正交介质裂缝型储层水平裂缝及垂直裂缝同步预测方法技术

本发明专利技术提供了一种正交介质裂缝型储层水平裂缝及垂直裂缝同步预测方法。首先，利用纵、横波模量及裂缝弱度表达正交各向异性扰动矩阵；然后，利用散射函数和扰动矩阵，推导由纵、横波模量，密度及裂缝弱度表征的正交介质线性化纵波反射系数方程；最后，将线性化纵波反射系数表示为傅里叶级数表达式，并建立三步反演方法以估算纵、横波模量，密度及裂缝弱度，从而实现正交各向异性介质的多参数反演。本发明专利技术基于Schoenberg线性滑移模型，提出直接利用物理意义更加明确的裂缝弱度表征正交介质中的水平裂缝及垂直裂缝发育情况；将正交介质纵波反射系数方程表示为傅里叶级数形式，减少了水平裂缝引起的裂缝弱度与垂直裂缝引起的裂缝弱度的串扰影响。

Simultaneous prediction method of horizontal fracture and vertical fracture in orthogonal medium fracture reservoir

【技术实现步骤摘要】
正交介质裂缝型储层水平裂缝及垂直裂缝同步预测方法
本专利技术涉及地震监测
，具体涉及一种正交介质裂缝型储层水平裂缝及垂直裂缝同步预测方法。
技术介绍
传统的裂缝预测方法通常基于HTI介质假设，即将发育有高角度近垂直裂缝的储层等效为HTI介质。然而在许多沉积盆地，其储层通常既发育有高角度近垂直裂缝，同时又发育有低角度近水平裂缝，此时HTI假设将不再满足，而正交各向异性介质更适合于描述这类储层。传统方法通常利用Thomsen各向异性参数来表征储层中水平裂缝发育情况，但Thomsen各向异性参数其物理含义主要是描述速度的各向异性，直接用其表征水平裂缝发育情况不太适用。传统方法主要是基于HTI介质开展裂缝弱度反演表征储层中的垂直裂缝发育情况或基于正交介质开展Thomsen各向异性参数及裂缝弱度反演表征储层中的水平裂缝及垂直裂缝发育情况，因而不能同时精确地描述储层中的水平裂缝及垂直裂缝发育情况。综上所述，急需一种正交介质裂缝型储层水平裂缝及垂直裂缝同步预测方法以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种正交介质裂缝型储层水平裂缝及垂直裂缝同步预测方法，以解决裂缝预测问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种正交介质裂缝型储层水平裂缝及垂直裂缝同步预测方法，包括以下步骤：步骤一：利用纵、横波模量及裂缝弱度表达正交各向异性扰动矩阵。步骤二：利用散射函数和扰动矩阵，推导由纵、横波模量，密度及裂缝弱度表征的正交介质线性化纵波反射系数方程；>步骤三：将线性化纵波反射系数表示为傅里叶级数表达式，并建立三步反演方法以估算纵、横波模量，密度及裂缝弱度，从而实现正交各向异性介质的多参数反演。进一步地，所述正交各向异性扰动矩阵ΔcOA表示为：ΔcOA＝Δciso+ΔcVTI+ΔcHTI(6)其中，式中，ΔM＝M2-M1和Δu＝u2-u1分别表示地层界面两侧的纵、横波模量差值；和分别表示地层界面两侧水平裂缝引起的法向弱度和切向弱度差值；和分别表示地层界面两侧垂直裂缝引起的法向弱度和切向弱度差值；λb和ub表示各向同性背景介质中的拉梅常数，Mb＝λb+2ub,χ＝λb/Mb≡1-2g；表示各向同性背景横波与纵波速度比值的平方；和分别表示水平裂缝引起的法向弱度和切向弱度，和分别表示垂直裂缝引起的法向弱度和切向弱度，其变化范围为0～1。进一步地，纵、横波模量，密度及裂缝弱度表征的正交介质线性化纵波反射系数方程为：其中，b(θ)＝-4gsin2θ,g(θ,φ)＝gsin2θcos2φ(1-tan2θsin2φ),其中，RM＝ΔM/2Mb，Ru＝Δu/2ub和Rρ＝Δρ/2ρb分别表示纵波模量散射系数，横波模量散射系数及密度散射系数。进一步地，线性化纵波反射系数表示为傅里叶级数表达式：其中，方程(10)中的an(θ)和bn(θ)(n＝0,2,4)表示方位傅里叶系数，对于K个方位规则采样的地震数据，an(θ)和bn(θ)可由离散傅里叶变换得到：进一步地，步骤三中三步反演方法包括以下步骤：步骤A：利用方位地震数据通过离散傅里叶变换或最小二乘反演实现傅里叶系数的估测；步骤B：利用零阶傅里叶系数，在贝叶斯框架下采用柯西约束正则化和低频模型约束正则化的迭代反演方法实现纵、横波模量，密度及水平裂缝引起的裂缝弱度的估测；步骤C：利用二阶傅里叶系数，在贝叶斯框架下采用柯西约束正则化和低频模型约束正则化的迭代反演方法实现垂直裂缝引起的裂缝弱度的估测。进一步地，将零阶傅里叶系数中垂直裂缝引起的法向弱度和切向弱度省略，对于M个入射角的情况下，得到如下矩阵表达式：d＝Gm(19)其中，a0＝[a0(t1)…a0(tN)]T,a＝diag[a(t1)…a(tN)],b＝diag[b(t1)…b(tN)],c＝diag[c(t1)…c(tN)],d＝diag[d(t1)…d(tN)],e＝diag[e(t1)…e(tN)],RM＝[RM(t1)…RM(tN)]T，Ru＝[Ru(t1)…Ru(tN)]T，Rρ＝[Rρ(t1)…Rρ(tN)]T,式中的上标T表示矩阵的转置，符号N表示时间采样点的个数，符号diag表示对角矩阵。进一步地，使用贝叶斯框架下的柯西约束正则化和低频模型约束正则化的迭代反演方法预测水平裂缝引起的裂缝弱度，含有水平裂缝引起的裂缝弱度目标函数如下：其中，和分别表示噪声方差和模型参数方差；λM，λu，λρ，和分别表示纵、横波模量，密度及水平裂缝引起的法向弱度和切向弱度的正则化加权系数；P表示积分算子；LM＝1/2ln(M0/Mb)，Lu＝1/2ln(u0/ub)，Lρ＝1/2ln(ρ0/ρb)。M0，u0，ρ0，和分别表示纵、横波模量，密度及水平裂缝引起的法向弱度和切向弱度的低频模型；利用迭代方法求解方程(23)，得到纵、横波模量，密度及水平裂缝引起的法向弱度和切向弱度的方程式：M＝Mbexp(2PRM)；(24)u＝ubexp(2PRu)；(25)ρ＝ρbexp(2PRρ)；(26)进一步地，利用二阶傅里叶系数反演垂直裂缝引起的法向弱度和切向弱度，对于M个入射角情况下，联立方程(12)和(13)可得到如下矩阵表达式：AX＝B(29)其中，a2＝[a2(t1)…a2(tN)]T，b2＝[b2(t1)…b2(tN)]T，j＝[j(t1)…j(tN)]T，k＝[k(t1)…k(tN)]T，进一步地，使用贝叶斯框架下的柯西约束正则化和低频模型约束正则化的迭代反演方法预测垂直裂缝引起的裂缝弱度，含有垂直裂缝引起的裂缝弱度的目标函数为：其中和分别表示垂直裂缝引起的法向弱度和切向弱度正则化加权系数；Xi和分别表示模型参数的第i个元素和模型参数方差；和分别表示垂直裂缝引起的法向弱度和切向弱度的低频模型；利用迭代方法求解方程(30)，得到垂直裂缝引起的法向弱度和切向弱度的方程式：应用本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：(1)本专利技术基于Schoenberg线性滑移模型，提出直接利用物理意义更加明确的裂缝弱度表征正交介质中的水平裂缝及垂直裂缝发育情况。Schoenberg线性滑移模型将裂缝等效为无限大的不连续平面，并引入了两个无量纲裂缝弱度参数，即法向裂缝弱度和切向裂缝弱度。(2)本专利技术基于Born近似和稳相法，结合散射函数及由裂缝弱度表征的正交介质扰动矩阵，推导了含有水平裂缝引起的裂缝弱度及垂直裂缝引起的裂缝弱度的正交介质纵波反射系数方程。(3)本专利技术提出基于正交本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正交介质裂缝型储层水平裂缝及垂直裂缝同步预测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：利用纵、横波模量及裂缝弱度表达正交各向异性扰动矩阵；/n步骤二：利用散射函数和扰动矩阵，推导由纵、横波模量，密度及裂缝弱度表征的正交介质线性化纵波反射系数方程；/n步骤三：将线性化纵波反射系数表示为傅里叶级数表达式，并建立三步反演方法以估算纵、横波模量，密度及裂缝弱度，从而实现正交各向异性介质的多参数反演。/n

【技术特征摘要】
1.一种正交介质裂缝型储层水平裂缝及垂直裂缝同步预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：利用纵、横波模量及裂缝弱度表达正交各向异性扰动矩阵；
步骤二：利用散射函数和扰动矩阵，推导由纵、横波模量，密度及裂缝弱度表征的正交介质线性化纵波反射系数方程；
步骤三：将线性化纵波反射系数表示为傅里叶级数表达式，并建立三步反演方法以估算纵、横波模量，密度及裂缝弱度，从而实现正交各向异性介质的多参数反演。


2.根据权利要求1所述的一种正交介质裂缝型储层水平裂缝及垂直裂缝同步预测方法，其特征在于，所述正交各向异性扰动矩阵ΔcOA表示为：
ΔcOA＝Δciso+ΔcVTI+ΔcHTI(6)
其中，









式中，ΔM＝M2-M1和Δu＝u2-u1分别表示地层界面两侧的纵、横波模量差值；和分别表示地层界面两侧水平裂缝引起的法向弱度和切向弱度差值；和分别表示地层界面两侧垂直裂缝引起的法向弱度和切向弱度差值；
λb和ub表示各向同性背景介质中的拉梅常数，Mb＝λb+2ub,χ＝λb/Mb≡1-2g；表示各向同性背景横波与纵波速度比值的平方；和分别表示水平裂缝引起的法向弱度和切向弱度，和分别表示垂直裂缝引起的法向弱度和切向弱度，其变化范围为0～1。


3.根据权利要求1所述的一种正交介质裂缝型储层水平裂缝及垂直裂缝同步预测方法，其特征在于，纵、横波模量，密度及裂缝弱度表征的正交介质线性化纵波反射系数方程为：



其中，

b(θ)＝-4gsin2θ,

e(θ)＝gsin2θ,

g(θ,φ)＝gsin2θcos2φ(1-tan2θsin2φ),
其中，RM＝ΔM/2Mb，Ru＝Δu/2ub和Rρ＝Δρ/2ρb分别表示纵波模量散射系数，横波模量散射系数及密度散射系数。


4.根据权利要求1所述的一种正交介质裂缝型储层水平裂缝及垂直裂缝同步预测方法，其特征在于，线性化纵波反射系数表示为傅里叶级数表达式：



其中，















方程(10)中的an(θ)和bn(θ)(n＝0,2,4)表示方位傅里叶系数，对于K个方位规则采样的地震数据，an(θ)和bn(θ)可由离散傅里叶变换得到：








5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种正交介质裂缝型储层水平裂缝及垂直裂缝同步预测方法，其特征在于，步骤三中三步反演方法包括以下步骤：
步骤A：利用方位地震数据通过离散傅里叶变换或最小二乘反演实现傅里叶系数的估测；
步骤B：利用零阶傅里叶系数，在贝叶斯框架下采用柯西约束正则化和低频模型约束正则化的迭代反演方法实现纵、横波模量，密度及水平裂缝引起的裂缝弱度的估测；
步骤C：利用二阶傅里叶系数，在贝叶斯框架下采用柯西约束正则化和低频模型约束正则化的迭代反演方法实现垂直裂缝引...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘新朋，李林，张广智，柳建新，崔益安，
申请(专利权)人：中南大学，中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：湖南;43