本發(fā)明隸屬于頁巖氣地球物理勘探領域，尤其涉及基于三維地震資料的頁巖氣地層的地應力預測方法。

背景技術(shù)：

(一)涉及的專業(yè)術(shù)語

(1)地應力：地應力是地球固體介質(zhì)受重力、多種地球構(gòu)造動力和天文動力以及探掘工程附加動力的作用，在介質(zhì)內(nèi)部單元引起響應變形的力學參數(shù)。最大水平主應力和最小水平主應力是頁巖氣開發(fā)過程中井眼軌跡設計的重要依據(jù)。

(2)地層壓力：地層壓力是指地層孔隙流體產(chǎn)生的壓力，在地層孔隙連通的情況下其值等于靜水壓力(即由地表至目的層的垂直水柱所產(chǎn)生的壓力)。

(3)疊前彈性參數(shù)反演：基于疊前地震角度道集和測井資料，反演地層的彈性阻抗、縱橫波速度及彈性參數(shù)的疊前地震資料反演方法。

(4)楊氏模量：描述固體材料抵抗形變能力的物理量，地層的楊氏模量可以通過地震疊前彈性參數(shù)反演獲得。

(5)泊松比：指材料在單向受拉或受壓時，橫向正應變與軸向正應變的絕對值的比值，它是反映材料橫向變形的彈性常數(shù)，地層的泊松比可以通過地震疊前彈性參數(shù)反演獲得。

(6)水平構(gòu)造應變：指地層受到水平構(gòu)造應力作用，巖石發(fā)生的局部相對變形。

(二)現(xiàn)有技術(shù)

目前常規(guī)的地應力分析方法可以分為5類：①基于測井資料的地應力分析方法、②基于巖心測試的地應力測試方法、③基于構(gòu)造地質(zhì)力學分析的地應力定性分析方法、④基于水力壓裂資料的地應力分析方法、⑤基于三維地震資料的地應力分析方法，其中的第5類方法由于采用三維地震資料進行計算，其預測結(jié)果對鉆井和壓裂具有重要的指導意義，但第5類方法主要集中于進行“有限元模擬方法研究”，為油藏工程提供服務；目前沒有行之有效的為鉆井、壓裂及儲層預測服務的方法。在頁巖氣勘探中，大范圍內(nèi)的地應力預測結(jié)果可以有效地指導頁巖氣的勘探開發(fā)，目前尚沒有專門針對頁巖氣地層的地應力預測方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于為頁巖氣勘探開發(fā)領域的地應力預測提供一種基于三維地震資料的頁巖氣地層的地應力預測方法，旨在解決頁巖氣勘探中，由于不能充分利用地震資料屬性，無法模擬地層在水平構(gòu)造作用和地層孔隙受壓力雙重作用下真實的地層狀態(tài)，從而無法準確評價低孔低滲頁巖氣地層真實的應力狀態(tài)的問題，可以用于指導石油天然氣的鉆前預測，特別是頁巖氣的鉆前預測及水平井井眼軌跡設計工作。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，先采用三維疊前地震資料和測井資料進行疊前彈性參數(shù)反演獲得頁巖氣地層的彈性參數(shù)；再采用基于三維疊后地震資料和疊加速度數(shù)據(jù)得到的地震層速度計算地層壓力；然后基于三維疊后地震資料和地震層位數(shù)據(jù)計算頁巖氣地層的曲率及水平方向的構(gòu)造應變；最后根據(jù)線性各向同性組合彈簧模式，采用彈性參數(shù)、地層壓力、構(gòu)造應變等三維數(shù)據(jù)體計算頁巖氣地層的最大水平主應力、最小水平主應力及水平應力差。

本發(fā)明的具體步驟包括：

(1)采用三維疊前地震數(shù)據(jù)和測井數(shù)據(jù)進行疊前彈性參數(shù)反演，獲得楊氏模量數(shù)據(jù)體和泊松比數(shù)據(jù)體；

(2)采用基于三維疊后地震資料和疊加速度數(shù)據(jù)得到的地震層速度計算獲得地層壓力數(shù)據(jù)體；

(3)基于三維疊后地震資料和地震層位數(shù)據(jù)計算頁巖氣地層的曲率及水平方向的構(gòu)造應變；

(4)根據(jù)thiercelinmj(1994年)提出的線性各向同性組合彈簧模式，將步驟1求得的楊氏模量數(shù)據(jù)體和泊松比數(shù)據(jù)體、步驟2中求得的地層壓力數(shù)據(jù)體、步驟3中求得的水平構(gòu)造應變數(shù)據(jù)體分別代入組合彈簧模式中進行計算，求解頁巖氣地層的最大水平主應力及最小水平主應力；

(5)對輸出的最大水平主應力和最小水平主應力做中值濾波處理，并可進一步求解頁巖氣地層水平應力差。

本發(fā)明一種基于三維地震資料的頁巖氣地層的地應力預測方法，具有如下特點，主要表現(xiàn)為：

(1)本發(fā)明提供的頁巖氣地層的地應力預測方法，充分考慮頁巖氣地層低孔低滲狀態(tài)下垂向所受的地層壓力影響，與此同時，綜合考慮了頁巖氣地層受到水平方向構(gòu)造應力作用而產(chǎn)生的水平構(gòu)造應變，有效地克服了常規(guī)求解地應力時的單一考慮水平構(gòu)造作用或者單一考慮垂直地層壓力作用時求解結(jié)果精度不高的缺陷；

(2)本發(fā)明提供的地應力預測的計算流程中針對頁巖氣地層受水平構(gòu)造作用而產(chǎn)生的水平應變差異的計算，采用地震曲率計算得到的水平構(gòu)造應變大小來進行構(gòu)造作用力校正計算，摒棄前人通過人為引入水平構(gòu)造作用系數(shù)對地應力計算結(jié)果進行粗略校正的方法，擺脫了人為控制的差異性與不準確性，從而提高了地應力預測的精度；

(3)本發(fā)明綜合考慮了水平方向構(gòu)造作用及垂直方向的地層壓力作用，可以獲得較為真實的頁巖氣地層的最大水平主應力和最小水平主應力的三維數(shù)據(jù)體，并可獲得水平應力差三維數(shù)據(jù)體。

具體實施方式

本發(fā)明實施例提供的一種基于三維地震資料的頁巖氣地層的地應力預測方法，具體實施步驟如下：

(1)基于三維疊前地震數(shù)據(jù)和測井數(shù)據(jù)進行疊前彈性參數(shù)反演，獲得楊氏模量數(shù)據(jù)體及泊松比數(shù)據(jù)體。目前利用疊前地震數(shù)據(jù)反演彈性參數(shù)的技術(shù)較為成熟，本發(fā)明采用王維紅等提出的方法進行計算(王維紅、林春華、王建民等，疊前彈性參數(shù)反演方法及其應用，石油物探，2009年第48卷第5期)，再基于反演得到的彈性阻抗數(shù)據(jù)體計算楊氏模量e及泊松比μ數(shù)據(jù)體。

(2)基于三維疊后地震資料和測井數(shù)據(jù)求取研究區(qū)的地震層速度，并采用地震層速度計算地層壓力pp數(shù)據(jù)體，目前該領域的技術(shù)相對比較成熟，本發(fā)明采用周東紅等提出的方法進行計算(周東紅、熊曉軍，一種高精度地層壓力預測方法，石油地球物理勘探，2014年第49卷第2期)。

(3)基于三維疊后地震資料和地震層位數(shù)據(jù)，采用曲率-應力分析方法，求解頁巖氣地層的曲率，并根據(jù)曲率計算水平構(gòu)造應變。先采用地震層位數(shù)據(jù)求取x方向和y方向的地震曲率kx和ky，再基于薄板理論，計算x方向和y方向的水平構(gòu)造應變εx和εy，計算公式如下：

εx＝zkx，εy＝zky(1)

公式(1)中，z為構(gòu)造曲面深度，可由求得的地震層速度場進行時深轉(zhuǎn)換獲得。當εx大于εy時，εx為水平最大主應變εhmax，εy為水平最小主應變εhmin；反之，當εx小于εy時，εx為水平最小主應變εhmin，εy為水平最大主應變εhmax。

(4)采用線性各向同性組合彈簧模式(thiercelinmj，plumbra，core-basedpredictionoflithologicstresscontrastsineasttexasformations，speformationevaluation，1994年第9卷第4期，第251～258頁)計算最大水平主應力、最小水平主應力，計算公式如下：

σv＝ρgh(4)

公式(2)、(3)和(4)中，σhmax和σhmin分別是需要求解的最大水平主應力和最小水平主應力大小，α為boit系數(shù)(本發(fā)明設定其數(shù)值為1)，pp為步驟2中計算得到的地層壓力，e及μ分別為步驟1中疊前彈性參數(shù)反演得到的楊氏模量及泊松比，σv為上覆地層壓力，h為地層深度，ρ為測井統(tǒng)計的等效密度，g為重力加速度，εhmax和εhmin分別為步驟3中求得到水平最大主應變和水平最小主應變。

將步驟1求得的楊氏模量及泊松比數(shù)據(jù)體、步驟2中求得的地層孔隙壓力數(shù)據(jù)體、步驟3中求得的水平構(gòu)造應變數(shù)據(jù)體分別代入公式(2)和(3)，求解頁巖氣地層的最大水平主應力及最小水平主應力。

(5)對輸出的最大水平主應力和最小水平主應力做中值濾波處理，本發(fā)明采用何雷的方法進行濾波計算(何雷，自適應加權(quán)中值濾波在地震圖像中的應用研究，重慶科技學院學報，2010年第12卷第4期)，得到處理后的最大水平主應力σ'hmax和最小水平主應力σ'hmin；

再根據(jù)公式(5)計算頁巖氣地層的水平應力差σdiff。

σdiff＝σ'hmax-σ'hmin(5)

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。