地质模型约束的多物性参数反演方法

技术领域

本发明涉及勘探地球物理学技术领域，特别是涉及到一种地质模型约束的多物性参数反演方法。

背景技术

通过叠前反演获得地下岩石弹性性质，可以为复杂油气藏的勘探开发提供可靠的依据。叠前反演大多是基于Zoeppritz方程的近似公式进行的，而目前的近似公式是在一定的假设前提下成立的，而实际的地质特征通过比较复杂。传统的叠前物性参数反演只是逐个道集反演，没有考虑到物性参数的空间地质分布，反演结果往往倾向于忠实于地震资料的特征，而与地质沉积特征符合度较低。因此，有必要开发一种地质约束的双相介质储层多参数反演方法及系统。

在申请号：CN202010141175.X的中国专利申请中，涉及到一种基于地质构造模型约束的全波形速度建模反演方法。本发明通过输入地震数据反演参数、初始速度模型、实际观测炮记录、构造解释数据，根据初始速度模型进行正演模拟得到正演炮记录和正传波场，利用地质构造模型构建地质构造反演算子，约束常规FWI反演模型正则化项，得到基于地质构造模型约束的全波形速度反演模型，求取所有正演炮记录与其对应的实际观测炮记录间的残差并反传，结合正传波场，计算各炮记录的单炮梯度和总速度梯度，设定测试步长及循环次数，利用实际观测炮记录更新步长，完成速度场的迭代更新，得到速度反演结果。该发明将地质模型作为约束条件，有效地增强了反演效果，提高了速度反演精度，在复杂断块区域勘探中具有重要意义。

在申请号：CN201710396910.X的中国专利申请中，涉及到一种混合全局优化算法的叠前地震多参数反演方法，该方法将粒子群算法和快速模拟退火算法有效结合，解决传统粒子群算法易不成熟收敛的问题，并在粒子群算法中添加基于三参数联合概率密度择优组合的多维学习项，克服叠前地震多参数同步反演的不稳定，可以同步而准确的获取纵波速度、横波速度和密度三参数反演结果。使用该发明方法对合成地震资料进行反演取得满意的结果，与使用传统粒子群算法的反演结果相比反演效果改善明显。

在申请号：CN202010207180.6的中国专利申请中，涉及到一种岩石物理反演方法，所述方法包含：获取待反演地区的地震弹性参数和储层物理参数；通过Gassmann方程和Xu-White模型建立所述地震弹性参数和所述储层物理参数之间的关系方程；于贝叶斯理论框架下利用ADMM-MCMC算法迭代所述关系方程中的物性参数计算其对应的后验概率密度数据；根据所述后验概率密度数据中最大后验密度值对所述待反演地区进行反演获得反演结果。

以上现有技术均与本发明有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们发明了一种新的地质模型约束的多物性参数反演方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种将地质相带先验信息融入到反演目标函数中，从而有效降低储层参数预测的多解性的地质模型约束的多物性参数反演方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：地质模型约束的多物性参数反演方法，该地质模型约束的多物性参数反演方法包括：

步骤1：输入基础数据；

步骤2：进行岩石物理特征分析；

步骤3：针对不同的储层类型，构建反演目标函数；

步骤4：进行反演目标函数求解，得到孔隙度、泥质含量、含水饱和度、有效压力这些多参数反演结果。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，输入的基础数据包括纵横波速、密度、自然伽马这些测井曲线；孔隙度、泥质含量、含水饱和度这些测井解释数据；岩石矿物组分、孔隙流体类型、孔隙形状这些分析化验资料；以及叠前地震数据。

在步骤2中，通过双相介质参数计算方程，得到岩石基质、孔隙流体、干岩石、流体饱和岩石这些反射系数以及透射反射系数之间的关系。

在步骤2中，根据岩石物理模型，由储层参数计算岩石物理参数；使用Voigt-Reuss-Hill模型和密度加权平均计算公式，分别计算岩石基质的体积模量、剪切模量和密度；使用Wood方程和密度加权平均计算公式，分别计算孔隙流体的体积模量和密度；使用Hertz-Mindlin模型和校正后的Hashin-Shtrikman下界，分别计算干岩石的体积模量和剪切模量；使用Gassmann方程，分别计算流体饱和岩石的体积模量与剪切模量，进而分别计算流体饱和岩石的纵波速度、横波速度和密度，为储层物性多参数反演提供基础数据。

在步骤3中，针对不同的储层类型，通过一系列步骤建立弹性参数和物性参数之间的岩石物理关系，具体包括：

步骤31，从双相介质中的AVO方程出发，建立弹性参数、密度参数、流体与固体振幅之比、纵横波速度等和反射系数以及透射反射系数之间的关系；

步骤32，由双相介质参数计算方程，可得到岩石基质、孔隙流体、干岩石、流体饱和岩石这些介质的反射系数以及透射反射系数之间的关系；最终可通过岩石物理关系，建立孔隙度、泥质含量、含水饱和度、有效压力这些物性参数和反射系数之间的关系，即多参数反演所用的数学模型，并将地质相带、储层参数分布、低频模型等先验信息加入到反演目标函数；

步骤33，褶积合成地震记录。

在步骤31中，基于平面波在双相介质分界面反射和透射传播理论，得到双相介质中的反射系数方程，也即双相介质中纵波反射系数关于入射角θ、分界面两侧的双相介质参数，即四个弹性参数N、A、Q和R，三个密度参数ρ

在步骤32中，用分界面两侧的孔隙度

假设有n个反射界面(或采样点)时，纵波反射系数可表示为关于孔隙度、泥质含量、含水饱和度与有效压力的矢量函数的形式

r＝f(m) (3)

其中

在步骤33中，考虑地震记录是子波与反射系数褶积，并考虑每个道集有多个不同的入射角对应的记录道，则可得到基于双相介质理论、使用储层参数合成地震角道集记录的方程

d＝g(m) (4)

其中d表示地震角道集记录，g表示非线性正演算子，为角道集记录d关于储层参数m的函数；这就是叠前反演的基本问题，叠前反演的目标即为根据式(4)求出模型参数m。

在步骤4中，目标函数是一个复杂的非线性表达式，为了获得一个全局最优解，使用快速模拟退火算法FSA求解目标函数极小值，接受概率使用广义Gibb s分布函数，在数据测试中确定冷却进度表，尤其是温度衰减系数需要折中反演精度和计算效率，最终得到孔隙度、泥质含量、含水饱和度、有效压力这些多参数反演结果。

本发明中的地质模型约束的多物性参数反演方法，实现地震反演技术与已取得的地质研究成果(沉积相模式或储层结构模式)充分融合,最终通过地质条件的约束，使叠前物性参数反演结果与地质认识更加匹配。该方法不再仅仅是单个道集反演，某个道集横向上相邻多个道集也参与到该道的叠前反演。地质模型约束的多物性参数反演方法从双相介质中的AVO方程出发，描述物性参数、密度参数、流体与固体振幅之比、纵横波速度等和反射系数以及透射反射系数之间的关系，通过双相介质参数计算方程，得到岩石基质、孔隙流体、干岩石、流体饱和岩石等的反射系数以及透射反射系数之间的关系，最终通过岩石物理关系，建立孔隙度、泥质含量、含水饱和度、有效压力和反射系数之间的关系，即多参数反演所用的数学模型。

该地质模型约束的多物性参数反演方法在岩石物理特征分析的基础上，建立双相介质纵波反射系数与多物性参数关系的数学模型及反演目标函数，将地质相带先验信息融入到反演目标函数中，从而有效降低储层参数预测的多解性，具有重要的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明的地质模型约束的多物性参数反演方法的一具体实施例的流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。

本发明的地质模型约束的多物性参数反演方法用于石油勘探储层预测中的储层物性参数预测。开展岩石物理特征分析，建立弹性参数和物性参数之间的岩石物理关系，开展研究区横波速度等曲线的估计，为下一步的储层物性多参数反演提供基础资料；从双相介质中的AVO方程出发，通过双相介质参数计算方程，得到岩石基质、孔隙流体、干岩石、流体饱和岩石等的反射系数以及透射反射系数之间的关系，建立孔隙度、泥质含量、含水饱和度、有效压力和反射系数之间的关系，即多参数反演所用的数学模型；最后将地质相带先验信息、低频模型信息融入到反演目标函数中，使用快速模拟退火算法(FSA)求解目标函数极小值，最终得到孔隙度、泥质含量、含水饱和度、有效压力等多参数反演结果。

以下为应用本发明的几个具体实施例

实施例1

在应用本发明的一具体实施例1中，本发明的地质模型约束的多物性参数反演方法包括：

1.地质模型约束的多物性参数反演方法的核心之一，物性参数反演目标函数受到多种地质信息的约束，如地质相带或储层结构的空间特征，低频模型；另外，某个道集横向上相邻多个道集也参与到该道的叠前反演，每道储层参数的相对变化需要符合零峰值位置的四变量柯西先验分布。多种地质信息的约束，有利于将先验地质信息与地球物理信息充分地融合起来，降低储层物性参数反演的多解性。

2.地质模型约束的多物性参数反演方法的核心之二，运用叠前反演的方式，得到地层孔隙压力的空间分布，相对于传统的测井声波速度法、地震层速度法等孔隙压力预测方式，该方法具有预测结果更具客观性，计算效率高的优点。

实施例2

在应用本发明的一具体实施例2中，该地质模型约束的多物性参数反演方法包括了以下步骤：

1.双相介质纵波反射系数与物性参数关系的数学模型构建

基于双相介质理论的时移AVO正演主要使用了双相介质中的反射系数方程、岩石物理模型和褶积模型，模型参数包括孔隙度φ、泥质含量C、含水饱和度S与有效压力P。

1)基于平面波在双相介质分界面反射和透射传播理论，得到双相介质中的反射系数方程，也即双相介质中纵波反射系数关于入射角θ、分界面两侧的双相介质参数，即四个弹性参数N、A、Q和R，三个密度参数ρ

2)根据岩石物理模型，由储层参数计算岩石物理参数。使用Voigt-Reuss-Hill模型和密度加权平均计算公式，分别计算岩石基质的体积模量、剪切模量和密度；使用Wood方程和密度加权平均计算公式，分别计算孔隙流体的体积模量和密度；使用Hertz-Mindlin模型和校正后的Hashin-Shtrikman下界，分别计算干岩石的体积模量和剪切模量；使用Gassmann方程，分别计算流体饱和岩石的体积模量与剪切模量，进而分别计算流体饱和岩石的纵波速度、横波速度和密度。

3)用分界面两侧的孔隙度

假设有n个反射界面(或采样点)时，纵波反射系数可表示为关于孔隙度、泥质含量、含水饱和度与有效压力的矢量函数的形式

r＝f(m) (3)

其中

4)褶积合成地震记录。考虑地震记录是子波与反射系数褶积，并考虑每个道集有多个不同的入射角对应的记录道，则可得到基于双相介质理论、使用储层参数合成地震角道集记录的方程

d＝g(m) (4)

其中d表示地震角道集记录，g表示非线性正演算子，为角道集记录d关于储层参数m的函数。这就是叠前反演的基本问题，叠前反演的目标即为根据式(4)求出模型参数m。

2.地质约束的双相介质储层多参数反演目标函数及求解

地质模式约束的弹性参数反演是指在地质相带约束或储层结构约束下的弹性参数反演，因此，反演目标函数必须考虑储层边界与地质相带或储层结构一致，也即将地质相带先验信息融入到反演目标函数中；其次要考虑每道储层参数的相对变化符合零峰值位置的四变量柯西先验分布；其三考虑低频信息补偿，进行低频模型约束，建立最终的目标函数。由此可见，该目标函数是一个复杂的非线性表达式，为了获得一个全局最优解，使用快速模拟退火算法(FSA)求解目标函数极小值，接受概率使用广义Gibbs分布函数，在数据测试中确定冷却进度表，尤其是温度衰减系数需要折中反演精度和计算效率，最终得到孔隙度、泥质含量、含水饱和度、有效压力等多参数反演结果。

实施例3

在应用本发明的一具体实施例3中，如图1所示，图1为本发明的地质模型约束的多物性参数反演方法的流程图。该地质模型约束的多物性参数反演方法包括了以下几个步骤：

步骤1：输入基础数据

包括纵横波速、密度、自然伽马等测井曲线；孔隙度、泥质含量、含水饱和度等测井解释数据；岩石矿物组分、孔隙流体类型、孔隙形状及其他分析化验资料；叠前地震数据。

步骤2：岩石物理特征分析

选用恰当的岩石物理模型分别计算岩石基质的体积模量、剪切模量和密度，干岩石的体积模量和剪切模量，孔隙流体的体积模量和密度，使用Gassmann方程，分别计算流体饱和岩石的体积模量与剪切模量，进而分别计算流体饱和岩石的纵波速度、横波速度和密度等参数，为下一步的储层物性多参数反演提供基础资料。

步骤3：反演目标函数构建

针对不同的储层类型，通过一系列步骤建立弹性参数和物性参数之间的岩石物理关系。

(1)从双相介质中的AVO方程出发，建立弹性参数、密度参数、流体与固体振幅之比、纵横波速度等和反射系数以及透射反射系数之间的关系。

(2)通过双相介质参数计算方程，得到岩石基质、孔隙流体、干岩石、流体饱和岩石等的反射系数以及透射反射系数之间的关系。

(3)最终通过岩石物理关系，建立孔隙度、泥质含量、含水饱和度、有效压力等物性参数和反射系数之间的关系，即多参数反演所用的数学模型。

(4)将地质相带、储层参数分布等先验信息，低频模型信息加入到反演目标函数。

步骤4：反演目标函数求解

目标函数是一个复杂的非线性表达式，为了获得一个全局最优解，使用快速模拟退火算法(FSA)求解目标函数极小值，接受概率使用广义Gibbs分布函数，在数据测试中确定冷却进度表，尤其是温度衰减系数需要折中反演精度和计算效率，最终得到孔隙度、泥质含量、含水饱和度、有效压力等多参数反演结果。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。