裂缝型页岩储层方位各向异性地震正反演研究

发布时间：2020-10-09 04:14

　　页岩油气作为一种特殊的油气藏,具有赋存方式多,储层结构复杂,非均质性较强等特点。与常规油气藏相比,对页岩油气的探索和评价需要更高的要求。页岩储层中存在着许多的裂缝,受页岩储层复杂结构等因素的影响,裂缝多呈现为垂直或者近似垂直的形态。页岩中发育的裂缝能够增加页岩油气储层的有效孔隙度,改善储集空间的连通性并提高储层渗透率,还可为油气的运移提供重要的通道。因此,研究裂缝型页岩储层中地震波的传播特征、利用地震资料反演裂缝参数对储层的地震预测具有重要意义。各向异性介质中的弹性波理论是研究裂缝型储层的基础,它能够有效的探索地震波在各向异性介质中的传播特征。针对含垂直缝的页岩储层,在只考虑垂直裂缝对各向异性的影响时,可将储层等效为HTI(horizontal transversely isotropic,具有水平对称轴的横向各向同性)介质;若同时考虑垂直裂缝和水平层理对各向异性的影响时,则可将储层等效为正交各向异性介质。本文针对这两种介质模型,并结合岩石物理论对各向异性参数地震AVAZ(amplitude variations versus azimuth,振幅随方位角的变化)反演方法展开了研究。针对HTI介质和正交各向异性介质模型,本文介绍了相应的PP波或PS波反射系数近似公式,并分析了反射系数随入射角和方位角的变化特征。同时基于岩石物理理论,讨论了裂缝属性(裂缝方位、裂缝密度、裂缝流体等)对地震AVAZ响应以及各向异性参数的影响,为后续页岩储层各向异性参数反演奠定了基础。在只考虑页岩储层中发育的垂直缝时,本文结合HTI介质岩石物理模型,并基于PP波和PS波反射系数近似公式,提出采用SA-PSO(simulate anneal-particle swarm optimization,模拟退火粒子群优化算法)反演裂缝储层的Thomsen各向异性参数。同时在反演之前,先利用傅里叶级数方法估计裂缝方位,并用估计值对实际数据进行方位校正,以提供更准确的输入数据。在各向异性参数地震AVAZ反演理论中,利用Thomsen各向异性参数之间的相关性,或者采用PP波和PS波联合反演的方法,可以提高待反演参数的敏感性,获得更为准确的裂缝储层弹性参数。通过理论模型测试验证了地震AVAZ反演理论的有效性,并应用实际地震数据中。计算结果表明,反演得到的Thomsen各向异性参数可用于评价裂缝发育程度,为页岩储层裂缝识别提供依据。在同时考虑页岩储层中发育的垂直裂缝和水平层理时,本文结合正交各向异性岩石物理模型,研究了页岩储层裂缝参数地震AVAZ反演方法,预测含垂直缝的VTI(vertical transversely isotropic,具有垂直对称轴的横向各向同性)背景介质下的页岩储层的弹性及裂缝参数。根据研究区页岩气储层地质构造设计的单界面理论模型,验证基于VTI约束及贝叶斯框架的反演方法的有效性,并将反演方法应用到龙马溪组页岩气储层实际方位地震数据。结合岩石物理理论分析可知,反演得到的裂缝参数不仅能反映裂缝的发育程度,还与矿物含量具有相关性,并且各向异性参数越大对应石英等脆性矿物含量越高,表明脆性矿物与裂缝的发育存在相关型,与地质基本理论一致,能够为储层裂缝、脆性等特征的分布提供依据。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P618.13;P631.4
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章绪论
    1.1 选题目的与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 方位各向异性岩石物理研究现状
        1.2.2 地震AVAZ研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
    1.4 本文创新点
第二章方位各向异性岩石物理理论
    2.1 各向异性介质概述
        2.1.1 各向异性介质的弹性系数
        2.1.2 各向异性介质的基本类型
    2.2 HTI各向异性岩石物理理论
        2.2.1 Hudson理论
        2.2.2 Schoenberg线性滑动理论
        2.2.3 Schoenberg模型和Hudson模型的关系
    2.3 正交各向异性岩石物理理论
    2.4 本章小结
第三章裂缝型页岩储层方位各向异性地震响应分析
    3.1 方位地震AVAZ响应基本理论
        3.1.1 HTI介质PP波反射系数近似公式
        3.1.2 正交各向异性介质PP波反射系数近似公式
    3.2 HTI介质地震AVAZ响应模拟及分析
        3.2.1 裂缝方位对地震AVAZ响应的影响
        3.2.2 裂缝密度对地震AVAZ响应的影响
        3.2.3 裂缝纵横比对地震AVAZ响应的影响
        3.2.4 裂缝流体对地震AVAZ响应的影响
    3.3 正交各向异性介质地震AVAZ响应模拟及分析
        3.3.1 裂缝方位对地震AVAZ响应的影响
        3.3.2 裂缝柔度对地震AVAZ响应的影响
    3.4 本章小结
第四章页岩储层垂直裂缝系统各向异性参数地震AVAZ反演
    4.1 基于傅里叶级数展开的裂缝方位预测方法
        4.1.1 任意各向异性介质反射系数的傅里叶级数展开形式
        4.1.2 HTI介质反射系数的傅里叶展开形式
    4.2 各向异性参数地震AVAZ反演理论
        4.2.1 基于PP波反射的地震AVAZ反演
        4.2.2 基于PP和 PS波联合的地震AVAZ反演
        4.2.3 模拟退火粒子群优化算法
    4.3 基于模拟退火粒子群优化算法反演储层各向异性参数
        4.3.1 PP波反演模型测试
        4.3.2 PP和 PS波联合反演模型测试
    4.4 实际数据应用
        4.4.1 研究区概况
        4.4.2 各向异性参数地震AVAZ反演
    4.5 本章小结
第五章正交各向异性页岩储层裂缝参数地震AVAZ反演
    5.1 正交各向异性地震AVAZ反演理论
    5.2 贝叶斯反演框架
        5.2.1 无约束贝叶斯反演
        5.2.2 有约束贝叶斯反演
        5.2.3 理论模型试算与分析
    5.3 正交各向异性地震AVAZ反演方法测试
        5.3.1 实际测井反射率模型测试
        5.3.2 合成地震数据测试
    5.4 实际数据应用及分析
    5.5 本章小结
第六章结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者简介及攻博期间的科研成果
致谢

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