一种基于岩石物理模型的砂岩基质矿物弹性模量反演方法与流程

本发明涉及石油地球物理勘探，具体涉及一种基于岩石物理模型的砂岩基质矿物弹性模量反演方法。

背景技术：

1、地下的岩石往往是多种基质矿物组成的，例如砂岩往往除了石英之外，还有泥质等其它矿物。岩石的弹性性质除了与基质矿物的体积含量、孔隙度、孔隙形状及固结胶结程度相关外，很大程度上还依赖于单个基质矿物的弹性模量。因此，在岩石物理建模过程中常常需要已知基质矿物(“纯矿物”，如石英、方解石和粘土)的弹性模量。

2、但是实验室测得的基质矿物弹性模量变化范围较大，石英体积模量范围可以在37gpa-44gpa之间，剪切模量在33gpa-48gpa之间；长石(斜长石)的体积模量为75.6gpa，剪切模量为25.6gpa，而正长石的模量分别为37.5gpa和15gpa；粘土的弹性模量变化范围更大，墨西哥湾粘土体积模量范围在21gpa-25gpa，剪切模量在7gpa-9gpa，vanorio等(2003)测得粘土体积模量范围为6-12gpa，剪切模量范围为4-6gpa。

3、因此在岩石物理建模过程中，基质矿物的弹性模量通常选用经验值，这些经验值是经过大量统计得到的数据，因地区不同而可能出现不适用性，对岩石物理建模造成误差，尤其是粘土的弹性模量变化范围大不确定性强，因此基质矿物弹性模量的确定十分重要。

4、专利cn102353989b公开了一种基于自适应基质矿物等效弹性模量反演的横波速度估算方法，包括如下步骤：①设定单个测井深度点的干岩石的泊松比和基质矿物的等效体积模量的取值范围和初始值；②采用两种不同的流体项计算方法从两个不同的角度对相同的流体项进行反演求解，反演出最优的干岩石的泊松比、基质矿物的等效体积模量和等效剪切模量；③采用简化的xu-white模型估算横波速度。该方法以基质矿物的等效弹性模量为研究对象，通过减小目标参数的个数，有效地提高了横波速度估算方法的精度和可靠性。

5、专利cn113688515a公开了一种非均匀致密砂岩地层干岩石骨架等效弹性模量的计算方法，包括：获取非均匀致密砂岩地层固体基质的等效弹性模量数据；计算非均匀致密砂岩地层流体混合物的等效体积模量数据；建立非均匀致密砂岩地层的流体饱和的岩石物理模型；获得非均匀致密砂岩地层孔隙结构参数；计算非均匀致密砂岩地层干岩石骨架弹性模量。该方法适用于具有非均匀孔隙结构的致密砂岩地层。

技术实现思路

1、本发明主要目的在于提供一种基于岩石物理模型的砂岩基质矿物弹性模量反演方法，本发明方法在提出岩石物理模型的基础上，应用非线性方法来反演砂岩基质矿物弹性模量，这样得到的砂岩基质矿物弹性模量更接近研究区目标层段真实储层特征。将反演得到的砂岩基质矿物弹性模量应用于横波预测，准确度更高。

2、为实现上述目的，本发明采用以上技术方案：

3、一种基于岩石物理模型的砂岩基质矿物弹性模量反演方法，包括以下步骤：获取研究区原始测井资料，计算岩石基质弹性模量、流体弹性模量和岩石骨架弹性模量；根据岩石基质弹性模量、流体弹性模量和岩石骨架弹性模量，应用gassmann方程计算砂岩流体饱和岩石弹性模量，构建反演的目标函数；应用非线性全局寻优算法求解反演目标函数，反演得到最优砂岩基质矿物质弹性模量。

4、进一步地，所述非线性全局寻优算法为模拟退火算法或遗传算法。

5、进一步地，所述方法还包括预测砂岩流体饱和岩石的纵波速度和横波速度，并与实际测量的纵波速度、横波速度进行比较，计算它们之间的误差；通过误差大小筛选最优的基质各组分的弹性模量。

6、进一步地，所述原始测井资料包括纵波时差、横波时差、密度以及由测井资料处理解释得到的孔隙度、泥质含量和流体饱和度曲线。

7、进一步地，根据原始流体饱和度曲线，利用wood方程计算混合流体的体积模量：

8、

9、式中，kf为混合流体的体积模量；koil，kgas，kwater分别为油、气、水的体积模量，是已知量；soil，sgas，swater分别为油、气、水的饱和度，是已知量，由测井曲线中得到。

10、进一步地，给定初始的岩石矿物模量，应用voigt-reuss-hill平均方法计算岩石基质弹性模量：

11、

12、

13、

14、

15、

16、

17、

18、式中，vshale为泥质含量，φ为孔隙度，是已知量，均可由测井曲线得到；kma，ksand，kshale分别是基质以及砂岩基质矿物组分和泥岩基质矿物组分的体积模量；μma，μsand，μshale分别是基质以及砂岩基质矿物组分和泥岩基质矿物组分的剪切模量。

19、进一步地，利用临界孔隙度模型，计算岩石骨架体积模量和剪切模量：

20、

21、

22、式中，φc为岩石的临界孔隙度，kdry，μdry分别为岩石骨架的体积模量和剪切模量。

23、进一步地，应用gassmann方程计算砂岩流体饱和岩石弹性模量：

24、

25、μsat＝μdry   (12)

26、式中，ksat，μsat为砂岩流体饱和岩石的体积模量和剪切模量。

27、进一步地，分别根据以下公式预测砂岩流体饱和岩石的纵波速度和横波速度：

28、

29、

30、式中，vp和vs分别为预测所得砂岩流体饱和岩石的纵波速度和横波速度，ρsat为砂岩饱和流体岩石的密度，ksat，μsat为砂岩流体饱和岩石的体积模量和剪切模量。

31、进一步地，计算预测得到的纵波速度、横波速度与实际测量的纵波速度、横波速度之间的误差，建立反演的目标函数为：

32、

33、式中，wp，ws为加权因子，wp+ws＝1。

34、应用非线性全局寻优算法(如遗传算法、模拟退火算法等)求解反演目标函数，反演得到最优砂岩基质矿物质弹性模量。

35、与现有技术相比，本发明具有以下优势：

36、本发明方法基于gassmann方程和岩石骨架模型的砂岩基质矿物弹性模量反演方法得到的砂岩基质矿物的体积模量和剪切模量，与实际的砂岩基质矿物模量更加吻合，将反演得到的砂岩基质矿物弹性模量应用于横波预测准确度更高。本发明方法突破了常规实验室测量的弹性模量的局限。

技术特征：

1.一种基于岩石物理模型的砂岩基质矿物弹性模量反演方法，其特征在于，包括以下步骤：获取研究区原始测井资料，计算岩石基质弹性模量、流体弹性模量和岩石骨架弹性模量；根据岩石基质弹性模量、流体弹性模量和岩石骨架弹性模量，应用gassmann方程计算砂岩流体饱和岩石弹性模量，构建反演的目标函数；应用非线性全局寻优算法求解反演目标函数，反演得到最优砂岩基质矿物质弹性模量。

2.根据权利要求1所述基于岩石物理模型的砂岩基质矿物弹性模量反演方法，其特征在于，所述非线性全局寻优算法为模拟退火算法或遗传算法。

3.根据权利要求1所述基于岩石物理模型的砂岩基质矿物弹性模量反演方法，其特征在于，所述方法还包括预测砂岩流体饱和岩石的纵波速度和横波速度，并与实际测量的纵波速度、横波速度进行比较，计算它们之间的误差；通过误差大小筛选最优的基质各组分的弹性模量。

4.根据权利要求1所述基于岩石物理模型的砂岩基质矿物弹性模量反演方法，其特征在于，所述原始测井资料包括纵波时差、横波时差、密度以及由测井资料处理解释得到的孔隙度、泥质含量和流体饱和度曲线。

5.根据权利要求1所述基于岩石物理模型的砂岩基质矿物弹性模量反演方法，其特征在于，根据原始流体饱和度曲线，利用wood方程计算混合流体的体积模量：

6.根据权利要求1所述基于岩石物理模型的砂岩基质矿物弹性模量反演方法，其特征在于，应用voigt-reuss-hill平均方法计算岩石基质弹性模量：

7.根据权利要求1所述基于岩石物理模型的砂岩基质矿物弹性模量反演方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述基于岩石物理模型的砂岩基质矿物弹性模量反演方法，其特征在于，应用gassmann方程计算砂岩流体饱和岩石弹性模量：

9.根据权利要求3所述基于岩石物理模型的砂岩基质矿物弹性模量反演方法，其特征在于，分别根据以下公式预测砂岩流体饱和岩石的纵波速度和横波速度：

10.根据权利要求1和3所述基于岩石物理模型的砂岩基质矿物弹性模量反演方法，其特征在于，计算预测得到的纵波速度、横波速度与实际测量的纵波速度、横波速度之间的误差，构建反演的目标函数：

技术总结
本发明涉及石油地球物理勘探技术领域，具体涉及一种基于岩石物理模型的砂岩基质矿物弹性模量反演方法。包括以下步骤：获取研究区原始测井资料，计算岩石基质弹性模量、流体弹性模量和岩石骨架弹性模量；根据岩石基质弹性模量、流体弹性模量和岩石骨架弹性模量，应用Gassmann方程计算砂岩流体饱和岩石弹性模量，构建反演的目标函数；应用非线性全局寻优算法求解反演目标函数，反演得到最优砂岩基质矿物质弹性模量。本发明所述方法反演方法得到的砂岩基质矿物的体积模量和剪切模量，与实际的砂岩基质矿物模量更加吻合，将反演得到的砂岩基质矿物弹性模量应用于横波预测准确度更高。

技术研发人员：李红梅,张云银,王红,姜蕾,王树刚,王凡剑,孟宪霞
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15