裂缝型储层的地震波场模拟方法

1.本说明书涉及石油、天然气地震勘探技术领域，特别地，涉及一种裂缝型储层的地震波场模拟方法。


背景技术：

2.裂缝研究在非常规或致密岩层勘探开发扮演着至关重要的作用，因为其不仅仅扮演着油气资源的聚集空间，同时其也是储层中的主要渗流通道。不同岩性的裂缝油气藏在我国的大庆、长庆、四川等各个主要的油气田中均有发现，在今后的很长的一段时间内，其都会成为我国油气资源主要的增长点。裂缝型储层相比于常规储层来说，其背景孔隙度低、孔隙结构复杂，而这种复杂的孔隙结构不仅影响着储层的水动力效应，同时，裂缝的存在对于储层的弹性性质有着很大的影响，影响着经过介质的地震波形态的变化。


技术实现要素：

3.本说明书实施例的目的在于提供一种裂缝型储层的地震波场模拟方法，可以大幅提高地震波场模拟的准确性，进而提高对目标储层的地质结构认识的准确性。
4.本说明书提供一种裂缝型储层的地震波场模拟方法是包括如下方式实现的：
5.一种裂缝型储层的地震波场模拟方法，所述方法包括：获取目标储层的实测地质数据；利用倾斜裂缝岩石物理模型对所述实测地质数据进行处理，得到含中观尺度裂缝的弹性参数数据；将所述含中观尺度裂缝的弹性参数数据及所述目标储层在大尺度裂缝下的弹性参数数据投影至地质网格模型中，得到所述目标储层在多尺度裂缝下的弹性参数分布模型；基于所述多尺度裂缝下的弹性参数分布模型确定所述目标储层的地震波场数据。
6.另一方面，本说明书实施例还提供一种裂缝型储层的地震波场模拟模块，所述模块包括：获取单元，用于获取目标储层的实测地质数据；弹性数据确定单元，用于利用倾斜裂缝岩石物理模型对所述实测地质数据进行处理，得到含中观尺度裂缝的弹性参数数据；投影单元，用于将所述含中观尺度裂缝的弹性参数数据及所述目标储层在大尺度裂缝下的弹性参数数据投影至地质网格模型中，得到所述目标储层在多尺度裂缝下的弹性参数分布模型；地震波场确定单元，用于基于所述多尺度裂缝下的弹性参数分布模型确定所述目标储层的地震波场数据。
7.一种电子设备，所述电子设备包括至少一个处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现上述任意一个或者多个实施例所述方法的步骤。
8.本说明书一个或多个实施例提供的裂缝型储层的地震波场模拟方法，通过综合考虑大小裂缝以及裂缝的倾角、密度等来确定地震波场传播形态，可以大幅提高地震波场传播形态确定的准确性。同时，还可以基于裂缝倾角、密度与地震波场之间的传播规律，准确反推出目标储层的实际复杂地质构造，提高对目标储层的复杂地质构造认识的准确性，进而提高石油、天然气勘探的准确性。同时，进一步基于各向异性波动方程进行地震波场的正
演处理，可以使得地震波场的正演结果更符合实际地层条件，使得合成地震记录更符合目标储层的地质构造。
附图说明
9.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
10.图1为本说明书提供的水平裂缝模型示意图；
11.图2为本说明书提供的倾斜裂缝示意图；
12.图3(a)、图3(b)分别为本说明书提供的不同裂缝倾角下横波速度、纵波速度随裂缝密度的变化趋势示意图；
13.图4为本说明书提供的地震波场确定的流程示意图；
14.图5为本说明书提供的网格点离散示意图；
15.图6为本说明书提供的储层地质模型示意图；
16.图7为本说明书提供的3d观测系统示意图；
17.图8为本说明书提供的不同时刻的x
‑
z切片上的波场快照示意图；
18.图9为本说明书提供的不同偏移距下的地震记录示意图；
19.图10为本说明书提供的偏移距为20m和200m时的地震波形示意图；
20.图11为本说明书提供的去除直达波与第一层界面反射波后的地震波形示意图；
21.图12为本说明书提供的一种裂缝型储层的地震波场确定方法的流程示意图；
22.图13为本说明书提供的一种的裂缝型储层的地震波场确定模型的结构示意图。
具体实施方式
23.为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书实施例方案保护的范围。
24.本说明书提供的一个场景示例中，所述裂缝型储层的地震波场模拟定方法可以应用于电子设备，所述电子设备可以包括计算机、服务器等。所述电子设备可以获取目标储层的实测地质数据。所述实测地质数据如可以从目标储层中的测井数据中提取得到。然后，电子设备还可以利用预先构建的地震波场正演方式对实测地质数据进行处理，得到目标储层的地震波场数据，以基于所述地震波场数据分析裂缝型储层的构造。
25.所述电子设备可以预先构建倾斜裂缝岩石物理模型，以利用该倾斜裂缝岩石物理模型确定含中观尺度裂缝的弹性参数数据。假设各向同性介质中存在一组平行的硬币状裂缝，裂缝结构如图1所示，则裂缝柔度z可以表示为：
[0026][0027]
其中，z
n
表示裂缝法向柔度，z
t
表示裂缝切向柔度；
[0028][0029]
公式中，λ，μ表示各向同性背景介质中的拉梅常数，e表示裂缝密度，e＝na3/v，e是参考体积v内裂缝半径a和裂缝个数n的函数。
[0030]
同样，硬币状裂缝的裂缝柔度表达式还可以用另外一种公式(3)来推导。
[0031][0032]
公式中，n是裂缝的法向方向向量，当裂缝是水平裂缝时，n＝(0,0,1)；b是裂缝的位移张量，i、j、k、l取值为1、2、3。
[0033]
对比公式(1)和公式(3)，可以求解出b：
[0034][0035]
如图2所示，当裂缝与水平面成一定角度θ时(其中，各向同性平面为x1‑
x2平面)，方向向量变成n＝(0,
‑
sinθ,cosθ)，结合公式(3)可以推导出倾斜裂缝的柔度表达式z
fractutre
。
[0036][0037]
对于整个储层介质来说，储层介质的柔度可以看成是背景柔度和裂缝柔度之和，对其求逆得到介质的刚度系数。
[0038]
c
eff
＝(m
background
+z
fractutre
)
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0039]
其中，c
eff
是介质的刚度系数，m
background
是背景柔度，z
fracture
是裂缝柔度。
[0040]
针对各向异性孔隙岩石介质，可以使用各向异性gassmann方程进行流体替换，替换公式可表示为：
[0041]
[0042][0043][0044][0045]
式中，代表饱和介质的刚度系数；c
eff
代表是介质在干燥状态下的刚度系数；表示为各向异性介质的孔隙空间模量；k
*
表示广义的干岩石体积模量；k0表示基质的体积模量，φ是介质孔隙度，β
m
、β
n
为有效应力系数，k
f
代表流体体积模量。
[0046]
以上完成了倾斜裂缝岩石物理模型的建模过程，得到了饱和介质的刚度系数可以使用刚度系数的矩阵中的c
33
和c
44
与密度比值的算数平方根来计算垂直地震波速度。图3(a)和图3(b)展示了裂缝密度和裂缝倾角对于垂直地震波速度的影响。
[0047]
从图3(a)中可以看出，不同裂缝倾角下的横波速度随裂缝密度的增大而逐渐减小，裂缝倾角越大，速度减小趋势越缓；图3(b)中表明不同裂缝倾角下的纵波速度随裂缝密度的变化情况不尽相同，随着裂缝倾角的增大，纵波速度随裂缝密度的减小趋势逐渐变缓，当裂缝倾角为90
°
时，纵波速度不随着裂缝密度的增大而减小。
[0048]
电子设备可以利用上述预先构建的倾斜裂缝岩石物理模型对目标储层的实测地质数据进行处理，得到目标储层的含中观尺度裂缝的弹性参数数据。其中，所述目标储层即为上述饱和介质。如图4所示，可以从测井数据中提取孔隙度、裂缝性质表征数据、岩性、速度信息等，输入倾斜裂缝岩石物理模型中，得到目标储层的含中观尺度裂缝的弹性参数数据。相应的，所述弹性参数数据可以为刚度系数。并将含中观尺度裂缝的弹性参数数据投影至地质网格模型。
[0049]
所述地质网格模型为对目标储层进行三维网格化处理得到的三维网格模型。可以将从测井数据中提取得到的中观尺度裂缝的裂缝密度、裂缝半径、裂缝倾角等裂缝性质数据及大尺度裂缝的长度、厚度、倾角等数据，将中观尺度裂缝及大尺度裂缝的上述数据及目标储层的其他地质数据投影至三维网格模型中，得到用于初步模拟目标储层的地质构造的地质网格模型。
[0050]
优选的，所述地质网格模型网格尺度可以基于所述目标储层的裂缝复杂度确定。可以对复杂地质构造区域进行细网格划分，如对裂缝分布较多或分布特征较为复杂的地区进行细网格划分，对其他地质区域进行粗网格划分，如图5所示。基于裂缝复杂度进行网格尺度的确定，可以提高裂缝分布较多或特征较为复杂的区域的计算精度，进而在保证整体计算效率的基础上，提高地震波场整体确定的准确性。
[0051]
电子设备还可以从测井数据中提取大断裂裂缝的长度、厚度信息，将大断裂裂缝等价为均匀夹层，确定目标储层在大尺度裂缝下的弹性参数数据。所述弹性参数数据如可以包括刚度系数。大尺度裂缝下的弹性参数数据的确定方式可以参考现有技术实施，这里不做赘述。并将大尺度裂缝下的弹性参数数据也投影至地质网格模型中，从而得到目标储层在多尺度裂缝下的弹性参数分布模型。
[0052]
电子设备可以利用各向异性波动方程进行正演处理，以进一步提高地震波场确定的准确性。
[0053]
在各向异性介质中，应变与位移的关系为：
[0054][0055][0056]
在各向异性介质中，弹性系数张量与空间方向有关，应力
‑
应变关系非常复杂，通常使用弹性系数矩阵表示，据hooke定律，常见的各向异性介质中的应变与位移关系可表示为：
[0057][0058]
段于是，各向异性介质中的运动方程为：
[0059][0060]
其中，e表示应变，σ表示应力，ρ表示密度，t表示时间，u＝(u
x
，u
y
，u
z
)
t
表示位移矢量，f＝(f
x
，f
y
，f
z
)
t
表示外力矢量，v＝(v
x
，v
y
，v
z
)
t
表示速度矢量，x、y、z表示三维模型的方向，c
mn
(m、n的取值为1、2、3、4、5、6)为刚度系数矩阵中各元素的值。于是，将式(11)和(12)代人式(13)后，与式(14)一起构成各向异性介质中的一阶应力
‑
速度弹性波方程：
[0061]
[0062][0063]
然后，可以基于目标储层在多尺度裂缝下的弹性参数分布模型，利用有限差分方法对所述各向异性波动方程进行求解，得到所述目标储层的地震波场数据。如可以利用有限差分法将公式(15)和(16)进行离散，以模拟地震波在各向异性介质中的传播。
[0064]
有限差分中的交错网格高阶差分方法具有更高的数值模拟精度并且可以有效地压制数值频散。但是常规的交错网格有限差分法是采用固定的网格步长对背景速度进行网格离散，对于复杂地质构造或者地质体来讲，为了提高模拟精度，就必须对整个复杂介质采用细网格离散，这样会导致计算量的激增。而利用本场景示例提供的上述方式，在复杂地质构造区域使用细网格计算，其余区域采用粗网格计算，可以在保证地震波场确定的准确性的同时，进一步降低整体求解效率。
[0065]
为了检验上述方法的应用效果，本场景示例进一步通过设计一个数值模型来对比不同裂缝结构对于地震波波长的影响效果。其模型结构性质如图6所示，各个层的弹性性质如表1所示。
[0066]
表1
[0067][0068]
利用上述的模型，建立一个3d层状，模型大小为1000m
×
100m
×
500m。观测系统如图7示。白色虚线框所在部分为裂缝带与倾斜断裂所在区域，在这个区域采用0.4m
×
0.4m的
小尺度网格步长，其他区域采用2m
×
2m的大尺度网格步长。在模拟时选用主频为50hz雷克子波，将炮点放置在x
‑
y面中心，深度为100m，爆炸震源，检波点与炮点放置在同一深度(避开吸收边界)，每个检波点之间的距离为10m，最小偏移距为10m，最大偏移距为400m。
[0069]
图8是不同时刻的x
‑
z切片上的波场快照。图9为接收点接收到的压力场的地震记录。图10是偏移距为20m和200m时地震波形，图11为去除直达波与第一层界面反射波后的地震波形。从图11中可以看出，在炮点两侧相同偏移距的接收点接收到的直达波与第一层界面反射波一致，因为地震波在相同介质中传播；接收点接收到的第二层界面的反射波出现差异，这是由于灰岩中的微裂隙与裂缝所导致的，并且在偏移距较小时反射波差异大于偏移距较大时反射波差异。
[0070]
由此可见，实际储层中的大小裂缝均对地震波波形产生较大的影响，且裂缝的倾角、密度等对地震波形的影响具有一定的规律性。本场景示例通过综合考虑大小裂缝以及裂缝的倾角、密度等来模拟地震波场传播形态，可以大幅提高地震波场传播形态确定的准确性，再基于裂缝倾角、密度与地震波场之间的传播规律，可以准确反推出目标储层的实际复杂地质构造，提高对目标储层的复杂地质构造认识的准确性，进而提高石油、天然气勘探的准确性。同时，本场景示例基于各向异性波动方程进行地震波场的正演处理，可以使得地震波场的正演结果更符合实际地层条件，使得合成地震记录更符合目标储层的地质构造。
[0071]
基于上述场景示例，本说明书实施例还提供一种裂缝型储层的地震波场模拟方法。所述方法可以应用于所述电子设备，如图12所示，所述方法可以包括如下步骤。
[0072]
s120：获取目标储层的实测地质数据。
[0073]
所述目标储层可以为待地震波场分析的任意石油或天然气勘探储层。所述实测地质数据可以为利用目标储层中布设的测井所测的数据。所述实测地质数据中所包含的数据类型可以根据实际需要确定。如在确定含中观尺度裂缝的弹性参数数据时，可以提取孔隙度、测井附近的裂缝性质(如厚度、半径、倾斜角等)、岩性、速度信息等数据。如在确定含大尺度裂缝的弹性参数数据时，可以提取裂缝的长度、厚度信息等数据。当然，上述数据类型仅为举例说明，并不构成对实测地质数据类型的直接限定。
[0074]
s122：利用倾斜裂缝岩石物理模型对所述实测地质数据进行处理，得到含中观尺度裂缝的弹性参数数据。
[0075]
电子设备可以依据上述场景示例所提供的方式预先构建倾斜裂缝岩石物理模型，并进行存储。优选的，所述倾斜裂缝岩石物理模型可以包括：
[0076]
其中，
[0077][0078]
表示目标储层的刚度系数，c
eff
表示目标储层在干燥状态下的刚度系数；表
示孔隙空间模量，β
m
、β
n
为有效应力系数，m
background
为背景柔度，z
fracture
为裂缝柔度，θ为裂缝与水平面所成的角度，z
n
为裂缝法向柔度，z
t
为裂缝切向柔度。
[0079]
所述裂缝法向柔度及所述裂缝切向柔度可以采用下述方式确定：
[0080][0081][0082]
其中，λ、μ为各向同性背景介质中的拉梅常数，e表示裂缝密度，e＝na3/v，v表示参考体积，a表示裂缝半径，n表示参考体积v内的裂缝个数。
[0083]
在获取目标储层的实测地质数据后，电子设备可以调取倾斜裂缝岩石物理模型，以利用调取的倾斜裂缝岩石物理模型对所述实测地质数据进行处理，得到含中观尺度裂缝的弹性参数数据。
[0084]
s124：将所述含中观尺度裂缝的弹性参数数据及所述目标储层在大尺度裂缝下的弹性参数数据投影至地质网格模型中，得到所述目标储层在多尺度裂缝下的弹性参数分布模型。
[0085]
电子设备还可以依据上述场景示例所提供的方式构建所述目标储层对应的地质网格模型。优选的，所述地质网格模型的网格尺度可以基于所述目标储层的裂缝复杂度确定。并将所述含中观尺度裂缝的弹性参数数据投影至地质网格模型中。以及所述电子设备还可以提取目标储层在大尺度裂缝下的弹性参数数据，也投影至地质网格模型中。从而得到多尺度裂缝下的弹性参数分布模型，使得最终构建的模型更符合目标储层的实际地质构造，提高地震波场确定的准确性。
[0086]
s126：基于所述多尺度裂缝下的弹性参数分布模型确定所述目标储层的地震波场数据。
[0087]
电子设备可以基于所述多尺度裂缝下的弹性参数分布模型进行波动方程求解，得到所述目标储层的地震波场数据。优选的，可以基于所述多尺度裂缝下的弹性参数分布模型，利用有限差分方法求解各向异性波动方程，得到所述目标储层的地震波场数据。利用各向异性波动方程进行地震波场的正演处理，可以使得模拟得到的地震波场更符合目标储层的实际地层构造，进一步提高地震波场确定的准确性。
[0088]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。具体的可以参照前述相关处理相关实施例的描述，在此不做一一赘述。
[0089]
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0090]
基于上述实施例提供的方法，本说明书还提供一种裂缝型储层的地震波场模拟模块，应用于所述电子设备，如图13所示，所述模块可以包括：所述模块包括：获取单元130，用于获取目标储层的实测地质数据；弹性数据确定单元132，用于利用倾斜裂缝岩石物理模型
对所述实测地质数据进行处理，得到含中观尺度裂缝的弹性参数数据；投影单元134，用于将所述含中观尺度裂缝的弹性参数数据及所述目标储层在大尺度裂缝下的弹性参数数据投影至地质网格模型中，得到所述目标储层在多尺度裂缝下的弹性参数分布模型；地震波场确定单元136，用于基于所述多尺度裂缝下的弹性参数分布模型确定所述目标储层的地震波场数据。
[0091]
另一些实施例中，所述倾斜裂缝岩石物理模型包括：
[0092]
其中，
[0093][0094]
表示目标储层的刚度系数，c
eff
表示目标储层在干燥状态下的刚度系数；表示孔隙空间模量，β
m
、β
n
为有效应力系数，m
background
为背景柔度，z
fracture
为裂缝柔度，θ为裂缝与水平面所成的角度，z
n
为裂缝法向柔度，z
t
为裂缝切向柔度。
[0095]
另一些实施例中，所述地质网格模型的网格尺度基于所述目标储层的裂缝复杂度确定。
[0096]
另一些实施例中，所述地震波场确定单元136还用于基于所述多尺度裂缝下的弹性参数分布模型，利用有限差分方法求解各向异性波动方程，得到所述目标储层的地震波场数据。
[0097]
需要说明的，上述所述的模型根据上述实施例的描述还可以包括其他的实施方式。具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述，在此不作一一赘述。
[0098]
本说明书还提供一种电子设备，所述设备可以包括至少一个处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现包括上述任意一个或者多个实施例所述方法的步骤。所述电子设备可以为独立的设备，也可以集成于其他设备中。所述存储器可以包括用于存储信息的物理装置，通常是将信息数字化后再以利用电、磁或者光学等方式的媒体加以存储。所述存储介质有可以包括：利用电能方式存储信息的装置如，各式存储器，如ram、rom等；利用磁能方式存储信息的装置如，硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、u盘；利用光学方式存储信息的装置如，cd或dvd。当然，还有其他方式的可读存储介质，例如量子存储器、石墨烯存储器等等。
[0099]
需要说明的是，本说明书实施例并不局限于必须是符合标准数据模型/模板或本说明书实施例所描述的情况。某些行业标准或者使用自定义方式或实施例描述的实施基础上略加修改后的实施方案也可以实现上述实施例相同、等同或相近、或变形后可预料的实施效果。应用这些修改或变形后的数据获取、存储、判断、处理方式等获取的实施例，仍然可以属于本说明书的可选实施方案范围之内。
[0100]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部
分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述并不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0101]
以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。