页岩气储层叠前地震反演方法研究

发布时间：2020-06-04 08:07

【摘要】：页岩气是赋存于泥岩或页岩中的天然气,作为常规油气资源的重要补给,对我国经济建设和能源安全具有重大意义。页岩气储层具有富含有机质、有效孔隙度低等地质特点及波动各向异性、应力延展性差等物理特征,增加了页岩气储层理论研究和技术应用的难度。叠前地震反演是页岩气储层识别与评价的有效手段,也面临着富有机质页岩地震响应机制不明确、地震各向异性显著和待反演参数多等挑战。开展页岩气储层叠前地震反演方法研究对页岩气资源勘探开发具有理论意义和实用价值。粘土矿物、柔性孔隙和有机质等物性特征是引起页岩气储层地震各向异性的内在因素。从页岩气储层地质-地球物理特征出发,在室内观测数据和测井数据的标定下,利用各向异性自洽-微分等效介质理论和颗粒优势方位分布平均理论,构建了页岩固相基质的等效模型;并借助各向异性等效场理论引入了有机质对页岩宏观弹性性质的影响,实现了富有机质页岩的地震岩石物理建模,建立了反映有机质含量的页岩地震岩石物理量版图,为页岩气储层物性预测提供了理论支撑。各向异性杨氏模量和泊松比反映了页岩气储层的岩石力学特征,是识别开发工程“甜点”的重要参数。本文从页岩横向各向同性本构方程出发,通过介质分解理论将各向异性本构矩阵表示为各向同性背景与和各向异性扰动;利用地震波扰动理论,推导了页岩气储层各向异性杨氏模量和泊松比的近似表征方程,建立了页岩气储层岩石模量参数和Thomsen地震各向异性参数间的量化关系,与实验测量数据对比证实了本文近似方程具有较高精度;利用广义正交各向异性岩石力学模型,借助线性滑移裂缝等效介质理论,建立了由本征各向异性参数和裂缝弱度参数表示的地应力近似方程,为页岩气储层各向异性岩石模量预测和可压裂性评价奠定了基础。页岩气储层岩石模量和各向异性参数是页岩气有利区识别和开发评价中的关键参数。本文在反映页岩气储层岩石模量参数和各向异性参数的平面波反射近似方程的基础上,构建了页岩气储层等效正交各向异性介质中纵波反射系数正演算子。在贝叶斯叠前反演理论框架下,形成了基于方位反射系数方程的页岩气储层多参数叠前地震反演方法。针对从反射振幅中反演各向异性参数扰动量存在的不稳定性,本文发展了基于方位弹性阻抗的正交各向异性介质参数反演方法,实现了页岩气储层地震各向异性参数的直接反演,增强了多参数同时反演的稳定性。理论模型试算和实际资料试处理验证了本文方位叠前地震反演方法的合理性和实效性,为页岩气储层预测和评价提供了有效手段。利用宽方位叠前地震资料建立页岩气储层多参数反演方法已成为一项前沿性研究课题。本文从页岩气储层地震岩石物理建模研究出发,探索了描述页岩气储层岩石力学性质与地应力状态的表征方法,开展了页岩气储层等效正交各向异性介质平面纵波反射方程的解析研究,进而发展了面向页岩气储层多参数预测的方位叠前地震反演方法,理论模型测试和实际应用初探说明了本文研究成果对页岩气储层识别与评价具有一定积极作用。
【图文】：

2.1 页岩气储层物性特征页岩气储层为富有有机质页岩，由成岩矿物（粘土和非粘土矿物）、有机质、多尺度孔隙和多相态孔隙填充物组成，如图 2-1 所示。本节将从成岩组分、孔隙空间和孔隙填充物三个方面，刻画富有页岩气储层物性特征。页岩气储层中矿物种类较多，一般由粘土矿物（蒙脱石，伊利石和高岭石等），非粘土硅质矿物（石英和长石等），碳酸岩盐矿物（方解石和白云石等），，以及黄铁矿等其它矿物组成。粘土矿物是引起页岩固有各向异性的主要因素之一，同时作为主要的承载基质，塑性粘土矿物降低了页岩岩石力学强度成为了页岩气储层地震岩石物理建模中的主要研究对象。除了无机矿物，页岩气储层固相基质部分中还含有一类特殊的类固态成分--有机质一方面，低成熟度的有机质可以作为承载固相，另一方面，成熟的有机质中发育排烃孔、缝形成了含纳米级孔隙的“海绵”状孔隙介质，使得低孔低渗页岩地层具有了自生自储的能力，同时富有机质页岩的岩石物理建模也更为复杂。

第二章 页岩气储层地震岩石物理建模方法性强度以及有机质含量的基本物性参数。页岩矿物组分复杂，主要由粘土矿物（小于50%），碳酸盐矿物（小于 50%）和石英等硅质矿物（25%~30%），以及黄铁矿等矿物组成，一般使用粘土矿物-碳酸盐岩矿物-硅质矿物组分三端元图划分页岩岩相。页岩处于矿物组分三端元图的中心区域，另外三个端元分别对应硅质泥岩，富粘土页岩和石灰岩，如图 2-2(a)所示。图 2-2(b)展示了北美 Barnett 页岩[71]、EagleFord 页岩[136]、中国南方焦石坝龙马溪组页岩[137]、中国南方建南地区龙马溪组页岩[83]和渤海湾盆地沙河街组页岩具有的矿物组分三元散点图。由图 2-2 可见，Barnett 页岩和中国南方龙马溪组页岩为富硅质页岩，Eagle Ford 页岩和渤海湾沙河街组页岩为钙质页岩或灰质页岩。
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P618.13;P631.4

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本文编号：2696104