一种岩石物理建模方法及系统

摘要

本发明涉及一种岩石物理建模方法及系统，其方法包括以下步骤：a.获取岩石矿物组分和含量，根据组分和含量计算等效骨架模量，并获取岩石中的多个孔隙的相关信息；b.根据多个孔隙的相关信息对KT岩石物理模型进行修正，获得修正模型；c.基于修正模型和等效骨架模量计算得到干岩石骨架模量；d.执行流体替换，获得饱和流体孔隙介质纵波速度、横波速度和密度，完成建模。考虑孔隙尺度的修正KT模型描述了孔隙横纵比和孔隙尺度对地震波速度的影响，在相同孔隙度条件下，纵波速度和横波速度随孔隙尺度的增大而增大，随横纵比的减小而减小。

权利要求

1.一种岩石物理建模方法，其特征在于，包括以下步骤：a.获取岩石矿物组分和含量，及岩石中的多个孔隙的相关信息，并根据组分和含量计算等效骨架模量；

b.根据多个孔隙的相关信息对KT岩石物理模型进行修正，获得修正模型；

c.基于修正模型和等效骨架模量计算得到干岩石骨架模量；

d.执行流体替换，获得饱和流体孔隙介质纵波速度、横波速度和密度，完成建模；

其中，每个所述孔隙的相关信息包括单个孔隙的尺度和横纵比；

其中，所述等效骨架模量包括等效体积模量和剪切模量；

其中，所述步骤b中对KT岩石物理模型的修正包括，将KT模型计算的饱和流体孔隙介质等效体积模量和剪切模量替换为背景介质模量和扰动量之和，其中一阶扰动量为单个孔隙对背景介质的影响之和，二阶扰动量为孔隙之间相互作用波场对背景介质的影响之和；获得与孔隙数量、单个孔隙的尺度和横纵比相关的新的等效体积模量和剪切模量。

2.根据权利要求1所述的一种岩石物理建模方法，其特征在于，所述流体替换采用基于Gassmann方程的流体替换。

3.一种岩石物理建模系统，其特征在于，包括信息采集模块、模型修正模块、模量计算模块和流体替换模块；

所述信息采集模块获取岩石矿物组分和含量，及岩石中的多个孔隙的相关信息，并根据组分和含量计算等效骨架模量；

所述模型修正模块根据多个孔隙的相关信息对KT岩石物理模型进行修正，获得修正模型；

所述模量计算模块基于修正模型和等效骨架模量计算得到干岩石骨架模量；

所述流体替换模块执行流体替换，获得饱和流体孔隙介质纵波速度、横波速度和密度，完成建模；

其中，每个所述孔隙的相关信息包括单个孔隙的尺度和横纵比；

其中，所述等效骨架模量包括等效体积模量和剪切模量；

其中，所述模型修正模块中对KT岩石物理模型的修正包括，将KT模型计算的饱和流体孔隙介质等效体积模量和剪切模量替换为背景介质模量和扰动量之和，其中一阶扰动量为单个孔隙对背景介质的影响之和，二阶扰动量为孔隙之间相互作用波场对背景介质的影响之和；获得与孔隙数量、单个孔隙尺度和横纵比相关的新的等效体积模量和剪切模量。

4.根据权利要求3所述的一种岩石物理建模系统，其特征在于，所述流体替换采用基于Gassmann方程的流体替换。

说明书

一种岩石物理建模方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及地球物理技术领域，更具体地，涉及一种岩石物理建模方法及系统。

背景技术

[0002] 岩石物理建模就是建立储层参数(岩性、孔隙度、饱和度、矿物组分和孔隙几何结构等)与储层弹性参数(纵波速度、横波速度和密度)之间的关系。岩石物理建模是定量储层预测的基础，是地震资料和储层参数预测的桥梁。目前油气地球物理勘探领域应用广泛的KT、DEM、SCA和XuWhite等岩石物理建模方法都综合考虑了储层岩石的矿物组分含量、岩性、孔隙度和流体饱和度对纵波速度、横波速度和密度的影响。近期一些岩石物理测试结果表明岩石的孔隙几何结构也对纵波速度、横波速度和密度有影响，特别是孔隙的横纵比、主尺度和周长面积比。孔隙的横纵比是用椭圆等效描述孔隙时椭圆的短轴与长轴之比，表征了孔隙形状是圆还是扁。孔隙的主尺度是总孔隙中所占比例最大的孔隙的大小，表征了单个微观孔隙尺度的大小。孔隙的周长面积比是描述孔隙结构的重要参数，它表征了孔隙的复杂性。周长面积比越小，孔隙结构越接近圆形；周长面积比越大，孔隙结构越接近椭圆；当孔隙的形状具有统计性定向排列时，其地震波速度呈现各向异性。如果孔隙结构的周长面积比越大，椭圆的长短轴比越大，各向异性越强。

[0003] 地震速度各向异性也表征了孔隙结构特征。相同孔隙度条件下，受孔隙结构影响，纵波速度和横波速度变化范围很大。孔隙度相同，孔隙结构不同时，地震波速度也不同。大尺度简单孔隙地震波速度高，小尺度复杂孔隙地震波速度低。总之，孔隙尺度和横纵比对地震波速度影响是同向的。相同孔隙度条件下，受孔隙结构影响，储层渗透率变化范围很大。尺度大横纵比小的孔隙渗透率大，尺度小横纵比大的孔隙渗透率小。总之，孔隙尺度和横纵比对渗透率的影响是反向的。KT、DEM、SCA和XuWhite等岩石物理建模方法只考虑了孔隙的横纵比和总孔隙度对地震波速度和密度的影响，KT模型岩石物理建模流程见图1所示，没有考虑微观单个孔隙尺度的大小对地震波速度的影响。

发明内容

[0004] 针对KT、DEM、SCA和XuWhite等岩石物理建模方法只考虑了孔隙的横纵比和总孔隙度对地震波速度和密度的影响，没有考虑微观单个孔隙尺度的大小对地震波速度的影响的问题，本公开提出了一种考虑了孔隙横纵比和主尺度对地震波速度的影响，能正确描述储层微观孔隙结构对地震波速度的影响的岩石物理建模方法和系统。

[0005] 根据本公开的一方面，提出了一种岩石物理建模方法，包括以下步骤：

[0006] a.获取岩石矿物组分和含量，及岩石中的多个孔隙的相关信息，并根据组分和含量计算等效骨架模量；

[0007] b.根据多个孔隙的相关信息对KT岩石物理模型进行修正，获得修正模型；

[0008] c.基于修正模型和等效骨架模量计算得到干岩石骨架模量；

[0009] d.执行流体替换，获得饱和流体孔隙介质纵波速度、横波速度和密度，完成建模。

[0010] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

[0011] 进一步，每个所述孔隙的相关信息包括单个孔隙的尺度(孔隙度)和横纵比。

[0012] 进一步，所述等效骨架模量包括等效体积模量和剪切模量。

[0013] 进一步，所述步骤b中对KT岩石物理模型的修正包括，将KT模型计算的饱和流体孔隙介质等效体积模量和剪切模量替换为背景介质模量和扰动量之和，其中一阶扰动量为单个孔隙对背景介质的影响之和，二阶扰动量为孔隙之间相互作用波场对背景介质的影响之和；获得与孔隙数量、单个孔隙尺度(孔隙度)和横纵比相关的新的等效体积模量和剪切模量。

[0014] 进一步，所述流体替换采用基于Gassmann方程的流体替换。

[0015] 根据本公开的另一方面，提出了一种岩石物理建模系统，包括信息采集模块、模型修正模块、模量计算模块和流体替换模块；

[0016] 所述信息采集模块获取岩石矿物组分和含量，及岩石中的多个孔隙的相关信息，并根据组分和含量计算等效骨架模量；

[0017] 所述模型修正模块根据多个孔隙的相关信息对KT岩石物理模型进行修正，获得修正模型；

[0018] 所述模量计算模块基于修正模型和等效骨架模量计算得到干岩石骨架模量；

[0019] 所述流体替换模块执行流体替换，获得饱和流体孔隙介质纵波速度、横波速度和密度，完成建模。

[0020] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

[0021] 进一步，每个所述孔隙的相关信息包括单个孔隙的尺度(孔隙度)和横纵比。

[0022] 进一步，所述等效骨架模量包括等效体积模量和剪切模量。

[0023] 进一步，所述模型修正模块中对KT岩石物理模型的修正包括，将KT模型计算的饱和流体孔隙介质等效体积模量和剪切模量替换为背景介质模量和扰动量之和，其中一阶扰动量为单个孔隙对背景介质的影响之和，二阶扰动量为孔隙之间相互作用波场对背景介质的影响之和；获得与孔隙数量、单个孔隙的尺度(孔隙度)和横纵比相关的新的等效体积模量和剪切模量。

[0024] 进一步，所述流体替换采用基于Gassmann方程的流体替换。

[0025] 本公开的各方面通过对KT岩石物理模型进行修正，实现了微观考虑每个孔隙的尺度(孔隙度)和横纵比对地震波速度影响的岩石物理模型建模方法及系统，为低孔隙度储层有利渗透率区域预测提供理论基础的效果。

[0026] 除了地层压力、温度、岩性、矿物组分、总孔隙度和流体饱和度，孔隙的几何结构也是地层岩石速度的重要影响因素。特别是在低孔隙度条件下，孔隙几何结构对速度的影响更重要。孔隙几何结构主要包括：孔隙的横纵比、主尺度。相同孔隙度条件下，受孔隙结构影响，纵波速度和横波速度变化范围很大。大而圆(大尺度、大横纵比)的孔隙，地震波速度高；小而扁(小尺度、小横纵比)的孔隙，地震波速度低。小而圆(小尺度、大横纵比)孔隙，渗透率低。大而扁(大尺度、小横纵比)孔隙，渗透率高。KT、DEM、SCA和XuWhite等岩石物理建模方法只考虑了孔隙的横纵比和总孔隙度对地震波速度和密度的影响，没有考虑微观单个孔隙尺度的大小对地震波速度的影响。

[0027] 本发明提出一种考虑孔隙尺度的修正KT岩石物理建模方法，该方法考虑了孔隙横纵比和主尺度对地震波速度的影响，能正确描述储层微观孔隙结构对地震波速度的影响，为低孔隙度储层有利渗透率区域预测提供理论基础。

附图说明

[0028] 通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

[0029] 图1示出了本发明的一个实施例的一种岩石物理建模方法的流程示意图。

[0030] 图2示出了根据本发明的一个实施例的一种岩石物理建模系统的示意性结构图。

[0031] 图3示出了现有技术中KT模型岩石物理结构建模流程示意图。

[0032] 图4示出了KT等效介质模量随孔隙尺度变化示意图。

[0033] 图5示出了KT等效介质速度随孔隙尺度变化示意图。

[0034] 图6示出了微分等效模型(DEM)等效介质体积模量随孔隙尺度变化示意图。

[0035] 图7示出了微分等效模型(DEM)等效介质剪切随孔隙尺度变化示意图。

[0036] 图8示出了微分等效模型(DEM)等效介质纵波速度随孔隙尺度变化示意图。

[0037] 图9示出了微分等效模型(DEM)等效介质横波速度随孔隙尺度变化示意图。

[0038] 图10示出了本发明考虑孔隙尺度的修正KT模型等效介质体积模量随孔隙尺度变化示意图。

[0039] 图11示出了本发明修正KT模型等效介质剪切模量随孔隙尺度变化示意图。

[0040] 图12示出了本发明修正KT模型等效介质纵波速度随孔隙尺度变化示意图。

[0041] 图13示出了本发明修正KT模型等效介质横波速度随孔隙尺度变化示意图。

[0042] 图14示出了本发明修正KT模型等效介质速度随孔隙横纵比变化示意图。

具体实施方式

[0043] 下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，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方式所限制。相反，提供这些实施方式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。

[0044] 实施例1

[0045] 图1示出了根据本发明的一个实施例的一种岩石物理建模方法的流程图，该方法包括：

[0046] a.获取岩石矿物组分和含量，及岩石中的多个孔隙的相关信息，并根据组分和含量计算等效骨架模量；

[0047] b.根据多个孔隙的相关信息对KT岩石物理模型进行修正，获得修正模型；

[0048] c.基于修正模型和等效骨架模量计算得到干岩石骨架模量；

[0049] d.执行流体替换，获得饱和流体孔隙介质纵波速度、横波速度和密度，完成建模。

[0050] 本实施例通过对，实现了KT岩石物理模型进行修正，实现了微观考虑每个孔隙的尺度(孔隙度)和横纵比对地震波速度影响的岩石物理模型建模方法及系统，为低孔隙度储层有利渗透率区域预测提供理论基础的效果。

[0051] 图2示出了根据本发明的一个实施例的一种岩石物理建模系统结构框图，包括信息采集模块1、模型修正模块2、模量计算模块3和流体替换模块4；

[0052] 所述信息采集模块1获取岩石矿物组分和含量，及岩石中的多个孔隙的相关信息，并根据组分和含量计算等效骨架模量；

[0053] 所述模型修正模块2根据多个孔隙的相关信息对KT岩石物理模型进行修正，获得修正模型；

[0054] 所述模量计算模块3基于修正模型和等效骨架模量计算得到干岩石骨架模量；

[0055] 所述流体替换模块4执行流体替换，获得饱和流体孔隙介质纵波速度、横波速度和密度，完成建模。

[0056] 每个所述孔隙的相关信息包括孔隙的尺度(孔隙度)和横纵比。

[0057] 所述等效骨架模量包括等效体积模量和剪切模量。

[0058] 所述模型修正模块2中对KT岩石物理模型的修正包括，将KT模型计算的饱和流体孔隙介质等效体积模量和剪切模量替换为背景介质模量和扰动量之和，其中一阶扰动量为单个孔隙对背景介质的影响之和，二阶扰动量为孔隙之间相互作用波场对背景介质的影响之和；获得与孔隙数量、单个孔隙的尺度(孔隙度)和横纵比相关的新的等效体积模量和剪切模量。

[0059] 所述流体替换采用基于Gassmann方程的流体替换。

[0060] 在一个示例中，在无限空间内的有限区域V0内，N个包裹体是随机分布的。根据弹性波理论，有限区域V0外x点出的波场u(x)为：

[0061]

[0062] 其中us(x,xs)是有限区域V0第s个包裹体在x点出产生的散射波场，u0(x)是入射波在x点产生的入射波场。

[0063] Kuster- (1974，1976)根据耗散理论推导了长波长一阶近似条件下包含包裹体介质弹性模量方程，该方程能够方便地改变岩石中包裹体的大小、形状及分布。包含包裹体岩石弹性模量可用表示为：

[0064]

[0065]

[0066] 其中K*和μ*是包含包裹体介质的等效体积模量和剪切模量，K'和μ是包裹体的体积模量和剪切模量；c是不同形状αm包裹体的体积百分含量，Tiijj和Tijij是与包裹体形状有关的函数(属于现有技术，具体参见Kuster- 1974)。

[0067] 当不同形状包裹体的岩石弹性模量不同时，包含包裹体介质的等效体积模量和剪切模量为：

[0068]

[0069]

[0070] Berryman(1995)对Tiijj和Tijij进行简化(属于现有技术，具体参见Berryman，1995)，给出了四种典型类型包裹体的等效体积模量和剪切模量

[0071]

[0072]

[0073] 式中：

[0074] 由式(6)和式(7)可得包裹体的等效体积模量和剪切模量为：

[0075]

[0076]

[0077] 为书写便利，定义A和B，A和B不具有具体指代含义

[0078]

[0079] KT模型计算饱和流体孔隙介质等效体积模量和剪切模量的流程如图3所示。包括以下步骤：

[0080] 首先由岩石矿物组分计算骨架等效体积模量和剪切模量；

[0081] 再由KT模型计算包含不同横纵比包裹体的干岩石骨架体积模量和剪切模量；

[0082] 最后用Gassmann进行流体替换得到饱和流体孔隙介质等效体积模量和剪切模量。

[0083] 当包裹体的横纵比相同且包裹体的体积模量和剪切模量相同时，式(8)和(9)中的[0084]

[0085]

[0086] 式中φ为总孔隙度。因此KT模型计算的饱和流体孔隙介质等效体积模量和剪切模量只与孔隙空间的横纵比和孔隙的总孔隙度有关，与单个孔隙的尺度无关。这与岩石物理样品测试的速度与孔隙的横纵比和孔隙尺度有关矛盾。

[0087] 针对KT模型的上述问题，根据波场扰动原理，提出可以把KT模型计算的饱和流体孔隙介质等效体积模量和剪切模量写成背景介质模量和扰动量之和，即修正的KT模型计算公式为：

[0088] K*＝Km+ΔK*1+ΔK*2 μ*＝μm+Δμ*1+Δμ*2  (12)

[0089]

[0090]

[0091] 其中 和 是原始背景介质中单独包含第i尺度包裹体的等效体积模量和剪切模量；ΔK*1和Δμ*1是一阶扰动量，对应KT模型一阶近似波场计算结果，即单个包裹体对背景介质模量的扰动量； 和 是原始背景介质不包含i尺度包裹体(只包含其他N-1尺度包裹体)时的等效体积模量和剪切模量； 是以 为背景介质时包含第i尺度包裹体的等效体积模量； 是以 背景介质时包含第i尺度包裹体的等效剪切模量；ΔK*2和Δμ*2是二阶扰动量，是包裹体之间相互作用对背景介质模量的扰动量，是对KT模型的修正。

[0092] 应用示例

[0093] 为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

[0094] 图4-图13是孔隙尺度对体积模量、剪切模量、纵波速度和横波速度的影响。四个模型的总孔隙度相同，都为0.2，孔隙形状为球形。单个孔隙的尺度分别为0.2、0.05、0.04、0.025、0.02、0.0133和0.01。背景砂岩的体积模量＝37GP，剪切模量＝44GP，密度＝2.7，孔隙流体水的体积模量＝2.25，＝1.0。图4和图5分别是KT模量的速度随孔隙尺度的变化。从KT模型表达式可见，KT模型虽然能计算不同孔隙形状对体积模量和剪切模量的影响，但是在某一孔隙形状条件下，体积模量和剪切模量只与孔隙的总孔隙度有关，与孔隙尺度无关。
微分模型(DEM)计算的模量和速度随孔隙尺度的减小而增大(图6-图9)，与实验室测试的结果速度随孔隙尺度增大而增大相矛盾。修正KT模型能正确的描述等效介质模量和速度随孔隙尺度的减小而减小(图10-图13)，与实验室测试的结果速度随孔隙尺度的减小而减小一致。当只包含单个孔隙时，修正KT模型与KT模型计算结果一致。

[0095] 图14是修正KT模型计算等效介质速度与孔隙横纵比关系。模型的总孔隙度＝0.2，微孔隙个数20个，单孔隙尺度0.01，四个模型的横纵比不同，分别为球形(Sphere)、针形(needle)、扁裂隙(＝0.01)和扁裂隙(＝0.001)。相同孔隙度和孔隙尺度时，速度随横纵比的减小而减小(图14)，即孔隙越扁，速度越小，与实验室测试结果一致。

[0096] 以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。