非均勻孔隙巖石及其固態(tài)有機(jī)質(zhì)體積含量確定方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地震巖石物理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及非均勻孔隙巖石及其固態(tài)有機(jī)質(zhì)體 積含量確定方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著人類對(duì)能源需求的日益增加，致密油氣等非常規(guī)資源已成為全球石 油勘探開發(fā)的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。致密油以吸附或游離狀態(tài)賦存于生油巖（或與生油巖互層、 緊鄰的致密砂巖、致密碳酸鹽巖等儲(chǔ)集巖）中，這類石油未經(jīng)過大規(guī)模長距離運(yùn)移聚集，與 常規(guī)儲(chǔ)層相比，致密油儲(chǔ)層的地質(zhì)特征更為復(fù)雜，普遍具有局部非均質(zhì)狀況變化劇烈、成巖 種類多樣化、流體分布模式復(fù)雜等特點(diǎn)。
[0003] 巖石骨架是充滿孔隙和裂縫的介質(zhì)，油氣資源能夠在其中生成、儲(chǔ)藏和運(yùn)移。地震 波在致密油儲(chǔ)層孔隙介質(zhì)中傳播時(shí)，由于固流兩相介質(zhì)力學(xué)性質(zhì)不同產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并由 此產(chǎn)生能量耗散，導(dǎo)致波速度頻散和衰減。通過對(duì)巖石波速的觀測(cè)，能夠了解儲(chǔ)層中油氣資 源的空間分布和物理特征。在非均質(zhì)致密孔隙介質(zhì)中影響頻散和衰減的因素較為復(fù)雜，主 要包括孔隙介質(zhì)中復(fù)雜流體的類型、微納米孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征、流固相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式和波的 頻率等。同時(shí)，致密油儲(chǔ)層地質(zhì)特征復(fù)雜，生烴儲(chǔ)層巖石包含礦物顆粒和固態(tài)有機(jī)質(zhì)（干酪 根）等非均勻性相，孔隙流體非達(dá)西流動(dòng)等復(fù)雜流體現(xiàn)象也給地震波勘探等常規(guī)手段帶來 挑戰(zhàn)。
[0004] 干酪根（kerogen)是非常規(guī)油氣資源的重要研究對(duì)象之一，以非均勻摻雜物的形 式填充于巖石骨架中。巖石骨架和固體有機(jī)物均可視為孔隙介質(zhì)，無論在無機(jī)礦物骨架還 是在干酪根內(nèi)部，都發(fā)現(xiàn)存在大量不同尺度、不同形狀和不同數(shù)量的微孔隙，這些孔隙構(gòu)成 了烴類產(chǎn)生和存儲(chǔ)的場(chǎng)所。無機(jī)礦物和干酪根的孔隙度、密度、滲透率、彈性模量等巖石物 理參數(shù)有很大不同，儲(chǔ)層巖石可以看作是包含無機(jī)孔隙和有機(jī)孔隙的系統(tǒng)，它們的共同存 在使巖石成為雙重孔隙系統(tǒng)，這包括背景物質(zhì)（如無機(jī)礦物）孔隙骨架和非均勻摻雜物質(zhì) (如固態(tài)有機(jī)物質(zhì)）形成的斑塊狀孔隙系統(tǒng)。與此同時(shí)，在背景物質(zhì)孔隙空間和和摻雜物質(zhì) 孔隙空間中可以被不同的填充物占據(jù)，因此，富含固態(tài)有機(jī)質(zhì)的巖石具有雙重孔隙和雙重 填充物特征（見圖1)。根據(jù)有機(jī)質(zhì)含量等參數(shù)，建立雙重孔隙非均質(zhì)儲(chǔ)層巖石彈性模量的 計(jì)算模型，提出基于波速的有機(jī)質(zhì)體積含量反演方法，這對(duì)于通過地震波勘探開發(fā)頁巖油 氣資源意義非凡。
[0005] 含有孔隙的巖石體積模量理論模型主要包括Eshelby (1957)，Hashin (1960)， Kuster和Toksoz (1974)，Xu和White (1995)等提出的理論模型。對(duì)于無限大均勾各向同 性介質(zhì)，Eshelby提出了局部區(qū)域發(fā)生形狀和尺寸變化時(shí)的復(fù)合體彈性模量計(jì)算方法，這 個(gè)方法可以得到包含橢球體摻雜物的復(fù)合介質(zhì)彈性模量理論計(jì)算模型，該方法的前提假設(shè) 是：（1)背景介質(zhì)是無限大的，（2)橢球體摻雜物內(nèi)部的應(yīng)變是均勻的。該方法可以得到包 含橢球體摻雜物（或孔洞）的復(fù)合介質(zhì)靜力學(xué)彈性體積模量。
[0006] Hashin于1960年研究了具有隨機(jī)非均勾性的彈性介質(zhì)體積模量的解析計(jì)算方 法。該方法包括均勻各向同性的背景連續(xù)介質(zhì)和另一種均勻各向同性的摻雜物介質(zhì)，兩種 介質(zhì)的體積模量都是已知的。在理論分析中，該方法假設(shè)顆粒狀摻雜物的體積含量在空間 中是均勻的，即空間任意一處的摻雜物或背景介質(zhì)體積比都是相同的，整個(gè)復(fù)合介質(zhì)可以 看作一種等效的均勻介質(zhì)。
[0007] 1974年，Kuster和Toksoz給出了兩相介質(zhì)中體積模量和地震波速度的計(jì)算方法， 考慮一種連續(xù)背景物質(zhì)（固體或者液體）中隨機(jī)摻雜了另外一種物質(zhì)（固體或液體）的情 況，在給定摻雜物質(zhì)的體積比、形狀和物理屬性等參數(shù)情況下，通過等效介質(zhì)級(jí)數(shù)展開方法 得到了這種復(fù)合介質(zhì)的地震波速度和體積模量。該方法的假設(shè)條件是：（1)介質(zhì)中地震波 的波長遠(yuǎn)大于摻雜物的尺寸；（2)空間中摻雜物的分布是均勻、各向同性的。該方法能夠計(jì) 算包含橢球體摻雜物的復(fù)合材料體積模量。
[0008] 在Kuster和Toksoz方法基礎(chǔ)上，Xu和White提出了包含粘土-砂巖兩種物質(zhì)的 孔隙介質(zhì)速度模型，該方法給出了同時(shí)含有兩種幾何形狀孔隙的計(jì)算模型，這包括（1)接 近球體的砂巖內(nèi)部孔隙；（2)具有小縱橫比的頁巖孔隙。
[0009] 上述這些方法主要用于計(jì)算包含兩種物質(zhì)的復(fù)合介質(zhì)體積模量，即包含（1)連續(xù) 背景物質(zhì)；（2)離散分布的顆粒摻雜物介質(zhì)。在實(shí)際儲(chǔ)層巖石中，往往是十分復(fù)雜的情況， 通常包含多種背景物質(zhì)（如無機(jī)礦物和固態(tài)有機(jī)物）。同時(shí)，不同背景物質(zhì)往往具有不同的 摻雜物或者孔隙。因此，對(duì)非常規(guī)儲(chǔ)層巖石來說，怎樣計(jì)算包含兩種骨架材料和兩種摻雜物 的非均勻分布孔隙巖石彈性模量是一個(gè)十分重要的問題，但是現(xiàn)有模型仍然面臨困難，尚 沒有一個(gè)簡(jiǎn)潔有效的計(jì)算方法，并且使基于波速的有機(jī)質(zhì)體積含量反演也不能得到準(zhǔn)確可 靠的結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種非均勻孔隙巖石的體積模量確定方法，用以準(zhǔn)確可靠地計(jì) 算出非均勻孔隙巖石的體積模量，該方法包括：
[0011] 確定非均勻孔隙巖石中背景相孔隙介質(zhì)的巖石物理參數(shù)；
[0012] 確定非均勻孔隙巖石中摻雜物孔隙介質(zhì)的巖石物理參數(shù)；
[0013] 根據(jù)所述背景相孔隙介質(zhì)和摻雜物孔隙介質(zhì)的巖石物理參數(shù)，計(jì)算所述非均勻孔 隙巖石的體積模量。
[0014] 一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)所述背景相孔隙介質(zhì)和摻雜物孔隙介質(zhì)的巖石物理參數(shù)，計(jì) 算所述非均勻孔隙巖石的體積模量，包括：
[0015] 根據(jù)所述背景相孔隙介質(zhì)的巖石物理參數(shù)，計(jì)算所述背景相孔隙介質(zhì)的等效體積 模量；
[0016] 根據(jù)所述摻雜物孔隙介質(zhì)的巖石物理參數(shù)，計(jì)算所述摻雜物孔隙介質(zhì)的等效體積 模量；
[0017] 根據(jù)所述背景相孔隙介質(zhì)的等效體積模量和所述摻雜物孔隙介質(zhì)的等效體積模 量，計(jì)算所述非均勻孔隙巖石的體積模量。
[0018] -個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)所述背景相孔隙介質(zhì)的巖石物理參數(shù)，計(jì)算所述背景相孔隙 介質(zhì)的等效體積模量，包括：
[0019] 根據(jù)所述背景相孔隙介質(zhì)中骨架物質(zhì)的體積模量和泊松比，以及摻雜顆粒的體積 模量和體積比，計(jì)算所述背景相孔隙介質(zhì)的等效體積模量；
[0020] 根據(jù)所述摻雜物孔隙介質(zhì)的巖石物理參數(shù)，計(jì)算所述摻雜物孔隙介質(zhì)的等效體積 模量，包括：
[0021] 根據(jù)所述摻雜物孔隙介質(zhì)中骨架物質(zhì)的體積模量和泊松比，以及摻雜顆粒的體積 模量和體積比，計(jì)算所述摻雜物孔隙介質(zhì)的等效體積模量。
[0022] -個(gè)實(shí)施例中，按如下公式，根據(jù)所述背景相孔隙介質(zhì)中骨架物質(zhì)的體積模量和 泊松比，以及摻雜顆粒的體積模量和體積比，計(jì)算所述背景相孔隙介質(zhì)的等效體積模量：
[0025] 其中，)為所述背景相孔隙介質(zhì)的等效體積模量，（Kn, Gn)為所述背景相孔 隙介質(zhì)中骨架物質(zhì)的體積模量，Vni為所述背景相孔隙介質(zhì)中骨架物質(zhì)的泊松比，（Kp, Gp)為 所述背景相孔隙介質(zhì)中摻雜顆粒的體積模量，C1為所述背景相孔隙介質(zhì)中摻雜顆粒的體積 比；
[0026] 按如下公式，根據(jù)所述摻雜物孔隙介質(zhì)中骨架物質(zhì)的體積模量和泊松比，以及摻 雜顆粒的體積模量和體積比，計(jì)算所述摻雜物孔隙介質(zhì)的等效體積模量：
[0029] 其中，瓦)為所述摻雜物孔隙介質(zhì)的等效體積模量，（KfAfi)為所述摻雜 物孔隙介質(zhì)中骨架物質(zhì)的體積模量，為所述摻雜物孔隙介質(zhì)中骨架物質(zhì)的泊松比， (夂為所述摻雜物孔隙介質(zhì)中摻雜顆粒的體積模量，Ch為所述摻雜物孔隙介質(zhì)中摻 雜顆粒的體積比。
[0030] -個(gè)實(shí)施例中，按如下公式，根據(jù)所述背景相孔隙介質(zhì)的等效體積模量和所述摻 雜物孔隙介質(zhì)的等效體積模量，計(jì)算所述非均勻孔隙巖石的體積模量：
[0032] 其中，<為所述非均勻孔隙巖石的體積模量，為所述背景相孔隙介質(zhì)的 等效體積模量，（I、G,,)為所述摻雜物孔隙介質(zhì)的等效體積模量，α為所述背景相孔隙介 質(zhì)的體積比。
[0033] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種非均勻孔隙巖石中固態(tài)有機(jī)質(zhì)的體積含量確定方法，用 以準(zhǔn)確可靠地計(jì)算出非均勻孔隙巖石中固態(tài)有機(jī)質(zhì)的體積含量，該方法包括：
[0034] 按上述非均勻孔隙巖石的體積模量確定方法確定所述非均勻孔隙巖石的體積模 量；
[0035] 觀測(cè)所述非均勻孔隙巖石中彈性波傳播速度；
[0036] 根據(jù)所述背景相孔隙介質(zhì)和摻雜物孔隙介質(zhì)的巖石物理參數(shù)，計(jì)算所述非均勻孔 隙巖石的縱波速度；
[0037] 以彈性波傳播速度與所述縱波速度之間的差異為目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)所述非均勻孔隙 巖石的體積模量，反演所述非均勻孔隙巖石中固態(tài)有機(jī)質(zhì)的體積含量。
[0038] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種非均勻孔隙巖石的體積模量確定裝置，用以準(zhǔn)確可靠地 計(jì)算出非均勻孔隙巖石的體積模量，該裝置包括：
[0039] 背景相參數(shù)確定模塊，用于確定非均勻孔隙巖石中背景相孔隙介質(zhì)的巖石物理參 數(shù)；
[0040] 摻雜物參數(shù)確定模塊，用于確定非均勻孔隙巖石中摻雜物孔隙介質(zhì)的巖石物理參 數(shù)；
[0041] 體積模量計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述背景相孔隙介質(zhì)和摻雜物孔隙介質(zhì)的巖石物理 參數(shù)，計(jì)算所述非均勻孔隙巖石的體積模量。
[0042] -個(gè)實(shí)施例中，所述體積模量計(jì)算模塊包括：
[0043] 背景相計(jì)算單元，用于根據(jù)所述背景相孔隙介質(zhì)的巖石物理參數(shù)，計(jì)算所述背景 相孔隙介質(zhì)的等效體積模量；
[0044] 摻雜物計(jì)算單元，用于根據(jù)所述摻雜物孔隙介質(zhì)的巖石物理參數(shù)，計(jì)算所述摻雜 物孔隙介質(zhì)的等效體積模量；