一种基于岩石物理建模的非直井段页岩地层声波垂化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于岩石物理建模的非直井段页岩地层声波垂化方法，包括以下步骤：S1、通过测井得到页岩物性参数；S2、根据页岩物性参数，构建横观各向异性页岩岩石物理模型，计算横观页岩的各向异性刚度系数；S3、利用各向异性刚度系数，预测非直井段测井情况下的声波时差，如果预测结果与测井结果差异不大，则输出对应直井测井情况下的各向异性刚度系数，如果差异较大，则返回步骤S2重新建模；S4、利用直井测井情况下的各向异性刚度系数和声波时差的对应关系，计算非直井段地层垂化后的声波时差。时差。时差。

【技术实现步骤摘要】
一种基于岩石物理建模的非直井段页岩地层声波垂化方法


[0001]本专利技术涉及非常规油气开发
，具体涉及一种基于岩石物理建模的非直井段页岩地层声波垂化方法。

技术介绍

[0002]由于黏土、干酪根等矿物的存在以及岩石中水平裂缝的发育，页岩呈现出很强的横观各向同性特征。在横观各向同性页岩地层中，其声波时差会随着传播方向的变化而发生改变。在非直井井眼轨迹地层中，由于井眼轨迹方向(测井仪器方向)和页岩地层层理面法线存在夹角，使得纵横波时差与相同地层情况下直井井眼轨迹的纵横波时差(垂直于层理面)存在很大区别。非直井段地层测井测量的声波时差无法直接用于页岩储层孔隙压力评价，需要经过垂化处理后才能使用。本专利技术通过构建横观各向同性页岩岩石物理模型，预测非直井段地层的声波时差，并将其垂化处理到对应直井情况，为页岩地层的孔隙压力、地应力、坍塌压力、破裂压力预测等提供基础数据。
[0003]当前在将非直井段地层的声波垂化到相应直井情况下的声波方面做了一些工作。例如Donald等结合地震测量波速和岩心数据库先验弹性各向异性关系来求解垂化后的声波时差。Ferla等人基于贝叶斯理论，通过建立页岩物性参数与Thomsen各向异性系数的关系，然后利用Thomsen各向异性系数与垂向传播的声波波速及相应的斜井条件下声波波速的关系，反演出垂化后的声波波速。Hornby等通过结合斜井和邻近的一口直井的声波时差获取5个独立的弹性刚度系数，然后利用Thomsen系数与斜井及相应直井情况下的波速对应关系，将斜井情况下的声波时差校正到直井情况。尽管上述工作利用不同的方法将非直井段地层声波时差进行了垂化处理，但这些方法存在利用地震波速地震波波速精度差，岩心数据库先验信息获取难，Thomsen系数只适用于弱各向异性页岩地层等缺点。
[0004]因此，目前亟需建立一种适用于具有强各向异性特征的页岩非直井段地层声波垂化方法，对后续非直井段地层孔隙压力预测、地应力预测等提供基础数据和指导依据。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于岩石物理建模的非直井段页岩地层声波垂化方法解决了页岩各向异性较强，沿非直井段地层井眼轨迹传播的声波时差与沿直井井眼轨迹传播的声波时差存在较大差异，从而导致声波测井资料无法直接用于后续地层孔隙压力、地应力预测的问题。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于岩石物理建模的非直井段页岩地层声波垂化方法，包括以下步骤：
[0007]S1、通过测井得到页岩物性参数；
[0008]S2、根据页岩物性参数，构建横观各向异性页岩岩石物理模型，计算横观页岩的各向异性刚度系数；
[0009]S3、利用各向异性刚度系数，预测非直井段测井情况下的声波时差，如果预测结果
与测井结果差异不大，则输出对应直井测井情况下的各向异性刚度系数，如果差异较大，则返回步骤S2重新建模；
[0010]S4、利用直井测井情况下的各向异性刚度系数和声波时差的对应关系，计算非直井段地层垂化后的声波时差。
[0011]进一步地：所述步骤S1的页岩物性参数包括矿物组分及各组分含量、地层流体组分及各组分含量、地层孔隙度、流体饱和度，其中矿物组分包括石英、黏土、方解石、白云石、长石、干酪根、黄铁矿；地层流体组分包括气和水。
[0012]进一步地：所述步骤S2的具体步骤为：
[0013]S21、利用Hashin
‑
Shtrikman界限计算脆性矿物混合物等效弹性模量，并取等效弹性模量上、下限平均作为脆性矿物混合物的体积模量和剪切模量；
[0014]所述脆性矿物混合物等效弹性模量的公式为：
[0015][0016]上式中，K
HS+
为脆性矿物混合物的等效体积模量上限，GPa；μ
max
为各脆性矿物具有的剪切模量的最大值，GPa；K
HS
‑
为脆性矿物混合物的等效体积模量下限，GPa；μ
min
为各脆性矿物具有的剪切模量的最小值；μ
HS+
为脆性矿物混合物的等效剪切积模量上限，K
max
为各脆性矿物具有的体积模量的最大值，GPa；μ
HS
‑
为混合物的等效剪切模量下限，K
min
为各脆性矿物具有的体积模量的最小值，GPa。
[0017]S22、利用各向同性SCA模型和各向同性DEM模型将无机孔添加到脆性矿物等效混合物中，建立干脆性岩石的岩石物理模型；
[0018]各向同性SCA模型为：
[0019][0020]上式中，v
i
为第i种材料的体积分数；N表示需要添加材料的数量，无因次；P
*i
和Q
*i
第i种材料的几何因子1和几何因子2，无因次；K
i
为第i种材料的体积模量，GPa；为等效的体积模量，GPa；μ
i
为第i种材料的剪切模量，GPa；，为等效的剪切模量，GPa。
[0021]各向同性DEM模型为：
[0022][0023]上式中，v为包裹体的体积分数，无因次；K2、μ2分别为包裹体的体积模量和剪切模量，GPa；K
*
、μ
*
分别为等效的体积模量和剪切模量，GPa；P
(*2)
(v)、Q
(*2)
(v)分别为包裹体的几何因子1以及几何因子2。
[0024]S23、利用各项异性SCA模型模拟黏土
‑
干酪根等效弹性性质，并计算对应的等效弹
性刚度矩阵；
[0025]各项异性SCA模型为：
[0026][0027]上式中，为SCA模型等效的刚度张量，GPa；为第n相物质的Eshelby刚度张量，无因次；为四阶单位刚度张量，无因次；为第n相物质的刚度张量，GPa；v
n
为第n相物质的体积分数，无因次；为第p相物质的Eshelby刚度张量，无因次；为第p相物质的刚度张量，GPa；v
p
为第p相物质的体积分数，无因次。
[0028]S24、利用各向异性DEM模型，将空无机孔添加到黏土
‑
干酪根混合物中，建立干黏土
‑
干酪根混合物的岩石物理模型；
[0029]各向异性DEM模型为：
[0030][0031]上式中，为背景介质刚度张量，GPa；为包裹体刚度张量，GPa；为包裹体的Eshelby刚度张量，无因次；v为添加项的体积，无因次；
[0032]S25、利用Backus平均理论，将干黏土
‑
干酪根混合物和干脆性岩石混合，建立干页岩岩石物理模型，并计算干页岩的弹性张量；
[0033]Backus平均理论的具体公式为：
[0034][0035]上式中，符号<>为对括号内的参数按体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于岩石物理建模的非直井段页岩地层声波垂化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过测井得到页岩物性参数；S2、根据页岩物性参数，构建横观各向异性页岩岩石物理模型，计算横观页岩的各向异性刚度系数；S3、利用各向异性刚度系数，预测非直井段测井情况下的声波时差，如果预测结果与测井结果差异不大，则输出对应直井测井情况下的各向异性刚度系数，如果差异较大，则返回步骤S2重新建模；S4、利用直井测井情况下的各向异性刚度系数和声波时差的对应关系，计算非直井段地层垂化后的声波时差。2.根据权利要求1所述的基于岩石物理建模的非直井段页岩地层声波垂化方法，其特征在于，所述步骤S1的页岩物性参数包括矿物组分及各组分含量、地层流体组分及各组分含量、地层孔隙度、流体饱和度，其中矿物组分包括石英、黏土、方解石、白云石、长石、干酪根、黄铁矿；地层流体组分包括气和水。3.根据权利要求1所述的基于岩石物理建模的非直井段页岩地层声波垂化方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为：S21、利用Hashin
‑
Shtrikman界限计算脆性矿物混合物等效弹性模量，并取等效弹性模量上、下限平均作为脆性矿物混合物的体积模量和剪切模量；所述脆性矿物混合物等效弹性模量的公式为：上式中，K
HS+
为脆性矿物混合物的等效体积模量上限，GPa；μ
max
为各脆性矿物具有的剪切模量的最大值，GPa；K
HS
‑
为脆性矿物混合物的等效体积模量下限，GPa；μ
min
为各脆性矿物具有的剪切模量的最小值；μ
HS+
为脆性矿物混合物的等效剪切积模量上限，K
max
为各脆性矿物具有的体积模量的最大值，GPa；μ
HS
‑
为混合物的等效剪切模量下限，K
min
为各脆性矿物具有的体积模量的最小值，GPa；S22、利用各向同性SCA模型和各向同性DEM模型将无机孔添加到脆性矿物等效混合物中，建立干脆性岩石的岩石物理模型；各向同性SCA模型为：上式中，v
i
为第i种材料的体积分数；N表示需要添加材料的数量，无因次；P
*i
和Q
*i
第i种材料的几何因子1和几何因子2，无因次；K
i
为第i种材料的体积模量，GPa；为等效的体积模量，GPa；μ
i
为第i种材料的剪切模量，GPa；，为等效的剪切模量，GPa；各向同性DEM模型为：
上式中，v为包裹体的体积分数，无因次；K2、μ2分别为包裹体的体积模量和剪切模量，GPa；K
*
(v)、μ
*
(v)分别为等效的体积模量和剪切模量，v表示和迭代的体积有关，GPa；K
*
＝K
*
(v)，μ
*
＝μ
*
(v)；P
(*2)
(v)、Q
(*2)
(v)分别为包裹体的几何因子1以及几何因子2；S23、利用各项异性SCA模型模拟黏土
‑
干酪根等效弹性性质，并计算对应的等效弹性刚度矩阵；各项异性SCA模型为：上式中，为SCA模型等效的刚度张量，GPa；为第n相物质的Eshelby刚度张量，无因次；为四阶单位刚度张量，无因次；为第n相物质的刚度张量，GPa；v
n
为第n相物质的体积分数，无因次；为第p相物质的Eshelby刚度张量，无因次；为第p相物质的刚度张量，GPa；v
p
为第p相物质的体积分数，无因次；S24、利用各向异性DEM模型，将空无机孔添加到...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂俊川，桑宇，郭建春，杨学峰，曾波，宋毅，周小金，黄浩勇，邓友超，徐尔斯，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：