天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算方法及系统

摘要

本发明提出了一种天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算方法及系统，该方法包括：对原始地震数据进行叠前保幅处理，获取共反射点的偏移距道集及相应的叠加速度模型；将叠加速度模型转换成层速度模型，根据层速度模型将偏移距道集转换成角度道集；利用地震振幅解释技术在角度道集中追踪游离气层底部的层位，并利用地震数据振幅拾取技术，拾取不同角度的游离气层底部振幅，生成游离气层底部振幅随角度变化的AVO曲线；利用等效介质理论计算不同游离气饱和度和饱和水地层的速度和密度；计算平面波在均匀介质中不同游离气饱和度的纵波反射系数随角度变化的AVO曲线；将AVO曲线进行交会，根据对应关系估算得到水合物储层下方游离气的饱和度。

说明书

技术领域

本发明属于地球物理勘探技术领域，尤指一种天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算方法及系统。

背景技术

天然气水合物广泛分布于全球大多数大陆边缘的深水地区以及多年冻土地区，它在资源、环境和灾害等方面具有不可忽视的作用。随着海洋天然气水合物勘探开发的深入，人们发现天然气水合物储层下方游离气是水合物成藏的关键因素之一，因此对游离气的研究受到越来越多的重视。目前对游离气的估算主要是基于测井数据，但针对水合物储层的钻探，海上实际施工由于考虑安全因素，往往钻探深度只到BSR附近，而不钻透整个游离气层，因而测井数据只能预测BSR附近的游离气，由于水合物储层的测井数据深度不深，无法估算更深层的游离气饱和度。

综上来看，亟需一种可以估算更深层的游离气饱和度的技术方案。

发明内容

针对水合物储层的地震数据能够覆盖整个游离气层，可以利用地震数据进行游离气储层的饱和度估算。本发明给出一种无钻井情况下估算水合物下方游离气饱和度的方法。针对水合物下方游离气的储层特点，通过叠前地震数据保幅处理，获得游离气层底部的实际AVO曲线；正演计算不同饱和度游离气层和饱和水层的理论AVO曲线；对比分析实际和理论AVO曲线即可估算游离气层底部的气饱和度。

在本发明实施例的第一方面，提出了一种天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算方法，该方法包括：

对所述原始地震数据进行叠前保幅处理，获取共反射点的偏移距道集及相应的叠加速度模型；

将叠加速度模型转换成层速度模型，根据层速度模型将偏移距道集转换成角度道集；

利用地震振幅解释技术在所述角度道集中追踪游离气层底部的层位，并利用地震数据振幅拾取技术，拾取不同角度的游离气层底部振幅，生成游离气层底部振幅随角度变化的AVO曲线；

收集区域测井和岩心资料，归纳研究区的矿物组分含量和孔隙度，利用等效介质理论计算不同游离气饱和度和饱和水地层的速度和密度；

根据不同游离气饱和度和饱和水地层的速度和密度，计算平面波在均匀介质中不同游离气饱和度的纵波反射系数随角度变化的AVO曲线；

将不同游离气饱和度的纵波反射系数随角度变化的AVO曲线和游离气层底部振幅随角度变化的AVO曲线进行交会，根据两条AVO曲线的对应关系估算得到水合物储层下方游离气的饱和度。

在本发明实施例的第二方面，提出了一种天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算系统，该系统包括：

数据处理模块，用于对所述原始地震数据进行叠前保幅处理，获取共反射点的偏移距道集及相应的叠加速度模型；

转换模块，用于将叠加速度模型转换成层速度模型，根据层速度模型将偏移距道集转换成角度道集；

曲线提取模块，用于利用地震振幅解释技术在所述角度道集中追踪游离气层底部的层位，并利用地震数据振幅拾取技术，拾取不同角度的游离气层底部振幅，生成游离气层底部振幅随角度变化的AVO曲线；

计算模块，用于收集区域测井和岩心资料，归纳研究区的矿物组分含量和孔隙度，利用等效介质理论计算不同游离气饱和度和饱和水地层的速度和密度；

曲线计算模块，用于根据不同游离气饱和度和饱和水地层的速度和密度，计算平面波在均匀介质中不同游离气饱和度的纵波反射系数随角度变化的AVO曲线；

估算模块，用于将不同游离气饱和度的纵波反射系数随角度变化的AVO曲线和游离气层底部振幅随角度变化的AVO曲线进行交会，根据两条AVO曲线的对应关系估算得到水合物储层下方游离气的饱和度。

在本发明实施例的第三方面，提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算方法。

在本发明实施例的第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算方法。

本发明可以在无钻井情况下进行水合物下方游离气饱和度的估算，能够获取地震数据可识别的游离气层底部的气饱和度，解决常规钻井局限于预测BSR附近游离气的问题，实现水合物储层下方钻井未达到深度的游离气饱和度估算。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一实施例的天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算方法流程示意图。

图2是本发明一具体实施例的水合物储层下方游离气饱和度估算流程图。

图3是本发明一具体实施例的游离气层的地震数据示意图。

图4是本发明一具体实施例的游离气饱和度估算示意图。

图5是本发明一实施例的天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算系统架构示意图。

图6是本发明一实施例的计算机设备结构示意图。

具体实施方式

下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本领域技术人员知道，本发明的实施方式可以实现为一种系统、装置、设备、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。

根据本发明的实施方式，提出了一种天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算方法及系统。

下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。

图1是本发明一实施例的天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算方法流程示意图。如图1所示，该方法包括：

步骤S1，对所述原始地震数据进行叠前保幅处理，获取共反射点的偏移距道集及相应的叠加速度模型；

步骤S2，将叠加速度模型转换成层速度模型，根据层速度模型将偏移距道集转换成角度道集；

步骤S3，利用地震振幅解释技术在所述角度道集中追踪游离气层底部的层位，并利用地震数据振幅拾取技术，拾取不同角度的游离气层底部振幅，生成游离气层底部振幅随角度变化的AVO曲线；

步骤S4，收集区域测井和岩心资料，归纳研究区的矿物组分含量和孔隙度，利用等效介质理论计算不同游离气饱和度和饱和水地层的速度和密度；

步骤S5，根据不同游离气饱和度和饱和水地层的速度和密度，计算平面波在均匀介质中不同游离气饱和度的纵波反射系数随角度变化的AVO曲线；

步骤S6，将不同游离气饱和度的纵波反射系数随角度变化的AVO曲线和游离气层底部振幅随角度变化的AVO曲线进行交会，根据两条AVO曲线的对应关系估算得到水合物储层下方游离气的饱和度。

在本实施例中，步骤S1包括：

利用叠前地震保幅处理技术对所采集的地震数据进行处理，其中至少包括废道剔除、废炮剔除、宽带滤波、叠前道集净化、球面扩散、地表一致性振幅补偿、精细速度分析及弯曲射线叠前时间偏移，获取研究区共反射点的偏移距道集和叠加速度模型。

在本实施例中，步骤S2包括：

利用式(1)的Dix公式将叠加速度模型转换成层速度模型，根据层速度模型将偏移距道集转换成角度道集；其中，式(1)为：

其中，v

在本实施例中，步骤S4利用的等效介质理论的计算公式为：

岩石的体积模量和剪切模量利用Hill平均方程计算，其中，沉积层岩石是由多种矿物组成，计算式为：

式中，K为岩石的体积模量，G为岩石的剪切模量；m为不同矿物组分数目；f

临界孔隙度上、下的固体相干燥骨架弹性模量应用修改的Hashin-Shtrikman计算，当孔隙度φ小于临界孔隙度φ

当孔隙度φ大于临界孔隙度φ

式中，

其中，K

在确定干燥固体相的弹性模量后，在地震频率范围，饱和岩石弹性模量应用Gassmann方程来计算得到，所述Gassmann方程把含有流体的干燥岩石的弹性模量与有效弹性模量联系起来，饱和有效体积模量和剪切模量为：

G

式中，K

沉积层纵横波速度和密度分别为：

式中，V

在本实施例中，步骤S5包括：

利用Aki和Richards公式计算平面波在均匀介质中不同游离气饱和度的纵波反射系数随角度变化的AVO曲线，计算式为：

其中，

D＝EF+GHp

p＝sini

a

需要说明的是，尽管在上述实施例及附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

为了对上述天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算方法进行更为清楚的解释，下面结合一个具体的实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明不当的限定。

参考图2，为本发明一具体实施例的水合物储层下方游离气饱和度估算流程图。参考图2所示，首先利用叠前地震保幅处理技术对所采集的地震数据进行相应的处理，主要包括废道、废炮剔除、宽带滤波、叠前道集净化、球面扩散和地表一致性振幅补偿、精细速度分析、弯曲射线叠前时间偏移等，获取研究区共反射点的偏移距道集和叠加速度模型。

利用Dix公式将叠加速度模型转换成层速度模型，然后根据层速度模型，依据射线追踪技术将偏移距道集转换成角度道集；利用地震振幅解释和拾取技术，在角度道集中追踪游离气层底部的层位，并拾取不同角度的游离气层底部振幅，生成游离气层底部振幅随角度变化AVO曲线。

进一步的，收集研究区的区域测井和岩心资料，总结归纳研究区的矿物组分含量和孔隙度，利用等效介质理论计算不同游离气饱和度和饱和水地层的速度和密度；根据不同游离气饱和度和饱和水地层的速度和密度，利用Aki和Richards公式计算平面波在均匀介质中界面上不同游离气饱和度的纵波反射系数随角度变化的AVO曲线；将不同游离气饱和度的理论AVO曲线和实际提取的AVO曲线进行交会，根据两者对应关系即可估算水合物储层下方游离气的饱和度。

如图3所示，为游离气层的地震数据示意图。(a)是原始地震单炮道集，(b)是经过叠前地震保幅处理后的单炮道集，(c)是目标层游离气底部共反射点的偏移距道集，(d)是目标层游离气底部共反射点的角度道集。

进一步的，参考图4，为本发明一具体实施例的游离气饱和度估算示意图。如图4所示，(a)是地层模型图，上、下地层分别为游离气层和饱和水层，反射界面为游离气层底。(b)为游离气饱和度估算图，点划线为从研究区游离气层底实际提取的振幅随角度变化的AVO曲线，实线为Aki和Richards公式计算的AVO曲线，两者交会估算的水合物层下方游离气饱和度约为0.25％。

基于上述无钻井情况下估算水合物下方游离气饱和度的方法，能够获取地震数据可识别的游离气层底部的气饱和度，能够解决常规钻井局限于预测BSR附近游离气的问题，实现水合物储层下方钻井未达到深度的游离气饱和度估算。

在介绍了本发明示例性实施方式的方法之后，接下来，参考图5对本发明示例性实施方式的天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算系统进行介绍。

天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算系统的实施可以参见上述方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的术语“模块”或者“单元”，可以是实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

基于同一发明构思，本发明还提出了一种天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算系统，如图5所示，该系统包括：

数据处理模块510，用于对所述原始地震数据进行叠前保幅处理，获取共反射点的偏移距道集及相应的叠加速度模型；

转换模块520，用于将叠加速度模型转换成层速度模型，根据层速度模型将偏移距道集转换成角度道集；

曲线提取模块530，用于利用地震振幅解释技术在所述角度道集中追踪游离气层底部的层位，并利用地震数据振幅拾取技术，拾取不同角度的游离气层底部振幅，生成游离气层底部振幅随角度变化的AVO曲线；

计算模块540，用于收集区域测井和岩心资料，归纳研究区的矿物组分含量和孔隙度，利用等效介质理论计算不同游离气饱和度和饱和水地层的速度和密度；

曲线计算模块550，用于根据不同游离气饱和度和饱和水地层的速度和密度，计算平面波在均匀介质中不同游离气饱和度的纵波反射系数随角度变化的AVO曲线；

估算模块560，用于将不同游离气饱和度的纵波反射系数随角度变化的AVO曲线和游离气层底部振幅随角度变化的AVO曲线进行交会，根据两条AVO曲线的对应关系估算得到水合物储层下方游离气的饱和度。

在本实施例中，数据处理模块510具体用于：

利用叠前地震保幅处理技术对所采集的地震数据进行处理，其中至少包括废道剔除、废炮剔除、宽带滤波、叠前道集净化、球面扩散、地表一致性振幅补偿、精细速度分析及弯曲射线叠前时间偏移，获取研究区共反射点的偏移距道集和叠加速度模型。

在本实施例中，转换模块520具体用于：

利用式(1)的Dix公式将叠加速度模型转换成层速度模型，根据层速度模型将偏移距道集转换成角度道集；其中，式(1)为：

其中，v

在本实施例中，计算模块540利用等效介质理论计算不同游离气饱和度和饱和水地层的速度和密度的公式为：

岩石的体积模量和剪切模量利用Hill平均方程计算，其中，沉积层岩石是由多种矿物组成，计算式为：

式中，K为岩石的体积模量，G为岩石的剪切模量；m为不同矿物组分数目；f

临界孔隙度上、下的固体相干燥骨架弹性模量应用修改的Hashin-Shtrikman计算，当孔隙度φ小于临界孔隙度φ

当孔隙度φ大于临界孔隙度φ

式中，

其中，K

在确定干燥固体相的弹性模量后，在地震频率范围，饱和岩石弹性模量应用Gassmann方程来计算得到，所述Gassmann方程把含有流体的干燥岩石的弹性模量与有效弹性模量联系起来，饱和有效体积模量和剪切模量为：

G

式中，K

沉积层纵横波速度和密度分别为：

式中，V

在本实施例中，曲线计算模块550具体用于：

利用Aki和Richards公式计算平面波在均匀介质中不同游离气饱和度的纵波反射系数随角度变化的AVO曲线，计算式为：

其中，

D＝EF+GHp

p＝sini

a

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算系统的若干模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多模块的特征和功能可以在一个模块中具体化。反之，上文描述的一个模块的特征和功能可以进一步划分为由多个模块来具体化。

基于前述发明构思，如图6所示，本发明还提出了一种计算机设备600，包括存储器610、处理器620及存储在存储器610上并可在处理器620上运行的计算机程序630，所述处理器620执行所述计算机程序630时实现前述天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算方法。

基于前述发明构思，本发明提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述天然气水合物储层下方游离气饱和度的估算方法。

本发明可以在无钻井情况下进行水合物下方游离气饱和度的估算，能够获取地震数据可识别的游离气层底部的气饱和度，解决常规钻井局限于预测BSR附近游离气的问题，实现水合物储层下方钻井未达到深度的游离气饱和度估算。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。