砂泥巖儲層地層壓力的地震預測方法及裝置與流程
本發(fā)明涉及石油與天然氣勘探中地層壓力預測技術領域，特別涉及一種砂泥巖儲層地層壓力的地震預測方法及裝置。
背景技術：
地層壓力的研究至今已有40多年的歷史，期間眾多學者都針對當時的最新研究成果對地層壓力提出了各種預測方法，主要包括測井方法和地震方法。不論是利用測井方法還是結合地震方法，大部分都是利用有效壓力與速度之間的關系來預測孔隙壓力，其中最重要的理論基礎就是Terzaghi在1943年提出的有效壓力原理，現(xiàn)在大多數(shù)速度與孔隙壓力轉換公式都是基于這一原理提出的。Hottman和Johnsom在1965年利用聲波速度曲線，提出等效深度法來預測孔隙壓力。Pennebaker于1968年提出利用由疊加速度獲得的地震層速度來預測孔隙壓力的方法。Bilgeri和Ademeno在1982年利用二維地震速度數(shù)據(jù)很好地預測了地層孔隙壓力。Lee等人在1998年利用層析反演速度對南里海的孔隙壓力進行了很好的預測。Swan在2001年利用AVO梯度的低頻正交分量來識別疊加速度的誤差，進而提出了一種新的通過AVO技術求取速度進而計算孔隙壓力的方案。Khazanehdari和Dutta于2006年在Swan提出方案的基礎上又提出了一種整合測井、地質和地震數(shù)據(jù)的綜合孔隙壓力預測(iPPP)方法。
在生產中廣泛應用的有Eaton于1975年提出的通過地震速度來估算有效壓力垂直分量的經(jīng)驗公式，Bowers在1995年提出的適用于欠壓實和流體膨脹機制產生的異常壓力的速度和有效壓力關系式。Fillippone提出孔隙壓力經(jīng)驗公式，克服了依賴正常壓實趨勢的缺點。Eberhart-Phillips等人在1989年提出一個經(jīng)驗公式，將縱波速度、泥質含量和孔隙度與有效應力聯(lián)系起來。Yan和Han于2009年在Han的數(shù)據(jù)基礎上提出速度關于有效壓力的關系式，并在此公式的基礎上Yan和Han在2012年對Eaton公式進行了進一步的改進。
綜上，現(xiàn)有技術砂泥巖儲層地層壓力地震預測方法主要存在的問題是：1、傳統(tǒng)方法僅僅是利用地震速度這一單一參數(shù)來反應地層壓力變化；2、傳統(tǒng)方法對于地層異常壓力的理論機制太單一。因此，在對砂泥巖儲層地層壓力的預測時，預測精確度低。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明實施例提供了一種砂泥巖儲層地層壓力的地震預測方法，用以提高地層壓力預測的精確度，該方法包括：
基于Hashin-Shtrikman邊界模型，根據(jù)研究區(qū)域內目標砂泥巖儲層的孔隙度和泥質含量，計算目標砂泥巖儲層在極限有效應力下的彈性模量，微裂隙密度因素和微裂隙閉合率因素；根據(jù)極限有效應力下的彈性模量，微裂隙密度因素和微裂隙閉合率因素，確定干燥巖石彈性模量與有效應力的關系；
根據(jù)干燥巖石彈性模量與有效應力的關系，以及研究區(qū)域內的測井數(shù)據(jù)，確定砂泥巖隨深度變化的有效應力系數(shù)；
根據(jù)干燥巖石彈性模量與有效應力的關系，以及砂泥巖隨深度變化的有效應力系數(shù)，對研究區(qū)域內單口井的所有待測目標層位進行地層壓力預測；根據(jù)干燥巖石彈性模量與有效應力的關系，以及有效應力系數(shù)，利用反演得到的彈性模量數(shù)據(jù)體，以單口井的地層壓力為約束，對研究區(qū)域進行三維地震地層壓力預測。
本發(fā)明實施例還提供了一種砂泥巖儲層地層壓力的地震預測裝置，用以提高地層壓力預測的精確度，該裝置包括：
彈性模量與有效應力關系確定模塊，用于基于Hashin-Shtrikman邊界模型，根據(jù)研究區(qū)域內目標砂泥巖儲層的孔隙度和泥質含量，計算目標砂泥巖儲層在極限有效應力下的彈性模量，微裂隙密度因素和微裂隙閉合率因素；根據(jù)極限有效應力下的彈性模量，微裂隙密度因素和微裂隙閉合率因素，確定干燥巖石彈性模量與有效應力的關系；
有效應力系數(shù)確定模塊，用于根據(jù)干燥巖石彈性模量與有效應力的關系，以及研究區(qū)域內的測井數(shù)據(jù)，確定砂泥巖隨深度變化的有效應力系數(shù)；
地層壓力預測模塊，用于根據(jù)干燥巖石彈性模量與有效應力的關系，以及砂泥巖隨深度變化的有效應力系數(shù)，對研究區(qū)域內單口井的所有待測目標層位進行地層壓力預測；根據(jù)干燥巖石彈性模量與有效應力的關系，以及有效應力系數(shù)，利用反演得到的彈性模量數(shù)據(jù)體，以單口井的地層壓力為約束，對研究區(qū)域進行三維地震地層壓力預測。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明實施例提供的技術方案，具備的有益效果在于：
首先，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明實施例提供的技術方案，不僅僅是利用地震速度這一單一參數(shù)來反應地層壓力變化，而是考慮了研究區(qū)域內目標砂泥巖儲層的孔隙度和泥質含量等因素，較傳統(tǒng)方法而言，能更加準確地預測出地層壓力；
其次，傳統(tǒng)方法僅僅依據(jù)對于地層異常壓力的單一理論機制，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明實施例通過：基于Hashin-Shtrikman邊界模型，根據(jù)研究區(qū)域內目標砂泥巖儲層的孔隙度和泥質含量，計算目標砂泥巖儲層在極限有效應力下的彈性模量，微裂隙密度因素和微裂隙閉合率因素；根據(jù)極限有效應力下的彈性模量，微裂隙密度因素和微裂隙閉合率因素，確定干燥巖石彈性模量與有效應力的關系的技術方案，可以計算得到準確的有效應力，進而獲得準確的地層壓力。
綜上所述，本發(fā)明實施例提供的技術方案提高了地層壓力預測的精確度。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發(fā)明的限定。在附圖中：
圖1是本發(fā)明實施例中砂泥巖儲層地層壓力的地震預測方法的流程示意圖；
圖2a是本發(fā)明實施例中干燥巖石縱波速度與有效應力關系曲線示意圖；
圖2b是本發(fā)明實施例中干燥巖石橫波速度與有效應力關系曲線示意圖；
圖3a是本發(fā)明實施例中樣品S3的彈性模量與有效應力曲線關系；
圖3b是本發(fā)明實施例中樣品相對彈性模量與有效應力變化曲線示意圖；
圖4a和圖4b是本發(fā)明實施例中彈性模量、有效應力、極限彈性模量Mlim關系曲線示意圖，其中，圖4a為系數(shù)A＝0.1時，系數(shù)B對有效應力預測模型(彈性模量與有效應力的關系)的影響，圖4b為A＝1時，系數(shù)B對有效應力預測模型(彈性模量與有效應力的關系)的影響；
圖5是本發(fā)明實施例中有效應力預測模型(干燥巖石彈性模量與有效應力的關系)計算成果示意圖；
圖6是本發(fā)明實施例中研究區(qū)域內選出的單口井LN1的砂泥巖參數(shù)值示意圖；
圖7是本發(fā)明實施例中LN1井地層壓力示意圖；
圖8是本發(fā)明實施例中泥質含量回歸分析示意圖；
圖9是本發(fā)明實施例中孔隙度計算結果交會圖示意圖；
圖10是本發(fā)明實施例中泥質含量地震資料反演結果示意圖；
圖11是本發(fā)明實施例中孔隙度地震資料反演結果示意圖；
圖12是本發(fā)明實施例中Eaton方法計算的地層壓力示意圖；
圖13是本發(fā)明實施例中本文研究方法計算的地層壓力示意圖；
圖14是本發(fā)明實施例中砂泥巖儲層地層壓力的地震預測裝置的結構示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合實施方式和附圖，對本發(fā)明做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
傳統(tǒng)的地震地層壓力預測方法主要有異常壓力形成機制單一、參數(shù)使用單一和精度太低三個主要的缺陷，發(fā)明人考慮到上述問題，提出了一種砂泥巖儲層地層壓力地震預測新方法，下面對該方法進行詳細介紹。
圖1是本發(fā)明實施例中砂泥巖儲層地層壓力的地震預測方法的流程示意圖，如圖1所示，該方法包括如下步驟：
步驟101：基于Hashin-Shtrikman邊界模型，根據(jù)研究區(qū)域內目標砂泥巖儲層的孔隙度和泥質含量，計算目標砂泥巖儲層在極限有效應力下的彈性模量，微裂隙密度因素和微裂隙閉合率因素；根據(jù)極限有效應力下的彈性模量，微裂隙密度因素和微裂隙閉合率因素，確定干燥巖石彈性模量與有效應力的關系；
步驟102：根據(jù)干燥巖石彈性模量與有效應力的關系，以及研究區(qū)域內的測井數(shù)據(jù)，確定砂泥巖隨深度變化的有效應力系數(shù)；
步驟103：根據(jù)干燥巖石彈性模量與有效應力的關系，以及砂泥巖隨深度變化的有效應力系數(shù)，對研究區(qū)域內單口井的所有待測目標層位進行地層壓力預測；根據(jù)干燥巖石彈性模量與有效應力的關系，以及有效應力系數(shù)，利用反演得到的彈性模量數(shù)據(jù)體，以單口井的地層壓力為約束，對研究區(qū)域進行三維地震地層壓力預測。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明實施例提供的技術方案，具備的有益效果在于：
首先，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明實施例提供的技術方案，不僅僅是利用地震速度這一單一參數(shù)來反應地層壓力變化，而是考慮了研究區(qū)域內目標砂泥巖儲層的孔隙度和泥質含量等因素，較傳統(tǒng)方法而言，能更加準確地預測出地層壓力；
其次，傳統(tǒng)方法僅僅依據(jù)對于地層異常壓力的單一理論機制，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明實施例通過：基于Hashin-Shtrikman邊界模型，根據(jù)研究區(qū)域內目標砂泥巖儲層的孔隙度和泥質含量，計算目標砂泥巖儲層在極限有效應力下的彈性模量，微裂隙密度因素和微裂隙閉合率因素；根據(jù)極限有效應力下的彈性模量，微裂隙密度因素和微裂隙閉合率因素，確定干燥巖石彈性模量與有效應力的關系的技術方案，可以計算得到準確的有效應力，進而獲得準確的地層壓力。
綜上所述，本發(fā)明實施例提供的技術方案提高了地層壓力預測的精確度。
本發(fā)明實施例中采取的技術路線是對儲層巖樣進行常規(guī)巖心分析，確定出孔隙度和泥質含量是影響有效應力的敏感性參數(shù)。通過改變儲層巖樣的圍壓，得到隨圍壓變化的有效應力曲線，即彈性模量—有效應力，此曲線反映了巖石對壓力的響應，其由三個參數(shù)：Mlim(極限有效應力下的彈性模量)、A(微裂隙密度因素)、B(微裂隙閉合率因素)控制。本發(fā)明的關鍵在于能夠根據(jù)微裂縫密度、閉合率，孔隙度，泥質含量，礦物成分、孔隙流體性質等因素準確的確定出上述三個控制參數(shù)。在分析了儲層的巖石物理參數(shù)后，就能夠得到適合該地區(qū)的彈性模量—有效應力曲線關系，利用測井得到的有關密度、聲波時差曲線得到彈性模量，帶入到上述式子中得到較為準確的有效應力。其次，將砂泥巖分開來考慮，確定了考慮孔隙度和泥質含量的砂、泥巖有效應力系數(shù)，分別處理后再將數(shù)據(jù)整合在一起。有了有效應力，有效應力系數(shù)，再通過有效應力原理，求出地層壓力。此方法應用到一口井上，就能進行單井地層壓力預測。若利用地震反演得到的縱橫波速度體、密度體，同時利用測井數(shù)據(jù)進行標定，就能進行三維地震地層壓力預測。下面對上述步驟進行詳細介紹。
在一個實施例中，上述步驟101中，在基于Hashin-Shtrikman邊界模型，根據(jù)研究區(qū)域內目標砂泥巖儲層的孔隙度和泥質含量，計算目標砂泥巖儲層在極限有效應力下的彈性模量，微裂隙密度因素和微裂隙閉合率因素，之前還可以包括：
根據(jù)對目標砂泥巖儲層的樣品巖心分析，確定影響砂泥巖有效應力的關鍵參數(shù)；關鍵參數(shù)為：孔隙度和泥質含量。
具體實施時，在上述步驟101之前，還包括對影響砂泥巖儲層有效應力的敏感性參數(shù)分析的步驟，下面對該步驟進行詳細介紹如下。
砂泥巖物性參數(shù)的變化是儲層敏感性的外在表現(xiàn)形式，而全礦物分析是從砂泥巖巖石內部組成上對儲層敏感性進行預測。常規(guī)的儲層敏感性分析研究是建立在巖心分析基礎之上，本發(fā)明在進行應力敏感性實驗前，對所做的巖心進行了X射線衍射全礦物含量分析，以便從微觀上了解巖樣的礦物組成和孔隙結構。
本部分巖心全礦物分析實驗結果如表1所示。
表1
因此，發(fā)明人將在實際儲層開發(fā)區(qū)鉆取適合室內實驗的圓柱狀巖樣，并對巖樣的孔隙度、滲透率、孔隙結構、潤濕性、泥質含量等進行常規(guī)巖心分析，對實驗數(shù)據(jù)進行分析后，最終確定出影響儲層有效應力的敏感性參數(shù)為孔隙度和泥質含量。并且從測井曲線中估算巖石物理參數(shù)，比如孔隙度、泥質含量、含水飽和度、圍壓、彈性模量等。
在一個實施例中，上述步驟101中，基于Hashin-Shtrikman邊界模型，根據(jù)研究區(qū)域內目標砂泥巖儲層的孔隙度和泥質含量，計算目標砂泥巖儲層在極限有效應力下的彈性模量，微裂隙密度因素和微裂隙閉合率因素，可以包括：
基于Hashin-Shtrikman邊界模型，根據(jù)研究區(qū)域內目標砂泥巖儲層的孔隙度和泥質含量，計算目標砂泥巖儲層在極限有效應力下的彈性模量；
根據(jù)目標砂泥巖儲層的圍壓和目標儲層的實測地層壓力，計算目標砂泥巖儲層的有效應力；
根據(jù)目標砂泥巖儲層在極限有效應力下的彈性模量，有效應力，以及測井密度和聲波時差數(shù)據(jù)，得到微裂隙密度因素和微裂隙閉合率因素。
具體實施時，基于Hashin-Shtrikman邊界模型，Gassmann流體替換原理，多礦物最優(yōu)化測井解釋原理，利用上述預測得到的孔隙度、泥質含量、孔隙流體，計算出在極限有效應力下的彈性模量Mlim；利用計算出的Mlim，有效應力(有效應力可由圍壓、實測地層壓力，并且令有效應力系數(shù)n為1，使用上覆地層壓力和RFT數(shù)據(jù)求出)，以及測井密度和聲波時差曲線，通過最小二乘反演方法擬合出微裂隙密度因素A和微裂隙閉合率因素B這兩個控制參數(shù)，進而后續(xù)確定砂泥巖儲層的彈性模量與有效應力的理論關系。
在一個實施例中，所述干燥巖石彈性模量與有效應力的關系可以為：
M＝Mlim(1-A exp(-Pd/B))；
其中，M為干燥巖石彈性模量，Pd為干燥樣品壓力變化和飽水巖石有效應力，Mlim為極限有效應力下的彈性模量，A為砂泥巖儲層的微裂隙密度因素，B為砂泥巖儲層的微裂隙閉合率因素。
下面舉一例說明干燥巖石彈性模量與有效應力的關系是如何得到的。
為了獲取干燥巖石彈性模量與壓力的關系，本項研究對巖心在不同壓力條件下的聲學參數(shù)進行了實驗分析工作。
本項研究對巖心的彈性模量的測量，主要是在于對其速度的測量，采用的是脈沖方法。實驗測試基本原理如下：是從巖心的一個方向給一個脈沖，然后從另一個相對的方向進行測量，測量這個脈沖的到達時間，最后根據(jù)測量距離和時間，計算出巖心的速度。研究速度與有效應力關系的方法如下：保持孔隙壓力不變，通過多次加載和卸載圍壓，獲得穩(wěn)定的干燥巖石速度與有效應力的關系，進而獲得干燥巖石的彈性模量-有效應力關系曲線。
取自準格爾盆地的曲流點砂壩的S1、S2、S3、S4這4個樣品，所有樣品都是固結完好的泥質砂巖，這些巖心樣品主要是中等孔隙度(8％-16％)，對S1、S2、S4樣品施加5MPa-40MPa圍壓，對S3樣品施加5MPa-60MPa圍壓，分別測得響應的縱橫波速度。測試結果如圖2a和2b所示，縱橫波隨有效壓力增加呈現(xiàn)類似的非線性增加，縱橫波速在5MPa-40MPa圍壓下的快速增加可能是由于低縱橫比孔隙的閉合引起的。圖2a和圖2b中四種不同的形狀分別代表了S1、S2、S3、S4這4個樣品。我們利用不同圍壓下的速度和密度測量數(shù)據(jù)就能計算出樣品的縱波模量和剪切模量。圖3a顯示了S3樣品的彈性模量—有效應力曲線。可以看出彈性模量—有效應力關系是非線性的，在有效壓力增加初期，彈性模量會快速增加，當有效壓力增加到一定程度時，彈性模量增加速度減慢。并且縱波模量的增加幅度比剪切模量的增加幅度要顯著。在有效壓力增加初期，縱波模量快速增加要歸因于類似微裂縫、巖石骨架中的弱顆粒接觸等低縱橫比孔隙的閉合。
另外，本發(fā)明附圖中的差應力與有效應力為同一概念。
Dvorkin et al(1996)使用公開測試數(shù)據(jù)，對干燥砂巖的彈性模量隨有效壓力變化進行研究，并且發(fā)現(xiàn)相對彈性模量-孔隙度的散點圖顯示出高孔隙度下的低分散性，低孔隙度的高分散性，根據(jù)Dvorkin的概念，我們由計算出的彈性模量算出了相對體積模量變化。圖3b顯示了相對體積模量變化隨有效壓力的變化，呈指數(shù)變化的曲線很好的擬合了這些數(shù)據(jù)點，于是我們利用這些樣品得出了彈性模量—有效應力的公式，其公式如下所示：
經(jīng)過綜合整理，我們得到了：
M＝Mlim(1-Aexp(-Pd/B))；(2)
其中，M為干燥巖石彈性模量，Pd為砂泥巖儲層有效應力，Mlim為極限有效應力下的彈性模量，A為砂泥巖儲層的微裂隙密度因素，B為砂泥巖儲層的微裂隙閉合率因素。
具體實施時，所述Hashin-Shtrikman邊界模型為：
Mlim基于Hashin-Shtrikman邊界模型原理，取自彈性模量的上邊界，其數(shù)值為極限有效應力下的彈性模量。
其中，KHS+為砂泥巖骨架體積模量Hashin-Shtrikman上界限，μHS+為砂泥巖骨架剪切模量Hashin-Shtrikman上界限，Kmax為砂泥巖礦物最大體積模量，μmax為砂泥巖礦物最大剪切模量，r1為砂巖的成分含量，r2為泥巖的成分含量，r3為孔隙成分含量，C(h)是深度h處的泥質含量，Φ(h)是深度h處的孔隙度。
在本文中，將Mlim等效為KHS+，其計算公式如(3)-(5)所示。
如圖4a和圖4b所示，定義系數(shù)A為微裂隙密度因素，其與微裂隙的密度和體積有關，并隨著有效壓力的變化而變化，系數(shù)B為微裂隙閉合率因素，其與孔隙結構和低縱橫比孔隙密切相關，是控制彈性模量與有效應力曲線形狀的關鍵因素。可從圖4a和圖4b中看出系數(shù)A越大，彈性模量的變化越大，系數(shù)B越低，孔隙閉合的壓力越小。值得注意的是當系數(shù)A＝0時(所有的疏松孔隙閉合)，該模型曲線近似為一條直線當系數(shù)A＝1時，模型曲線與Carcione et al(2003)推導出的曲線一致。
本發(fā)明實施例中的砂泥巖彈性模量與有效應力的關系可以為如圖4a和圖4b所示的關系曲線圖，也可以是表格或是建立的預測模型等等。
以圖5的實例作為參考，我們可以根據(jù)儲層微裂縫密度、閉合率，孔隙度，泥質含量，礦物成分、孔隙流體性質等因素準確的確定出三個控制參數(shù)Mlim、A、B，進而確定出能反映儲層巖性的有效應力模型，圖5第一列給出了孔隙度和泥質含量，第二列描述了儲層的巖性，第三列給出了聲波時差和密度曲線，第四列給出了預測模型的三個控制參數(shù)，第五列計算出了有效應力，上覆地層壓力和地層壓力，并給出了實測地層壓力數(shù)據(jù)，可以看出后兩者擬合的很好。由此可見，根據(jù)本發(fā)明實施例提出的干燥巖石彈性模量與有效應力的關系，進行地層壓力預測與實測地層壓力數(shù)據(jù)一致性很高，因此，本發(fā)明實施例提出的技術方案提高了地層壓力預測的精確度。通過不斷迭代，當利用理論關系計算出的彈性模量與利用測井曲線得到的彈性模量得到很好的擬合時，求得隨深度變化的有效應力系數(shù)n。
另外，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)預測地層壓力的方法沒有考慮巖性，因此，發(fā)明人考慮到了該關鍵問題，因此提出了將儲層的砂、泥巖分開，在考慮孔隙度和泥質含量之后，分別計算砂、泥巖隨深度變化的有效應力系數(shù)，再將數(shù)據(jù)整合在一起，其更加能精確的反映地層的實際情況，提供地層壓力預測的精確度。下面對考慮巖性得到的砂、泥巖隨深度變化的有效應力系數(shù)進行介紹如下。
在一個實施例中，上述步驟102中，根據(jù)干燥巖石彈性模量與有效應力的關系，以及研究區(qū)域內的測井數(shù)據(jù)，確定砂泥巖隨深度變化的有效應力系數(shù)，可以包括：
對目標砂泥巖儲層進行巖性劃分，根據(jù)劃分結果，將砂泥巖儲層分為砂巖和泥巖；
根據(jù)砂巖彈性模量與有效應力的關系，確定砂巖隨深度變化的砂巖有效應力系數(shù)；根據(jù)泥巖彈性模量與有效應力的關系，確定泥巖隨深度變化的泥巖有效應力系數(shù)；
根據(jù)干燥巖石彈性模量與有效應力的關系，以及砂泥巖隨深度變化的有效應力系數(shù)，對研究區(qū)域內單口井的所有待測目標層位進行地層壓力預測，包括：
根據(jù)砂巖隨深度變化的砂巖有效應力系數(shù)和泥巖隨深度變化的泥巖有效應力系數(shù)，對研究區(qū)域內單口井的所有待測目標層位進行地層壓力預測。
下面結合上述對目標砂泥巖儲層進行巖性劃分后得到的砂巖隨深度變化的砂巖有效應力系數(shù)，以及泥巖隨深度變化的泥巖有效應力系數(shù)，介紹上述步驟103中，單口井的所有待測目標層位進行地層壓力計算的過程。
①單井分析：
上覆地層壓力，即上覆所有巖石物質的重量產生的壓力，因此只要對密度曲線數(shù)據(jù)進行一定的疊加處理，就可以獲得上覆地層壓力。根據(jù)如下公式，計算單井上覆地層壓力梯度。
其中，Gob為上覆地層壓梯度，ρm為缺失的密度，hm為缺失的深度，ρ為測井密度值，Δh為深度采樣間隔，g為重力加速度，q為總離散點數(shù)。
利用上述公式(6)可以獲得已有密度數(shù)據(jù)井段的上覆地層壓力梯度數(shù)據(jù)，根據(jù)獲得的梯度數(shù)據(jù)，結合下面的公式(7)，可以擬合出缺失井段的上覆地層壓力梯度數(shù)據(jù)。
Gob＝a+bh-ce-dh； (7)
其中，h為深度，a，b，c，d為系數(shù)。根據(jù)上述公式(6)和(7)，計算出上覆地層壓力梯度，就可以換算出上覆地層壓力值。
②三維地震分析：
地震資料求取上覆地層壓力，本文是通過密度數(shù)據(jù)計算得到的。首先，是對地震數(shù)據(jù)進行疊前反演，獲得三維密度數(shù)據(jù)體，針對三維密度數(shù)據(jù)體的每一道，缺失密度的部分按照公式(7)計算出每個深度的上覆地層壓力梯度。然后按照以下公式(8)，從密度數(shù)據(jù)體不為零的深度開始，取一定深度的采樣間隔，依次對地層的壓力進行相加：
其中，Po為上覆地層壓力，hz為密度數(shù)據(jù)不為零時的深度，Gobz為深度hz處的上覆地層壓力梯度，可根據(jù)上述公式(7)得到，ρ為某一深度的反演密度數(shù)據(jù)，Δh為采樣間隔，其中，總離散點數(shù)q為：
其中，h為密度數(shù)據(jù)體的深度范圍。
下面介紹對目標砂泥巖儲層進行巖性劃分后，得到的砂巖隨深度變化的砂巖有效應力系數(shù)，以及泥巖隨深度變化的泥巖有效應力系數(shù)的計算，本發(fā)明實施例利用Biot理論預測有效應力系數(shù)：
其中，n砂泥巖為有效應力系數(shù)，Ks為砂泥巖巖石骨架的體積模量，K0為砂泥巖骨架礦物的體積模量。
砂巖和泥巖骨架彈性模量，利用的是Krief模型，形式為：
Ksm＝Ksand[1-C(h)][1-Φ(h)]1+C/[1-Φ(h)]； (11)
Kcm＝KclayC(h)[1-Φ(h)]1+C/[1-Φ(h)]； (12)
其中，Ksm是砂巖骨架體積模量，μsm是砂巖骨架剪切模量，Kcm是泥巖骨架體積模量，μcm是泥巖骨架剪切模量，Ksand是砂巖骨架礦物體積模量，μsand是砂巖骨架礦物剪切模量，Kclay是泥巖骨架礦物體積模量，μclay是泥巖骨架礦物剪切模量，C(h)是深度h處的泥質含量，Φ(h)是深度h處的孔隙度，C是經(jīng)驗系數(shù)，Krief等人獲得C的值為3，Goldberg和Gurevich得到C的值為2-4，Carcione等人使用C的值為2。C的值可以通過研究區(qū)域的當?shù)財?shù)據(jù)來獲得。
將公式(11)、(12)帶入(10)中，可以分別獲得考慮孔隙度和泥質含量的砂巖有效應力系數(shù)、泥巖有效應力系數(shù)，其計算公式分別如下公式(15)和(16)所示，上述公式(11)至(14)中各彈性模量參數(shù)都是當利用理論關系計算出的彈性模量與利用測井曲線得到的彈性模量得到很好的擬合時求得的，因此，利用這些彈性模量求得隨深度變化的有效應力系數(shù)n也是精確度較高的，即為當利用理論關系計算出的彈性模量與利用測井曲線得到的彈性模量得到很好的擬合時的有效應力系數(shù)n。
在一個實施例中，根據(jù)砂巖彈性模量與有效應力的關系，確定砂巖隨深度變化的砂巖有效應力系數(shù)，包括按照如下公式計算砂巖隨深度變化的砂巖有效應力系數(shù)：
nsand＝1-[1-C(h)][1-Φ(h)]1+C/[1-Φ(h)]； (15)
根據(jù)泥巖彈性模量與有效應力的關系，確定泥巖隨深度變化的泥巖有效應力系數(shù)，包括：按照如下公式計算泥巖隨深度變化的泥巖有效應力系數(shù)：
nclay＝1-C(h)[1-Φ(h)]1+C/[1-Φ(h)]； (16)
其中，nsand為砂巖的有效應力系數(shù)，nclay為泥巖的有效應力系數(shù)，C(h)是深度h處的泥質含量，Φ(h)是深度h處的孔隙度，C是經(jīng)驗系數(shù)。
下面介紹上述步驟103中關于單口井地層壓力的預測的詳細步驟。
①上覆地層壓力單井計算：根據(jù)公式(7)，計算得到每口井上覆地層壓力梯度數(shù)據(jù)。該梯度數(shù)據(jù)為已有密度井段的數(shù)值，根據(jù)該數(shù)值，再利用公式(8)，得到連續(xù)梯度數(shù)據(jù)。我們可以根據(jù)得到的梯度數(shù)據(jù)，轉換得到上覆地層壓力數(shù)據(jù)。
②測井巖性參數(shù)計算：本文提出的地層壓力預測模型，需要確定巖石各類礦物組分的含量及孔隙度。因此在本項發(fā)明中，采用最優(yōu)化求解方法，得到研究區(qū)目的層段地層礦物組分變化曲線及孔隙度數(shù)據(jù)。
(a)、最優(yōu)化測井解釋原理：最優(yōu)化測井解釋方法利用超定線性方程組，在規(guī)定誤差范圍和約束條件的限定下，把每個礦物、流體等巖性參數(shù)的體積作為待求未知量，根據(jù)各種巖性參數(shù)的測井響應差異，利用各種測井曲線，在實測測井值與模型值誤差最小的條件下，得到各種巖石成分。
(b)、建立的求解數(shù)學公式：
其中，Xi是第i個巖石成分體積含量，Ej是第j個測井曲線響應值，Dij是第i個巖石成分在第j個測井曲線上的響應值。
根據(jù)上述最優(yōu)化測井解釋方法，本發(fā)明挑選出研究區(qū)內LN1井做了計算和分析，分別獲得單井的巖石參數(shù)曲線，包括無機礦物體積(石英、方解石)，粘土礦物體積(高嶺石、綠泥石和伊利石)和孔隙大小，計算實例見圖6所示。從目的層段的巖石礦物上來看，其主要成分是石英和粘土，斜長石體積較小。粘土成分變化較大，主要成分是高嶺石、伊利石、綠泥石，組成砂巖的主要礦物成分有石英、長石、方解石及白云石等。通過最優(yōu)化測井解釋，我們獲得每口井的各種礦物含量和孔隙數(shù)據(jù)。其中粘土礦物含量為高嶺石、伊利石、綠泥石之和，即泥質含量，孔隙度數(shù)據(jù)為單位體積1減去各種礦物含量剩余的數(shù)值。
③地層壓力計算：上文中介紹了單井計算地層壓力的方法，也敘述了單井數(shù)據(jù)的分析與處理，獲得了計算地層壓力的必要數(shù)據(jù)。利用獲得的測井數(shù)據(jù)，結合地層壓力的計算方法，就可以分別獲得極限有效應力下的彈性模量Mlim、控制參數(shù)A、B、有效應力系數(shù)n，最后計算出地層壓力，A為微裂隙密度因素，B為微裂隙閉合率因素。圖7為研究區(qū)內LN1井的壓力預測情況，對此口井的壓力預測與分析可知，目的地層總體上壓力正常，局部存在異常壓力。
下面介紹上述步驟103中對研究區(qū)域進行三維地震地層壓力預測的詳細過程。
①上覆地層壓力計算：利用上述的三維地震上覆地層壓力計算方法，結合反演得到的密度數(shù)據(jù)體，得到研究區(qū)目的層段的上覆地層壓力數(shù)據(jù)。
②地震資料巖性參數(shù)計算：上文介紹了單井計算地層壓力的方法，由于單井獲得的巖性參數(shù)數(shù)據(jù)較全面，在計算巖石彈性模量時，可以利用各種巖石成分含量。地震數(shù)據(jù)能夠得到的地層巖性參數(shù)十分有限，通過疊前反演，只能獲得目的地層的縱、橫波速度數(shù)據(jù)和密度數(shù)據(jù)，因此在計算巖性參數(shù)時，需要進行粗化。本發(fā)明是利用縱、橫波速度數(shù)據(jù)和密度數(shù)據(jù)，計算得到地層泥質含量和孔隙度數(shù)據(jù)，用泥質體積和非泥質部分體積代替各種礦物體積。
根據(jù)Castagna等人提出的速度經(jīng)驗公式：
Vp＝a+b*Φ+c*Vsh； (18)
Vs＝d+e*Φ+f*Vsh； (19)
其中，Φ是孔隙度大小，Vsh表示泥質含量大小，a、b、c、d、e、f是系數(shù)。
本發(fā)明反推泥質含量：
Vsh＝G+H*Vp+I*Vs； (20)
利用公式(20)計算泥質含量時，首先利用單井數(shù)據(jù)，地層的縱、橫波速度和密度數(shù)據(jù)進行回歸分析，得到回歸系數(shù)G、H、I。
如圖8為砂泥巖地層泥質含量回歸分析結果交會圖，其中橫坐標為單井計算的泥質含量數(shù)據(jù)，具體計算方法上文已經(jīng)敘述，縱坐標為利用反推方程計算得到的泥質含量數(shù)據(jù)。圖中結果顯示，利用反推公式計算的泥質含量與測井值存在一定的指數(shù)關系。因此可以利用該反推公式，結合地震反演獲得的縱、橫波速度數(shù)據(jù)，獲得泥質含量數(shù)據(jù)體。孔隙度是利用反演得到的密度數(shù)據(jù)和上文計算得到的泥質含量數(shù)據(jù)，根據(jù)如下公式計算得到的：
其中，ρb是測井密度值,ρf是孔隙流體密度值，ρma是巖石骨架密度值，ρsh為泥巖密度值。
利用上述孔隙度計算公式，結合上文計算得到的泥質含量數(shù)據(jù)，對孔隙度數(shù)據(jù)進行計算,如圖9為孔隙度數(shù)據(jù)計算結果交會圖。從圖中可以看出，利用上述方程計算的孔隙度與測井計算值基本落在同一條直線上，預測誤差在允許的范圍內，可以用于地震數(shù)據(jù)來計算孔隙度。
我們利用測井數(shù)據(jù)約束地震參數(shù)的方法，通過地震反演得到泥質含量、孔隙度數(shù)據(jù)體，如圖10、11所示。
③地震數(shù)據(jù)地層壓力計算：為了獲得地下三維的地層壓力數(shù)據(jù)體，根據(jù)上文敘述的地層壓力計算方法，將地層巖性分為泥巖和非泥巖部分，再結合孔隙度數(shù)據(jù)，得到地層巖石的極限有效應力下的彈性模量Mlim、控制參數(shù)A、B、有效應力和Biot系數(shù)等參數(shù)。利用上文介紹的預測新方法，進行了三維地層壓力預測，為了更直觀地體現(xiàn)本文預測方法較傳統(tǒng)方法的不同，本文也利用Eaton方法進行了預測，其預測結果如圖12所示。
通過對兩種方法計算結果的比較，可以看出傳統(tǒng)的Eaton方法由于只考慮縱波速度，其計算結果與縱波速度特征一致，大小特征按照層位特征排列十分嚴重。本發(fā)明研究方法計算的地層壓力，消除了這一特征，其計算結果更加符合實際地層壓力特征。利用已知的地層壓力測量值，對兩種計算結果進行驗證，得出本研究方法計算的地層壓力更加準確，精度更大，而傳統(tǒng)的Eaton方法計算的結果，偏離實際值較大。本發(fā)明對傳統(tǒng)方法進行了優(yōu)化，因此精度更高。利用該方法，得到研究區(qū)三維地層壓力，如圖13所示。
基于同一發(fā)明構思，本發(fā)明實施例中還提供了一種砂泥巖儲層地層壓力的地震預測裝置，如下面的實施例所述。由于一種砂泥巖儲層地層壓力的地震預測裝置解決問題的原理與一種砂泥巖儲層地層壓力的地震預測方法相似，因此一種砂泥巖儲層地層壓力的地震預測裝置的實施可以參見一種砂泥巖儲層地層壓力的地震預測方法的實施，重復之處不再贅述。以下所使用的，術語“單元”或者“模塊”可以實現(xiàn)預定功能的軟件和/或硬件的組合。盡管以下實施例所描述的裝置較佳地以軟件來實現(xiàn)，但是硬件，或者軟件和硬件的組合的實現(xiàn)也是可能并被構想的。
圖14是本發(fā)明實施例中砂泥巖儲層地層壓力的地震預測裝置的結構示意圖，如圖14所示，該裝置包括：
彈性模量與有效應力關系確定模塊02，用于基于Hashin-Shtrikman邊界模型，根據(jù)研究區(qū)域內目標砂泥巖儲層的孔隙度和泥質含量，計算目標砂泥巖儲層在極限有效應力下的彈性模量，微裂隙密度因素和微裂隙閉合率因素；根據(jù)極限有效應力下的彈性模量，微裂隙密度因素和微裂隙閉合率因素，確定干燥巖石彈性模量與有效應力的關系；
有效應力系數(shù)確定模塊04，用于根據(jù)干燥巖石彈性模量與有效應力的關系，以及研究區(qū)域內的測井數(shù)據(jù)，確定砂泥巖隨深度變化的有效應力系數(shù)；
地層壓力預測模塊06，用于根據(jù)干燥巖石彈性模量與有效應力的關系，以及砂泥巖隨深度變化的有效應力系數(shù)，對研究區(qū)域內單口井的所有待測目標層位進行地層壓力預測；根據(jù)干燥巖石彈性模量與有效應力的關系，以及有效應力系數(shù)，利用反演得到的彈性模量數(shù)據(jù)體，以單口井的地層壓力為約束，對研究區(qū)域進行三維地震地層壓力預測。
在一個實施例中，干燥巖石彈性模量與有效應力的關系為：
M＝Mlim(1-A exp(-Pd/B))；
其中，M為干燥巖石彈性模量，Pd為干燥樣品壓力變化和飽水巖石有效應力，Mlim為極限有效應力下的彈性模量，A為砂泥巖儲層的微裂隙密度因素，B為砂泥巖儲層的微裂隙閉合率因素。
顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發(fā)明實施例的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網(wǎng)絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，并且在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明實施例不限制于任何特定的硬件和軟件結合。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明實施例可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
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