含气介质临界点、流体和骨架弹性参数的数值计算方法

目前临界孔隙度及孔隙介质的研究主要为测试分析的实验方法,如何运用数值计算方法求取孔隙流体介质临界点和组分弹性参数一直是备受关注的课题.本文提出了求取孔隙介质临界点、孔隙内流体和骨架弹性参数的数值计算公式及方法,并结合含气样品测试数据实现了这种数值计算.文章首先给出了3个包含孔隙度的线性方程,通过有机组合每个线性方程中的两个系数得到求取有关弹性参数的数值计算公式.然后,详细阐述了计算的方法和步骤以及需要注意的问题,把室内含气砂岩样品实测的综合介质密度、纵波速度和横波速度作为数值计算的输入数据,求得了临界点和流体及骨架等相关弹性参数的具体数值.通过比较分析本文数学方法求得的计算数据与实验方法测得的实测数据,表明了该数值计算公式的正确性和数值实现方法的有效性.     

储层弹性与物性参数地震叠前同步反演的确定性优化方法

储层弹性与物性参数可直接应用于储层岩性预测和流体识别,是储层综合评价和油气藏精细描述的基本要素之一.现有的储层弹性与物性参数地震同步反演方法大都基于Gassmann方程,使用地震叠前数据,通过随机优化方法反演储层弹性与物性参数;或基于Wyllie方程,使用地震叠后数据,通过确定性优化方法反演储层弹性与物性参数.本文提出一种基于Gassmann方程、通过确定性优化方法开展储层弹性和物性参数地震叠前反演的方法,该方法利用Gassmann方程建立储层物性参数与叠前地震观测数据之间的联系,在贝叶斯反演框架下以储层弹性与物性参数的联合后验概率为目标函数,通过将目标函数的梯度用泰勒公式展开得到储层弹性与物性参数联合的方程组,其中储层弹性参数对物性参数的梯度用差分形式表示,最后通过共轭梯度算法迭代求解得到储层弹性与物性参数的最优解.理论试算与实际资料反演结果证明了方法的可行性.     

基于页岩线性岩石物理模型的TOC反演方法研究

总有机碳含量(TOC)是评价页岩有机质丰度和生烃能力的重要指标.常规TOC预测方法是通过对弹性参数体(例如密度反演体)进行线性拟合得到的,该方法具有地区经验性,并且缺乏有效的理论支撑.针对此问题,本文以岩石物理驱动的物性参数反演作为技术手段,首先对典型页岩的矿物组分以及孔隙流体特征进行分析,得出影响页岩弹性参数变化的四个主要因素分别是等效脆性矿物体积分数、黏土体积分数、TOC以及总孔隙度,进而可有效减少待反演参数个数,提高物性参数反演算法的可行性.在此基础上,将Grana提出的线性化岩石物理模型推广至页岩,建立线性化页岩岩石物理模型,并在贝叶斯理论框架下建立页岩物性参数反演,实现从弹性参数反演体直接提取TOC、总孔隙度以及等效脆性矿物体积分数等多个页岩物性参数,为后续的页岩气甜点(最佳的页岩气勘探与开发的区域或层位)评价提供可靠的数据支撑.模型数据和实际数据测试验证了该反演算法的有效性.     

陆面组分温度的综合反演研究

以行播冬小麦为例, 深入研究了陆面目标组分温度的反演方法. 结果表明:行播作物结构模式的选择能够显著地影响组分温度的反演精度, 适当选择行播作物的结构模式对提高反演稳定性有重要意义. 认为矩阵求逆反演与迭代反演相结合是一种较为稳健的、适于陆面目标的组分温度反演方法. 模拟试验和野外地面实验验证结果都显示, 利用综合反演方法可以显著提高土壤光照面和植被顶层温度的反演精度, 并明显增强组分温度反演的稳定性. 采用的多角度多波段热红外遥感大气效应纠正只需要两个基本参数:大气透过率和大气上行辐射亮度. 如果它们能与地表组分温度协同反演, 则可实现真正意义上的精确大气纠正. 通过对ATSRII数据的反演实验, 基本上证实这一方法的可行性.     

骨架、流体信息反演统计方法应用

地震数据资料、岩石物理学和数学上统计方法的结合,有助于定量解析地震数据资料,减少岩石骨架、流体信息预测的风险性.本文基于典型砂岩样品(韩德华的P组砂岩样品)数据,把临界孔隙流体介质模型和数学统计方法相结合,从可测的岩石整体密度速度信息直接反演岩石骨架和流体的密度、速度信息,所得反演信息符合实际情况,证明了方法的可行性....     

基于波动方程的叠前地震反演

随着地震勘探和开发的不断深入,面向地质目标的精细储层预测技术变得越来越重要.由于透射损失、层间多次波、波模式转换以及随机噪声等的影响,观测地震数据和待反演的地下介质属性之间呈现出很强的非线性.考虑到这些非线性,本文基于积分波动方程开展叠前地震反演,从观测地震数据中恢复出介质属性和整体波场,其中反演参数是波动方程中的压缩系数、剪切柔度和密度的对比度,相比于常规线性AVO反演的波阻抗弹性参数,它们对流体指示有更强的敏感性.在反演过程中,从平滑的低频背景场出发,交替迭代求解数据方程和目标方程.采用乘性正则化方法于共轭梯度框架下求解反演参数,采用优化的散射级数Neumann序列获得整体波场,这种方法不易陷入局部极值,能收敛到正确解.测井资料和典型山前带模型测试表明,利用上述反演方法能获得高分辨率的深度域地下介质属性,可直接进行储层预测和解释.     

叠前地震数据弹性参数反演及反演策略浅析

反演本质上具有不适定性,在反演过程中采用一定的策略很有必要.本文采用反射率法正演、共轭梯度法反演的正反演体系,从不同频带数据的最佳收敛步长、目标函数的组成等方面对反演的影响进行了探讨.在此基础上采用分频反演、分层反演及变权重目标函数的策略,利用海上测井弹性参数模型对地震叠前波形数据进行了弹性参数反演试验.通过对反演结果的分析指出对反演的中间结果进行质量评估和质量控制的必要性.     

基于弹性波全波形反演的主被动源多分量混采地震数据速度建模

在常规地震采集中,被动源地震波场往往被视为噪声而去除,这就造成了部分有用信息的丢失.在目标区进行主动源和被动源弹性波地震数据的多分量混合采集,并对两种数据进行联合应用,使其在照明和频带上优势互补,能显著提高成像和反演的质量.本文针对两种不同类型的主被动源混采地震数据,分别提出了相应的联合全波形反演方法.首先,针对主动源与瞬态被动源弹性波混采地震数据,为充分利用被动源对深部照明的优势,同时有效压制被动震源点附近的成像异常值,提出了基于动态随机组合的弹性波被动源照明补偿反演策略.然后,针对低频缺失主动源与背景噪声型被动源弹性波混采地震数据,为充分利用被动源波场携带的低频信息,并避免对被动源的定位和子波估计,提出了基于地震干涉与不依赖子波算法的弹性波主被动源串联反演策略.最后,分别将两种方法在Marmousi模型上进行反演测试.结果说明,综合利用主动源和被动源弹性波混采地震数据,不仅能增强深部弹性参数反演效果,还能更好地构建弹性参数模型的宏观结构,并有助于缓解常规弹性波全波形反演的跳周问题.     

黏弹性双相介质参数反演的同伦方法

本文以介质的动态时域响应（位移、速度、加速度）作为反演的依据,对黏弹性双相介质的材料参数进行了反分析研究.根据附加条件,并考虑到由于测量误差和测量数据的不充分造成的反演问题的不适定性,将黏弹性双相介质的参数反演问题转化为非线性泛函的极小值问题,然后应用大范围收敛的同伦方法求出使泛函极小的根作为反问题的解.最后,以二维半空间黏弹性双相介质模型为例进行了数值反演分析,数值结果表明本文方法在参数的反演过程中目标函数稳定收敛,且具有一定的抗“噪声”干扰性能;与利用速度和加速度信息反演的结果相比,利用位移信息反演的结果具有较高的精度和抗噪声能力.     

页岩储层叠前密度稳定反演方法

密度参数是页岩储层评价的重要敏感参数,但通常认为准确获得密度信息难度较大.本文探索提出了一种稳定的基于弹性阻抗的叠前密度反演方法,以提高优质页岩的识别精度.首先,基于不同的参数化弹性阻抗方程开展密度敏感性分析,优选了敏感性最高的Aki-Richards近似弹性阻抗方程作为反演方程.然后,在弹性阻抗方程线性化的基础上,假设反演方程系数矩阵的逆存在,将密度(取对数)表示为多个角度弹性阻抗(取对数)的加权和,通过井旁道弹性阻抗反演结果与测井数据的回归求取加权系数,避免了常规反演方法对大型系数矩阵的求逆计算,从而提高了密度反演的稳定性,同时由于利用测井资料作为匹配目标,密度反演的精度也得到了提高.模型试算和涪陵页岩气田的实际资料应用实践均表明了该方法能够有效地提高密度反演的精度与稳定性.     

岩石孔隙结构的地震信号特征

岩石孔隙结构是控制砂岩和碳酸盐岩的地震波速度和渗透率的重要参数之一。如果两种类似的岩石其孔隙度一定,而渗透率不同,那么它们的声波速度相差2km/s,而渗透率两者则可能相差近6个数量级,即从0.01mD到20mO。在本文中我们总结了由一个广义孔隙弹性理论简化的一个双参数弹性速度模型，以描述孔隙结构对弹性波的影响。由于矿物和储层的流体是给定的,我们用孔隙度和骨架的柔性(挠性)因子来确定速度模型,这个模型可以用于地震反演和储层表征,已改善孔隙度和储量的计算骨架柔性因子可用于岩石结构(PST)类型的定量分类,并可以利用叠前、叠后的两种地震资料将其与孔隙的连通性和渗透率联系起来。本项研究同时也有助于说明为什么振幅与偏移距(AVO)分析用于流体检测在某些情况下失败。这是由于孔隙结构对地震波的影响能够掩盖所有流体效应，特别是在碳酸岩中。     

地下固体介质弹性模量反演

地下固体介质弹性模量是固体地球定量表征的重要参数,是探测地球内部结构、地下流体分布、设计合理工程方案的关键之一.本文首先简要分析常用的流体饱和孔隙介质岩石物理模型,在此基础上通过数值计算,详细讨论了流体饱和多孔介质等效弹性模量对固体基质、孔隙度、孔隙结构和孔隙流体的敏感性,探讨了利用等效介质弹性模量反演固体基质弹性模量的可行性,建立了固体基质弹性模量的非线性方程系统,提出了该方程系统的数值迭代求解方法,并通过对三类岩石样本实验室测量数据的反演和结果分析,验证了方法的有效性.文中同时通过不同条件下对实验数据的反演,探讨了孔隙结构、孔隙流体和等效介质弹性模量对反演效果的影响,为方法的合理有效应用提供依据.     

Rock physics modeling of heterogeneous carbonatereservoirs： porosity estimation and hydrocarbon detection

In heterogeneous natural gas reservoirs, gas is generally present as small patch-like pockets embedded in the water-saturated host matrix. This type of heterogeneity, alsocalled ＂patchy saturation＂, causes significant seismic velocity dispersion and attenuation. Toestablish the relation between seismic response and type of fluids, we designed a rock physicsmodel for carbonates. First, we performed CT scanning and analysis of the fluid distributionin the partially saturated rocks. Then, we predicted the quantitative relation between the waveresponse at different frequency ranges and the basic lithological properties and pore fluids.A rock physics template was constructed based on thin section analysis of pore structuresand seismic inversion. This approach was applied to the limestone gas reservoirs of the rightbank block of the Amu Darya River. Based on poststack wave impedance and prestack elasticparameter inversions, the seismic data were used to estimate rock porosity and gas saturation.The model results were in ~ood a~reement with the production regime of the wells.     

Joint PP‐ and PSV‐wave amplitudes versus offset and azimuth inversion for fracture compliances in horizontal transversely isotropic media

We propose a robust approach for the joint inversion of PP‐ and PSV‐wave angle gathers along different azimuths for the elastic properties of the homogeneous isotropic host rock and excess compliances due to the presence of fractures. Motivated by the expression of fluid content indicator in fractured reservoirs and the sensitivity of Lamé impedances to fluid type, we derive PP‐ and PSV‐wave reflection coefficients in terms of Lamé impedances, density, and fracture compliances for an interface separating two horizontal transversely isotropic media. Following a Bayesian framework, we construct an objective function that includes initial models. We employ the iteratively reweighted least‐squares algorithm to solve the inversion problem to estimate unknown parameters (i.e., Lamé impedances, density, and fracture compliances) from PP‐ and PSV‐wave angle gathers along different azimuths. Synthetic tests reveal that the unknown parameters estimated using the joint inversion approach match true values better than those estimated using a PP‐wave amplitude inversion only. A real data test indicates that reasonable results for subsurface fracture detection are obtained from the joint inversion approach.     

礁滩储层内部孔隙结构模型模拟与孔隙度预测

地下岩石是由岩石基质和孔隙流体组成的双相介质,其有效弹性参数受岩石基质、孔隙度、孔隙结构及孔隙流体的影响,因此为了得到孔隙度与岩石有效弹性参数之间的关系,必须消除其他因素对孔隙度的影响.本文首先引进等效体的概念和Eshelby椭球包体裂缝理论,然后在合理的假设前提下,运用Gassman流体替换方程,推导并建立了生物礁滩...     

非均质天然气藏的岩石物理模型及含气饱和度反演

非均质气藏中,天然气一般呈"斑块状"分布于含水岩石内部,这种非均匀分布特征会导致地震波显著的频散与衰减现象.为发展适用于碳酸盐岩储层中流体检测的岩石物理模型,本文基于Biot-Rayleigh波动方程,实现了对非饱和岩石的多尺度理论建模,预测了不同尺度下波响应与岩性、流体间的定量联系.将此项建模技术应用于阿姆河右岸的灰岩气藏,给出了多尺度的岩石物理学图板.通过与实验数据、测井精细解释结果及地震数据的对比分析,本文论证了图板的正确性与可适用性.结合叠后波阻抗反演与叠前弹性参数反演,基于地震资料进行了储层含气饱和度与孔隙度的反演,反演结果与各井实际的产气情况吻合.     

多孔可变临界孔隙度模型及储层孔隙结构表征

碳酸盐岩、致密砂岩和页岩等储层具有孔隙类型多样、孔隙结构复杂和非均质性强等特征,属于典型的多重孔隙储层,孔隙结构表征是多重孔隙储层预测和流体识别的关键.现有的孔隙结构表征方法大多利用孔隙纵横比或者构建一种新参数来描述孔隙结构.岩石临界孔隙度模型是一种常用的岩石物理模型,具有一定的物理意义和地质含义.本文推导了岩石临界孔隙度与岩石孔隙结构(孔隙纵横比)之间的关系,进而利用极化(形状)因子建立临界孔隙度与弹性参数之间的关系,构建了能够包含多种孔隙类型的多孔可变临界孔隙度模型.利用多孔可变临界孔隙度模型由储层的弹性参数反演不同孔隙类型的体积含量.实验室测量数据和实际测井数据表明,多孔可变临界孔隙度模型能够适用于多重孔隙储层岩石物理建模和孔隙结构表征.     

Azimuthally pre-stack seismic inversion for orthorhombic anisotropy driven by rock physics

Based on the long-wavelength approximation, a set of parallel vertical fractures embedded in periodic thin interbeds can be regarded as an equivalent orthorhombic medium. Rock physics is the basis for constructing the relationship between fracture parameters and seismic response. Seismic scattering is an effective way to inverse anisotropic parameters. In this study, we propose a reliable method for predicting the Thomsen’s weak anisotropic parameters and fracture weaknesses in an orthorhombic fractured reservoir using azimuthal pre-stack seismic data. First, considering the influence of fluid substitution in mineral matrix, porosity, fractures and anisotropic rocks, we estimate the orthorhombic anisotropic stiffness coefficients by constructing an equivalent rock physics model for fractured rocks. Further, we predict the logging elastic parameters, Thomsen’s weak parameters, and fracture weaknesses to provide the initial model constraints for the seismic inversion. Then, we derive the P-wave reflection coefficient equation for the inversion of Thomsen’s weak anisotropic parameters and fracture weaknesses. Cauchy-sparse and smoothing-model constraint regularization taken into account in a Bayesian framework, we finally develop a method of amplitude variation with angles of incidence and azimuth (AVAZ) inversion for Thomsen’s weak anisotropic parameters and fracture weaknesses, and the model parameters are estimated by using the nonlinear iteratively reweighted least squares (IRLS) strategy. Both synthetic and real examples show that the method can directly estimate the orthorhombic characteristic parameters from the azimuthally pre-stack seismic data, which provides a reliable seismic inversion method for predicting Thomsen’s weak anisotropic parameters and fracture weaknesses.     

复杂孔隙储层三维岩石物理模版

复杂孔隙储层往往同时发育孔缝洞等多种孔隙类型,这种孔隙结构的复杂性使得岩石的速度与孔隙度之间的相关性很差.经典的二维岩石物理模版只研究弹性参数与孔隙度和饱和度之间的定量关系,而不考虑孔隙结构的影响,用这样的模版来预测复杂孔隙储层的物性参数时带来很大偏差.本文首先证明多重孔隙岩石的干骨架弹性参数可以用一个等效孔隙纵横比的单重孔隙岩石物理模型来模拟;进而基于等效介质岩石物理理论和Gassmann方程,建立一个全新的三维岩石物理模版,用它来建立复杂孔隙岩石的弹性性质与孔隙扁度及孔隙度和饱和度之间的定量关系;在此基础上,预测复杂储层的孔隙扁度、孔隙度以及孔隙中所包含的流体饱和度.实际测井和地震反演数据试验表明,三维岩石物理模版可有效提高复杂孔隙储层参数的预测精度.