一種利用縱橫波波阻抗增量比識別天然氣水合物的方法
2023-05-20 08:18:36 2
專利名稱：一種利用縱橫波波阻抗增量比識別天然氣水合物的方法
技術領域：
本發明屬於地質勘査領域，公開了一種利用縱橫波波阻抗增量比識別天然氣水合物的方法。
背景技術：
天然氣水合物是石油和煤的替代能源，備受各國政府和學術界重視，以及工業界的關注。天然氣水合物主要賦存在深海海底下的地層中和永久凍土帶以下。水合物是在低溫和高壓條件下，甲垸氣與水發生化學反應生成的白色固態物質。水合物賦存在砂巖孔隙空間中。探測水合物的主要技術有地震勘探技術、鑽探技術、地球化學探測技術、海底攝像及取樣技術。其中，地震勘探是探測水合物的最有效技術。目前，地震勘探技術主要是用以下三種方法探測水合物
1、 利用地震剖面上的BSR識別水合物
BSR就是地震剖面上的強反射同相軸。作為水合物存在的標誌BSR有如下特徵(1)、在地震剖面上近似平行於海底；(2)、與海底反射極性相反；(3)、其上是弱反射帶；(4)、 BSR之上呈高速特徵；5、有時BSR切割正常反射同相軸。如果在地震剖面
上發現具有上述特徵的強反射同相軸，則推斷其上含水合物。
該識別水合物方法的缺點是可信度低。BSR只是地震剖面上的強反射同相軸。眾所
周知，很多非水合物的其它因素也能產生強反射同相軸。而且，大量的鑽探結果表明
BSR不是水合物存在的充分必要條件。即，地震剖面上存在BSR不一定有水合物。反之，地震剖面上沒有BSR也可能存在水合物。在很多實際情況下，BSR特徵不明顯。因此，利用BSR識別水合物有時十分困難，且可信度很低。
2、 利用地震屬性識別水合物，其中包括AVO (振幅隨炮檢距變化)屬性從地震數據中提取地震屬性，如波阻抗、三瞬屬性、道積分、截距、梯度、流體因
子等屬性。利用這些屬性反映地震剖面上是否存在BSR。以此，推斷是否存在水合物。這種方法的本質還是利用BSR識別水合物。它與第一種方法有共同的缺點。另外，很多不同的地質因素會產生相同的地震屬性，這進一步增加了水合物識別的不確定性。
3、 利用縱橫波速度識別水合物l:
理論和實驗室研究都表明，地層含水合物其縱橫波速度增大。基於這項研究結果，人們利用縱橫波速度增大的特徵識別水合物。也就是說，如果地層的縱橫波速度比背景速度增大，則推斷地層含水合物。
該方法的缺點是很多非水合物因素也能引起地層的縱橫波速度增大。如地層含蛋白石、黃鐵礦等礦物，或地層的孔隙度降低其縱橫波速度都增大。因此，利用縱橫波速度增大的特徵識別水合物也不是十分可信的方法。
發明內容
本發明的目的是針對上述現有技術的缺陷，提供了一種能夠提高水合物識別可信度的利用縱橫波波阻抗增量比識別天然氣水合物的方法。
為了實現上述目的本發明採取的技術方案是 一種利用縱橫波波阻抗增量比識別天然氣水合物的方法，包括以下的步驟
(1) 、利用地震數據反演地層(地層中可能含水合物也可能不含水合物)實際的縱波波阻抗^-^^和橫波波阻抗Zs-^p;其中，J^代表地層縱波速度，^代表地層橫波速度，p代表地層的實際密度；
(2) 、求出水飽和地層(不含水合物)的縱波波阻抗；。-^。p。和橫波波阻抗ZSQ=i^。P。；其中，&。代表水飽和地層的縱波速度，^。代表水飽和地層的橫波速度，/9。代表水飽和地層的密度；
(3 )、求出縱波波阻抗增量AZp = Zp -ZP。和橫波波阻抗增量AZS = Zs - Zs。；
(4) 、求縱橫波波阻抗增量比Rati0=^;
(5) 、反演地層孔隙度；
(6) 、根據孔隙度確定縱橫波波阻抗增量比的閾值；
(7) 、判斷縱橫波波阻抗增量比Ratio大於閾值就表示地層含水合物。
(8) 、畫出縱橫波波阻抗增量比大於閾值的增量比剖面；該剖面反映水合物在地下分布範圍。
本發明還提供一種利用縱橫波速度增量比識別天然氣水合物的方法，包括以下的步
驟-
(1) 、利用地震數據反演地層實際的縱波速度^和橫波速度^;
(2) 、求出水飽和地層的縱波速度和橫波速度F^ ;
(3) 、求出縱波速度增量A^ =FP—Fp。和橫波速度增量A^ K。；(4) 、求縱橫波速度增量比Ratio=!;
(5) 、反演地層孔隙度；
(6) 、根據孔隙度確定縱橫波速度增量比的閾值；
(7) 、判斷縱橫波速度增量比Ratio大於閾值就表示地層含水合物。
(8) 、畫出縱橫波速度增量比大於閾值的增量比剖面；該剖面反映水合物在地下分
布範圍。
針對當前各種識別水合物方法可信度低的缺點，本發明提出了一種識別水合物的方法。該方法可區分水合物引起的地層高速特徵和非水合物因素引起的地層高速特徵。
本發明的有益效果是本發明的方法用縱橫波波阻抗增量比來識別天然氣水合物，該方法可區分水合物和非水合物因素引起的高速特徵，從而提高水合物識別結果的可信度。
可以大幅度地提高天然氣水合物勘探精度，減少乾井率。特別是在BSR特徵不明顯的情況
下，利用本發明的方法易於識別水合物。
1、 海上鑽井費用很高，提高水合物識別結果的可信度，能夠減少乾井率，節省鑽探
費用；
2、 水合物賦存在海底以下較淺的地層中。通常深水油氣鑽探必然要穿過有可能含水合物的地層。如果地層含水合物，這就不可避免地破壞水合物穩定的溫度和壓力條件，導致水合物揮發，引起海底塌陷。進而導致鑽井平臺傾斜或倒塌。為了防範海上鑽井工程事故的發生，鑽探前需要進行水合物探測。提高水合物識別的可信度能夠保證海上鑽探工程的安全。
圖1是孔隙度和縱橫波波阻抗增量比閾值關係曲線圖2是實施例1中縱波波阻抗隨深度變化的曲線；
圖3是實施例1中橫波波阻抗隨深度變化的曲線；
圖4是實施例1中縱橫波波阻抗增量比與深度的關係；
圖5是實施例2中AVO反演得到的縱波波阻抗隨深度變化的曲線；
圖6是實施例2中AVO反演得到的橫波波阻抗隨深度變化的曲線；
圖7是實施例2中縱橫波波阻抗增量比與深度的關係；
圖8是實施例3中縱波波阻抗剖面；
圖9是實施例3中橫波波波阻抗剖面；
圖10是實施例3中縱橫波波阻抗增量比剖面；圖11是孔隙度和縱橫波速度增量比閾值關係曲線圖；圖12是實施例4中縱橫波速度隨深度變化曲線；圖13是實施例4中縱橫波速度增量比與深度的關係。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，但不作為對本發明的限定。實施例1
大洋鑽探164航次在美國BlakeRedge鑽井發現天然氣水合物，例如995井。本例利用995井已知的縱、橫波速度曲線和密度曲線，求縱橫波波阻抗增量比，根據已知的孔隙度和附圖給出的縱橫波波阻抗增量比閾值關係曲線圖，識別地層是否含水合物。求出含水合物地層的深度範圍，並與鑽探結果對比。
採用本發明的利用縱橫波波阻抗增量比識別天然氣水合物的方法，包括以下的步
驟
(1) 、將實測的地層縱波速度和地層橫波速度分別乘以地層的實際密度，得到縱波
波阻抗^曲線和橫波波阻抗Zs曲線。圖2所示為縱波波阻抗隨深度變化的曲線，深度從海底起算，單位是米；其中，曲線l代表水飽和地層的縱波波阻抗Zpo隨深度變化的曲線。圖3所示為橫波波阻抗隨深度變化的曲線。深度單位是米，從海底起算。曲線2代表水飽和地層的橫波波阻抗Zso隨深度變化的曲線；
(2) 、根據縱橫波波阻抗低頻變化趨勢，估計水飽和地層的縱波波阻抗；。隨深度變化曲線1和橫波波阻抗Z,。隨深度變化曲線2，如圖2和圖3所示；
(3) 、按公式求出縱波波阻抗增量AZp =Zp -Zp。和橫波波阻抗增量AZ, =Zy
(4) 、求縱橫波波阻抗增量比Ratio=^;
(5) 、本例地層孔隙度是已知的(可以根據測井資料求得)，變化範圍為50%—一
60%;
(6) 、根據圖1中孔隙度與閾值的關係曲線，取閾值為1.99;
(7) 、判斷凡是縱橫波波阻抗增量比大於1.99的，表示地層含水合物；否則地層不含水合物；
(8) 、參見圖4，橫軸代表縱橫波波阻抗增量比，縱軸代表從海底起算的深度。如果縱橫波波阻抗增量比大於1.99，在對應深度上畫出該點。如果增量比小於1.99則忽略該點。圖4中點分布的範圍即為含水合物的深度範圍。中間兩條粗實線之間的範圍是鑽探資料確定的含水合物深度範圍。由圖可見絕大多數點都落在中間兩條粗實線之間。表明識別結果與鑽探結果吻合很好。
本例鑽探結果在先，水合物識別結果在後；利用本實施例的方法識別到水合物，與鑽探結果一致。
實施例2
2007年我國在南海神狐海域首鑽成功取到了水合物樣品。鑽探之前，利用地震數據和本發明的方法在鑽探之前進行了水合物識別。識別結果是存在水合物，為井位確定提供了依據。後來的鑽探結果證實了識別結果的正確性。本實施例給出識別過程。
利用縱橫波波阻抗增量比識別天然氣水合物的方法，包括以下的步驟
(1) 、由地震數據用AVO反演技術反演出地層實際的縱波波阻抗Zp和橫波波阻抗Z,隨深度變化曲線，分別如圖5和圖6所示，深度均用雙程旅行時表示，單位是毫秒；
(2) 、根據縱橫波波阻抗隨深度變化的低頻趨勢，求得水飽和地層的縱波波阻抗Zp。隨深度變化曲線3和橫波波阻抗Z,。隨深度變化曲線4，如圖5和圖6所示；
G)、按公式求出縱波波阻抗增量AZp-Zp-Zp。和橫波波阻抗增量AZ,-Z,-Z,。；
(4) 、求縱橫波波阻抗增量比Rati0=&;
(5) 、反演求得地層孔隙度約為42%;
(6) 、根據圖1的孔隙度與閾值的關係曲線，取閾值為1.97;
(7) 、判斷縱橫波波阻抗增量比大於1.97表示地層含水合物；
(8) 、參見圖7，橫軸代表縱橫波波阻抗增量比，縱軸代表從海底起算的深度。如果某深度的縱橫波波阻抗增量比大於1.97，則在對應深度上畫出該點。如果增量比小於1.97則忽略該點。圖7中點分布的範圍即為含水合物的深度範圍。
先用本實施例的方法識別水合物，得出有水合物的結論。後經鑽探證實識別結果正確。實施例3
以上兩例都只給出了鑽井位置處的縱橫波波阻抗增量比隨深度變化曲線和水合物識別結果。我們也可以對地震剖面進行相同處理，得到水合物識別剖面，即縱橫波波阻抗增量比剖面。本實施例給出了美國BlakeRedge水合物識別剖面，該剖面通過995井。
利用縱橫波波阻抗增量比識別天然氣水合物的方法，包括以下的步驟(1)、由地震數據用AVO反演技術反演出地層實際的縱波波阻抗Zp剖面和橫波波阻抗Z,剖面，如圖8和圖9所示；(2) 、對剖面上的每一道，根據縱、橫波波阻抗低頻變化趨勢，估計水飽和地層的縱波波阻抗ZP。隨深度變化曲線和橫波波阻抗ZSQ隨深度變化曲線；
(3) 、按公式求出縱波波阻抗增量AZf-^-Zp。和橫波波阻抗增量A^-Zs-Zs。；
(4) 、求縱橫波波阻抗增量比Ratio=^;
(5) 、本例地層孔隙度是已知的(可以根據測井資料求得)，變化範圍為50%——
60%;
(6) 、根據圖1中孔隙度與閾值的關係曲線，取閾值為1.99;
(7) 、判斷凡是縱橫波波阻抗增量比大於1.99的，表示地層含水合物；否則地
層不含水合物。
(8) 、參見圖10，按如下規則畫出水合物識別剖面如果縱橫波波阻抗增量比大
於1.99，用白色顯示。如果增量比小於1.99則用黑色顯示。圖IO即為水合物識別剖面，其中，白色區域即為含水合物分布範圍。995井在CMP號為350處。識別結果與鑽探結果吻合很好。實施例4
大洋鑽探164航次在美國BlakeRedge鑽井發現天然氣水合物，例如995井。本例利用995井已知的縱、橫波速度曲線，求縱橫波速度增量比，根據已知的孔隙度和附圖給出的縱橫波速度增量比閾值關係曲線圖，識別地層是否含水合物。求出含水合物地層的深度範圍，並與鑽探結果對比。
利用縱橫波速度增量比識別天然氣水合物的方法，包括以下的步驟
(1) 、實測的縱波速度Fp和橫波速度^曲線如圖12所示；
(2) 、根據縱橫波速度低頻變化趨勢估計水飽和地層的縱波速度Fp。隨深度變化曲線5和橫波速度J^。隨深度變化曲線6，如圖12所示；
(3) 、按公式求出縱波速度增量A^-^-F/)。和橫波速度增量AFs=Fs-^);(4) 、求縱橫波速度增量比Rati0=^;
(5) 、本例地層孔隙度是已知的(可以根據測井資料求得)，變化範圍為50%——60%;
(6) 、根據圖11中孔隙度與闞值的關係曲線，取閾值為1.73;
(7) 、判斷凡是縱橫波速度增量比大於1.73的，表示地層含水合物；否則地層不
含水合物。
9(8)、參見圖13，橫軸代表縱橫波速度增量比，縱軸代表從海底起算的深度。如果 縱橫波波速度量比大於1.73，在對應深度上畫出該點。如果增量比小於1.73則忽略該點。 圖13中點分布的範圍即為含水合物的深度範圍。中間兩條線之間的範圍是鑽探資料確定 的含水合物深度範圍。由圖可見絕大多數點都落在中間兩條線之間。表明識別結果與鑽探 結果吻合很好。
本例鑽探結果在先，利用本實施例的方法識別到水合物，與鑽探結果一致。 本發明縱、橫波波阻抗增量的定義-
1、 縱波波阻抗增量AZp-Z屍—Z刊。其中，Zf Zp。=^0/70。
地層實際的縱波速度。如果由於某種地質因素(如孔隙空間中充填礦物或水合物) 使得地層縱波速度增加，則^表現為高速特徵。
&。水飽和地層(假設孔隙空間完全充填水時地層)的縱波速度。即假設引起地層 速度增加的因素不存在，且孔隙空間完全充填水時地層的縱波速度。
地層實際的密度。A):水飽和地層(假設孔隙空間完全充填水時地層)的密度。
2、 橫波波阻抗增量AZS = Zs —Zs。。其中，Zs = ^yO ， Z卯=Fs。;0。；
^:地層實際的橫波速度。如果由於某種地質因素(如孔隙空間中充填礦物或水合物)
使得地層橫波速度增加，則F,表現為高速特徵。
K。水飽和地層(孔隙空間充填水時地層)的橫波速度。即假設引起地層速度增加 的因素不存在，且孔隙空間完全充填水時地層的橫波速度。
3、 縱橫波波阻抗增量比Ratio=^。
本發明縱、橫波速度增量的定義 1、縱波速度增量AFp=Fp-Fp。；
地層實際的縱波速度。如果由於某種地質因素(如孔隙空間中充填礦物或水合物) 使得地層縱波速度增加，則]^表現為高速特徵。
10Fp。水飽和地層(孔隙空間充填水時地層)的縱波速度。即假設引起地層速度增加 的因素不存在，且孔隙空間完全充填水時地層的縱波速度。
2、 橫波速度增量= ^ - ^。；
K:地層實際的橫波速度。如果由於某種地質因素(如孔隙空間中充填礦物或水合物) 使得地層橫波速度增加，則^表現為高速特徵。
Fs。水飽和地層(孔隙空間充填水時地層)的橫波速度。即假設引起地層速度增加 的因素不存在，且孔隙空間完全充填水時地層的橫波速度。
3、 縱橫波速度增量比Ratio=^。
本發明利用縱橫波波阻抗增量比或縱橫波速度增量比識別水合物可以區分水合物因 素和非水合物因素引起的縱橫波速度的高速異常。從而排除非水合物因素引起的縱橫波速 度高速異常，提高水合物識別結果的可信度。
以上所述的實施例，只是本發明較優選的具體實施方式
的一種，本領域的技術人員在 本發明技術方案範圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種利用縱橫波波阻抗增量比識別天然氣水合物的方法，其特徵在於，包括以下的步驟(1)、利用地震數據反演地層實際的縱波波阻抗ZP＝VPρ和橫波波阻抗ZS＝VSρ；其中，VP代表地層縱波速度，VS代表地層橫波速度，ρ代表地層的實際密度；(2)、求出水飽和地層的縱波波阻抗ZP0＝VP0ρ0和橫波波阻抗ZS0＝VS0ρ0；其中，VP0代表水飽和地層的縱波速度，VS0代表水飽和地層的橫波速度，ρ0代表水飽和地層的密度；(3)、求出縱波波阻抗增量ΔZP＝ZP-ZP0和橫波波阻抗增量ΔZS＝ZS-ZS0；(4)、求縱橫波波阻抗增量比<![CDATA[ Ratio= Z P Z S ]]> top= "97" left = "95"/>(5)、反演地層孔隙度；(6)、根據孔隙度確定縱橫波波阻抗增量比的閾值；(7)、判斷縱橫波波阻抗增量比Ratio大於閾值就表示地層含水合物。
2. 根據權利要求1所述的利用縱橫波波阻抗增量比識別天然氣水合物的方法，其特徵在於還包括步驟(8);(8) 、畫出縱橫波波阻抗增量比大於閾值的增量比剖面；該剖面反映水合物在地下分布範圍。
3. —種利用縱橫波速度增量比識別天然氣水合物的方法，其特徵在於，包括以下的步驟(1 )、利用地震數據反演地層實際的縱波速度^和橫波速度^ ;(2) 、求出水飽和地層的縱波速度^。和橫波速度^0;(3) 、求出縱波速度增量= ^ - ^。和橫波速度增量AFS = Fs — Ks。；(4) 、求縱橫波速度增量比Ratio=^;厶K(5) 、反演地層孔隙度；(6) 、根據孔隙度確定縱橫波速度增量比的閾值；(7) 、判斷縱橫波速度增量比Ratio大於閾值就表示地層含水合物。
4.根據權利要求3所述的利用縱橫波速度增量比識別天然氣水合物的方法，其特徵在於還包括步驟(8);(8)、畫出縱橫波速度增量比大於閾值的增量比剖面；該剖面反映水合物在地下分布範圍。
全文摘要
本發明公開了一種利用縱橫波波阻抗增量比識別天然氣水合物的方法，包括以下的步驟(1)利用地震數據反演地層的縱波波阻抗ZP＝VPρ和橫波波阻抗ZS＝VSρ；(2)求出水飽和地層的縱波波阻抗ZP0和橫波波阻抗ZS0；(3)求出縱波波阻抗增量ΔZP＝ZP-ZP0和橫波波阻抗增量ΔZS＝ZS-ZS0；(4)求縱橫波波阻抗增量比Ratio；(5)反演地層孔隙度；(6)根據孔隙度確定縱橫波波阻抗增量比的閾值；(7)判斷縱橫波波阻抗增量比Ratio大於閾值就表示地層含水合物；(8)畫出縱橫波波阻抗增量比大於閾值的增量比剖面。該剖面反映水合物在地下分布範圍。採用本發明的方法提高了水合物識別結果的可信度，可以大幅度地提高水合物勘探精度，減少乾井率。
文檔編號G01V1/28GK101644781SQ20091008993
公開日2010年2月10日 申請日期2009年7月28日 優先權日2009年7月28日
發明者劉學偉 申請人:劉學偉;中國地質大學(北京)