适合于致密砂岩地层的井震频散校正方法与流程

1.本发明涉及储层岩石物理性质研究技术领域，特别是涉及到一种适合于致密砂岩地层的井震频散校正方法。


背景技术：

2.地震波在地层中传播时，不同频率地震波速度会发生变化，并在速度变化剧烈频段伴随着能量衰减，这种速度随频率变化的特征称之为速度频散。在实际生产中，由于井震速度数据的不一致，由测井数据制作合成地震记录时，总是存在井震数据不匹配的问题，需要拉伸或压缩(物理意义不明确)才能改善合成记录制作的精度，除了尺度问题，井眼质量问题引起的测井数据质量问题不过关外，测量频率的差异也不容忽视。实际工程中，声波测井的测量频率一般在2khz～20khz范围内，远高于常规地表勘探中的地震波频率，显著的频率差异使测井声波与表层勘测地震波在赋含流体的非均匀地层中的传播速度存在差异，在本征的物理机制上，测井合成记录与地震道就存在不匹配问题。
3.近年来，一些学者开展了井震频散校正方法的研究，赵建国等通过低频测量设备开展了全频段奥陶-寒武系古老碳酸盐岩纵横波速度的测量，利用不同压力下的地震频段速度拟合出地层压力与地震频段速度的关系式，再利用不同压力下的测井频段速度拟合出地层压力与测井频段速度的关系式，继而实现测井与地震速度的拟合，该方法仅仅考虑了地层压力与井震速度的关系，并没有考虑地层矿物组分、微观孔隙、流体饱和度及粘度的影响，因此预测效果精度较低；邓继新等利用谐振q模型进行井震频散校正，其中q的值为常量，但是从实验中得知，井震间如果存在频散则q必不为常量，因此井震频散校正精度也较低。
4.纵横波速度数据在油气勘探中作用不可替代，在时深转换、合成记录制作、地震资料反演、油藏建模等诸多方面有相当重要的作用。然而由于在一些地层比如致密砂岩地层由于存在频散的原因，直接利用测井频段纵横波速度代替地震频段的纵横波速度风险较大，需要谨慎。
5.在申请号：cn201910343232.x的中国专利申请中，涉及到一种基于地震岩石物理实验分析的测井与地震速度匹配方法，包括：步骤1，通过地震频带岩石物理实验分析来建立速度随频率的变化曲线，即速度频散变化规律；步骤2，构建适合表征地震频段频散特征的岩石物理模型；步骤3，利用岩石物理模型模量计算公式，进行声波曲线的逐点映射频散校正；步骤4，对频散校正后的声波曲线进行合成记录标定，将地震井旁道与合成地震记录进行对比分析，输出整条声波测井曲线所有深度的校正曲线结果。
6.在申请号：cn201911321553.6的中国专利申请中，涉及到一种考虑地层特性室内测量波速围压、频散校正方法，包括以下步骤：(1)收集研究区地质、测井资料、取心资料以及井下岩石；(2)将岩心样品制成多块标准岩样，并进行室内声波测试，得到室内声波时差值；(3)将25khz作为目标频率，对室内测试声波时差频率校正，计算得到室内测试声波时差值；(5)建立不同围压与0围压下声波时差比值随围压变化关系，建立声波时差比值与围压
之间关系模型；(4)利用测井资料计算泥质含量和孔隙度；(5)利用已建公式，建立校正后声波与现场声波关系式。
7.在申请号：cn201810244000.4的中国专利申请中，涉及到一种消除频散效应的方法、装置及系统，其中，方法包括：对岩心样品进行测试，获得不同压力下的测井频段速度以及地震频段速度；利用不同压力下的测井频段速度拟合出地层压力与测井频段速度的关系式，利用不同压力下的地震频段速度拟合出地层压力与地震频段速度的关系式；利用所述地层压力与测井频段速度的关系式和所述地层压力与地震频段速度的关系式消除目标区的频散效应。
8.以上现有技术均与本发明有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们发明了一种新的适合于致密砂岩地层的井震频散校正方法。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种实现了利用测井速度计算地震频段纵横波速度的适合于致密砂岩地层的井震频散校正方法。
10.本发明的目的可通过如下技术措施来实现：适合于致密砂岩地层的井震频散校正方法，该适合于致密砂岩地层的井震频散校正方法包括：
11.步骤1，选取目标储层岩心，开展岩性、物性以及低频岩石物理参数测量；
12.步骤2，构建全频段致密砂岩岩石物理模型；
13.步骤3，根据实验数据标定动态等效微观尺度模型；
14.步骤4，进行井震速度频散校正。
15.本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
16.在步骤1中，选取目标地层典型块岩心开展孔隙度、渗透率、密度、矿物组分这些参数测量，而后开展地层条件下低频岩石物理参数测量，饱和状态为干燥、饱水、饱油，得到岩心的孔隙度、渗透率、密度、矿物组分数据、以及地层条件下岩心的低频纵横波速度数据。
17.在步骤1中，开展地层条件下低频岩石物理参数测量时，测量频率为 12-200hz。
18.在步骤2中，动态等效微观尺度模型的等效介质的体积模量k
eff
和剪切模量 u
eff
可表示为：
[0019][0020][0021]
其中，ω为角频率，k为骨架体积模量、μ为剪切模量，ε为裂隙密度，为孔隙度，λ为拉梅系数，kf为流体体模量，kc、kp、a、b均为中间参数没有具体物理意义，a和b分别为
[0022][0023][0024]
其中，
[0025][0026][0027]
τ为时间尺度，控制着频散特征出现的频带范围，它与流体的粘度η成正比，与渗透率k成反比，并与微裂缝半径a有关，其倒数称为特征频率；对于较小的纵横比：
[0028][0029]
为颗粒尺度，ν为固体颗粒的泊松比。
[0030]
在步骤2中，根据connell和budiansky提出的公式，得到p波速度v
p
和s波的速度vs分别为：
[0031][0032][0033]
式中，re为求实部，ρ为密度。
[0034]
在步骤3中，首先通过步骤1中得到的孔隙度、渗透率、密度、矿物组分、含水饱和度等数据，基于动态等效微观尺度模型计算全频段纵横波速度数据，而后调整裂隙密度与实验室测量数据对比，验证模型计算的精度。
[0035]
在步骤4中，首先通过测井解释成果数据获得岩性组分数据，而后基于 voigt-reuss-hill模型计算骨架模量k和μ，继而通过测井解释成果数据获得孔隙度数据，假设孔隙度全由硬孔隙组成，基于berrymann模型计算干岩石弹性模量，然后通过测井解释成果数据获得流体组分数据，渗透率数据，基于动态等效微观尺度模型计算测井频段下纵波速度。
[0036]
在步骤4中，如果计算纵波速度和实测纵波速度的差值小于误差，那么这时可以直接计算得到地震频段纵横波速度，如果计算纵波速度和实测纵波速度的差值大于误差，那么加入裂隙密度后再次按照以上流程进行计算，反复循环，直到计算纵波速度和实测纵波
速度差值小于误差。
[0037]
步骤4包括：
[0038]
4a，进行骨架模量计算；
[0039]
4b，进行干岩石的弹性模量计算；
[0040]
4c，进行含流体岩石全频段纵横波速度计算。
[0041]
在步骤4a中，在已知组成岩石介质各相的相对含量以及弹性模量的情况下，利用voigt和reuss公式计算出岩石介质有效弹性模量的上、下限(公式4-17)；其中上限voigt公式代表同应变状态，组成岩石介质的各相在相同的应变下，岩石介质应力与应变的比值；reuss下限代表同应力状态，组成岩石介质的各相在相同的应力下，岩石介质应力与应变的比值；hill公式是voigt上限和reuss下限的算术平均结果；
[0042][0043]
式中mv、mr、m
vrh
代表用voigt-reuss-hill求出的体积模量k、剪切模量μ、杨氏模量e的值；fi为组成岩石介质的第i个组分的体积含量；mi为第i个组分的弹性模量。
[0044]
在步骤4b中，berryman给出了n相复合材料的自相容近似的一般形式：
[0045][0046][0047]
在第i个材料中，xi是其体积分数，p和q是代表的是几何因素，p和q上的上标i表明这些因素是在具有自相容有效模量和的背景介质中包含材料i；ki，μi分别为第i种矿物的体模量和剪切模量，求和则代表考虑到所有相，包括矿物和孔隙；通过将夹杂物模量设置为零来模拟干燥孔隙；通过将夹杂剪切模量设为零来模拟流体饱和孔隙；这些方程是耦合的，通过同时迭代来求解。
[0048]
在步骤4c中，计算完成干岩石弹性模量以后，结合测井解释成果数据孔隙度、渗透率、流体饱和度这些参数，基于动态等效微观尺度模型即可实现全频段纵横波速度的计算。
[0049]
本发明中的适合于致密砂岩地层的井震频散校正方法，从开展岩石物理实验入手，通过精细标定岩石物理实验数据与岩石物理模型验证岩石物理模型的合理性，继而以岩石物理模型为基础，通过调整裂隙密度使其与计算测井数据实际测井数据吻合或小于误差，继而实现地震频段下纵横波速度的计算。适合于致密砂岩地层的井震频散校正方法有着其他技术不具备的优势，其具体优势和特点表现在以下几个方面：
[0050]
第一、通过实验数据对所构建的动态等效微观尺度模型进行标定验证了该模型对致密砂岩地层的实用性。
[0051]
第二、充分考虑岩石的微观孔隙结构，并且用测井速度作约束循环迭代使得计算的地震频速度精度更高。
附图说明
[0052]
图1为本发明的一具体实施例中岩石实际孔隙示意图；
[0053]
图2为本发明的一具体实施例中岩石等效孔隙示意图；
[0054]
图3为本发明的一具体实施例中9#岩心纵波速度测量数据与模型对比的示意图；
[0055]
图4为本发明的一具体实施例中9#岩心横波速度测量数据与模型对比的示意图；
[0056]
图5为本发明的一具体实施例中1#岩心纵波速度测量数据与模型对比的示意图；
[0057]
图6为本发明的一具体实施例中1#岩心横波速度测量数据与模型对比的示意图；
[0058]
图7为本发明的适合于致密砂岩地层的井震频散校正方法的一具体实施例的流程图；
[0059]
图8为本发明的一具体实施例中xx井频散校正效果图；
[0060]
图9为本发明的一具体实施例中xx井频散校正效果图；
[0061]
图10为本发明的一具体实施例中xx井频散校正效果图；
[0062]
图11为本发明的一具体实施例中xx井频散校正前后合成记录对比的示意图。
具体实施方式
[0063]
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0064]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/ 或它们的组合。
[0065]
如图7所示，图7为本发明的适合于致密砂岩地层的井震频散校正方法的流程图。包括了以下步骤：
[0066]
(1)选取目标储层岩心开展岩性、物性以及低频岩石物理参数测量
[0067]
选取目标地层典型块岩心开展孔隙度、渗透率、密度、矿物组分等参数测量，而后开展地层条件下低频岩石物理参数测量，测量频率12-200hz，饱和状态为干燥、饱水、饱油。最终得到岩心的孔隙度、渗透率、密度、矿物组分数据、以及地层条件下岩心的低频纵横波速度数据，为后续进行岩石物理模型验证提供数据支持。
[0068]
(2)构建全频段致密砂岩岩石物理模型
[0069]
致密砂岩普遍具有低孔、低渗及微裂缝发育的地质特征，并且呈现出很强的非均匀性。致密砂岩储层与常规砂岩储层比较，具有明显的岩石物理性质、渗流力学性质方面的差异。致密砂岩内部的非均匀性对弹性波频散、衰减有显著影响，当孔隙流体弹性性质差异较小时，孔隙结构的非均匀性对对弹性波频散、衰减占支配地位。
[0070]
为了描述裂缝介质在全频带范围内的地震响应规律，需要将岩石的复杂孔隙(图1)假设为(图2)双重孔隙，一种为圆形孔隙，一种为扁平孔隙，其中圆形孔隙刚度较强，扁平孔隙(微裂隙)则刚性较弱。基于此双重孔隙假设，提出一种动态等效微观尺度模型，描述在含有微裂缝和孔隙的岩石中，流体在孔隙和微裂缝之间，及不同方向的微裂缝之间的流动，推导模型公式过程复杂，这里只给出结果。
[0071]
动态等效微观尺度模型的等效介质的体积模量k
eff
和剪切模量u
eff
可以表示为：
[0072][0073][0074]
其中，ω为角频率，k为骨架体积模量、μ为剪切模量，ε为裂隙密度，为孔隙度，λ为拉梅系数，a和b分别为
[0075][0076][0077]
其中，
[0078][0079][0080]
τ为时间尺度，控制着频散特征出现的频带范围，它与流体的粘度η成正比，与渗透率k成反比，并与微裂缝半径a有关，其倒数称为特征频率。对于较小的纵横比：
[0081][0082]
为颗粒尺度，ν为固体颗粒的泊松比。根据connell和budiansky提出的公式，得到p波速度v
p
和s波的速度vs分别为：
[0083]
[0084][0085]
(3)实验数据标定动态等效微观尺度模型
[0086]
选取两块岩心9#和1#进行验证。从矿物成分分析数据可知，9#岩心石英含量77％，粘土含量23％，裂隙较发育，但无法定量评估，从物性测量可知9#岩心密度2.41g/cm3、孔隙度0.1059、渗透率14.7md。同样可知1#岩心石英含量85％，粘土含量15％，裂隙不发育，孔隙度0.1454，渗透率58.95md，密度2.41g/cm3。 9#岩心测试状态为饱水，1#岩心测试状态为饱油，水的粘度为1cp，油的粘度为 2.2cp。为了联合测井数据进行对比展示20mpa实验测量结果及模型模拟结果。
[0087]
图3、图4展示了9#岩心纵横波速度与岩石物理模型模拟对比结果，图5、图 6展示了1#岩心纵横波速度与岩石物理模型模拟对比结果。由于裂隙密度为微观参数，不易获得，而岩石物理模型中裂隙密度参数是必须输入的参数，因此可以通过调节裂隙密度参数使得计算测井频段纵横波速度与测井纵横波速度匹配，此时所计算低频段纵横波速度数据即是要模拟的数据。从图3、图4中可知， 9#岩心低频段测量纵横波速度与岩石物理模型计算纵横波速度吻合较好，纵波速度吻合度超过85％，横波速度吻合度超过80％；同样从图5、图6中可知1#岩心低频段纵横波速度测量数据与模型吻合度也较好，吻合度超过80％。两块岩心实验数据与岩石物理模型模拟结果吻合率较好，验证了模型对致密砂岩的实用性。
[0088]
(4)井震速度频散校正
[0089]
首先通过测井解释成果数据获得岩性组分数据，而后基于voigt-reuss-hill模型计算骨架模量k和μ，继而通过测井解释成果数据获得孔隙度数据，假设孔隙度全由硬孔隙组成，基于berrymann模型计算干岩石弹性模量，然后通过测井解释成果数据获得流体组分数据，渗透率数据等，基于动态等效微观尺度模型计算测井频段下纵波速度，如果计算纵波速度和实测纵波速度的差值小于误差，那么这时可以直接计算得到地震频段纵横波速度，如果计算纵波速度和实测纵波速度的差值大于误差，那么加入裂隙密度后再次按照以上流程进行计算，反复循环，直到计算纵波速度和实测纵波速度差值小于误差。
[0090]
①
骨架模量计算—voigt-reuss-hill平均理论
[0091]
在已知组成岩石介质各相的相对含量以及弹性模量的情况下，可以利用 voigt和reuss公式(mavko and mukerji等，1998)计算出岩石介质有效弹性模量的上、下限(公式1-7)。其中上限voigt公式代表同应变状态，组成岩石介质的各相在相同的应变下，岩石介质应力与应变的比值；reuss下限代表同应力状态，组成岩石介质的各相在相同的应力下，岩石介质应力与应变的比值。hill公式是voigt上限和reuss下限的算术平均结果。石介质应力与应变的比值。hill公式是voigt上限和reuss下限的算术平均结果。
[0092]
式中mv、mr、mvrh代表用voigt-reuss-hill求出的体积模量k、剪切模量μ、杨氏模量ε的值；fi为组成岩石介质的第i个组分的体积含量；mi为第i个组分的弹性模量。
[0093]
②
干岩石的弹性模量计算
[0094]
berryman(1980b，1995)给出了n相复合材料的自相容近似的一般形式：
[0095][0096][0097]
在第i个材料中，xi是其体积分数，p和q是代表的是几何因素，p和q上的上标i表明这些因素是在具有自相容有效模量和的背景介质中包含材料i。求和则代表考虑到所有相，包括矿物和孔隙。可以通过将夹杂物模量设置为零来模拟干燥孔隙。通过将夹杂剪切模量设为零来模拟流体饱和孔隙。需要注意的是，这些方程是耦合的，必须通过同时迭代来求解。
[0098]
③
含流体岩石全频段纵横波速度计算
[0099]
计算完成干岩石弹性模量以后，结合测井解释成果数据孔隙度、渗透率、流体饱和度等参数，基于动态等效微观尺度模型即可实现全频段纵横波速度的计算。
[0100]
在应用本发明的一具体实施例1中，以x井为例，详细分析校正效果。图8为 xx井校正效果图，图中第一道为渗透率曲线，第二道为泥质含量曲线，第三道为孔隙度曲线，第四道vp实测纵波速度(测井)，vp1为校正后地震频段(40hz) 纵波速度，第五道为计算地震频段横波速度，第六道为密度，第七道为含水饱和度。从图8中可知，xx井3820m-3840m地层泥质含量较低，孔隙度普遍超过10％，渗透率大约为50-70md之间，综合解释为油水同层，经计算特征频率在井震之间，第四道显示该段井震纵波速度差异显著，最大可达80m/s，频散幅度约为3％。图 11为利用x井频散校正前后的井曲线做的合成记录对比，从图中椭圆处可知，校正后的井曲线做的合成记录与地震记录波形能量匹配得更好。
[0101]
实施例2：
[0102]
在应用本发明的具体实施例2中，以xx井为例，详细分析校正效果。图9为 xx井频散校正效果图，第一道为泥质含量，第二道为vp实测纵波速度，vp1为校正纵波速度，第三道为计算横波速度，从图中可知该井2580-2660m为泥岩地层，泥岩地层孔渗一般都较小(浅层除外)，虽然泥岩地层中也含有水分，但都为结构水，当地震波穿过时，结构水作为粘土的一部分不易流动，不存在产生喷射流的条件，因此泥岩段与干层相似，从第二道中可知，该段井震纵波速度重合，不存在频散。因此在泥岩段不需要重新做合成记录标定。
[0103]
实施例3：
[0104]
在应用本发明的具体实施例3中，以xxx井为例，详细分析校正效果。图10 为xx井频散校正效果图，第一道为渗透率曲线，第二道为泥质含量，第三道为孔隙度，第四道vp为实测纵波速度，vp1为校正纵波速度，第5道为计算横波速度。从图中可知该井2793-2803m,2807-2817m两段泥质含量较低，均为砂岩储层，孔隙度接近20％，渗透率较高大于150md，综合解释为油水同层，经频散校正程序计算，特征频率大于测井频段，因此第四道显示测井纵波速度和地震频段纵波速度无差异。因此在渗透率超过100豪达西处无需重新做合成记录标定。
[0105]
最后应说明的是：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，
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。
[0106]
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。