專利名稱：基于自適應基質(zhì)礦物等效彈性模量反演的橫波速度估算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及勘探地球物理領(lǐng)域中的橫波速度估算問題，是一種基于自適應基質(zhì)礦物等效彈性模量反演的橫波速度估算方法，用于解決常規(guī)的基于Xu-White模型的橫波速度估算方法中基質(zhì)礦物的彈性模量(體積模量和剪切模量)難以準確設定的問題，有效地提高橫波速度估算方法的精度和可靠性。
背景技術(shù)：
在測井資料中，通常缺乏橫波測井資料，這給地震波的正演模擬和地震屬性的參數(shù)反演都帶來了一定的困難。常規(guī)的橫波速度估算方法主要有以下4類(1)基于經(jīng)驗關(guān)系式的方法，如 Han(1986)、Greenberg(1992)、Castagna(1993)，楚澤涵(1995)、 Goldberg(1998)等，其缺陷是受地域性影響大，精度較低；( 基于Xu-White模型的方法， 它是Xu和White (1995)基于Gassmann方程、Kuster-Toksoz模型和微分等效介質(zhì)模型 (DEM)發(fā)展的一種含泥砂巖模型的橫波速度估算方法，其缺陷是計算效率低且需要已知基質(zhì)礦物(砂巖和泥巖)的彈性參數(shù)(往往難以準確的設定)；C3)基于簡化的Xu-White模型的方法，它是Keys和XuOOO》采用干巖近似理論對常規(guī)的Xu-White模型(19%)進行近似，通過求解線性常微分方程組來確定巖石骨架彈性模量，有效地提高了計算效率，其缺陷是仍需要已知基質(zhì)礦物(砂巖和泥巖)的彈性參數(shù)；(4)基于測井約束反演的方法(郭棟等，2007)，它先設定一組基質(zhì)礦物的初始值，再基于該初始值采用Xu-White模型估算縱波速度和密度，并以測井得到的縱波和密度曲線為約束，反演出最優(yōu)的基質(zhì)礦物的彈性模量及其對應的橫波速度，其優(yōu)點是不需要準確地設定基質(zhì)礦物的彈性模量值，缺陷是需要反演的未知數(shù)太多(5個目標參數(shù))，多解性較強，降低了橫波估算的可靠性。綜上所述，基質(zhì)礦物的彈性模量的準確設定對橫波速度估算方法的精度起著至關(guān)重要的作用。常規(guī)的基質(zhì)礦物的彈性模量的設定方法主要有以下5類(1)對于單基質(zhì)礦物巖石，參考國內(nèi)外的巖石物理測試值進行設定，其缺陷是同一基質(zhì)礦物的彈性模量值的變化范圍較大，難以準確地設定；( 對于多基質(zhì)礦物巖石，采用等效介質(zhì)理論(如V-R-H平均)計算等效彈性模量(多種基質(zhì)礦物的綜合影響值)，其缺陷是難以準確地設定每種基質(zhì)礦物的百分比含量及彈性模量值；C3)基于測井資料，采用統(tǒng)計法選取物性較均勻的深度段進行統(tǒng)計分析(張金強等，2010)，其缺陷是對結(jié)構(gòu)復雜的巖石或非均質(zhì)性強的地層，誤差較大；(4)通過取巖心和巖石物理測試，基于實驗室測試值計算巖石基質(zhì)礦物的彈性參數(shù)，其缺陷是代價昂貴；( 自適應基質(zhì)礦物體積模量反演方法(林凱和熊曉軍等，2011)， 其適用于已知橫波速度的情況，且只能計算基質(zhì)礦物的等效體積模量，不能直接應用于計算基質(zhì)礦物的剪切模量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要提供一種基于自適應基質(zhì)礦物等效彈性模量反演的橫波速度估算方法，它基于單個測井深度點的測井資料，采用兩種不同的流體項計算方法從兩個不同的角度對相同的流體項進行反演求解，有效地反演出干巖石的泊松比、基質(zhì)礦物的等效體積模量和等效剪切模量的最優(yōu)解，并將其作為簡化Xu-White模型的輸入?yún)?shù)，用于估算橫波速度，可以有效地提高橫波速度估算方法的精度和可靠性。本發(fā)明的具體步驟包括(1)以單個測井深度點為研究對象，根據(jù)該深度點的測井資料(縱波速度、密度和孔隙度)，采用砂泥巖的縱波速度與橫波速度的經(jīng)驗關(guān)系式估算初始橫波速度，并計算該測井深度點的巖石基質(zhì)礦物的等效體積模量和干巖石的泊松比的取值范圍、初始值和增量；(2)分別采用兩種不同的流體項計算方法(基于fessmarm方程和 Gassmann-Boit-Geertsman方程的方法與基于Russell等人2003年提出的流體識別因子的方法)同時計算流體項，并設定上述兩種流體項之差的絕對值為反演目標函數(shù)，采用尋找全局最優(yōu)解的方法反演最優(yōu)的干巖石的泊松比和基質(zhì)礦物的等效體積模量，當目標函數(shù)的值<設定的閥值，則停止計算，輸出當前深度點的干巖石的泊松比和基質(zhì)礦物的等效體積模量；(3)基于步驟2反演得到的干巖石的泊松比和基質(zhì)礦物的等效體積模量，采用 Nur (1995)基于臨界孔隙度模型的線性平均公式和(iassmarm方程計算基質(zhì)礦物的等效剪切模量；(4)基于步驟2和步驟3得到的基質(zhì)礦物的等效體積模量和等效剪切模量，采用簡化的Xu-White模型估算橫波速度；(5)選取下一個測井深度點，重復步驟1 4的計算；直至目標深度段內(nèi)的所有測井深度點計算完成，則停止計算；(6)輸出該目標深度段內(nèi)每個測井深度點估算的橫波速度值。本發(fā)明采用基于自適應基質(zhì)礦物等效彈性模量反演的橫波速度估算方法，具有如下特點，主要表現(xiàn)為(1)選取基質(zhì)礦物的等效彈性模量為研究對象，且采用干巖石的泊松比和基質(zhì)礦物的等效體積模量計算基質(zhì)礦物的等效剪切模量，僅需要反演干巖石的泊松比和基質(zhì)礦物的等效體積模量O個目標參數(shù))，減少了目標參數(shù)的個數(shù)，有效地降低了反演的多解性；(2)從兩個不同角度對相同的流體項進行求解，通過設定兩種流體因子之差的絕對值為反演目標函數(shù)，采用尋找全局最優(yōu)解的方法可以準確地求解干巖石的泊松比和基質(zhì)礦物的等效體積模量，計算精度高；(3)僅需要已知測井數(shù)據(jù)(縱波速度、密度、孔隙度、流體飽和度、流體模量、泥質(zhì)含量)，不需要進行巖石物理測試分析，成本低。


圖1和圖2是一個基于實際測井資料的橫波速度估算的計算實例。圖1是四川省德陽市新場氣田的L2井的實際測井資料(縱波速度、密度、孔隙度、含水飽和度、泥質(zhì)含量和橫波速度)，圖1中的測井深度范圍為4975 5125米，該深度段內(nèi)巖性是砂泥巖地層。 圖2是采用本發(fā)明方法估算得到的橫波速度及其與實測橫波速度的差值分析曲線(誤差絕對值和誤差百分比)，從圖2中可以看出，本發(fā)明的方法估算的橫波與實測橫波的總體特征完全一致，兩種的差的絕對值介于0. 0 90. Om/s之間，誤差的百分比介于0. 0 3. 23%之間，該深度段內(nèi)的平均百分比誤差為1.巧5%，具有較高的估算精度，有效地驗證了本發(fā)明方法的正確性。
具體實施例方式基于自適應基質(zhì)礦物等效彈性模量反演的橫波速度估算方法，具體實施步驟如下(1)以單個測井深度點為研究對象，根據(jù)該深度點的測井資料(縱波速度、密度和孔隙度)，采用砂泥巖的縱波速度與橫波速度的經(jīng)驗關(guān)系式(Castagna，199 估算初始橫波速度，并計算該測井深度點的干巖石的泊松比和基質(zhì)礦物的等效體積模量的取值范圍、 初始值和增量。砂泥巖的縱波速度與橫波速度的經(jīng)驗關(guān)系式(Castagna，1993)見公式1，Vs = 0. 804Vp-0. 856 (1)其中Vp代表縱波速度，Vs代表橫波波速度。干巖石的泊松比(ο 的取值范圍設定為0. O 0. 4 (常見的沉積巖的泊松比的取值范圍)，初始值一般等于取值范圍的下限值或上限值，增量一般介于0.01 0. 05之間?；|(zhì)礦物的等效體積模量的取值范圍的下限值和上限值計算公式見公式2，下限值 /^/-苦廠力叩-妁聞,， 上限值 /(1-φγ^-φ)]卩)其中 是與孔隙度有關(guān)的修正項，a為常數(shù)(一般
介于100 400)，P和Φ為測井得到的密度和孔隙度，初始值一般等于取值范圍的下限值或上限值，增量一般介于0.0 l.OGPa之間。(2)分別采用兩種不同的流體項計算方法(基于fessmarm方程和 Gassmann-Boit-Geertsman方程的方法與基于Russell等人2003年提出的流體識別因子的方法)同時計算流體項，并設定上述兩種流體項之差的絕對值為反演目標函數(shù)，采用尋找全局最優(yōu)解的方法反演最優(yōu)的干巖石的泊松比和基質(zhì)礦物的等效體積模量，當目標函數(shù)的值<設定的閥值(根據(jù)計算精度和計算效率選擇，取值一般介于0 0. 5之間)，則停止計算，輸出當前深度點的巖石基質(zhì)礦物的等效體積模量和干巖石的泊松比?；贕assmann方程和Gassmann-Boit-Geertsman方程的流體項計算方法本發(fā)明中所指的流體項是構(gòu)成縱波速度的流體項，即公式3中的f。公式4是基于Gassmann方程的流體項的計算公式，公式5是Gassmann-Boit-Geertsman方程，它是以 β為變量的標準一元二次方程，如果已知P、Vp、σ dry> K0, Kfl, Φ，可以求解β ；然后，根據(jù)公式4可以計算流體項(f)。Vp = JIIl，s = Kdry + 苦 =^ + 2 ⑶
權(quán)利要求
1.基于自適應基質(zhì)礦物等效彈性模量反演的橫波速度估算方法，其特征在于采用以下步驟(1)以單個測井深度點為研究對象，根據(jù)該深度點的測井資料(縱波速度、密度和孔隙度)，采用砂泥巖的縱波速度與橫波速度的經(jīng)驗關(guān)系式(公式1)估算初始橫波速度，設定該測井深度點的干巖石的泊松比的取值范圍(一般介于0. 0 0. 4)、初始值(一般等于取值范圍的下限值或上限值)和增量(一般介于0. 01 0. 05之間)，并計算基質(zhì)礦物的等效體積模量的取值范圍(公式2)、初始值(一般等于取值范圍的下限值或上限值)和增量(一般介于0.0 l.OGPa之間)；Vs = 0. 804Vp-0. 856 (1)下限值:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應基質(zhì)礦物等效彈性模量反演的橫波速度估算方法，其特征在于以單個測井深度點為研究對象，根據(jù)該深度點的測井資料(縱波速度、密度和孔隙度)，采用公式1估算初始橫波速度，并采用公式2計算基質(zhì)礦物的等效體積模量的取值范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應基質(zhì)礦物等效彈性模量反演的橫波速度估算方法，其特征在于分別采用兩種不同的流體項計算方法同時計算流體項(f)基于(iassmarm 方程和Gassmann-Boit-Geertsman方程的方法和基于Russell等人2003年提出的流體識別因子的方法，計算公式采用公式3、公式4和公式5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應基質(zhì)礦物等效彈性模量反演的橫波速度估算方法，其特征在于基于反演得到的基質(zhì)礦物的等效體積模量和等效剪切模量，采用簡化的 Xu-White模型(Keys和Xu，2002)估算橫波速度，計算公式采用公式8和公式9。
全文摘要
基于自適應基質(zhì)礦物等效彈性模量反演的橫波速度估算方法，隸屬于勘探地球物理領(lǐng)域，用于解決常規(guī)的基于Xu-White模型的橫波速度估算方法中基質(zhì)礦物的彈性模量難以準確設定的問題，包括如下步驟①設定單個測井深度點的干巖石的泊松比和基質(zhì)礦物的等效體積模量的取值范圍和初始值；②采用兩種不同的流體項計算方法從兩個不同的角度對相同的流體項進行反演求解，反演出最優(yōu)的干巖石的泊松比、基質(zhì)礦物的等效體積模量和等效剪切模量；③采用簡化的Xu-White模型估算橫波速度。本發(fā)明以基質(zhì)礦物的等效彈性模量為研究對象，通過減小目標參數(shù)的個數(shù)，有效地提高了橫波速度估算方法的精度和可靠性。
文檔編號G01V1/40GK102353989SQ20111024354
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者林凱, 熊曉軍, 賀振華 申請人:成都理工大學