一种预测塑性地层变形的方法及模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种预测塑性地层变形的方法及模拟装置，其中，预测方法通过对时间域下的三维地震数据体进行短时窗离散傅里叶变换计算得出单频数据体信息，并通过提取峰值振幅与平均振幅的差值异常，将塑性地层的差异明显区分出来，可靠性高，有效预测塑性地层变形趋势和变形后的平面形态；而基于模拟方法设计的模拟装置通过实际塑性地层和上覆、下伏的围岩进行模拟，并与上述预测方法得到的预测结果和实际地震剖面进行验证比对，对塑性地层变形趋势进行模拟和预测，并进一步验证实际地震剖面中的塑性层剖面变形形态的形成过程和变形趋势。

Method and device for predicting deformation of plastic stratum

The invention discloses a method for predicting the plastic deformation and ground simulation device, the prediction method of calculating single frequency data information by Fourier transform short window through 3D seismic data in time domain, and the difference between the peak amplitude and the average amplitude of extracting abnormal differences in plastic formation significantly distinguished, high reliability and effectively predict the plane shape of plastic formation and deformation trend after deformation; simulation and device simulation method based on the design of the actual rock plastic formation and overlying and underlying simulation and prediction results obtained with the prediction method and the actual seismic profile to verify alignment on plastic the strata deformation trend for simulation and prediction, and further validation of layer profile shape of the forming process and the deformation trend of plastic deformation in seismic section.

【技术实现步骤摘要】
一种预测塑性地层变形的方法及模拟装置
本专利技术涉及地层变形趋势预测
，特别涉及一种预测塑性地层变形的方法及模拟装置。
技术介绍
现有的预测塑性地层变形的工作中，采用的是提取地震数据体属性的方法，来预测塑性地层在平面上的变形形态展布。但是，该方法具有以下不足之处：1)该数据体是全频段地震数据体，在提取地震属性后，差异性不明显，预测塑性地层分布区的形态不清晰；2)不同频率反映不同岩性及不同声波传播速度的地层的地震响应是不同的，即塑性地层因其岩性及地震传播速度与周围的围岩不同，只与某一种或某一段频率对应的地震响应是一致的。综上所述，现在使用的常规预测方法，由于未能单独提取这类频率的地震信息，导致预测方法的可靠性不高，预测结果偏差较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过提取地震数据中的单频数据体信息进行塑性地层变形趋势进行预测的方法。本专利技术的另一目的是提供一种能够模拟地层变形的平面展布形态及剖面样式以及对塑性地层变形机理进行预测的模拟装置。为此，本专利技术技术方案如下：一种预测塑性地层变形的方法，包括如下步骤：S1、在工作区内激发人工地震，采集地震的声学信息，通过计算机处理，得到时间域下的三维地震数据体；S2、对经步骤S1得到的时间域下的三维地震数据体进行短时窗离散傅里叶变换公式计算，得到多个频率域下的单频地震数据体；S3、计算经步骤S2所得的单频数据体峰值振幅和平均振幅的差值，确定计算出差值异常的频段，并通过在工作区平面展布图像上对应勾勒出出现差值异常频段所对应的平面坐标位置，得到差值异常的地震振幅属性的范围，即反映出该地区塑性地层的变形形态。其中，步骤S1的人工地震激发采集地震的声学信息，即全时间域下的声波信号，通过傅里叶变换即可将声波信号从时间域变化到频率域；但是由于是全时间域下的声波信号进行转换，因此通过傅里叶变换得到的对应为全频率域的声波信号具有“混频效应”，如图3所示，无法对差异值进行提取，因此只有进一步通过对傅里叶变换计算的时间窗口范围限制，才能将全频率域的声波信号拆解为多个频率域下的单频地震数据体，即得到与塑性地层对应的某一段频率的“单频信息”，如图4所示。步骤S2的具体处理步骤包括：S201、由于步骤S1的人工地震激发，塑性层变形后会发生对上覆地层或下伏地层的刺穿穿层现象，因此可以从地震剖面图上确定塑性层发生穿层变形的时间范围为A毫秒；S202、将塑性层穿层变形的时间范围等分为n份，每等份的时间间隔A/n毫秒即作为进行傅里叶变换计算的时间窗口范围限制，即A/n毫秒短时窗；其中，n为整数，且n≥1；S203、根据经步骤S2选定的A/n毫秒短时窗，对经步骤S1得到的时间域下的三维地震数据体进行傅里叶变换，将时间域地震数据体转换为频率域的地震数据体；傅里叶变换公式：其中，i为虚数单位，e-iωt表示为虚数i逆时针旋转ωt角(即旋转因子)，ω为角速度，t为时间；具体来说，傅里叶变换的实质就是将时间域的函数f(t)乘上旋转因子e-iωt，然后在经过限制时间窗口范围上积分；这样，通过上述函数运算将声波信号从时间t的函数，变换成角速度ω的函数，对应换算角速度ω为相应频率,即实现了时间域到频率域的变换；为了进一步使人工地震激发的地震数据体，即声波信号完整的通过函数表示出来，对傅里叶变换公式中的f(t)通过代入傅里叶级数公式进行进一步展开(以余弦公式为例)：其中，ak为振幅，k为振荡次数，ωt为角度，ω为角速度，t为时间，为相位；至此，傅里叶级数的表达式即进一步转换为与振幅、速度、相位3种参数相关的函数，即与步骤S1得到的声波信号内包含的参数一致的三种参数；通过带入傅里叶变换公式并根据选定的短时窗进行积分运算，最终通过得到多个频率域地震数据体；当然，由于正弦波和余弦波的区别仅仅是相位上相差因此傅里叶级数也可以以较为复杂的正弦波形式表示并带入傅里叶变换公式。S204、由于工作地区地层环境不同，即地震波的传播介质差异，在步骤S202中首次选定的时间窗口范围限制可能会导致对全频域分解得到多个单频数据体可能分解“过粗”或“过细”，导致不能完全分解开或过分分解导致失真，因此需要通过进一步计算并验证单频数据体内的多个震动峰峰值振幅和平均振幅的异常差值的大小，确定步骤S203的拆解结果是否符合进一步分析的要求，如图4所示；具体来说，经过步骤S203计算得到的多个单频数据体中，某些频段的单频数据体的多个震动峰的振幅具有明显差异性，可初步认定其为异常频段，当对其峰值振幅和平均振幅的差值进行计算时，如果峰值振幅和平均振幅的异常差值未落在104～106A(A为地震声波振幅单位)范围内时，说明经步骤S203所得的数据体为仍具有混频性质；此时，则返回步骤S202，增大n的取值为n+N(N为整数且N≥1)并以此类推；同时重复步骤S203和S204，直至某一单频数据体的峰值振幅和平均振幅的差值落在104～106A范围内，即说明该次短时窗的傅里叶变换公式计算得到多个单频数据体为能够有效对地层进行分析的多个单频数据体。进一步地，所述短时窗A/n毫秒的取值范围为6～96ms。通过上述预测方法，可以有效对塑形地层变形趋势进行合理准确预测，为后续钻井工作进行必要铺垫，以避免钻井区域位于塑性层变形区域内；另外还可以通过对塑形地层变形区域相关的圈闭进行研究，探索与塑性变形区相关的含油气圈闭类型。本专利技术还提供了一种预测塑性地层变形的模拟装置，不仅可以用于对塑性地层变形的平面展布形态及剖面样式，即塑形地层的变形趋势进行验证，同时也可以进一步对塑形地层的变形机理进行进一步研究和确认。具体地，该预测塑性地层变形的模拟装置，包括由水平设置的矩形底板和设置在矩形底板上表面四个边缘处的四块围板围成一个顶部开口的箱体；其中，矩形底板上表面自每组对侧侧边的一侧边缘中部沿径向开设有两条相互平行且延伸至另一侧边缘处的活动轨道；每块围板底面设有与其下方两条平行活动轨道相互配合的轨道连接件，使四块围板能够通过轨道连接件与活动轨道活动连接并沿活动轨道在矩形底板上往复运动；在每组对侧围板的外侧还设置有用于推动围板往复运动的驱动装置。其中，箱体设置为顶部开口的形式便于从箱体上方观察模拟地层的平面展布形态及后续的形态变化过程。进一步地，每块围板均包括共平面设置的一块主板和位于主板两侧的两块辅助板，辅助板的高度和厚度与主板一致；构成同一块围板的主板与辅助板之间通过合页活动连接，使辅助板能够相对于箱体外侧翻折，且在两块辅助板外侧壁面相同位置处各设置有一个具有径向通孔的扣环，使活动连接的主板和两块辅助板通过插装在两个扣环上的连杆将二者相对位置锁死。其中，主板宽度固定，而辅助板相应可设计有多种不同宽度，以便于对围栏的整体宽度根据带模拟地层的情况进行适时调整。由于在后期地层受应力影响发生运动时，当一组对侧围板发生相对运动后导致另一组对侧围板运动受阻时，可以通过拆下连杆，恢复主板和辅助板之间原有的活动连接状态，使围板受阻后辅助板翻折改变围板的宽度后，继续在底板上进行相对移动，以模拟受应力后的运动结果。进一步地，开设在矩形底板上表面的活动轨道上部内径小于下部内径，使活动轨道轴向剖面呈倒T形；轨道连接件设置在主板底面上，其包括两个自每块主板底面沿轴向延伸形成的与倒T形活动轨道相互配合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测塑性地层变形的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在工作区内激发人工地震，采集地震的声学信息，通过计算机处理得到时间域下三维地震数据体；S2、对经步骤S1得到的时间域三维地震数据体进行短时窗离散傅里叶变换公式计算，得到频率域下的多个单频地震数据体；S3、计算经步骤S2所得的单频数据体峰值振幅和平均振幅的差值，确定计算出差值异常的频段，并通过在工作区平面展布图像上对应勾勒出出现差值异常频段所对应的平面坐标位置，得到差值异常的地震振幅属性的范围，即反映出该地区塑性地层的变形形态。

【技术特征摘要】
1.一种预测塑性地层变形的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在工作区内激发人工地震，采集地震的声学信息，通过计算机处理得到时间域下三维地震数据体；S2、对经步骤S1得到的时间域三维地震数据体进行短时窗离散傅里叶变换公式计算，得到频率域下的多个单频地震数据体；S3、计算经步骤S2所得的单频数据体峰值振幅和平均振幅的差值，确定计算出差值异常的频段，并通过在工作区平面展布图像上对应勾勒出出现差值异常频段所对应的平面坐标位置，得到差值异常的地震振幅属性的范围，即反映出该地区塑性地层的变形形态。2.根据权利要求1所述的预测塑性地层变形的方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤包括：S201、通过地震剖面图上确定塑性层发生穿层变形的时间范围为A毫秒；S202、将塑性层穿层变形的时间范围等分为n份，每等份的时间间隔A/n毫秒即作为进行傅里叶变换计算的时间窗口范围限制，即A/n毫秒短时窗；其中，n为整数，且n≥1；S203、对经步骤S1得到的时间域下的三维地震数据体经过傅里叶变换公式：计算；其中，i为虚数单位，e-iωt表示为虚数i逆时针旋转ωt角(即旋转因子)，ω为角速度，t为时间；时间积分范围为经步骤S202选定的短时窗；f(t)代入傅里叶级数公式：其中，ak为振幅，k为振荡次数，ωt为角度，ω为角速度，t为时间，为相位；S204、计算单频数据体的峰值振幅和平均振幅，并比较峰值振幅和平均振幅的差值：当异常差值未落在104～106A(地震声波振幅单位)范围内时，返回步骤S202，增大n的取值为n+N(N为整数，且N≥1)；重复步骤S203和S204，直至计算出的某一单频数据体的峰值振幅和平均振幅的异常差值在104～106A范围内，即证明得到能够有效对地层进行分析的多个单频数据体。3.根据权利要求2所述的预测塑性地层变形的方法，其特征在于，步骤S202中，短时窗A/n毫秒的取值范围为6～9...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芝尧，苏俊青，钱茂路，葛维，王瑀，董晓伟，汤戈，唐鑫萍，
申请(专利权)人：中油天津国际石油勘探开发技术有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12