基于巖石物理的疊前裂縫定量預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及石油、天然氣地震勘探反演和定量解釋領(lǐng)域，尤其是設(shè)及了一種基于 巖石物理的疊前裂縫定量預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] AVOAz(Amplitude versus offset and azimuth)反演就是利用反射縱波振幅隨 入射角和方位角的變化規(guī)律反演地下裂縫密度W及裂縫發(fā)育方向。大量地球物理學(xué)家曾對(duì) 各向異性介質(zhì)中反射、透射近似關(guān)系式進(jìn)行了研究，當(dāng)前最為出名且被大家廣泛應(yīng)用的是 Ruger基于弱各向異性的概念，結(jié)合化omsen各向異性參數(shù)，提出的HTI介質(zhì)中縱波反射系數(shù) 隨方位角和入射角變化的公式，即Ruger方程精確式，具體形式見式（iKRuger方程精確式 是入射角i、方位角Φ、Thomsen各向異性Ξ參數(shù)（ε、δ、丫）W及介質(zhì)彈性參數(shù)(縱波速度Vp、 橫波速度Vs、密度P、縱波阻抗Z和橫波切向模量G等)的函數(shù)。
[0003]
[0004] 式中，i和Φ分別表示縱波的入射角和方位角；為HTI介質(zhì)對(duì)稱軸方向的方位 角；K尸/ (i，Φ )為與入射角i和方位角Φ有關(guān)的界面縱波反射系數(shù);ζ = ρα為縱波波阻抗;P 為介質(zhì)密度，g/cm3;a為縱波速度，m/s;AZ/云為界面上下的波阻抗之差與平均波阻抗的比 值;G = P護(hù)為橫波切向模量，β為橫波速度；ε、δ和丫為Thomsen的各向異性參數(shù)；Δ [·]表示 上、下界面物理量之差；[·]表示上、下界面物理量的均值。上標(biāo)V代表HTI介質(zhì)。由公式（1) 可W得到不同參數(shù)條件下HTI介質(zhì)的反射系數(shù)隨入射角和方位角的變化情況，進(jìn)而可進(jìn)一 步探討和研究HTI介質(zhì)的各向異性。
[0005] 縱波各向異性裂縫預(yù)測(cè)方法作為目前應(yīng)用比較廣泛、效果較好的一種裂縫預(yù)測(cè)方 法。大量國(guó)內(nèi)外學(xué)者都進(jìn)行了深入的探索，其中最早出現(xiàn)的較為經(jīng)典的是傳統(tǒng)的楠圓擬合 法。該方法原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，被廣泛應(yīng)用于各種商業(yè)化軟件中，并成功用于油田實(shí)際資 料的解釋中。楠圓擬合法是在小入射角前提下，忽略Ruger方程精確式中的高階項(xiàng)部分，從 而對(duì)Ruger方程進(jìn)一步簡(jiǎn)化，得到隨方位角變化的AV0梯度項(xiàng)，它們的具體表達(dá)式分別為：
[000引
[0009] 式(2)中的(Κ為第k次的地震觀測(cè)方位角。事實(shí)上，式(2)可W近似為一個(gè)楠圓，并 且地下介質(zhì)中的裂縫強(qiáng)度越大，由各向異性擬合出的方位楠圓的扁率越大，其長(zhǎng)軸或短軸 方向代表裂縫走向。因此，理論上只需知道Ξ個(gè)或Ξ個(gè)W上方位的反射地震數(shù)據(jù)，就可W實(shí) 現(xiàn)對(duì)目的地層中任意一點(diǎn)的裂縫發(fā)育密度和方位的預(yù)測(cè)。但是，傳統(tǒng)的楠圓擬合方法的準(zhǔn) 確性會(huì)受到一系列因素的影響，當(dāng)入射角較大、信噪比較低、方位角分布不均勻、蓋層的物 性和各向異性橫向變化、上覆介質(zhì)的透射各向異性較強(qiáng)時(shí)，該方法的裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果誤差較 大。
[0010] 隨后本領(lǐng)域又發(fā)展了多種預(yù)測(cè)方法，包括算法上的改進(jìn)和最終反演參數(shù)的選取， 都嘗試提高裂縫預(yù)測(cè)的精度，但大部分方法都受到入射角的限制且精度不高，因?yàn)檫\(yùn)些方 法都是在忽略高階項(xiàng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。再后來，少量學(xué)者提出基于Ruger方程Ξ項(xiàng)的反 演方法，大大提高了預(yù)測(cè)精度且克服了入射角的影響，但運(yùn)樣得到的各向異性梯度項(xiàng)、甚至 Thomsen的各向異性參數(shù)和裂縫密度之間并沒有直接的關(guān)系。事實(shí)上，地下的各向異性并非 都只是由裂縫引起的。另一方面，現(xiàn)有的運(yùn)些方法都不能研究裂縫中充填的流體性質(zhì)，而運(yùn) 對(duì)于后面的開發(fā)布井工作的指導(dǎo)至關(guān)重要。
[0011] 在實(shí)際的裂縫預(yù)測(cè)中，由于各種因素的影響，裂縫的密度及發(fā)育方向很難準(zhǔn)確估 計(jì)，尤其是裂縫密度的定量預(yù)測(cè)。傳統(tǒng)的楠圓擬合方法由于受到各種因素的制約，不能準(zhǔn)確 得到裂縫密度和方向，而后發(fā)展的基于Ξ項(xiàng)方程的反演方法雖然彌補(bǔ)了楠圓擬合法的多種 不足，但其仍不能實(shí)現(xiàn)裂縫密度的定量預(yù)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于巖石物理的疊前裂縫定量預(yù)測(cè)方法 及系統(tǒng)。
[0013] 本發(fā)明一方面提供了一種基于巖石物理的疊前裂縫定量預(yù)測(cè)方法，所述疊前裂縫 定量預(yù)測(cè)方法包括：
[0014] 根據(jù)待測(cè)儲(chǔ)層的疊前CMP道集中的方位角及入射角的大小，將所述疊前CMP道集劃 分為多個(gè)方位角道集:方位角道集1，方位角道集2，…，方位角道集η;
[0015] 對(duì)各所述方位角道集進(jìn)行疊加、偏移處理，計(jì)算各方位角道集的縱波反射系數(shù)；
[0016] 根據(jù)Ruger方程精確式W及各所述方位角道集及其縱波反射系數(shù)，計(jì)算待測(cè)儲(chǔ)層 中裂縫的切向各異性系數(shù)At;
[0017] 根據(jù)所述切向各異性系數(shù)Δ T計(jì)算待測(cè)儲(chǔ)層的裂縫密度e。
[0018] 在一實(shí)施例中，根據(jù)Ruger方程精確式W及各所述方位角道集及其縱波反射系數(shù)， 計(jì)算待測(cè)儲(chǔ)層中裂縫的切向各異性系數(shù)A T，包括：
[0019] 根據(jù)HTI介質(zhì)中各向異性參數(shù)與裂縫巖石物理參數(shù)之間的關(guān)系，對(duì)Ruger方程精確 式進(jìn)行變換，得到縱波反射系數(shù)簡(jiǎn)化方程：
[0020]
[0021] 將所述方位角道集及其對(duì)應(yīng)的縱波反射系數(shù)代入所述縱波反射系數(shù)簡(jiǎn)化方程得 到矩陣方程：
[0022] Ax = b；
[0023] 根據(jù)所述矩陣方程建立一用于反演所述X的最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：
[0024]
[0025] 對(duì)所述最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，得到所述切向各異性系數(shù)Δ T;
[0026] 其中
·Χ4= A τ;Χ5= A N; i和 Φ 分別 表示縱波的入射角和方位角;r為與入射角i和方位角Φ有關(guān)的縱波反射系數(shù);ζ = ρα為縱波 波阻抗;Ρ為介質(zhì)密度，g/cm3; α為縱波速度，m/s;G =地2為橫波切向模量，β為橫波速度；ε、δ 和丫為化omsen的各向異性參數(shù)；Δτ為裂縫巖石物理參數(shù)中的切向各異性系數(shù)；Δν為裂縫 巖石物理參數(shù)中的法向各異性系數(shù);Κ = μ/(λ+2μ)為橫縱波速度比的平方，λ、μ為不含裂隙 各向同性巖石的拉梅參數(shù)；
[0027]
[002引 Rk、Pk及Wk為中間變量，Rk = sin2(J)k tan2ik，Pk = cos2(i)k sin2ik，Wk = sin2ik tan2ik，rk = rk(ik, Φ k)為方位角道集k對(duì)應(yīng)的縱波反射系數(shù)，b = [;ri(ii，Φ 1) ;r2(i2， Φ2) ;：Tn(in，<K)]T，X=[Xl,X2，X3，X4，X5]T，ke[l，n]，n為方位角道集的數(shù)量。
[0029] 在一實(shí)施例中，對(duì)所述最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，得到所述切向各異性系數(shù)Δ τ， 包括：
[0030] 對(duì)所述最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行Ti化onov正則化處理，經(jīng)過Ti化onov正則化處理后的 所述最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：
[0031]
[0032] 計(jì)算經(jīng)過Ti化onov正則化處理后的所述最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的最小二乘解x=(ATAw I rVb，即得所述切向各向異性系數(shù)Δ T;
[0033] 其中，τ為正則化參數(shù)。
[0034] 在一實(shí)施例中，根據(jù)所述切向各異性系數(shù)Δτ計(jì)算待測(cè)儲(chǔ)層的裂縫密度e，包括：
[0035] 根據(jù)所述切向各異性系數(shù)Δτ與裂縫密度e之間的關(guān)系，按照下式計(jì)算所述裂縫密 度e:
[0036]
。
[0037] 在一實(shí)施例中，所述切向各異性系數(shù)Δτ與裂縫密度e之間的關(guān)系是根據(jù)化dson幣 狀裂隙模型及Schenbe巧線性滑動(dòng)模型確定的。
[0038] 本發(fā)明另一方面還提供了一種基于巖石物理的疊前裂縫定量預(yù)測(cè)系統(tǒng)，所述基于 巖石物理的疊前裂縫定量預(yù)測(cè)系統(tǒng)包括：
[0039] 方位角道集劃分單元，用于根據(jù)待測(cè)儲(chǔ)層的疊前CMP道集中的方位角及入射角的 大小，將所述疊前CMP道集劃分為多個(gè)方位角道集:方位角道集1，方位角道集2，···，方位角 道集η;
[0040] 縱波反射系數(shù)獲取單元，用于對(duì)各所述方位角道集進(jìn)行疊加、偏移處理，計(jì)算各方 位角道集的縱波反射系數(shù)；
[0041] 巖石物理參數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)Ruger方程精確式W及各所述方位角道集及其 縱波反射系數(shù)，計(jì)算待測(cè)儲(chǔ)層中裂縫的切向各異性系數(shù)A T;
[0042] 裂縫密度計(jì)算單元，用于根據(jù)所述切向各異性系數(shù)Δτ計(jì)算待測(cè)儲(chǔ)層的裂縫密度 e〇
[0043] 在一實(shí)施例中，所述巖石物理參數(shù)計(jì)算單元包括：
[0044] Ruger方程預(yù)處理模塊，用于根據(jù)HTI介質(zhì)中各向異性參數(shù)與裂縫巖石物理參數(shù)之 間的關(guān)系，對(duì)Ruger方程精確式進(jìn)行變換，得到縱波反射系數(shù)簡(jiǎn)化方程：
[0045]
[0046] 矩陣方程生成模塊，用于將所述方位角道集及其對(duì)應(yīng)的縱波反射系數(shù)代入所述縱 波反射系數(shù)簡(jiǎn)化方程得到矩陣方程：
[0047] Ax = b；
[004引最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)建立模塊，