專利名稱：一種非飽和雙重孔隙介質地震波頻散衰減分析方法及裝置的制作方法
一種非飽和雙重孔隙介質地震波頻散衰減分析方法及裝置技術領域
本發明是關于地球物理勘探中的地震巖石物理模型及地震波數值模擬技術，特別是關于一種非飽和雙重孔隙介質地震波頻散衰減分析方法及裝置。
背景技術：
上地殼沉積巖在形成過程中普遍具有一定的孔隙度，隨著距地表深度的增加，在壓實、固結與充填作用下，巖石的孔隙度會顯著降低，但是，局部高孔隙度發育的砂層仍然會為氣態烴的儲集創造條件。在含水層以下，巖石孔隙中同時飽和氣、水兩相流體的情況非常普遍，因此，有必要深入探索非飽和巖石中的彈性、電阻率、磁性等物理性質，為實際的地球探測與礦產勘查工作提供依據。近年來，中國天然氣供應的需求急劇增加，為滿足人民生產生活的需要，生產部門為天然氣田的勘測與開發提出了更高的技術要求，為達到提高氣層檢測精度、逐步實現定量識別的目的，開展深入研究以探索含氣、水兩相流體非飽和巖石中的地震波傳播與響應規律的工作勢在必行。
早期針對含流體多孔介質中的彈性波傳播規律的研究，在理論上主要基于宏觀均勻性假設，近似認為流體與固體均勻分布于巖石內部的每一個力學微元中，每一個力學單元內部僅含有一個流體相與一個固體相，而介質內部的所有力學微元都是相同的、均一的。 這樣的做法明顯忽略了巖石內部的局部非均勻性，在實際的應用中也被發現明顯低估了地震頻段內(幾十到幾百Hz)巖石內部的波速頻散與能量衰減現象。
基于宏觀均一的Biot理論，White等人在1975年首次引入了巖石內部小尺度非均勻性的概念，考慮了含水巖石內部局部分布的氣泡對地震波傳播的影響。在實際巖石中， 局部氣體集中形成的非浸潤狀態的氣泡在地震波的擠壓作用下會發生耗散性的振動，即局部流體流動效應。在低頻端，局部流體流動的充分發生會造成地震波能量的大量損失，并使得巖石變得松弛，而在高頻地震波的激勵下，由于流體在單個振蕩周期內不能完成完整的局部蕩動，巖石會呈現出比較“硬”的等效狀態。Dutta和Sieriff在1979年對White理論進行了改進，改善了 White理論的低頻預測結果與(iassmarm理論零頻極限的吻合狀況。 Shapiro和Mul Ier在1999年調查了局部流體流動中的流體壓力與巖石參數的關系，得出中觀尺度非均勻性誘發的局部流體流動是導致低頻地震波能量強衰減的主因結論，2006年， Carcione等的研究顯示，若滲透率下降、流體黏性上升或地層厚度增加，則地震波的衰減與頻散曲線有向低頻段移動的趨勢。
聶建新等人在2004年基于同時包含Biot摩擦機制與噴射流機制的非飽和多孔隙BISQ模型，利用小生境遺傳算法實現了儲層參數(孔隙度、滲透率、含氣飽和度等)的反演。劉炯等人在2009年用孔隙介質力學的方法，研究了嵌入有球狀氣泡的含水巖石模型中的地震波傳播規律。聶建新、楊頂輝與巴晶在2010年借鑒等效介質的思想，將含水飽和度引入波動力學控制方程，并考慮了不同波頻率下孔隙流體分布模式對其等效體積模量的影響，給出了能處理含非飽和流體孔隙介質中波傳播問題的黏彈性BISQ模型。目前，研究者們在相關問題上已基本達到一致的認識，即局部流體流動是導致孔隙巖石中地震波速度頻5散與能力衰減的決定性因素，然而，至今為止，文獻中還沒有出現一個能夠普遍被各種研究與產業部門接受的描述局域流的基礎理論與定量技術。
綜上所述，現有技術的研究中主要存在以下問題
(1)基于黏彈性理論與BISQ理論的相關研究中，由于引入了一些并不具有明確物理意義或并不易于直接物理實現的參數或系數(如各類松弛時間、黏彈性系數或特征噴射流長度等)，使得這些理論雖然在進行巖石波速現象的描述與預測中非常有效，但相關理論與核心參數的數學基礎與物理內涵卻難以得到實現或驗證，因此即使拋開實驗驗證，這類方法在實際工程中很難得到推廣應用。
(2)在基于精細模型的數值模擬與地震響應分析的相關研究中，由于需要建立過于詳細的巖石模型并設置邊界條件，使得這類方法雖然能夠較準確的給出實際巖石中的地震波響應，但在實際工程中卻往往由于缺乏足夠的先驗信息，并且由于相關方法本身建模的高復雜性與算法的高消耗性，使得此類方法也無法在實際工程應用中得到很好的實現。
(3)某些地震巖石模型在動力學方程組的推導過程中采用了統計熱力學關系，使得方程的一些核心參數在計算過程中僅能通過頻率域的關系式進行上、下限的估算，而無法做到更準確的地震響應的定量預測。發明內容
本發明提供一種非飽和雙重孔隙介質地震波頻散衰減分析方法及系統，以分析非飽和巖石中的縱橫波頻散與衰減隨頻率、孔隙度、含氣飽和度的變化規律。
為了實現上述目的，本發明提供一種非飽和雙重孔隙介質地震波頻散衰減分析方法，該方法包括步驟1 獲取包括滲透率、孔隙率、泥質含量及礦物成分的地質數據，并根據所述地質數據生成儲層巖石干骨架模型；步驟2 獲取包括鉆井數據、錄井數據、測井信息及流體實驗測量數據的測量數據，根據所述測量數據及Van der Waals方程生成儲層流體模型；步驟3 根據所述儲層巖石干骨架模型、儲層流體模型及描述非飽和雙重孔隙介質地震波傳播的Biot-Rayleigh方程求解平面波解，生成縱波、橫波的相速度及逆品質因子； 步驟4 根據所述縱波、橫波的相速度及逆品質因子生成速度、衰減、波阻抗、AVO響應特征等與頻率之間的關系。
進一步地，在所述步驟1中，生成儲層巖石干骨架模型的步驟包括采用 Voigt-Reuss-Hill平均模型計算骨架基質的等效彈性模量，采用Kuster-Toks0z包體模型計算干燥巖石的等效體積模量和剪切模量
權利要求
1.一種非飽和雙重孔隙介質地震波頻散衰減分析方法，其特征在于，所述的方法包括步驟1 獲取包括滲透率、孔隙率、泥質含量及礦物成分的地質數據，并根據所述地質數據生成儲層巖石干骨架模型；步驟2 獲取包括鉆井數據、錄井數據、測井信息及流體實驗測量數據的測量數據，根據所述測量數據及Van der Waals方程生成儲層流體模型；步驟3 根據所述儲層巖石干骨架模型、儲層流體模型及分析非飽和雙重孔隙介質地震波傳播的Biot-Rayleigh方程求解平面波解，生成縱波、橫波的相速度及逆品質因子；步驟4 根據所述縱波、橫波的相速度及逆品質因子生成速度、衰減、波阻抗、AVO響應特征等與頻率之間的關系。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法包括在所述步驟1中，生成儲層巖石干骨架模型的步驟包括采用Voigt-Reuss-Hill平均模型計算骨架基質的等效彈性模量，采用Kuster-Toks0z包體模型計算干燥巖石的等效體積模量和剪切模量^mN(Κκχ Α)——= Σ ^ 隊-Km )廣T7" *‘.1Kkt+"^ !=l(/4 ) 4^=Σ χ, (A -μ "κτ + 4 m i=\ΚΚΤ，/4—Kuste;r_T()kS0Z理論求得的等效體積模量和剪切模量； Kffl, μω—骨架基質的體積模量和剪切模量； Ki, μ i——第i個包體的體積模量和剪切模量； Xi——每種包體的體積比率； N——包體的個數； ζω= μω(9Κω+8μω)/6(Κω+2μω)； Pmi, Qmi——骨架基質m中加入包體材料i后的彈性模量。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于在所述步驟2中，生成儲層流體模型的步驟包括采用所述Van der Waals方程計算超臨界狀態下甲烷氣體的密度和體積模量 (P + ap2g)(\-bpg) = pgR(T + 212) 4 pR{T + 213) 7ρ—地層壓力； T—地層溫度；a——氣體有關的參數，對于甲烷 a = 0. 225Pa(m3/mol)2 = 879. 9Pa(m3/kg)2 ； b——氣體有關的參數，對于甲烷b = 42. 7cm3/mol = 2. 675X l(T3m7kg ； P g——氣體密度； Kg——氣體體積模量；R——氣體常數，尺=8.31ガ0^1° K) = 519.4J/(kg0 K)。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于在所述步驟3中，描述非飽和雙重孔隙介質地震波傳播的Biot-Rayleigh方程如下
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于在所述步驟3中，所述生成縱波、橫波的相速度及逆品質因子，包括以位移場Ui 和Ui表示在非飽和雙重孔隙介質中傳播的彈性平面波的通解形式，將位移場平面波解χ，y，ζ·代入到所述 Biot-Rayieigh 方程，得到Christoffel方程，在A和Z有非零解的情況下，根據Christoffel方程的行列式等于零得到縱波和橫波的頻散關系，最后由復波數《可求得彈性波的相速度Vi和逆品質因子β:1
6. 一種非飽和雙重孔隙介質地震波頻散衰減分析裝置，其特征在于，所述裝置包括 巖石骨架彈性模量生成模塊，用于根據包括滲透率、孔隙率、泥質含量及礦物成分的地質數據，采用Voigt-Reuss-Hill平均模型生成骨架基質的等效彈性模量，并應用等效介質理論或者接觸理論計算干燥巖石的等效體積模量和剪切模量；儲層流體模型建立模塊，用于根據包括鉆井數據、錄井數據、測井信息及流體實驗測量數據的測量數據，根據流體相態分析，應用Van der Waals方程或者流體試驗測量結果建立儲層流體模型；非飽和雙重孔隙介質地震巖石物理建模模塊，用于輸入巖石骨架模型和流體模型，應用雙重孔隙介質Biot-Rayleigh理論建立非飽和儲層巖石物理模型；頻散特性分析模塊，用于分析非飽和巖石中的縱橫波頻散與衰減隨頻率、孔隙度及含氣飽和度的變化規律。
全文摘要
一種非飽和雙重孔隙介質地震波頻散衰減分析方法及裝置，該方法包括步驟1獲取包括滲透率、孔隙率、泥質含量及礦物成分的地質數據，并根據所述地質數據生成儲層巖石干骨架模型；步驟2獲取包括鉆井數據、錄井數據、測井信息及流體實驗測量數據的測量數據，根據所述測量數據及Van derWaals方程生成儲層流體模型；步驟3根據所述儲層巖石干骨架模型、儲層流體模型及描述非飽和雙重孔隙介質地震波傳播的Biot-Rayleigh方程求解平面波解，生成縱波、橫波的相速度及逆品質因子；步驟4根據所述縱波、橫波的相速度及逆品質因子生成速度、衰減、波阻抗、AVO響應特征等與頻率之間的關系。
文檔編號G01V1/30GK102508296SQ20111036018
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者盧明輝, 巴晶, 曹宏 申請人:中國石油天然氣股份有限公司