确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法与装置

技术领域

本发明属于水合物储层岩石物理建模技术领域，特别涉及一种确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法与装置。

背景技术

南海具有天然气水合物资源富集潜力，我国正逐步开展南海天然气水合物调查及勘探研究工作，并且已经在南海神狐海域获得天然气水合物实物样品。传统的岩石物理模型都是基于各向同性假设的，或者基于等效介质理论的，例如，Lee等(1996)利用权重方程得出纵波速度与水合物填充孔隙中的量之间的关系，时间-平均方程和权重方程属于经验公式，其中经验参数较多，选择上过大或过小都会影响结果，且各有相应的使用条件；Ecker等(1998，2001)提出了水合物在孔隙中填充、颗粒接触和胶结三种赋存模式，并分别针对三种水合物的赋存模式提出了不同的岩石弹性模量计算方式；Helgerud等(1999)提出等效介质模型，利用Hertz-Mindlin理论(Mindlin，1949)计算干岩石骨架的弹性模量，再结合Gassmann公式计算松散含水合物沉积物的弹性性质，并对美国Blake-Bahama Ridge地区进行了海底含水合物沉积物的水合物浓度估算；Dvokin和Nur(1993)提出了Biot机制与喷流机制相结合的模型，称为BISQ模型，可合理地预测含粘滞系数流体的孔弹性固体的纵波速度；Krief等(1990)提出经验模型，描述了砂岩的干岩石模量，Carcione等(2006)利用Krief的经验模型计算干岩石模量，结合Gssmann理论计算饱和砂岩的弹性模量；张如伟等(2016)将等效介质模型中的Gassmann理论用BISQ模型替代，实现等效介质模型和BISQ模型的结合，分析了海洋含水合物地层的速度频散与衰减特征，并对ODP164航次区域的天然气水合物含量进行了估算。

根据Berge等(1999)的实验室岩心测量研究，当水合物饱和度大于0.35时，含水合物砂岩的声波速度随水合物饱和度明显增加，而小于该值时，砂岩的声波速度对填充的水合物饱和度的变化不敏感。并且，对岩心的观察表明，当水合物饱和度超过某一临界值时会在砂岩颗粒周围出现水合物胶结情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种确定水合物储层速度频散随角频率的变化和/或衰减随角频率的变化的方法。该方法能够确定不同水合物饱和度状态下，储层的速度频散和衰减的变化规律，为通过频散与衰减等地震属性估算水合物含量提供了技术支持。

为了实现上述目的，本发明提供了一种确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法，其中，该方法包括：

步骤1：针对水合物储层，获取基质骨架(含天然气水合物岩石例如砂岩)中各类型矿物组分的含量、弹性模量及密度，水合物的弹性模量及密度，地层水的弹性模量及密度，储层孔隙度；

步骤2：确定水合物储层中水合物临界饱和度；

步骤3：判断水合物储层中水合物饱和度与水合物临界饱和度的关系；

当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，确定水合物储层岩石物理模型中，水合物中大于临界饱和度的部分与基质骨架一起作为固体基质存在，水合物中剩余部分(小于等于临界饱和度的部分)与地层水组成流体混合物；基于水合物储层中水合物饱和度、水合物临界饱和度、储层孔隙度、基质骨架中各类型矿物组分的含量，确定水合物储层岩石物理模型的孔隙度，确定储层固体基质中各组分(包括各类型矿物组分以及水合物)的含量，确定流体混合物中各组分饱和度(包括水合物饱和度以及地层水饱和度)；

步骤4：基于固体基质中各组分的含量、弹性模量以及密度，确定固体基质的弹性模量和密度；基于流体混合物中各组分饱和度、弹性模量及密度，确定流体混合物的弹性模量和密度；

步骤5：基于确定的水合物储层岩石物理模型的孔隙度、固体基质的弹性模量确定水合物储层岩石物理模型中干骨架的体积模量和剪切模量；

步骤6：基于确定的水合物储层岩石物理模型的孔隙度、干骨架的体积模量和剪切模量、固体基质的弹性模量和密度、流体混合物的弹性模量和密度，获取水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化(即为确定水合物储层速度频散和/或衰减的物理模型)；

其中，所述弹性模量包括体积模量和剪切模量；所述衰减包括衰减系数和/或逆品质因子。

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法中，当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，认为水合物储层岩石物理模型为孔隙填充与基质骨架共存类型，部分水合物等效为流体填充孔隙通道，部分水合物等效为基质骨架与实际岩石骨架一起形成固体基质。

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法中，优选地，所述确定水合物储层中水合物临界饱和度通过地质资料确定：

例如，当水合物储层中水合物饱和度大于水合物储层中水合物临界饱和度时，水合物储层的声波速度随水合物饱和度明显增加，当水合物储层中水合物饱和度小于水合物储层中水合物临界饱和度时，水合物储层的声波速度对水合物饱和度的变化不敏感；

例如，对水合物储层的岩心进行观察，当水合物储层中水合物饱和度大于水合物储层中水合物临界饱和度时，水合物储层的基质骨架颗粒周围出现水合物胶结。

在一具体实施方式中，所述水合物储层中水合物临界饱和度为0.35。

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法中，优选地，该方法步骤3进一步包括：

当水合物储层中水合物饱和度小于≤水合物储层中水合物临界饱和度时，确定水合物储层岩石物理模型中，水合物与水组成流体混合物，基质骨架作为固体基质存在；基于水合物储层中水合物饱和度、储层孔隙度、基质骨架中各类型矿物组分的含量，确定水合物储层岩石物理模型的孔隙度，确定储层固体基质中各组分的含量(即基质骨架中各类型矿物组分的含量)，确定流体混合物中各组分饱和度(包括水合物饱和度以及地层水饱和度)。

在一具体实施方式中，当水合物储层中水合物饱和度小于≤水合物储层中水合物临界饱和度时，储层固体基质中各组分的含量等于基质骨架中各类型矿物组分的含量。

在一具体实施方式中，当水合物储层中水合物饱和度小于≤水合物储层中水合物临界饱和度时，所述确定流体混合物中各组分饱和度包括：

确定流体混合物中水合物饱和度为所述水合物储层中水合物饱和度；

确定地层水饱和度为1-所述水合物储层中水合物饱和度。

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法中，优选地，该方法步骤3中，当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，所述确定水合物储层岩石物理模型的孔隙度通过下述公式进行：

其中，

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法中，优选地，该方法步骤3中，当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，所述确定储层固体基质中各组分(包括各类型矿物组分以及水合物)的含量，通过下述公式进行：

其中，

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法中，优选地，该方法步骤3中，当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，所述确定流体混合物中各组分饱和度包括：

确定流体混合物中水合物的饱和度为水合物储层中水合物临界饱和度；

确定流体混合物中地层水的饱和度为1-水合物储层中水合物临界饱和度。

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法中，优选地，步骤4中固体基质的弹性模量和密度基于Voigt-Reuss-Hill(1952)平均公式确定。具体而言：

其中，K

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法中，优选地，步骤4中流体混合物的弹性模量和密度基于Wood方程确定。具体而言：

K

G

ρ

其中，K

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法中，优选地，步骤5中干骨架的体积模量和剪切模量基于Krief理论(1990)确定。具体而言：

其中，

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法中，优选地，步骤6中水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化基于BISQ模型(1993)确定。具体而言：

式中，K

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法中，优选地，步骤6所述水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化包括不同含水饱和度下水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化。在一具体实施方式中所述不同含水饱和度下水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化包括：不同含水饱和度下水合物储层的纵波速度与角频率的关系图版，和/或，不同含水饱和度下水合物储层的衰减与角频率的关系图版，和/或，不同角频率下水合物储层的纵波速度与含水饱和度的关系图版，和/或，不同角频率下水合物储层的衰减与含水饱和度的关系图版。计算不同赋存状态下，水合物饱和度变化时储层的速度频散、衰减的变化规律，能够更好的为通过频散与衰减等地震属性估算水合物含量提供技术支持。

本发明提供了一种确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模系统，其中，该系统包括：

储层参数获取单元：用于针对水合物储层，获取基质骨架(含天然气水合物岩石例如砂岩)中各类型矿物组分的含量、弹性模量及密度，水合物的弹性模量及密度，地层水的弹性模量及密度，储层孔隙度；

临界饱和度获取单元：用于确定水合物储层中水合物临界饱和度；

物理模型确定单元：用于判断水合物储层中水合物饱和度与水合物临界饱和度的关系；

用于当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，确定水合物储层岩石物理模型中，水合物中大于临界饱和度的部分与基质骨架一起作为固体基质存在，水合物中剩余部分(小于等于临界饱和度的部分)与地层水组成流体混合物；基于水合物储层中水合物饱和度、水合物临界饱和度、储层孔隙度、基质骨架中各类型矿物组分的含量，确定水合物储层岩石物理模型的孔隙度，确定储层固体基质中各组分(包括各类型矿物组分以及水合物)的含量，确定流体混合物中各组分饱和度(包括水合物饱和度以及地层水饱和度)；

固相液相参数确定单元：用于基于固体基质中各组分的含量、弹性模量以及密度，确定固体基质的弹性模量和密度；用于基于流体混合物中各组分饱和度、弹性模量及密度，确定流体混合物的弹性模量和密度；

干骨架弹性参数确定单元：用于基于确定的水合物储层岩石物理模型的孔隙度、固体基质的弹性模量确定水合物储层岩石物理模型中干骨架的体积模量和剪切模量；

速度频散和/或衰减确定单元：用于基于确定的水合物储层岩石物理模型的孔隙度、干骨架的体积模量和剪切模量、固体基质的弹性模量和密度、流体混合物的弹性模量和密度，获取水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化；

其中，所述弹性模量包括体积模量和剪切模量；所述衰减包括衰减系数和/或逆品质因子。

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模系统中，优选地，物理模型确定单元进一步用于当水合物储层中水合物饱和度小于≤水合物储层中水合物临界饱和度时，确定水合物储层岩石物理模型中，水合物与水组成流体混合物，基质骨架作为固体基质存在；基于水合物储层中水合物饱和度、储层孔隙度、基质骨架中各类型矿物组分的含量，确定水合物储层岩石物理模型的孔隙度，确定储层固体基质中各组分的含量(即基质骨架中各类型矿物组分的含量)，确定流体混合物中各组分饱和度(包括水合物饱和度以及地层水饱和度)。

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模系统中，优选地，当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，确定水合物储层岩石物理模型的孔隙度通过下述公式进行：

其中，

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模系统中，优选地，当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，确定储层固体基质中各组分(包括各类型矿物组分以及水合物)的含量通过下述公式进行：

其中，

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模系统中，优选地，当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，确定流体混合物中各组分饱和度包括：

确定流体混合物中水合物的饱和度为水合物储层中水合物临界饱和度；

确定流体混合物中地层水的饱和度为1-水合物储层中水合物临界饱和度。

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模系统中，优选地，固相液相参数确定单元基于Voigt-Reuss-Hill(1952)平均公式确定固体基质的弹性模量和密度。

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模系统中，优选地，固相液相参数确定单元基于Wood方程确定流体混合物的弹性模量和密度。

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模系统中，优选地，干骨架弹性参数确定单元基于Krief理论(1990)确定干骨架的体积模量和剪切模量。

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模系统中，优选地，速度频散和/或衰减确定单元基于BISQ模型(1993)确定水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化。

在上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模系统中，优选地，所述水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化包括不同含水饱和度下水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化。在一具体实施方式中所述不同含水饱和度下水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化包括：不同含水饱和度下水合物储层的纵波速度与角频率的关系图版，和/或，不同含水饱和度下水合物储层的衰减与角频率的关系图版，和/或，不同角频率下水合物储层的纵波速度与含水饱和度的关系图版，和/或，不同角频率下水合物储层的衰减与含水饱和度的关系图版。

本发明还提供了一种确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模装置，包括处理器及存储器；其中，

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法的步骤。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法的步骤。

本发明提供的技术方案通过引入水合物临界饱和度参数，构建岩石物理模型描述随饱和度变化时，天然气水合物赋存状态的变化；当水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时构建了一种全新的水合物储层岩石物理模型，部分水合物作为流体存在，部分水合物附着在固体基质上，作为骨架存在，此时的赋存状态为孔隙填充与基质骨架共存；基于此建立能够描述含天然气水合物地层速度频散和衰减特征的岩石物理模型。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法的流程示意图。

图2为本发明一实施例提供的确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模系统的结构示意图。

图3为本发明一实施例提供的确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模装置的结构示意图。

图4为本发明一实施例中含天然气水合物岩石物理建模流程示意图。

图5为本发明一实施例中含天然气水合物砂岩地层在不同水合物饱和度情况下的纵波速度随频率变化规律图。

图6为本发明一实施例中含天然气水合物砂岩地层在不同水合物饱和度情况下的纵波衰减因子随频率变化规律图。

图7为本发明一实施例中不同天然气水合物饱和度下含天然气水合物砂岩地层的纵波速度与角频率关系图版。

图8为本发明一实施例中不同天然气水合物饱和度下含天然气水合物砂岩地层的纵波衰减因子与角频率关系图版。

图9为本发明一实施例中不同角频率下含天然气水合物砂岩地层的纵波速度与天然气水合物饱和度关系图版。

图10为本发明一实施例中不同角频率下含天然气水合物砂岩地层的纵波衰减因子(即逆品质因子)与天然气水合物饱和度关系图版。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明的保护范围。

下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐述本发明的原理和精神。

参见图1，为了实现上述目的，本发明提供了一种确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法，其中，该方法包括：

步骤S1：针对水合物储层，获取基质骨架(含天然气水合物岩石例如砂岩)中各类型矿物组分的含量、弹性模量及密度，水合物的弹性模量及密度，地层水的弹性模量及密度，储层孔隙度；

步骤S2：确定水合物储层中水合物临界饱和度；

步骤S3：判断水合物储层中水合物饱和度与水合物临界饱和度的关系；

当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，确定水合物储层岩石物理模型中，水合物中大于临界饱和度的部分与基质骨架一起作为固体基质存在，水合物中剩余部分(小于等于临界饱和度的部分)与地层水组成流体混合物；基于水合物储层中水合物饱和度、水合物临界饱和度、储层孔隙度、基质骨架中各类型矿物组分的含量，确定水合物储层岩石物理模型的孔隙度，确定储层固体基质中各组分(包括各类型矿物组分以及水合物)的含量，确定流体混合物中各组分饱和度(包括水合物饱和度以及地层水饱和度)；

步骤S4：基于固体基质中各组分的含量、弹性模量以及密度，确定固体基质的弹性模量和密度；基于流体混合物中各组分饱和度、弹性模量及密度，确定流体混合物的弹性模量和密度；

步骤S5：基于确定的水合物储层岩石物理模型的孔隙度、固体基质的弹性模量确定水合物储层岩石物理模型中干骨架的体积模量和剪切模量；

步骤S6：基于确定的水合物储层岩石物理模型的孔隙度、干骨架的体积模量和剪切模量、固体基质的弹性模量和密度、流体混合物的弹性模量和密度，获取水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化(即为确定水合物储层速度频散和/或衰减的物理模型)；

其中，弹性模量包括体积模量和剪切模量；衰减包括衰减系数和/或逆品质因子。

其中，当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，认为水合物储层岩石物理模型为孔隙填充与基质骨架共存类型，部分水合物等效为流体填充孔隙通道，部分水合物等效为基质骨架与实际岩石骨架一起形成固体基质。

在一实施方式中，步骤S1确定水合物储层中水合物临界饱和度通过地质资料确定；

例如，当水合物储层中水合物饱和度大于水合物储层中水合物临界饱和度时，水合物储层的声波速度随水合物饱和度明显增加，当水合物储层中水合物饱和度小于水合物储层中水合物临界饱和度时，水合物储层的声波速度对水合物饱和度的变化不敏感；

例如，对水合物储层的岩心进行观察，当水合物储层中水合物饱和度大于水合物储层中水合物临界饱和度时，水合物储层的基质骨架颗粒周围出现水合物胶结；

例如，水合物储层中水合物临界饱和度取值0.35。

在一实施方式中，步骤S3进一步包括：

当水合物储层中水合物饱和度小于≤水合物储层中水合物临界饱和度时，确定水合物储层岩石物理模型中，水合物与水组成流体混合物，基质骨架作为固体基质存在；基于水合物储层中水合物饱和度、储层孔隙度、基质骨架中各类型矿物组分的含量，确定水合物储层岩石物理模型的孔隙度，确定储层固体基质中各组分的含量(即基质骨架中各类型矿物组分的含量)，确定流体混合物中各组分饱和度(包括水合物饱和度以及地层水饱和度)；

进一步地，当水合物储层中水合物饱和度小于≤水合物储层中水合物临界饱和度时，储层固体基质中各组分的含量等于基质骨架中各类型矿物组分的含量；

进一步地，当水合物储层中水合物饱和度小于≤水合物储层中水合物临界饱和度时，确定流体混合物中各组分饱和度包括：

确定流体混合物中水合物饱和度为水合物储层中水合物饱和度；

确定地层水饱和度为1-水合物储层中水合物饱和度。

在一实施方式中，当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，确定水合物储层岩石物理模型的孔隙度通过下述公式进行：

其中，

在一实施方式中，当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，确定储层固体基质中各组分(包括各类型矿物组分以及水合物)的含量通过下述公式进行：

其中，

在一实施方式中，当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，确定流体混合物中各组分饱和度包括：

确定流体混合物中水合物的饱和度为水合物储层中水合物临界饱和度；

确定流体混合物中地层水的饱和度为1-水合物储层中水合物临界饱和度。

在一实施方式中，固体基质的弹性模量和密度基于Voigt-Reuss-Hill(1952)平均公式确定；具体而言：

其中，K

在一实施方式中，流体混合物的弹性模量和密度基于Wood方程确定；具体而言：

K

G

ρ

其中，K

在一实施方式中，干骨架的体积模量和剪切模量基于Krief理论(1990)确定；具体而言：

其中，

在一实施方式中，水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化基于BISQ模型(1993)确定；具体而言：

式中，K

在一实施方式中，步骤S6水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化包括不同含水饱和度下水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化；

进一步地，不同含水饱和度下水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化包括：不同含水饱和度下水合物储层的纵波速度与角频率的关系图版，和/或，不同含水饱和度下水合物储层的衰减与角频率的关系图版，和/或，不同角频率下水合物储层的纵波速度与含水饱和度的关系图版，和/或，不同角频率下水合物储层的衰减与含水饱和度的关系图版；

计算不同赋存状态下，水合物饱和度变化时储层的速度频散、衰减的变化规律，能够更好的为通过频散与衰减等地震属性估算水合物含量提供技术支持。

本发明的又一实施例提供了一种确定水合物储层速度频散和衰减的建模方法，该方法用于确定含天然气水合物砂岩储层速度频散和衰减的模型，其中，该方法流程如图4所示，该方法包括：

步骤一：针对水合物储层，获取基质骨架(含天然气水合物岩石例如砂岩)中各类型矿物组分的含量、弹性模量及密度，水合物的弹性模量及密度，地层水的弹性模量及密度，储层孔隙度。

步骤二：确定水合物储层中水合物临界饱和度；

确定水合物储层中水合物临界饱和度通过地质资料确定；当水合物储层中水合物饱和度大于水合物储层中水合物临界饱和度时，水合物储层的声波速度随水合物饱和度明显增加，当水合物储层中水合物饱和度小于水合物储层中水合物临界饱和度时，水合物储层的声波速度对水合物饱和度的变化不敏感；并且，对水合物储层的岩心进行观察，当水合物储层中水合物饱和度大于水合物储层中水合物临界饱和度时，水合物储层的基质骨架颗粒周围出现水合物胶结；

在该实施例中，水合物储层中水合物临界饱和度取值0.35。

步骤三：判断水合物储层中水合物饱和度与水合物临界饱和度的关系；

当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，认为水合物储层岩石物理模型为孔隙填充与基质骨架共存类型，部分水合物等效为流体填充孔隙通道，部分水合物等效为基质骨架与实际岩石骨架一起形成固体基质；当水合物储层中水合物饱和度小于≤水合物储层中水合物临界饱和度时，认为水合物储层岩石物理模型为孔隙填充型，水合物等效为流体填充孔隙通道；

当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，确定水合物储层岩石物理模型中，水合物中大于临界饱和度的部分与基质骨架一起作为固体基质存在，水合物中剩余部分(小于等于临界饱和度的部分)与地层水组成流体混合物；基于水合物储层中水合物饱和度、水合物临界饱和度、储层孔隙度、基质骨架中各类型矿物组分的含量，确定水合物储层岩石物理模型的孔隙度，确定储层固体基质中各组分(包括各类型矿物组分以及水合物)的含量，确定流体混合物中各组分饱和度(包括水合物饱和度以及地层水饱和度)；其中，水合物储层岩石物理模型的孔隙度通过公式

当水合物储层中水合物饱和度小于≤水合物储层中水合物临界饱和度时，确定水合物储层岩石物理模型中，水合物与水组成流体混合物，基质骨架作为固体基质存在；基于水合物储层中水合物饱和度、储层孔隙度、基质骨架中各类型矿物组分的含量，确定水合物储层岩石物理模型的孔隙度，确定储层固体基质中各组分的含量(即基质骨架中各类型矿物组分的含量)，确定流体混合物中各组分饱和度(包括水合物饱和度以及地层水饱和度)；其中，储层固体基质中各组分的含量等于基质骨架中各类型矿物组分的含量，流体混合物中水合物饱和度等于水合物储层中水合物饱和度，地层水饱和度等于1-水合物储层中水合物饱和度。

步骤四：基于固体基质中各组分的含量、弹性模量以及密度，确定固体基质的弹性模量和密度；基于流体混合物中各组分饱和度、弹性模量及密度，确定流体混合物的弹性模量和密度；

其中，固体基质的弹性模量和密度基于Voigt-Reuss-Hill(1952)平均公式确定，具体通过下述公式确定：

式中，K

其中，流体混合物的弹性模量和密度基于Wood方程确定，具体通过下述公式确定：

K

G

ρ

式中，K

步骤五：基于确定的水合物储层岩石物理模型的孔隙度、固体基质的弹性模量确定水合物储层岩石物理模型中干骨架的体积模量和剪切模量；

其中，干骨架的体积模量和剪切模量基于Krief理论(1990)确定，具体通过下述公式确定：

式中，

步骤六：基于确定的水合物储层岩石物理模型的孔隙度、干骨架的体积模量和剪切模量、固体基质的弹性模量和密度、流体混合物的弹性模量和密度，获取不同含水饱和度下水合物储层的纵波速度随角频率的变化和水合物储层的衰减随角频率的变化(即为确定水合物储层速度频散和衰减的物理模型)；

其中，水合物储层的纵波速度随角频率的变化、水合物储层的衰减随角频率的变化基于BISQ模型(1993)确定，具体通过下述公式确定：

式中，K

其中，弹性模量包括体积模量和剪切模量；衰减指逆品质因子；不同含水饱和度下水合物储层的纵波速度随角频率的变化和水合物储层的衰减随角频率的变化包括：不同含水饱和度下水合物储层的纵波速度与角频率的关系图版，不同含水饱和度下水合物储层的衰减与角频率的关系图版，不同角频率下水合物储层的纵波速度与含水饱和度的关系图版，和不同角频率下水合物储层的衰减与含水饱和度的关系图版。

此实施例中，特征喷流长度为3mm，固相和流体相的耦合附加密度ρ

表1

表2

最终获取得到的不同含水饱和度下水合物储层的纵波速度随角频率的变化和水合物储层的衰减随角频率的变化如图5-图10所示。

本发明实施例还提供了一种确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模系统，优选地，该系统用于实现上述的方法实施例。

图2是根据本发明实施例的确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模系统的结构框图，如图2所示，该系统包括：

储层参数获取单元21：用于针对水合物储层，获取基质骨架(含天然气水合物岩石例如砂岩)中各类型矿物组分的含量、弹性模量及密度，水合物的弹性模量及密度，地层水的弹性模量及密度，储层孔隙度；

临界饱和度获取单元22：用于确定水合物储层中水合物临界饱和度；

物理模型确定单元23：用于判断水合物储层中水合物饱和度与水合物临界饱和度的关系；

用于当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，确定水合物储层岩石物理模型中，水合物中大于临界饱和度的部分与基质骨架一起作为固体基质存在，水合物中剩余部分(小于等于临界饱和度的部分)与地层水组成流体混合物；基于水合物储层中水合物饱和度、水合物临界饱和度、储层孔隙度、基质骨架中各类型矿物组分的含量，确定水合物储层岩石物理模型的孔隙度，确定储层固体基质中各组分(包括各类型矿物组分以及水合物)的含量，确定流体混合物中各组分饱和度(包括水合物饱和度以及地层水饱和度)；

固相液相参数确定单元24：用于基于固体基质中各组分的含量、弹性模量以及密度，确定固体基质的弹性模量和密度；用于基于流体混合物中各组分饱和度、弹性模量及密度，确定流体混合物的弹性模量和密度；

干骨架弹性参数确定单元25：用于基于确定的水合物储层岩石物理模型的孔隙度、固体基质的弹性模量确定水合物储层岩石物理模型中干骨架的体积模量和剪切模量；

速度频散和/或衰减确定单元26：用于基于确定的水合物储层岩石物理模型的孔隙度、干骨架的体积模量和剪切模量、固体基质的弹性模量和密度、流体混合物的弹性模量和密度，获取水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化；

其中，弹性模量包括体积模量和剪切模量；衰减包括衰减系数和/或逆品质因子。

在一实施方式中，临界饱和度获取单元21通过地质资料确定水合物储层中水合物临界饱和度；

例如，当水合物储层中水合物饱和度大于水合物储层中水合物临界饱和度时，水合物储层的声波速度随水合物饱和度明显增加，当水合物储层中水合物饱和度小于水合物储层中水合物临界饱和度时，水合物储层的声波速度对水合物饱和度的变化不敏感；

例如，对水合物储层的岩心进行观察，当水合物储层中水合物饱和度大于水合物储层中水合物临界饱和度时，水合物储层的基质骨架颗粒周围出现水合物胶结；

例如，水合物储层中水合物临界饱和度取值0.35。

在一实施方式中，物理模型确定单元23进一步用于当水合物储层中水合物饱和度小于≤水合物储层中水合物临界饱和度时，确定水合物储层岩石物理模型中，水合物与水组成流体混合物，基质骨架作为固体基质存在；基于水合物储层中水合物饱和度、储层孔隙度、基质骨架中各类型矿物组分的含量，确定水合物储层岩石物理模型的孔隙度，确定储层固体基质中各组分的含量(即基质骨架中各类型矿物组分的含量)，确定流体混合物中各组分饱和度(包括水合物饱和度以及地层水饱和度)；

进一步地，当水合物储层中水合物饱和度小于≤水合物储层中水合物临界饱和度时，储层固体基质中各组分的含量等于基质骨架中各类型矿物组分的含量；

进一步地，当水合物储层中水合物饱和度小于≤水合物储层中水合物临界饱和度时，确定流体混合物中各组分饱和度包括：

确定流体混合物中水合物饱和度为水合物储层中水合物饱和度；

确定地层水饱和度为1-水合物储层中水合物饱和度。

在一实施方式中，当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，确定水合物储层岩石物理模型的孔隙度通过下述公式进行：

其中，

在一实施方式中，当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，确定储层固体基质中各组分(包括各类型矿物组分以及水合物)的含量通过下述公式进行：

其中，

在一实施方式中，当水合物储层中水合物饱和度＞水合物储层中水合物临界饱和度时，确定流体混合物中各组分饱和度包括：

确定流体混合物中水合物的饱和度为水合物储层中水合物临界饱和度；

确定流体混合物中地层水的饱和度为1-水合物储层中水合物临界饱和度。

在一实施方式中，固相液相参数确定单元24基于Voigt-Reuss-Hill(1952)平均公式确定固体基质的弹性模量和密度；具体而言：

其中，K

在一实施方式中，固相液相参数确定单元24基于Wood方程确定流体混合物的弹性模量和密度；具体而言：

K

G

ρ

其中，K

在一实施方式中，干骨架弹性参数确定单元25基于Krief理论(1990)确定干骨架的体积模量和剪切模量；具体而言：

其中，

在一实施方式中，速度频散和/或衰减确定单元26基于BISQ模型(1993)确定水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化；具体而言：

式中，K

在一实施方式中，水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化包括不同含水饱和度下水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化；

进一步地，不同含水饱和度下水合物储层的纵波速度随角频率的变化和/或水合物储层的衰减随角频率的变化包括：不同含水饱和度下水合物储层的纵波速度与角频率的关系图版，和/或，不同含水饱和度下水合物储层的衰减与角频率的关系图版，和/或，不同角频率下水合物储层的纵波速度与含水饱和度的关系图版，和/或，不同角频率下水合物储层的衰减与含水饱和度的关系图版。

图3是根据本发明实施例的确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模装置的示意图。图3所示的确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模装置为通用数据处理装置，其包含通用的计算机硬件结构，其至少包含处理器1000、存储器1111；所述处理器1000用于执行所述存储器中存储的反演程序，以实现各方法实施例所述的确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法(具体方法参见上述方法实施例的描述，在此不再赘述)。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现各方法实施例所述的确定水合物储层速度频散和/或衰减的建模方法(具体方法参见上述方法实施例的描述，在此不再赘述)。

以上参照附图描述了本发明的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

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。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。