[发明专利]一种高速低内存消耗的预测储层岩石弹性波速度的方法

说明书

本发明公开了一种高速低内存消耗的预测储层岩石弹性波速度的方法，该方法不仅能够精确的预测实验结果，且具有内存消耗小，计算时间短的特点。其成功的解决了无法使用传统孔弹性方程预测实验室三维实验样品弹性波速度的问题，在岩石力学、岩石物理学，油气定量地震学等解释等领域具有重要的研究意义。

技术领域

本发明涉及油气勘探开发的技术领域，具体涉及一种高速低内存消耗的预测储层岩石弹性波速度的方法。

背景技术

地震波在岩石储层中的传播速度是地震勘探的重要基础。地下岩石由孔隙、岩石骨架以及孔隙中的流体构成，称为孔弹性介质。当地震波通过孔弹性介质时，诱发孔隙中的流体和岩石骨架发生相互作用，岩石表现出不同的孔弹性参数。实验是获得岩石弹性参数最直接的方法，也是定量地震学中重要的约束条件。然而，实验成本昂贵且需要大量的技术成本，作为替代方法，建立数值模型预测饱和流体岩石的弹性波速度不仅是解释实验室测量数据的重要理论依据，更是一种预测孔弹性介质声波速度的重要手段。

对于地下储层，流体和固体的相互作用规律满足动量守恒定律，与此同时，地层内流体流动受到流体压力和岩石应力影响，其流动过程遵守达西定律。上述两组定律结合即为Biot孔弹性方程，其描述了弹性波在地下岩石中传播时的基本规律。然而上诉规律描述的是储层的宏观规律，无法直接用于解释实验室测量数据，为此Rubino在2016年于JGR-Solid earth期刊上发表了题为《Numerical upscaling in 2-D heterogeneousporoelastic rocks:Anisotropic attenuation and dispersion of seismic waves》的文章，通过对二维模型设置纵波边界条件，实现以孔弹性理论解释介观裂缝诱发地震波的频散和衰减的机理。虽然该方法提出了使用基础定律预测介观介质弹性特征的可能，但并不能用于解释实验室测量结果，究其原因：首先，实验室岩石样品为圆柱形，且测量过程不满足所谓的纵波边界条件，因此无法直接使用上述方法预测实验室岩石样品的弹性参数；其次，上述方法在求解过程中使用了孔弹性方程的简化版本，使得其在理论上存在瑕疵，限制了模型的计算精度；此外，上述方法只能应用于二维模型，无法建立三维模型模拟实际样品，其本质原因是：有限元方法求解时通常使用牛顿迭代法和LU矩阵分解法。牛顿迭代法计算需要内存相对较低，计算效率相对高，但需要雅可比矩阵为正定矩阵；LU矩阵分解法则计算精度高，可直接求解，但涉及到矩阵分解，因此需要大量的内存，且计算计算时间长。对于孔弹性方程而言，其刚度矩阵受多种因素的影响，如流体分布，孔隙分布特征等，无法确定雅可比矩阵的正定性，保证牛顿迭代法顺利求解。因此，LU矩阵分解法成为求解孔弹性方程的必要选择。对于三维模型而言，使用LU矩阵分解求解需要大量的计算时间和内存，随着离散化自由度的提升，内存增长速度和计算时间陡然上升。如对于一个直径40，长度80里面的样品，如考虑有效描述样品中流体分布特征或其孔隙造成的非均质性，计算内存甚至需要2-3TB左右，这远超现有计算机的配置极限，因此建立3D模型描述实际样品存在挑战。综上所述，目前缺少一种建立三维模型，并能正确求解、预测实验室弹性波速度的方法。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明旨在于提供一种高速低内存消耗的预测储层岩石弹性波速度的方法，本发明不仅能够精确的预测实验结果，且具有内存消耗小，计算时间短的特点。其成功的解决了无法使用传统孔弹性方程预测实验室三维实验样品弹性波速度的问题，在岩石力学、岩石物理学，油气定量地震学等解释等领域具有重要的研究意义。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高速低内存消耗的预测储层岩石弹性波速度的方法，所述方法包括：

S1获取建立模型所需要的参数；其中，需要岩石的物性参数作为输入，可通过实验室测量获取，

S2依据岩石样品尺寸，按照岩石样品R1上端黏贴铝块A1、下端黏贴铝块A2的方法构建模型；

S3设置铝块样品支配方程及边界条件；