速度、慢横波速度，计算第二横波分裂系数。其中上述第二横波分裂系数通过以下公式得到：

sws2＝(vs12-vs22)/vs22

其中，vs12为第二入射角方向的快横波速度；vs22为第二入射角方向的慢横波速度；sws2为第二横波分裂系数。

下面结合一个具体实施例对上述方法进行说明，然而，值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本申请，并不构成对本申请的不当限定。

本发明实施提供了一种水平裂缝预测方法，如图2所示，可以包括：

步骤201，采集目标裂缝处的多波地震数据，对多波地震数据进行预处理、速度分析，得到不同入射角方向的纵波速度vp、横波速度vs、快横波速度vs1以及慢横波速度vs2。

其中，上述预处理包括去噪、振幅补偿、增益等；上述速度分析具体是通过对多波地震数据进行速度扫描获得地震波动校正速度，分析可以得到：不同入射角方向的纵波速度vp、横波速度vs、快横波速度vs1以及慢横波速度vs2。

步骤202，计算不同方向上纵横波速度比和横波分裂系数。

其中，上述纵横波速度比为纵波速度vp与横波速度vs相除的值。

考虑到当地震横波在含有裂缝的各向异性介质中传播时，会产生横波分裂现象，形成快横波和慢横波，而且快、慢横波的差异程度与地层裂缝的发育程度成比例，横波分裂现象主要体现了裂缝信息。因此，可以根据快横波速度vs1、慢横波速度vs2，计算横波分裂系数(sws，shear-wavesplitting)。其中上述横波分裂系数sws通过以下公式得到：

sws＝(vs1-vs2)/vs2

步骤203，比较较小入射角方向与较大入射角方向纵横波速度比和横波分裂系数，并根据比较结果进行水平裂缝的预测。

其中，上述入射角为地震波传播方向与裂缝平面法线方向之间的夹角，其范围为0°(即垂直于裂缝面)到90°(即平行于裂缝面)。在地震勘探中，众多炮点(即激发地震波的震源所处位置)和接收点(即接收地震波的检波器所处位置)组成了观测系统。因此存在不同角度的地震波入射-反射路径，入射角可以通过观测系统中的炮-检空间位置确定。其中，较小入射角方向为0°～20°范围内的入射角，较大入射角方向为70°～90°范围内的入射角。

水平裂缝预测的判断依据为：在较小入射角横波分裂系小于0.02，较小入射角方向的纵横波速度比与较大入射角方向的纵横波速度比之间的比值小于0.8的情况下，确定目标裂缝为水平裂缝。

进一步的，裂缝密度是表示裂缝发育程度的一个概念值，用于反映裂缝发育程度。根据裂缝密度可以将目标裂缝划分为裂缝发育带、次发育带或者不发育带，在一个具体实施例中，水平裂缝发育程度的评估方式为：将较大入射角方向上的横波分裂系数作为目标裂缝的裂缝密度。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种水平裂缝预测装置，如下面的实施例所述。由于水平裂缝预测装置解决问题的原理与水平裂缝预测方法相似，因此水平裂缝预测装置的实施可以参见水平裂缝预测方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图3是本发明实施例的水平裂缝预测装置的一种结构框图，如图3所示，包括：获取模块301、第一计算模块302、第二计算模块303以及处理模块，下面对该结构进行说明。

获取模块301，用于获取目标裂缝处第一入射角方向的纵波速度和横波速度和第二入射角方向的纵波速度和横波速度，其中，第一入射角小于第二入射角。

多波地震勘探是通过综合利用纵波、横波(或转换波)等多种地震波对地层进行勘探的方法，因此到多波地震资料中携带了比单波(纵波)分量更丰富的地层岩性信息，尤其还携带了地层裂缝信息。因此可以通过对获取的目标裂缝处的多波地震数据进行预处理和速度分析，得到第一入射角方向的纵波速度和横波速度、第二入射角方向的纵波速度和横波速度。其中，预处理包括但不限于：去噪、振幅补偿、增益；速度分析包括但不限于：通过速度扫描获得地震波动校正速度。

上述第一入射角小于第二入射角，具体的，上述第一入射角可以大于等于0°小于等于20°，第二入射角可以大于等于70°小于等于90°。其中，上述入射角可以为地震波传播方向与裂缝平面法线方向之间的夹角。进一步的，在地震勘探中，众多炮点(即激发地震波的震源所处位置)和接收点(即接收地震波的检波器所处位置)组成了观测系统。因此，存在不同角度的地震波入射-反射路径，上述地震波传播方向可以通过观测系统中的炮-检空间位置确定。

上述入射角的范围为0°(即垂直于裂缝面)到90°(即平行于裂缝面)，并且在多波地震数据中，各个不同角度的地震波入射-反射路径之间可以选取适当的间隔，保证在0°至20°之间以及70°至90°之间，有且仅有一个方向的多波地震数据，即上述第一入射角以及第二入射角是唯一的。

第一计算模块302，用于根据第一入射角方向的纵波速度和横波速度计算第一入射方向的第一纵横波速度比和第一横波分裂系数。

考虑到当地震横波在含有裂缝的各向异性介质中传播时，会产生横波分裂现象，形成快横波和慢横波，而且快、慢横波的差异程度与地层裂缝的发育程度成比例，横波分裂现象主要体现了裂缝信息。在一个实施例中可以包括第一获取单元，用于获取目标裂缝处多波地震数据中第一入射角方向上的快横波速度和慢横波速度；第一计算单元，用于根据第一入射角方向上的快横波速度、慢横波速度，计算第一横波分裂系数。其中上述第一横波分裂系数通过以下公式得到：

sws1＝(vs11-vs21)/vs21

其中，vs11为第一入射角方向的快横波速度；vs21为第一入射角方向的慢横波速度；sws1为第一横波分裂系数。

进一步的，上述第一纵横波速度比为目标裂缝处第一入射角方向的纵波速度与横波速度相除的值。

第二计算模块303，用于根据第二入射角方向的纵波速度和横波速度计算第二入射方向的第二纵横波速度比。

上述第一纵横波速度比可以为目标裂缝处第一入射角方向的纵波速度与横波速度相除的值。

处理模块304，用于在第一横波分裂系数小于第一预设值，在第一纵横波速度比与第二纵横波速度比之间的比值小于第二预设值的情况下，确定目标裂缝为水平裂缝。

其中，上述第一预设值可以为0.02，上述第二预设值可以为0.8。当第一横波分裂系数小于0.02，并且第一纵横波速度比与第二纵横波速度比之间的比值小于0.8时，可以确定目标裂缝为水平裂缝。可以理解的是，上述第一预设值以及上述第二预设值也可以根据实际情况设定为其它合理值，本申请对此不作限定。

裂缝密度是表示裂缝发育程度的一个概念值，用于反映裂缝发育程度。根据裂缝密度可以将目标裂缝划分为裂缝发育带、次发育带或者不发育带，在一个实施例中，可以将第二横波分裂系数作为目标裂缝的裂缝密度，以确定目标裂缝的发育程度。

具体的，在确定目标裂缝为水平裂缝后，还可以包括第二获取单元，用于获取目标裂缝处多波地震数据中第二入射角方向上的快横波速度和慢横波速度；第二计算单元，用于根据第二入射角方向上的快横波速度、慢横波速度，计算第二横波分裂系数。其中上述第二横波分裂系数通过以下公式得到：

sws2＝(vs12-vs22)/vs22

其中，vs12为第二入射角方向的快横波速度；vs22为第二入射角方向的慢横波速度；sws2为第二横波分裂系数。

在计算得到第二横波分裂系数后，在处理单元中将第二横波分裂系数作为目标水平裂缝的裂缝密度，通过确定单元根据目标裂缝处的裂缝密度确定目标裂缝的发育程度。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：利用地震各向异性岩石物理特征，通过计算第一入射角方向的纵横波速度比以及第一横波分裂系数、第二入射角方向的纵横波速度比，确定目标裂缝是否为水平裂缝，并通过横波分裂系数进一步确定水平裂缝的发育程度，可以有效的预测煤层、页岩等储层中的水平裂缝及其发育程度，为煤层气、页岩气的勘探开发提供了有效数据，进而有效提高了煤层气、页岩气的产量。

本申请实施方式还提供了一种电子设备，具体可以参阅图4所示的基于本申请实施例提供的水平裂缝预测方法的电子设备组成结构示意图，所述电子设备具体可以包括输入设备41、处理器42、存储器43。其中，所述输入设备41具体可以用于输入目标裂缝处第一入射角方向的纵波速度和横波速度、第二入射角方向的纵波速度和横波速度，其中，所述第一入射角小于所述第二入射角。所述处理器42具体可以用于根据所述第一入射角方向的纵波速度和横波速度计算所述第一入射方向的第一纵横波速度比和第一横波分裂系数；根据所述第二入射角方向的纵波速度和横波速度计算所述第二入射方向的第二纵横波速度比；在所述第一横波分裂系数小于第一预设值，在所述第一纵横波速度比与所述第二纵横波速度比之间的比值小于第二预设值的情况下，确定所述目标裂缝为水平裂缝。所述存储器43具体可以用于存储第一入射角方向的纵波速度、横波速度、快横波速度、慢横波速度以及第二入射角方向的纵波速度、横波速度、快横波速度、慢横波速度等参数。

在本实施方式中，所述输入设备具体可以是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。所述输入设备可以包括键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、语音输入装置等；输入设备用于把原始数据和处理这些数的程序输入到计算机中。所述输入设备还可以获取接收其他模块、单元、设备传输过来的数据。所述处理器可以按任何适当的方式实现。例如，处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。所述存储器具体可以是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。所述存储器可以包括多个层次，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如ram、fifo等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、tf卡等。

在本实施方式中，该电子设备具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。

本申请实施方式中还提供了一种基于水平裂缝预测方法的计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序指令，在所述计算机程序指令被执行时实现：确定目标裂缝是否为水平裂缝，如果确定为水平裂缝，进一步确认水平裂缝的发育程度。

在本实施方式中，上述存储介质包括但不限于随机存取存储器(randomaccessmemory,ram)、只读存储器(read-onlymemory,rom)、缓存(cache)、硬盘(harddiskdrive,hdd)或者存储卡(memorycard)。所述存储器可以用于存储计算机程序指令。网络通信单元可以是依照通信协议规定的标准设置的，用于进行网络连接通信的接口。

在本实施方式中，该计算机存储介质存储的程序指令具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本申请的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。