一種基於地震資料的地層孔隙壓力預測方法與流程
2023-09-21 03:43:10
本發明屬於油氣地球物理勘探領域，具體涉及一種基於地震資料的地層孔隙壓力預測方法。
背景技術：
地層壓力是石油勘探開發工作中的基礎數據之一，對異常地層壓力(特別是異常高壓)的研究，愈來愈引起人們的注意。在石油勘探過程中，地層壓力為油氣的分布、運移、聚集提供重要信息；在石油鑽井工程中，地層壓力不僅是確定鑽井液密度、井身結構的依據，而且關係到能否安全、快速、經濟鑽井，甚至影響到鑽井的成敗。
在天然氣氣藏的開發過程中，特別是開發存在異常高壓地層油氣田時，如何在鑽前精確預測地層壓力就顯得尤為重要，它是油氣勘探的一項前瞻性工作。因此地層壓力預測技術在地質勘探和鑽井、開發工程中有著十分廣泛的應用前景。在鑽井階段預測地層壓力可為平衡壓差鑽井提供地層壓力依據，以便合理地選擇鑽井泥漿密度，防噴防漏，減少鑽井工程事故的發生，提高鑽井效率、縮短鑽井周期、降低鑽井成本。從而在天然氣勘探開發的經濟效益和社會效益發揮重要作用；同時，地層壓力預測還可防止泥漿大量侵入地層，對於油氣層(特別是天然氣藏)的保護和提高測井質量等都具有特別重要的意義。在油氣開發階段，準確的地層壓力預測則有助於確定儲層的驅動和連通情況。
目前，我國頁巖氣勘探開發還處於起步階段，具有風險大、成本高的特點。頁巖氣開發遇到的地層壓力體系越來越複雜，對地層壓力預測精度的要求越來越高。常規地層壓力鑽前預測方法大多數基於速度譜或者地震層速度資料，其預測機理是基於泥巖常壓實趨勢，具有解析度低的特點，不適用於頁巖內部異 常孔隙高壓預測。由於地震資料具有對地層解析度高、覆蓋面積廣、資料豐富等優點，在利用地震資料進行疊前AVO反演和疊後波阻抗反演獲得的多種地震屬性參數的基礎上，進行地層孔隙壓力預測能夠滿足不同精度和尺度的地層壓力預測要求，有效降低鑽井風險。
綜上所述，目前地層壓力鑽前預測方法大多數是在泥巖常壓實假設條件下，應用解析度較低的地震層速度資料進行地層壓力預測；不符合頁巖氣低孔低滲的地質特徵，不能滿足頁巖氣儲層內部異常孔隙高壓鑽前地震預測的要求。
技術實現要素：
本發明的目的在於解決上述現有技術中存在的難題，提供一種基於地震資料的地層孔隙壓力預測方法，基於高解析度的阻抗信息，能夠獲得更好解析度的地層孔隙壓力預測結果。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種基於地震資料的地層孔隙壓力預測方法，基於深度域測井數據Well(z)和疊後時間域地震數據Seis(x,y,t)實現對地層孔隙壓力Ppore(x,y,t)的預測，其中z代表深度域，單位為m或者ft，x,y代表每個地震道對應的空間位置，是x,y坐標或者是縱橫測線號，t代表時間域，單位為s或者ms。
所述方法包括以下步驟：
(1)基於疊後時間域地震數據Seis(x,y,t)，通過疊後波阻抗反演，獲取縱波阻抗信息Ip(x,y,t)；
(2)基於深度域測井數據Well(z)，通過時深轉換和數據分析，獲取基於測井資料的地層有效應力Pdiff(t)和縱波阻抗Ip(t)的關係Pdiff(t)＝g(Ip(t))；
(3)基於步驟(1)獲得的縱波阻抗Ip(x,y,t)和步驟(2)獲得的關係式Pdiff(t)＝g(Ip(t))，計算地層有效應力Pdiff(x,y,t)；
(4)基於步驟(1)獲得的縱波阻抗Ip(x,y,t)，確定上覆地層壓力P0(x,y,t)；
(5)基於步驟(3)獲得的地層有效應力Pdiff(x,y,t)和步驟(4)獲得的上覆地層壓力P0(x,y,t)，計算得到地層孔隙壓力Ppore(x,y,t)。
所述步驟(2)是這樣實現的：
深度域測井數據Well(z)要求包含如下測井曲線，①從聲波時差數據獲取的縱波速度vp(z)；②測井解釋的巖石密度ρ(z)；③測井解釋的孔隙壓力ppore(z)。
為了將深度域測井數據同時間域的地震數據匹配起來，首先需要對深度域測井數據進行時深轉換，通過如下關係式將深度域測井數據轉換到與地震匹配的時間域數據
t = 0 z 2 dz vp ( z ) ]]>
深度域測井曲線Well(z)代表的是每個深度點對應一個數據樣點，通過上述公式轉換以後可以計算得到每個數據樣點所對應的時間點，從而實現從深度域到時間域的轉換。通過上述公式可以將深度z轉換成時間t，對上述①、②、③3個數據都可適用上述公式。
經過時深轉換後，獲得如下時間域的測井數據：①時間域的縱波速度曲線vp(t)；②時間域的密度曲線ρ(t)；③時間域的孔隙壓力ppore(t)。
通過速度和密度的乘積計算得到基於測井資料的縱波阻抗：
Ip(t)＝ρ(t)*vp(t)
基於測井資料的上覆地層壓力p0(t)實際上等效於上覆地層的重力，通過如下計算公式計算得到：
p 0 ( t ) = 0 z ρ ( z ) gdz = 0 t ρ ( t ) g vp ( t ) 2 dt ]]>
用所述上覆地層壓力p0(t)同測井解釋得到的孔隙壓力ppore(t)通過減法運算得到基於測井資料的地層有效應力pdiff(t)：
pdiff(t)＝p0(t)-ppore(t)
對縱波阻抗屬性Ip(t)影響最為直接的一個因素是地層有效應力pdiff(t)，而不 是上覆地層壓力p0(t)和地層孔隙壓力ppore(t)。因此，將縱波阻抗Ip(t)表示成地層有效應力pdiff(t)的函數：
Ip(t)＝f(Pdiff(t))＝Ip0+cPdiff(t)b
對方程進行重新推導，將pdiff(t)表示成Ip(t)的函數：
Pdiff(t)＝g(Ip(t))＝((Ip(t)-Ip0)/c)1/b
這裡，Ip0、c和b是常數，需要根據實際測井數據經過交會圖分析和線性回歸的方法獲得。
所述步驟(3)是這樣實現的：
步驟(1)基於疊後波阻抗反演能夠獲得高精度的縱波阻抗Ip(x,y,t)，步驟(2)建立起了縱波阻抗Ip(t)和有效地層壓力pdiff(t)之間的關係Pdiff(t)＝g(Ip(t))。
將步驟(1)獲得的縱波阻抗Ip(x,y,t)帶入上面關係式，即計算得到與波阻抗數據範圍大小一致的地層有效應力數據體：
Pdiff(x,y,t)＝g(Ip(x,y,t))＝((Ip(x,y,t)-Ip0)/c)1/b。
所述步驟(4)是這樣實現的：
上覆地層壓力又稱地靜壓力，是指覆蓋在該地層以上的巖石及其巖石的孔隙中流體的總重量造成的壓力。地下某一深處的上覆巖層壓力就是指該點以上至地面巖石的重力和巖石孔隙內所含流體的重力之和施加於該點的壓力。用縱波阻抗的積分形式表示上覆地層壓力：
P 0 ( x , y , t ) = 0 t 1 2 Ip ( x , y , t ) ξdt ]]>
這裡ξ是一個常數，代表重力加速度。
所述步驟(5)是這樣實現的：
地層孔隙壓力指地層孔隙中流體(油、氣、水)所具有的壓力，利用上覆地層壓力P0(x,y,t)和地層有效應力Pdiff(x,y,t)之間的差獲得地層孔隙壓力：
Ppore(x,y,t)＝P0(x,y,t)-Pdiff(x,y,t)。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：常規地層壓力鑽前預測方法大多 數基於速度譜或者地震層速度資料，其預測機理是基於泥巖常壓實趨勢，具有解析度低的特點，不適用於頁巖內部異常孔隙高壓預測。基於疊前地震反演獲得的縱波速度和密度資料進行地層孔隙壓力預測的方法通常會受到密度參數反演結果不準確的影響，密度參數不準確就不能準確的求取上覆地層壓力，從而影響地層孔隙壓力預測結果穩定性。而本發明基於阻抗信息直接進行壓力預測的方法同時兼具了地震資料解析度高的特點，同時還可以忽略基於疊前反演獲得密度參數通常不太準確的問題，能夠獲得穩定可靠度的地層壓力預測結果。
附圖說明
圖1示意了本發明實施例的地層孔隙壓力預測步驟框圖
圖2示意了實施例工區目的層段地層孔隙壓力預測結果。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述：
圖1示出根據本發明的實施例獲取地層孔隙壓力的方法的流程圖。
如圖1所示，根據本發明的實施例獲取地層孔隙壓力的方法包括以下步驟。
步驟setp1描述了常規疊後波阻抗反演的過程，輸入數據包括工區內時間域疊後地震數據體Seis(x,y,t)，和工區內深度域測井數據Well(z)。實施過程包括測井地震時深標定、地震反演子波提取，低頻初始模型建立和反演參數設置四個步驟。目前，基於疊後地震數據通過地震反演的方法獲取縱波阻抗的方法有很多種，商業軟體業比較成熟，比如Jason，Strata等軟體。通過選擇合適的子波、低頻模型以及合適的反演參數，都能夠獲得縱向解析度較高的縱波阻抗Ip(x,y,t)。
在本實施例中採用Jason反演軟體的InverTrace-Plus模塊下的Constrained Sparse spike模塊實施，具體實施過程參照Jason軟體InverTrace-Plus模塊使用說明書。經過步驟step1的疊後波阻抗反演，最終可 以獲得工區內時間域波阻抗數據體Ip(x,y,t)，該數據體空間坐標範圍與原始輸入地震數據Seis(x,y,t)範圍一致。步驟step1也可以替換成其他可以得到波阻抗數據體的疊後反演方法或者軟體。
通過步驟step2，建立起工區內目標儲層段縱波阻抗同地層有效應力之間的函數關係。輸入數據為工區內深度域測井數據Well(z)，這一步對測井數據所包含的測井曲線類型有明確的要求，要求至少包含以下幾條測井解釋曲線：①從聲波時差數據獲取的縱波速度vp(z)；②測井解釋的巖石密度ρ(z)；③測井解釋的孔隙壓力ppore(z)。
為了將深度域測井數據同時間域的地震數據匹配起來，首先需要對深度域測井數據進行時深轉換，通過如下關係式將深度域測井數據轉換到與地震匹配的時間域數據
t = 0 z 2 dz vp ( z ) ]]>
經過時深轉換後，可以獲得如下時間域的測井數據：①時間域的縱波速度曲線vp(t)；②時間域的密度曲線ρ(t)；③時間域的孔隙壓力ppore(t)。
通常原始測井解釋曲線是沒有縱波阻抗的解釋結果的，需要基於已知的測井曲線進行計算得到。縱波阻抗可以通過速度和密度的乘積計算得到：
Ip(t)＝ρ(t)*vp(t)
同樣，原始測井解釋曲線通常也不包含上覆地層壓力的解釋結果，需要基於已知的測井曲線進行計算得到。上覆地層壓力是指覆蓋在該地層以上的巖石及其巖石的孔隙中流體的總重量造成的壓力，所以上覆地層壓力p0(t)實際上等效於上覆地層的重力，可以通過如下計算公式計算得到：
p 0 ( t ) = 0 z ρ ( z ) gdz = 0 t ρ ( t ) g vp ( t ) 2 dt ]]>
同樣，原始測井解釋曲線通常也不包含地層有效應力的解釋結果，需要我們基於已知的測井曲線進行計算得到。地層有效應力等於上層總壓力減去等效 孔隙壓力，所以地層有效應力pdiff(t)可以用計算的上覆地層壓力p0(t)同測井解釋得到的孔隙壓力ppore(t)通過減法運算得到：
pdiff(t)＝p0(t)-ppore(t)
實際上，對縱波阻抗屬性Ip(t)影響最為直接的一個因素是地層有效應力pdiff(t)，而不是上覆地層壓力p0(t)和地層孔隙壓力ppore(t)。因此，可以將縱波阻抗Ip(t)表示成地層有效應力pdiff(t)的函數
Ip(t)＝f(Pdiff(t))＝Ip0+cPdiff(t)b
對方程進行重新推導，將pdiff(t)表示成Ip(t)的函數：
Pdiff(t)＝g(Ip(t))＝((Ip(t)-Ip0)/c)1/b
這裡，Ip0、c和b是常數，需要根據實際測井數據經過交會圖分析和線性回歸的方法獲得。
在步驟step3中，將步驟step1獲得的工區內高精度縱波阻抗Ip(x,y,t)帶入步驟step2建立起了工區目的出層段縱波阻抗Ip(t)和地層有效應力pdiff(t)之間的關係式(Pdiff(t)＝g(Ip(t)))中，即可計算得到工區內與波阻抗數據範圍大小一致的地層有效應力數據體。
Pdiff(x,y,t)＝g(Ip(x,y,t))＝((Ip(x,y,t)-Ip0)/c)1/b
在步驟step4中，基於步驟step1獲得的縱波阻抗Ip(x,y,t)，可以計算得到工區內上覆地層壓力P0(x,y,t)。上覆地層壓力指覆蓋在該地層以上的巖石及其巖石的孔隙中流體的總重量造成的壓力。因此，上覆地層壓力可以等效的表示成縱波阻抗的積分形式：
P 0 ( x , y , t ) = 0 t 1 2 Ip ( x , y , t ) ξdt ]]>
這裡ξ是一個常數，代表重力加速度，上覆地層壓力P0(x,y,t)數據體空間坐標範圍與原始輸入地震數據Seis(x,y,t)範圍一致。
在步驟step5中，基於步驟step3獲得的工區目的層段地層有效應力 Pdiff(x,y,t)和步驟step4獲得的上覆地層壓力P0(x,y,t)，計算工區目的層段地層孔隙壓力Ppore(x,y,t)。地層孔隙壓力指地層孔隙中流體(油、氣、水)所具有的壓力，地層孔隙壓力可以表示成上覆地層壓力P0(x,y,t)和地層有效應力Pdiff(x,y,t)之間的差：
Ppore(x,y,t)＝P0(x,y,t)-Pdiff(x,y,t)
最後，圖2為工區目的層段地層孔隙壓力預測結果。
可以理解，根據本發明實施例獲取地層孔隙壓力的方法並不僅僅局限於頁巖氣地層，該方法也可以應用於獲取地殼中的其他地層的地層孔隙壓力。
利用本發明能夠有效降低鑽探風險，為頁巖氣高效開發提供技術支持。
上述技術方案只是本發明的一種實施方式，對於本領域內的技術人員而言，在本發明公開了應用方法和原理的基礎上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限於本發明上述具體實施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是優選的，而並不具有限制性的意義。