一种储层脆性指数地震预测方法、装置和可读存储介质

技术领域

本发明涉及石油地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种考虑有效围压影响的储层脆性 指数地震预测方法、装置、计算机可读存储介质和电子设备。

背景技术

针对非常规页岩气储层勘探开发，储层脆性指数参数是“工程甜点”的重要参数之一， 能够较好地表征岩石的可压裂性。常规的脆性指数预测技术主要基于叠前地震反演方法， 通过地震反演获得弹性参数，直接转化为脆性指数，获得脆性指数的空间三维表征，以指 导钻井井位部署和井轨迹设计。但是随着深层页岩气的进一步勘探开发，深层面临着高温、 高压的地质环境，岩石的塑延性发生变化，而常规的脆性指数预测未考虑深层的地质条件， 因此，常规的脆性指数预测精度较低，尤其不能满足深层页岩气的高效勘探开发。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种储层脆性指数地震预测方法、装置、计算机可读 存储介质和电子设备，该方法通过考虑深层有效围压对储层脆性指数的影响，提高了脆性 指数地震预测的精度和合理性，尤其为指导深层页岩气井井位部署和井轨迹设计提供了科 学的技术支持。

第一方面，本发明实施例提供了一种储层脆性指数地震预测方法，包括以下步骤：

根据目标区域岩石的弹性参数随压力变化的关系确定目标区域的储层脆性指数随有 效围压变化的关系式；

通过反演确定目标区域在没有考虑有效围压影响下的储层脆性指数数据体；

基于目标区域的测井资料和地震数据计算目标区域的地层压力，并根据所述地层压力 确定目标区域的有效围压数据体；

基于目标区域在没有考虑有效围压影响下的储层脆性指数数据体、目标区域的有效围 压数据体，根据目标区域的储层脆性指数随有效围压变化的关系式，确定目标区域在考虑 有效围压影响下的储层脆性指数数据体。

根据本发明的实施例，所述根据目标区域岩石的弹性参数随压力变化的关系确定目标 区域的储层脆性指数随有效围压变化的关系式，包括以下步骤：

测量目标区域的岩石在不同压力条件下的弹性参数，并根据所述弹性参数确定储层脆 性指数；

根据目标区域岩石的弹性参数随不同压力变化的关系，确定目标区域的储层脆性指数 与有效围压的关系模板；

根据目标区域的储层脆性指数与有效围压的关系模板，通过最小二乘法拟合出目标区 域的储层脆性指数与有效围压的最佳关系；

根据目标区域的储层脆性指数与有效围压的最佳关系确定目标区域的储层脆性指数 随有效围压变化的关系式。

根据本发明的实施例，所述弹性参数包括垂直岩石层理的纵波速度和横波速度。

根据本发明的实施例，所述通过反演确定目标区域在没有考虑有效围压影响下的储层 脆性指数数据体，包括以下步骤：

基于叠前杨氏模量-泊松比AVO反射系数近似方程，通过贝叶斯反演获得目标区域的 弹性杨氏模量数据体和泊松比数据体；

根据目标区域的弹性杨氏模量数据体和泊松比数据体，计算目标区域在没有考虑有效 围压影响下的储层脆性指数数据体。

根据本发明的实施例，所述基于目标区域的测井资料和地震数据计算目标区域的地层 压力，并根据所述地层压力确定目标区域的有效围压数据体，包括以下步骤：

对目标区域的测井资料和地震数据进行时深标定，通过叠后波阻抗反演获得目标区域 的实际纵波阻抗数据体，并根据所述实际纵波阻抗确定目标区域的上覆岩石压力数据体和 静水压力数据体；

基于CPS地层压力预测模型，利用克里金插值法获得目标区域的正常压实趋势下的纵 波阻抗数据体；

根据目标区域的实际纵波阻抗数据体、上覆岩石压力数据体、静水压力数据体和正常 压实趋势下的纵波阻抗数据体，通过Eaton公式确定目标区域的地层压力数据体；

根据目标区域的上覆岩石压力数据体和地层压力数据体，确定目标区域的有效围压数 据体。

根据本发明的实施例，所述基于CPS地层压力预测模型，利用克里金插值法获得目标 区域的正常压实趋势下的纵波阻抗数据体，包括以下步骤：

通过以下步骤确定目标区域一个井的正常压实趋势下的纵波阻抗：

利用经验公式计算湿粘土弹性张量：

利用Voight-Reuss-Hill模型计算砂质混合物弹性张量；

利用Backus平均公式计算湿粘土-砂质混合物-有机质构成的等效岩层的弹性张量；

根据目标区域岩石的密度、等效岩层的弹性张量确定等效岩层的纵波速度；

根据目标区域岩石的密度、等效岩层的纵波速度确定目标区域的正常压实趋势下的纵波阻抗；

基于目标区域多个井的正常压实趋势下的纵波阻抗，构建目标区域的正常压实趋势下 的纵波阻抗数据体。

根据本发明的实施例，所述基于目标区域多个井的正常压实趋势下的纵波阻抗，构建 目标区域的正常压实趋势下的纵波阻抗数据体，包括以下步骤：

基于目标区域多个井的正常压实趋势下的纵波阻抗，通过克里金插值法构建目标区域 的正常压实趋势下的纵波阻抗数据体。

第二方面，本发明实施例提供了一种储层脆性指数地震预测装置，包括：

变化关系确定模块，用于根据目标区域岩石的弹性参数随压力变化的关系确定目标区 域的储层脆性指数随有效围压变化的关系式；

基于目标区域在没有考虑有效围压影响下的储层脆性指数数据体、目标区域的有效围 压数据体，根据目标区域的储层脆性指数随有效围压变化的关系式，确定目标区域在考虑 有效围压影响下的储层脆性指数数据体；

理想指数确定模块，用于通过反演确定目标区域在没有考虑有效围压影响下的储层脆 性指数数据体；

有效围压确定模块，用于基于目标区域的测井资料和地震数据计算目标区域的地层压 力，并根据所述地层压力确定目标区域的有效围压数据体；

实际指数确定模块，用于基于目标区域在没有考虑有效围压影响下的储层脆性指数数 据体、目标区域的有效围压数据体，根据目标区域的储层脆性指数随有效围压变化的关系 式，确定目标区域在考虑有效围压影响下的储层脆性指数数据体。

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， 该程序被处理器执行时，实现如前所述的一种储层脆性指数地震预测方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种电子设备，其包括存储器和处理器，所述存储器 上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被所述处理器执行时，实现如前所述的一种储 层脆性指数地震预测方法。

与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益效果：

相对于已有技术，本发明的技术方案通过岩石物理实验构建储层脆性指数与有效围压 的关系模板，进一步基于三维地震数据实现对有效围压影响下的脆性指数的预测，有效提 高深层岩层(例如页岩)脆性指数的预测精度，以有力支撑非常规岩层(例如页岩)气的 高效勘探开发。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明 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的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的在有效围压影响下的储层脆性指数预测方法的流程图；

图2是本发明实施例一采用的MTS815 Flex Test GT程控伺服岩石力学试验系统设备；

图3是本发明实施例一采用的目的层钻井取芯样品；

图4是本发明实施例一垂直页岩层理的纵波速度随压力变化的示意图；

图5是本发明实施例一垂直页岩层理的横波速度随压力变化的示意图；

图6是本发明实施例一储层脆性指数随有效围压变化的示意图；

图7是本发明实施例一没有考虑有效围压影响的脆性指数与考虑有效围压影响的脆性 指数测井计算曲线对比图；

图8是本发明实施例一实际工区考虑有效围压影响的脆性指数预测平面图；

图9是本发明实施例一实际工区没有考虑有效围压影响的脆性指数预测平面；

图10是本发明实施例一单井目的层储层脆性指数与岩心测量脆性指数校正前后对比 图；

图11是本发明实施例四的电子设备的结构组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本实施例主要提供了一种考虑有效围压影响的储层脆性指数预测方法，主要流程图 如图1所示：

S100，利用超声力学实验装备测量目标区岩芯样品在不同围压条件下的纵横波速度；

S200，基于实验室测量结果，建立纵横波速度与有效围压的关系模板，并据此构建脆 性指数随有效围压变化的关系式；

S300，基于测井数据和地震数据，计算上覆岩层压力和储层地层压力，并据此计算有 效围压；

S400，根据杨氏模量-泊松比AVO近似反射系数方程，基于贝叶斯反演理论获得杨氏 模量、泊松比、密度，并据此计算获得常规脆性指数数据体，即没有考虑有效围压影响的脆性指数；

S500，基于目标区域常规脆性指数数据体、目标区域的有效围压数据体，根据脆性指 数随有效围压变化的关系式，通过计算获得考虑有效围压影响的脆性指数预测结果。

在此应当说明的是，上述步骤的执行顺序并不限定于此。例如，根据实际需求，也可 以先执行步骤S400，再执行步骤S300。

下面以页岩储层为例，详细描述各个步骤的实施细节。

S100，首先利用如图2所示的自主研发的MTS815 Flex Test GT程控伺服岩石力学试 验系统设备，基于超产生穿透法对目的层钻井取芯样品进行不同压力条件下的弹性参数 进行测试，分别对15块岩样，13个压力点进行测试，获得垂直页岩层理的纵波速度、横波速度。

S200，根据脆性指数计算方法，将实验室测量的弹性参数直接转化为脆性指数，建立 脆性指数与有效围压的关系模板，通过最小二乘法拟合脆性指数随有效围压的最佳关系 式。

式中,Brit为脆性指数，E为杨氏模量，σ为泊松比，V

根据最小二乘法拟合脆性指数随有效围压的变化关系为：

式中,Britn(P

S300，基于测井数据和地震，计算上覆岩层压力和储层地层压力。

具体地，步骤S300可以进一步划分为以下步骤。

S300.1，对工区内的多口井进行时深标定，并通过叠后波阻抗反演获得纵波 阻抗，基于时间域的上层岩层压力和静水压力计算公式如(5)-(6)，通过积分 获得上层沿层压力和静水压力三维数据体。

式中：Sv为上覆岩层压力，Phy为静水压力。

S300.2，基于CPS地层压力预测模型获得正常压实趋势下纵波阻抗，并结合 克里金插值，获得正常压实趋势下的纵波阻抗三维数据体。

获得正常压实趋势下的纵波阻抗具体步骤为：

①利用经验公式计算湿粘土弹性张量：

中各独立参数的取值为：

式中：φ与f

②利用Voight-Reuss-Hill模型计算砂质混合物弹性张量：

其中

式中：f

获得弹性模量后，砂质混合物的弹性张量可表示为：

③利用Backus平均公式计算湿粘土-砂质混合物-有机质构成的等效页岩的弹性张量

式中：C

④根据目标区域岩石的密度、等效岩层的弹性张量确定等效岩层的纵波速度，并根据 目标区域岩石的密度、等效岩层的纵波速度确定目标区域的正常压实趋势下的纵波阻抗。

I

式中：ρ表示岩石密度，Vp表示等效页岩的纵波速度，Ip将其视为正常压实情况下的纵波阻抗。

⑤基于工区内多井计算纵波阻抗，并结合克里金插值，获得正常压实趋势下的三维阻 抗数据体。

S300.3，基于Eaton公式即可获得工区三维地层压力数据体，

P＝S

式中：P为地层压力，S

S300.4，按照下式计算有效围压：

Pe＝S

式中：Pe为有效围压，S

(4)开展基于杨氏模量-泊松比AVO反射系数近似方程式(18)-(19)的叠前AVO 反演，以分角度叠加地震数据、初始模型、分入射角地震子波为输入，基于贝叶斯反 演理论开展迭代反演，输出杨氏模量、泊松比和密度三维数据体。

式中：E为杨氏模量，σ为泊松比，ρ为密度，θ为入射角，k为纵横波速度 比。

通过常规脆性指数计算公式(19)，可获得没有有效围压影响的脆性指数三 维数据体。

式中：Brit为脆性指数，E为杨氏模量，σ为泊松比

(5)根据有效围压影响下的脆性指数计算公式(20)，输入无有效围压影响 下的脆性指数数据体、有效围压数据体、泊松比数据体，则可获得有效围压影响 下的脆性指数预测三维数据体。

式中：Britn(P

应当说明的是，虽然本实施例采用三维数据体来描述储层空间表征，但是实际应用时 可不限于此，例如也可以构建二维数据体来描述储层平面表征。

实施例二

本实施例通过四川盆地某页岩气工区的实际数据来说明方法的有效性。首先针对目的 层的钻井取芯样品(图3)，开展不同压力条件下的弹性参数测量(图4、图5)，并制作脆性指数与围压的关系模板(图6)。针对该工区的测井曲线，计算常规脆性指数与考虑 围压影响下的脆性指数，通过对比可看出，随着深度增加，岩石所受围压增大，本方法计 算的脆性指数相对常规方法较小(图7)，符合地质认识。进一步结合该工区实际地震资 料，包括：泊松比、上覆岩层压力、地层压力及常规脆性指数等数据体，最终获得考虑有 效围压影响的脆性指数预测结果(图8)，与常规脆性指数预测结果(图9)相对比，目 的层整体趋势相一致，且考虑有效围压影响的脆性指数预测结果相对更小，也更加合理。 通过单井对比看出，考虑有效围压影响的脆性指数预测结果相对常规脆性指数预测结果 (图10)降低9.7％，符合实验室测量结果及实际地质认识。

通过以上分析可见，考虑有效围压影响的脆性指数预测结果更加合理，精度更好，有 效提高工程“甜点”的预测精度，有效指导井位部署及水平井轨迹设计，有力支撑非常规页岩气高效勘探开发。

实施例三

本实施例提供了一种储层脆性指数地震预测装置，包括：

变化关系确定模块，用于根据目标区域岩石的弹性参数随压力变化的关系确定目标区 域的储层脆性指数随有效围压变化的关系式；

基于目标区域在没有考虑有效围压影响下的储层脆性指数数据体、目标区域的有效围 压数据体，根据目标区域的储层脆性指数随有效围压变化的关系式，确定目标区域在考虑 有效围压影响下的储层脆性指数数据体；

理想指数确定模块，用于通过反演确定目标区域在没有考虑有效围压影响下的储层脆 性指数数据体；

有效围压确定模块，用于基于目标区域的测井资料和地震数据计算目标区域的地层压 力，并根据所述地层压力确定目标区域的有效围压数据体；

实际指数确定模块，用于基于目标区域在没有考虑有效围压影响下的储层脆性指数数 据体、目标区域的有效围压数据体，根据目标区域的储层脆性指数随有效围压变化的关系 式，确定目标区域在考虑有效围压影响下的储层脆性指数数据体。

实施例四

本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执 行时，实现如图1所示的一种储层脆性指数地震预测方法的各个步骤。

应当说明的是，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机 程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包 括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或 某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装 置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM， Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、 电信信号以及软件分发介质等。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。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖 区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利 实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

实施例五

图11是本发明的一个实施例电子设备的结构示意图。如图11所示，在硬件层面，该电子设备包括处理器，可选地还包括内部总线、网络接口、存储器。其中，存储器可能包 含内存，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失 性存储器(non-volatile memory)，例如至少1个磁盘存储器等。当然，该电子设备还可 能包括其他业务所需要的硬件。

处理器、网络接口和存储器可以通过内部总线相互连接，该内部总线可以是 ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构)总线、 PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线或 EISA(ExtendedIndustry StandardArchitecture，扩展工业标准结构)总线等。总线可 以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图11中仅用线段表示，但并不 表示仅有一根总线或一种类型的总线。

存储器，用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，程序代码包括计算机操作 指令。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供指令和数据。处理器从非 易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行。处理器执行存储器所存放的程 序，以执行如图1所示的一种储层脆性指数地震预测方法中的全部步骤。

上述设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。 为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通 信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

总线包括硬件、软件或两者，用于将上述部件彼此耦接在一起。举例来说，总线可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC) 总线、存储器总线、微信道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-Express (PCI-X)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或 其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线可包括一个 或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总 线或互连。

存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失 性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

存储器可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器可包括 硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在 合适的情况下，存储器可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在特定实施例中，存储 器是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器包括只读存储器(ROM)。在合适的 情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电 可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或者两个或更多个以上这些的组 合。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit， ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑 器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

应当说明的是，本领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以 上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分 配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以 完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单 元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中， 上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外， 各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。 上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不 再赘述。

上述实施例阐明的装置、设备、系统、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实 现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、车载人机交互设备、蜂窝电话、相机电话、智能 电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、 可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

虽然本发明提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手 段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序 中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实 施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环 境，甚至为分布式数据处理环境)。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图 和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流 程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程 序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方 式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装 置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个 方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机 或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他 可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方 框或多个方框中指定的功能的步骤。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体 或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存 在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体 意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅 包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方 法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……” 限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要 素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，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，对于装置、电子设备及可读存储介质实施例而言，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。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。