一种基于双尺度流体流动的波传播参数计算方法和装置与流程

本发明涉及一种基于双尺度流体流动的波传播参数计算方法和装置。

背景技术：

1、在地震勘探中，地震岩石物理相关研究在识别孔隙流体与地震波传播参数频散和衰减之间的关系时发挥着重要的作用。储层岩石的弹性性质与岩石内部孔隙结构、孔隙分布、含流体性质息息相关，通过岩石物理建模可以分析压力、流体性质、饱和度、渗透率等对地震波速度频散和能量衰减的影响，为储层表征及流体识别提供理论基础。岩石物理模型能有效定量分析储层岩石孔隙度及孔隙形状变化对岩石弹性参数及地震属性影响，在具有复杂孔隙结构和流体分布的非常规储层勘探开发中具有重要意义。

2、随着我国油气勘探技术的不断发展，我国能源探测目标开始面向深部更复杂的区块，这也使得探测过程中遇到的对象也越来越复杂，也意味着岩石物理建模要考虑压力、流体性质和微观孔隙等因素，这些往往是地震勘探研究的重点和难点。

3、油气勘探开发中的重点之一就是解决地震波在地下介质中传播时发生的频散和衰减问题。造成这种现象的最主要因素就是波致流效应。在进行地震属性解释和储层预测时，频散和衰减是非常重要的波传播参数。

4、多种尺度的流体流动会造成不同频带范围的波衰减，包括宏观尺度的biot流、介观尺度的局部流体流动和微观尺度的喷射流。介观尺度流体流动能较好地解释地震频段的衰减问题，利用这种流体流动机制对地震波弹性参数和地震响应的影响，结合岩石物理建模来定量反演地下储层的物性、弹性参数及含流体特性。这是石油勘探领域研究的热点问题。

5、对三个尺度的波致流效应的现有研究中，biot开创性地建立了完全饱和介质中波的传播模型以描述宏观尺度的波致流效应，bisq理论最早描述了微观尺度喷射流效应导致的波频散和衰减，在此基础上发展形成了一些微观喷射流模型。目前普遍认为介观尺度的局部流体流动是导致地震波频散和衰减的主要因素，发展出了一些解释介观尺度流体流动的岩石物理模型，如white球状和层状斑块模型、johnson球状和层状斑块模型等经典岩石物理模型。这些研究多是基于一个尺度的流体流动，而多尺度流体流动的结合，尤其是介观尺度与其他尺度流体流动的结合，是地震勘探岩石物理研究的难点问题。

技术实现思路

1、为了提高地震解释精度，准确识别储层流体性质，本发明提供一种基于双尺度流体流动的波传播参数计算方法和装置。

2、第一方面，本发明提供一种基于双尺度流体流动的波传播参数计算方法，所述方法包括：

3、基于岩石固体基质、岩石骨架和流体的体积模量，计算得到硬孔隙中流体的动态体积模量和软孔隙中流体的动态体积模量；

4、基于岩石固体基质的体积模量和剪切模量，计算得到干燥条件下只含软孔隙的岩石的体积模量；

5、基于所述软孔隙中流体的动态体积模量和所述干燥条件下只含软孔隙的岩石的体积模量，计算得到饱和条件下只含软孔隙的岩石的体积模量；

6、基于岩石固体基质、岩石骨架和流体的体积模量，利用喷射流模型计算得到饱和条件下同时含硬孔隙和软孔隙的岩石的体积模量；

7、基于所述硬孔隙中流体的动态体积模量、所述饱和条件下只含软孔隙的岩石的体积模量和所述饱和条件下同时含硬孔隙和软孔隙的岩石的体积模量，计算得到修正后的岩石骨架的体积模量；

8、基于所述修正后的岩石骨架的体积模量，计算得到修正后的岩石骨架的剪切模量；

9、将所述修正后的岩石骨架的体积模量和所述修正后的岩石骨架的剪切模量代入斑块饱和模型中进行计算，得到波传播参数。

10、本技术实施例的一个或一些可选的实施方式中，所述基于岩石固体基质、岩石骨架和流体的体积模量，计算得到硬孔隙中流体的动态体积模量和软孔隙中流体的动态体积模量，包括：

11、基于岩石固体基质、岩石骨架和流体的体积模量，根据下述公式计算得到硬孔隙中流体的动态体积模量和软孔隙中流体的动态体积模量：

12、

13、式中，分别表示硬孔隙、软孔隙中流体的动态体积模量，kf表示流体的体积模量，φ表示总孔隙度，φs表示硬孔隙度，表示第i个软孔隙度，i表示计数标志，n表示软孔隙数，si(ω)表示第i个软孔隙中的附加流体柔度，表示软孔隙中的最大附加流体柔度，ν0、k0和μ0分别表示饱和流体的岩石在0hz时的静态泊松比、体积模量和剪切模量，km、kd分别表示岩石固体基质、岩石骨架的体积模量，ω表示角频率，η表示流体的黏度，αi表示第i个软孔隙的纵横比，λi表示第i个软孔隙的孔裂尺寸比，mi表示用于计算的中间变量，εi表示第i个软孔隙的裂隙密度。

14、本技术实施例的一个或一些可选的实施方式中，所述基于岩石固体基质的体积模量和剪切模量，计算得到干燥条件下只含软孔隙的岩石的体积模量，包括：

15、基于岩石固体基质的体积模量和剪切模量，根据下述mt模型公式计算得到干燥条件下只含软孔隙的岩石的体积模量：

16、

17、式中，kmsd表示干燥条件下只含软孔隙的岩石的体积模量，i表示计数标志，n表示软孔隙数，ki表示第i个软孔隙中包含物的体积模量，km表示岩石固体基质的体积模量，表示第i个软孔隙度，pmi表示第i个软孔隙充填物的几何形状因子，αi表示第i个软孔隙的纵横比，βm表示用于计算的中间变量，μi表示第i个软孔隙中包含物的剪切模量，μm表示岩石固体基质的剪切模量。

18、本技术实施例的一个或一些可选的实施方式中，所述基于所述软孔隙中流体的动态体积模量和所述干燥条件下只含软孔隙的岩石的体积模量，计算得到饱和条件下只含软孔隙的岩石的体积模量，包括：

19、基于所述软孔隙中流体的动态体积模量和所述干燥条件下只含软孔隙的岩石的体积模量，利用下述gassmann方程计算得到饱和条件下只含软孔隙的岩石的体积模量：

20、

21、方程中，kms表示饱和条件下只含软孔隙的岩石的体积模量，kmsd表示干燥条件下只含软孔隙的岩石的体积模量，km表示岩石固体基质的体积模量，表示软孔隙中流体的动态体积模量，φms表示修正后的孔隙度，φs表示硬孔隙度，表示第i个软孔隙度。

22、本技术实施例的一个或一些可选的实施方式中，所述基于岩石固体基质、岩石骨架和流体的体积模量，利用喷射流模型计算得到饱和条件下同时含硬孔隙和软孔隙的岩石的体积模量，包括：

23、基于岩石固体基质、岩石骨架和流体的体积模量，利用下述喷射流模型公式计算得到饱和条件下同时含硬孔隙和软孔隙的岩石的体积模量：

24、

25、式中，ksquirt表示饱和条件下同时含硬孔隙和软孔隙的岩石的体积模量，km、kd分别表示岩石固体基质、岩石骨架的体积模量，kf表示流体的体积模量，φ表示总孔隙度，i表示计数标志，n表示软孔隙数，δsi(ω)表示第i个软孔隙中的附加流体柔度与软孔隙中的最大附加流体柔度的差值。

26、本技术实施例的一个或一些可选的实施方式中，所述基于所述硬孔隙中流体的动态体积模量、所述饱和条件下只含软孔隙的岩石的体积模量和所述饱和条件下同时含硬孔隙和软孔隙的岩石的体积模量，计算得到修正后的岩石骨架的体积模量，包括：

27、基于所述硬孔隙中流体的动态体积模量、所述饱和条件下只含软孔隙的岩石的体积模量和所述饱和条件下同时含硬孔隙和软孔隙的岩石的体积模量，运用下述gassmann逆方程计算得到修正后的岩石骨架的体积模量：

28、

29、方程中，kmd表示修正后的岩石骨架的体积模量，ksquirt表示饱和条件下同时含硬孔隙和软孔隙的岩石的体积模量，kms表示饱和条件下只含软孔隙的岩石的体积模量，φs表示硬孔隙度，表示硬孔隙中流体的动态体积模量。

30、本技术实施例的一个或一些可选的实施方式中，所述基于所述修正后的岩石骨架的体积模量，计算得到修正后的岩石骨架的剪切模量，包括：

31、基于所述修正后的岩石骨架的体积模量，通过下述公式计算得到修正后的岩石骨架的剪切模量：

32、

33、式中，μmd表示修正后的岩石骨架的剪切模量，μd表示岩石骨架的剪切模量，kmd表示修正后的岩石骨架的体积模量，kd表示岩石骨架的体积模量。

34、本技术实施例的一个或一些可选的实施方式中，所述波传播参数包括频散和衰减；

35、所述将所述修正后的岩石骨架的体积模量和所述修正后的岩石骨架的剪切模量代入斑块饱和模型中进行计算，得到波传播参数，包括：

36、根据所述修正后的岩石骨架的体积模量和所述修正后的岩石骨架的剪切模量，计算斑块饱和模型的低频极限纵波模量、等效的biot慢波波数和介质的非均匀程度参数；

37、根据所述斑块饱和模型的低频极限纵波模量、等效的biot慢波波数和介质的非均匀程度参数，计算斑块饱和模型的频变纵波模量；

38、根据所述斑块饱和模型的频变纵波模量，计算得到频散和衰减。

39、本技术实施例的一个或一些可选的实施方式中，所述根据所述修正后的岩石骨架的体积模量和所述修正后的岩石骨架的剪切模量，计算斑块饱和模型的低频极限纵波模量，包括：

40、根据所述修正后的岩石骨架的体积模量和所述修正后的岩石骨架的剪切模量，按照下述公式计算斑块饱和模型的低频极限纵波模量：

41、hw＝ksat+4μsat/3,

42、ksat＝k+α2m,

43、α＝1-k/km,

44、m＝1/[(α-φ)/km+φ/kfw],

45、

46、k＝s1kmd1+s2kmd2,

47、μsat＝s1μmd1+s2μmd2,

48、式中，hw表示斑块饱和模型的低频极限纵波模量，ksat表示饱和流体1和流体2的岩石的体积模量，μsat表示饱和流体1和流体2的岩石的剪切模量，α表示biot系数，m表示孔隙空间模量，φ表示总孔隙度，km表示岩石固体基质的体积模量，kfw表示混合流体1和流体2的体积模量，k表示饱和流体1和流体2的岩石骨架的体积模量，s1、s2分别表示流体1、流体2的饱和度，kf1、kf2分别表示流体1、流体2的体积模量，kmd1、kmd2分别表示饱和流体1、饱和流体2修正后的岩石骨架的体积模量，μmd1、μmd2分别表示饱和流体1、饱和流体2修正后的岩石骨架的剪切模量。

49、本技术实施例的一个或一些可选的实施方式中，所述根据所述修正后的岩石骨架的体积模量和所述修正后的岩石骨架的剪切模量，计算等效的biot慢波波数，包括：

50、根据所述修正后的岩石骨架的体积模量和所述修正后的岩石骨架的剪切模量，按照下述公式计算等效的biot慢波波数：

51、

52、nj＝mjlj/hj,

53、lj＝kmdj+4μmdj/3,

54、mj＝1/[(αj-φ)/km-φ/kfj],

55、αj＝1-kmdj/km,

56、hj＝kj+4μmdj/3,

57、kj＝kmdj+αj2m,

58、式中，k2表示等效的biot慢波波数，k表示渗透率，i表示复数的虚部，ω表示角频率，km表示岩石固体基质的体积模量，η1、η2分别表示流体1、流体2的黏度，n1、n2分别表示流体1、流体2与骨架相互作用强度的等效参数，l表示岩石骨架的纵波模量，h表示饱和流体的岩石的纵波模量，m表示孔隙空间模量，α表示biot系数，角标j＝1,2分别表示饱和流体1、饱和流体2，s1表示流体1的饱和度。

59、本技术实施例的一个或一些可选的实施方式中，所述根据所述修正后的岩石骨架的体积模量和所述修正后的岩石骨架的剪切模量，计算介质的非均匀程度参数，包括：

60、根据所述修正后的岩石骨架的体积模量和所述修正后的岩石骨架的剪切模量，按照下述公式计算介质的非均匀程度参数：

61、

62、式中，s表示介质的非均匀程度参数，α表示biot系数，m1、m2分别表示饱和流体1、饱和流体2的孔隙空间模量，h1、h2分别表示饱和流体1、饱和流体2的岩石的纵波模量，n1、n2分别表示流体1、流体2与骨架相互作用强度的等效参数，s1表示流体1的饱和度。

63、本技术实施例的一个或一些可选的实施方式中，所述根据所述斑块饱和模型的低频极限纵波模量、等效的biot慢波波数和介质的非均匀程度参数，计算斑块饱和模型的频变纵波模量，包括：

64、根据所述斑块饱和模型的低频极限纵波模量、等效的biot慢波波数和介质的非均匀程度参数，按照下述公式计算斑块饱和模型的频变纵波模量：

65、

66、式中，表示斑块饱和模型的频变纵波模量，i表示复数的虚部，d表示自相关长度，hw表示斑块饱和模型的低频极限纵波模量，k2表示等效的biot慢波波数，s表示介质的非均匀程度参数。

67、本技术实施例的一个或一些可选的实施方式中，所述根据所述斑块饱和模型的频变纵波模量，计算得到频散和衰减，包括：

68、根据所述斑块饱和模型的频变纵波模量，按照下述公式计算得到频散：

69、

70、根据所述斑块饱和模型的频变纵波模量，按照下述公式计算得到衰减：

71、

72、式中，vp表示频散，q-1表示衰减，表示斑块饱和模型的频变纵波模量，ρ表示饱和流体1和流体2的介质的密度；

73、所述饱和流体1和流体2的介质的密度是通过下述公式计算得到的：

74、ρ＝(1-φ)ρs+φs1ρf1+φ(1-s1)ρf2

75、式中，ρ、ρs、ρf1、ρf2分别表示饱和流体1和流体2的介质的密度、固体基质的密度、流体1的密度、流体2的密度，φ表示总孔隙度，s1表示流体1的饱和度。

76、第二方面，本发明提供一种基于双尺度流体流动的波传播参数计算装置，包括：

77、动态体积模量模块，用于基于岩石固体基质、岩石骨架和流体的体积模量，计算得到硬孔隙中流体的动态体积模量和软孔隙中流体的动态体积模量；

78、干燥软孔隙模块，用于基于岩石固体基质的体积模量和剪切模量，计算得到干燥条件下只含软孔隙的岩石的体积模量；

79、饱和软孔隙模块，用于基于所述软孔隙中流体的动态体积模量和所述干燥条件下只含软孔隙的岩石的体积模量，计算得到饱和条件下只含软孔隙的岩石的体积模量；

80、喷射流模型模块，用于基于岩石固体基质、岩石骨架和流体的体积模量，利用喷射流模型计算得到饱和条件下同时含硬孔隙和软孔隙的岩石的体积模量；

81、修正体积模量模块，用于基于所述硬孔隙中流体的动态体积模量、所述饱和条件下只含软孔隙的岩石的体积模量和所述饱和条件下同时含硬孔隙和软孔隙的岩石的体积模量，计算得到修正后的岩石骨架的体积模量；

82、修正剪切模量模块，用于基于所述修正后的岩石骨架的体积模量，计算得到修正后的岩石骨架的剪切模量；

83、斑块饱和模型模块，用于将所述修正后的岩石骨架的体积模量和所述修正后的岩石骨架的剪切模量代入斑块饱和模型中进行计算，得到波传播参数。

84、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现如上述第一方面所描述的基于双尺度流体流动的波传播参数计算方法。

85、第四方面，本发明实施例提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现如上述第一方面所描述的基于双尺度流体流动的波传播参数计算方法。

86、第五方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现如上述第一方面所描述的基于双尺度流体流动的波传播参数计算方法。

87、本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

88、本发明提供一种基于双尺度流体流动的波传播参数计算方法，基于岩石固体基质、岩石骨架和流体的体积模量，计算得到硬孔隙和软孔隙中流体的动态体积模量，并利用喷射流模型计算得到饱和条件下同时含硬孔隙和软孔隙的岩石的体积模量，基于岩石固体基质的体积模量和剪切模量，计算得到干燥条件下岩石的体积模量，基于软孔隙中流体的动态体积模量和干燥条件下岩石的体积模量，计算得到饱和条件下只含软孔隙的岩石的体积模量，基于硬孔隙中流体的动态体积模量、饱和条件下只含软孔隙的岩石的体积模量和饱和条件下同时含硬孔隙和软孔隙的岩石的体积模量，计算得到修正后的岩石骨架的体积模量和剪切模量，将修正后的岩石骨架的体积模量和剪切模量代入斑块饱和模型中进行计算，得到波传播参数。本发明基于硬孔隙中流体的动态体积模量、饱和条件下只含软孔隙的岩石的体积模量和饱和条件下同时含硬孔隙和软孔隙的岩石的体积模量，对岩石骨架的体积模量和剪切模量进行了修正，修正过程中将微观尺度的影响通过喷射流模型考虑到岩石骨架中，用这种考虑了微观尺度效应的岩石骨架的体积模量和剪切模量替代原始的岩石骨架的体积模量和剪切模量，带入到斑块饱和模型即介观尺度模型中进行计算，这样就综合考虑了微观尺度与介观尺度的流体流动，基于这两种尺度流体流动的波传播参数的计算方法，能够准确计算地震波传播参数，为获得准确的地震正演数据提供基础，还可以对叠前反演目标靶区的储层参数进行定量预测，提高地震解释精度，准确识别流体性质，为深部和非常规储层油气勘探开发提供重要的油气识别和定量预测技术储备。