本发明涉及地球物理反演研究领域，更具体地说，涉及一种基于岩石物理理论的储层有效压力叠前反演预测方法。
背景技术：
目前常规油气的勘探开发技术已经基本成熟，陆地深层、海域深水和非常规储层的勘探与开发成为新的研究热点。深层、深水及非常规储层的所处的压力条件与常规储层不同，尤其是在含油气盆地的深层，受构造运动的影响，超压油气藏往往比较发育，因此研究压力对储层岩石物理性质的影响并分析其微观主控因素对深层油气储层，特别是致密储层的地质认识以及深部储层的勘探开发有着重要的意义。
前人对压力影响的研究主要集中在上覆地层压力、孔隙压力(地层压力)及二者的差值有效压力当中。现有的储层压力预测方法主要有：
(1)经验公式法。制备岩石样品，在实验室条件下得到不同有效压力下岩石的弹性参数，通过数据拟合得到相应的经验公式，并应用于整个工区；许多学者进行了大量的实验模拟，并在实验结果的基础上提出了一些经验关系式来描述不同类型压力和纵横波速度之间的联系，以异常的纵横波速度来判断相应异常压力的存在。但经验关系式缺乏理论依据，同一组参数并不能适用于所有的工区，并且对所有的工区均进行取样及实验测试是极为不便的。
(2)正常压实趋势法。首先依据测井或地质资料来预测正常压力条件下储层参数随深度变化的“正常压实趋势”，通过观测参数和正常压实下参数的差异来预测地层孔隙压力，进而计算出储层的有效压力，结合地震弹性阻抗反演等方法推断整个工区的有效压力变化情况，此类方法也是目前通过测井数据进行有效压力预测的重要手段。这些方法也同样被应用在有效压力的地震反演预测当中，依据正常压实趋势，利用正常压实下的储层参数及实测储层参数的差异，在贝叶斯框架下开展弹性阻抗地震叠前反演工作，完成工区有效压力的预测。但正常压实趋势无法测量，只能通过其他测井或地质资料进行推断，给该方法的实施造成了一定的困难。
以上方法缺乏岩石物理理论的指导，无法从岩石物理机制上解释有效压力对储层弹性参数及地震反射特征的影响，因此，本案提出了一种从岩石物理理论出发，考虑有效压力对地震反射特征影响的储层有效压力地震叠前反演预测方法，基于包含有效压力影响的地震反射系数近似方程，实现深层、深水储层的有效压力预测。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于岩石物理理论的储层有效压力叠前反演预测方法，它可以实现以岩石物理理论作为理论依据，能够较为准确地得到储层有效压力预测值。
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：
一种基于岩石物理理论的储层有效压力叠前反演预测方法，包括以下几个步骤：
s01、首先进行岩石物理模型的建立，将岩石视作砂岩部分(代表矿物为石英)和泥质部分(代表矿物为粘土矿物)的混合物，根据测井泥质含量使用v-r-h平均计算岩石基质模量km和μm，再通过km和μm计算出饱和岩石模量ks和μs，并且通过岩石的基质密度ρm计算饱和岩石的密度ρs；
s02、对饱和岩石模量ks和μs的表达式求取自然对数，然后选取参考点m0进行泰勒展开后得到多元函数表达式，然后使用雅可比矩阵表示该多元函数；
s03、计算s02中的雅克比矩阵中相应的偏导数，代入反射系数rpp的近似方程，化简后得到反射系数方程；
s04、将地震子波带入反射系数方程合成地震记录；
s05、将实际地震记录与s04中的合成地震记录做对比，利用实际地震记录下的储层参数及合成地震记录储层参数的差异，使用贝叶斯公式计算后验概率；
s06、根据s05中的后验概率结果得到目标函数；
s07、将s06中的目标函数重复s04-s06步骤，进行迭代反演，推导反映有效压力对储层地震反射特征影响的反射系数近似方程；
s08、利用s07中得出的反射系数近似方程进行反演预测，储层的有效压力值曲线。
作为本发明的一种优选方案，所述s01中岩石基质模量km和μm的计算公式为：
km＝(1-vsh)kquartz vshksh
μm＝(1-vsh)μquartz vshμsh。
作为本发明的一种优选方案，所述s01中在饱和岩石模量ks计算的步骤中引入有效压力的pe影响，根据线性近似式，通过有效压力计算孔隙空间刚度kφ与基质体积模量km的比值k，其中参数a和b的取值与工区的岩性特征有关：
引入有效压力的影响后ks的计算公式为：
作为本发明的一种优选方案，所述μs的计算公式为：
μs＝μd＝μm(1-φ)q≈μm(1-q·φ)
式中：q是与孔隙纵横比有关的常数，kf是孔隙流体体积模量，φ为孔隙度，μs,μd分别是饱和岩石和干燥岩石骨架的剪切模量。
作为本发明的一种优选方案，所述s01中岩石的基质密度ρm的计算公式为：
ρm＝ρquartz(1-vsh) ρshvsh
式中：石英的密度ρquartz和泥质的密度ρsh取经验值；
所述s01中ρs的计算公式为：
ρs＝φρf (1-φ)ρm
式中：ρf和ρm分别为孔隙流体和岩石基质的密度。
作为本发明的一种优选方案，所述s02中饱和岩石模量ks和μs的表达式求取自然对数的表达式为：
f(m)＝ln(ks),g(m)＝ln(μs),h(m)＝ln(ρs)
式中：下标m表示基质参数，s表示饱和岩石的参数，f表示流体的参数，m表示由岩石孔隙度φ，流体体积模量kf，泥质含量η及有效压力pe组成的向量。
作为本发明的一种优选方案，所述s02中选取参考点m0进行泰勒展开后得到多元函数表达式为：
作为本发明的一种优选方案，所述s02中雅可比矩阵表示为：
作为本发明的一种优选方案，所述s03中代入反射系数rpp的近似方程为：
其中m为模型参数向量，θ为入射角，t为相应求偏导参数，j表示雅可比矩阵，化简可得：
其中kf,pe,φ,η,ρ分别表示流体体积模量、有效压力、孔隙度、泥质含量及密度，a、b为根据工区特征求取的经验参数，γ为横、纵波速度比值。a1,a2,a3,a4分别是流体体积模量、有效压力、孔隙度、泥质含量、密度的反射率系数，与入射角有关。
作为本发明的一种优选方案，所述s08中得到的储层的有效压力值曲线的检验能够通过过井剖面附近的井曲线实测值检测。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
本方案通过考虑有效压力影响的岩石物理理论推导反射系数近似方程，完成储层有效压力的地震叠前反演预测，从岩石物理机制上解释有效压力对储层弹性参数及地震反射特征的影响，不用对所有的工区均进行取样及实验测试，便于实施，且预测结果更加准确，实现了深层、深水储层的有效压力预测。
附图说明
图1为本发明的反演预测流程图；
图2为本发明应用于某深层页岩气工区时测试井有效眼里反演结果与实测数据的对比图；
图3为本发明应用于某深层页岩气工区时有效压力反演结果过井剖面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例：
请参阅图1，一种基于岩石物理理论的储层有效压力叠前反演预测方法，包括以下几个步骤：
s01、首先进行岩石物理模型的建立，将岩石视作砂岩部分(代表矿物为石英)和泥质部分(代表矿物为粘土矿物)的混合物，根据测井泥质含量使用v-r-h平均计算岩石基质模量km和μm，再通过km和μm计算出饱和岩石模量ks和μs，并且通过岩石的基质密度ρm计算饱和岩石的密度ρs；
s02、对饱和岩石模量ks和μs的表达式求取自然对数，然后选取参考点m0进行泰勒展开后得到多元函数表达式，然后使用雅可比矩阵表示该多元函数；
s03、计算s02中的雅克比矩阵中相应的偏导数，代入反射系数rpp的近似方程，化简后得到反射系数方程；
s04、将地震子波带入反射系数方程合成地震记录；
s05、将实际地震记录与s04中的合成地震记录做对比，利用实际地震记录下的储层参数及合成地震记录储层参数的差异，使用贝叶斯公式计算后验概率；
s06、根据s05中的后验概率结果得到目标函数；
s07、将s06中的目标函数重复s04-s06步骤，进行迭代反演，推导反映有效压力对储层地震反射特征影响的反射系数近似方程；
s08、利用s07中得出的反射系数近似方程进行反演预测，储层的有效压力值曲线。
具体的，所述s01中岩石基质模量km和μm的计算公式为：
km＝(1-vsh)kquartz vshksh
μm＝(1-vsh)μquartz vshμsh。
具体的，所述s01中在饱和岩石模量ks计算的步骤中引入有效压力的pe影响，根据线性近似式，通过有效压力计算孔隙空间刚度kφ与基质体积模量km的比值k，其中参数a和b的取值与工区的岩性特征有关：
引入有效压力的影响后ks的计算公式为：
具体的，所述μs的计算公式为：
μs＝μd＝μm(1-φ)q≈μm(1-q·φ)
式中：q是与孔隙纵横比有关的常数，kf是孔隙流体体积模量，φ为孔隙度，μs,μd分别是饱和岩石和干燥岩石骨架的剪切模量。
具体的，所述s01中岩石的基质密度ρm的计算公式为：
ρm＝ρquartz(1-vsh) ρshvsh
式中：石英的密度ρquartz和泥质的密度ρsh取经验值；
所述s01中ρs的计算公式为：
ρs＝φρf (1-φ)ρm
式中：ρf和ρm分别为孔隙流体和岩石基质的密度。
具体的，所述s02中饱和岩石模量ks和μs的表达式求取自然对数的表达式为：
f(m)＝ln(ks),g(m)＝ln(μs),h(m)＝ln(ρs)
式中：下标m表示基质参数，s表示饱和岩石的参数，f表示流体的参数，m表示由岩石孔隙度φ，流体体积模量kf，泥质含量η及有效压力pe组成的向量。
具体的，所述s02中选取参考点m0进行泰勒展开后得到多元函数表达式为：
具体的，所述s02中雅可比矩阵表示为：
具体的，所述s03中代入反射系数rpp的近似方程为：
其中m为模型参数向量，θ为入射角，t为相应求偏导参数，j表示雅可比矩阵，化简可得：
其中kf,pe,φ,η,ρ分别表示流体体积模量、有效压力、孔隙度、泥质含量及密度，a、b为根据工区特征求取的经验参数，γ为横、纵波速度比值。a1,a2,a3,a4分别是流体体积模量、有效压力、孔隙度、泥质含量、密度的反射率系数，与入射角有关。
请参阅图2和图3，所述s08中得到的储层的有效压力值曲线的检验能够通过过井剖面附近的井曲线实测值检测，可以看出，单井反演结果与实测数据变化趋势一致，数值十分相近，在过井剖面目的层附近，经反演预测得到的有效压力值与井曲线实测值吻合较好，证明了该方法的有效性。
工作原理：通过地震子波配合反射系数方程合成地震记录，然后利用实际地震记录下的储层参数及合成地震记录储层参数的差异，使用贝叶斯公式计算后验概率，通过后验概率计算出目标函数，将目标函数进行迭代反演，基于相关的岩石物理理论，从有效压力对储层弹性参数的影响出发，推导出反映有效压力对储层地震反射特征影响的反射系数近似方程，从而完成功效有效压力的预测。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
1.一种基于岩石物理理论的储层有效压力叠前反演预测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
s01、首先进行岩石物理模型的建立，将岩石视作砂岩部分(代表矿物为石英)和泥质部分(代表矿物为粘土矿物)的混合物，根据测井泥质含量使用v-r-h平均计算岩石基质模量km和μm，再通过km和μm计算出饱和岩石模量ks和μs，并且通过岩石的基质密度ρm计算饱和岩石的密度ρs；
s02、对饱和岩石模量ks和μs的表达式求取自然对数，然后选取参考点m0进行泰勒展开后得到多元函数表达式，然后使用雅可比矩阵表示该多元函数；
s03、计算s02中的雅克比矩阵中相应的偏导数，代入反射系数rpp的近似方程，化简后得到反射系数方程；
s04、将地震子波带入反射系数方程合成地震记录；
s05、将实际地震记录与s04中的合成地震记录做对比，利用实际地震记录下的储层参数及合成地震记录储层参数的差异，使用贝叶斯公式计算后验概率；
s06、根据s05中的后验概率结果得到目标函数；
s07、将s06中的目标函数重复s04-s06步骤，进行迭代反演，推导反映有效压力对储层地震反射特征影响的反射系数近似方程；
s08、利用s07中得出的反射系数近似方程进行反演预测，储层的有效压力值曲线。
2.根据权利要求1所述的一种基于岩石物理理论的储层有效压力叠前反演预测方法，其特征在于：所述s01中岩石基质模量km和μm的计算公式为：
km＝(1-vsh)kquartz vshksh
μm＝(1-vsh)μquartz vshμsh。
3.根据权利要求1所述的一种基于岩石物理理论的储层有效压力叠前反演预测方法，其特征在于：所述s01中在饱和岩石模量ks计算的步骤中引入有效压力的pe影响，根据线性近似式，通过有效压力计算孔隙空间刚度kφ与基质体积模量km的比值k，其中参数a和b的取值与工区的岩性特征有关：
引入有效压力的影响后ks的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的一种基于岩石物理理论的储层有效压力叠前反演预测方法，其特征在于：所述μs的计算公式为：
μs＝μd＝μm(1-φ)q≈μm(1-q·φ)
式中：q是与孔隙纵横比有关的常数，kf是孔隙流体体积模量，φ为孔隙度，μs,μd分别是饱和岩石和干燥岩石骨架的剪切模量。
5.根据权利要求1所述的一种基于岩石物理理论的储层有效压力叠前反演预测方法，其特征在于：所述s01中岩石的基质密度ρm的计算公式为：
ρm＝ρquartz(1-vsh) ρshvsh
式中：石英的密度ρquartz和泥质的密度ρsh取经验值；
所述s01中ρs的计算公式为：
ρs＝φρf (1-φ)ρm
式中：ρf和ρm分别为孔隙流体和岩石基质的密度。
6.根据权利要求1所述的一种基于岩石物理理论的储层有效压力叠前反演预测方法，其特征在于：所述s02中饱和岩石模量ks和μs的表达式求取自然对数的表达式为：
f(m)＝ln(ks),g(m)＝ln(μs),h(m)＝ln(ρs)
式中：下标m表示基质参数，s表示饱和岩石的参数，f表示流体的参数，m表示由岩石孔隙度φ，流体体积模量kf，泥质含量η及有效压力pe组成的向量。
7.根据权利要求1所述的一种基于岩石物理理论的储层有效压力叠前反演预测方法，其特征在于：所述s02中选取参考点m0进行泰勒展开后得到多元函数表达式为：
8.根据权利要求1所述的一种基于岩石物理理论的储层有效压力叠前反演预测方法，其特征在于：所述s02中雅可比矩阵表示为：
9.根据权利要求1所述的一种基于岩石物理理论的储层有效压力叠前反演预测方法，其特征在于：所述s03中代入反射系数rpp的近似方程为：
其中m为模型参数向量，θ为入射角，t为相应求偏导参数，j表示雅可比矩阵，化简可得：
其中kf,pe,φ,η,ρ分别表示流体体积模量、有效压力、孔隙度、泥质含量及密度，a、b为根据工区特征求取的经验参数，γ为横、纵波速度比值。a1,a2,a3,a4分别是流体体积模量、有效压力、孔隙度、泥质含量、密度的反射率系数，与入射角有关。
10.根据权利要求1所述的一种基于岩石物理理论的储层有效压力叠前反演预测方法，其特征在于：所述s08中得到的储层的有效压力值曲线的检验能够通过过井剖面附近的井曲线实测值检测。
技术总结