[发明专利]一种页岩气地层层理地球物理评价方法

摘要

本发明涉及非常规油气地震勘探领域，公开了一种页岩气地层层理地球物理评价方法，包括如下步骤第一步，基于岩石物理理论的水平层理密度各向异性参数表征；第二步，基于极化各向异性的叠前地震反演；第三步，基于地震资料的水平层理评价。本发明提出了一种更加稳定的VTI介质各向异性参数反演的方法，通过对极化各向异性参数的反演，并结合各向异性参数与水平层理密度之间的关系，最终实现页岩油气储层的水平层理评价。与常规的极化各向异性反演相比，本发明方法提出了新的层理密度的概念，并考虑了页岩各向异性参数与层理密度之间的关系，使页岩的水平层理评价具有更加直观的理解，对页岩油气储层的勘探开发具有重要意义。

主权项

一种页岩气地层层理地球物理评价方法，其特征在于，其包括如下步骤：第一步，基于岩石物理理论的水平层理密度各向异性参数表征：设页岩储层中发育的水平层理的层理密度为η，即单位体积内发育水平层理的总表面积为η，类比垂直裂缝情况下裂缝密度与各向异性参数之间的关系式，得到层理密度η与法向弱度ΔN和切向弱度ΔT的关系：ΔN=43g[1-g+(K′+4μ′3)/(παμ)]η,ΔT=163[3-2g+4μ′παμ]η---(1),]]>公式(1)中，η表示层理密度，K′和μ′分别表示层理中充填物体积模量和剪切模量，α表示层理的高宽比，λ为第一拉梅参数，μ为第二拉梅参数，VTI介质中各向异性参数ε、δ和γ与法向弱度ΔN和切向弱度ΔT的关系：ϵ=2g(1-g)ΔNδ=2g[(1-g)ΔN-ΔT]γ=ΔT2---(2),]]>根据公式(1)建立的法向弱度ΔN和切向弱度ΔT与层理密度η的关系，将公式(1)带入公式(2),便可得到各向异性参数ε、γ和δ与层理密度η之间的关系如下：η=12K+332(1-2K)(ϵ-δ)---(3),]]>公式(3)中，第二步，基于极化各向异性的叠前地震反演：根据VTI介质地震波传播理论，两个半空间无限大的各向异性介质反射系数近似方程如下：RPPVTI(θ)=12(ΔVPV‾P+Δρρ)+12(ΔVPV‾P-8KΔVSV‾S-4KΔρρ‾+Δδ)sin2θ+12(ΔVPV‾P+Δϵ)sin2θtan2θ---(5)]]>方程(5)中和分别表示上下介质纵波速度、横波速度和密度的均值；ΔVP、ΔVS和Δρ分别表示上下介质纵波速度、横波速度和密度的差异；表示横纵波速度均值平方的比值；Δδ＝δ2‑δ1和Δε＝ε2‑ε1分别表示上下介质各向异性参数的差异，方程(5)中VTI介质的P波反射写成各向同性反射系数Riso与各向异性反射系数Raniso之和，即为极化各向异性反演的纵波反射系数近似公式：RPPVTI(θ)=Riso+Raniso---(6),]]>公式(6)中，Raniso(θ)=12Δδsin2θ+12Δϵsin2θtan2θ,]]>令A＝1+tan2θ，B＝‑8K sin2θ，C＝1‑4K sin2θ，D＝sin2θ，E＝sin2θtan2θ，得：RPPVTI=12(AΔVPVP+BΔVSVS+CΔρρ+DΔδ+EΔϵ)---(7),]]>设弹性阻抗用反射系数表示如下：R(θ)≈EI(θ)n+1-EI(θ)nEI(θ)n+1+EI(θ)n≈12ΔEIEI≈12Δln(EI)---(8),]]>令Δln x＝Δx/x，联合上述公式(7)和(8)，则有：Δln(EI)＝AΔln(VP)+B ln(ΔVS)+CΔln(ρ)+DΔδ+EΔε  (9)，对公式(9)两边同时积分，并取自然指数，则有：EI(θ)=VP(1+tan2θ)VS-8Ksin2θρ1-4Ksin2θexp(δsin2θ+ϵsin2θtan2θ)---(10),]]>引入了三个归一化常数EI0、VP0、VS0、ρ0、δ0和ε0，对公式(10)归一化处理，变为：EI(θ)EI0=(VPVP0)(1+tan2θ)(VSVS0)-8Ksin2θ(ρρ0)1-4Ksin2θ×exp(δsin2θ+ϵsin2θtan2θ)exp(δ0sin2θ+ϵ0sin2θtan2θ)---(11),]]>对公式(11)的弹性阻抗表达式两边取自然对数，则有：lnEI(θ)EI0=A(θ)ln(VPVP0)+B(θ)ln(VSVS0)+C(θ)ln(ρρ0)+(δ-δ0)D(θ)+(ϵ-ϵ0)E(θ)---(12),]]>令则有：ΔEI(θ)＝(δ‑δ0)D(θ)+(ε‑ε0)E(θ)  (13)，对公式(13)两边同时乘以一个相对较大的自然数C，得到：C·ΔEI(θ)＝C·(δ‑δ0)D(θ)+C·(ε‑ε0)E(θ)  (14)，公式(14)中，ΔEI(θ)表示各向异性项的弹性阻抗，利用公式(14)，通过多个不同入射角的弹性阻抗数据，确定VTI介质的各向异性参数：C·ΔEI(θ1)=C·(δ-δ0)D·(θ1)+C·(ϵ-ϵ0)E(θ1)C·ΔEI(θ2)=C·(δ-δ0)D·(θ2)+C·(ϵ-ϵ0)E(θ2),]]>写成矩阵的形式有：D(θ1)E(θ1)D(θ2)E(θ2)·δ-δ0ϵ-ϵ0=ΔEI(θ1)ΔEI(θ2)---(15),]]>根据测井曲线得到井上的各向异性项的弹性阻抗ΔEI(θ)和各向异性参数ε和δ，此时计算4个常系数D(θ1)、E(θ1)、D(θ2)和E(θ2)，将计算出的常系数重新代入到公式(15)中，得到求得任意采样点处的各向异性参数；第三步，基于地震资料的水平层理评价：利用测井数据作为约束，分别对不同入射角的角道集地震记录进行稀疏脉冲反演，得到各入射角下的VTI介质的弹性阻抗数据体，再计算各入射角下的各向同性背景介质的弹性阻抗数据体，并消除各向同性介质对弹性阻抗的贡献，“放大”各向异性参数对弹性阻抗的影响，计算得到各向异性项的弹性阻抗，最后根据各入射角下的各向异性项的弹性阻抗差异，计算页岩储层中的各向异性参数，最终根据公式(1)实现基于地震资料的页岩层理评价。