[发明专利]十字型多尺度流孔隙介质全频段弹性波频散衰减分析方法

说明书

本发明涉及一种十字型多尺度流孔隙介质全频段弹性波频散衰减分析方法，包括：步骤1：将实际复杂孔隙介质等效为“十字型”孔隙模型；步骤2：根据十字型多尺度流孔隙介质全频段弹性波传播理论计算固相、流相及固流耦合等相关弹性和流体参数；步骤3：根据十字型多尺度流孔隙介质全频段弹性波传播波动方程求解平面波解，生成纵波、横波的相速度和品质因子；步骤4：根据所述弹性波的相速度与品质因子生成弹性波速度、衰减与频率之间的关系。本发明可用于分析多相孔隙介质中弹性波频散与衰减随频率、孔隙度、渗透率等的变化规律，为油气储层探测和海底底质弹性波探测服务。

技术领域

本发明涉及砂岩等孔隙介质弹性波传播模型及数值模拟与分析技术，尤其是关于一种十字型多尺度流孔隙介质全频段弹性波频散衰减分析方法。

背景技术

油气勘探开发在其150余年的发展中，极大的满足了社会发展对能源的需求，为世界各国经济、社会持续发展提供了不竭动力。当代油气地震勘探向储层精细描述、微观孔隙结构研究发展，其核心问题就是理解弹性波在储层介质中的传播规律。

弹性波作为在海水中能够远距离传播的能量形式，是进行海底探测、勘察、遥测的重要技术手段。海底底质参数是水下弹性波场的重要边界，是影响海洋环境中弹性波传播规律和弹性波场空间结构的重要因素，是海港建设、海底工程和海底资源开发的重要信息基础。

实际的油气储层和海底底质都是典型的孔隙介质。地震勘探和声学探测技术分别是油气资源勘查与海底调查的重要手段。弹性波在孔隙介质中传播时的频散和衰减现象明显，因此，频散和衰减信息成为油气地震预测及海底底质参数声学反演所需的重要属性。

油气地震勘探的地震波为低频，频率范围一般在5Hz至2kHz之间。而海底声学探测技术所采用弹性波频率一般为5kHz到数百kHz。开展孔隙介质中全频段弹性波衰减与频散等传播特征研究对于油气地震勘探、海底底质探测都具有重要的科学研究和应用价值。

弹性波在地下介质中的传播机理的研究工作最早从国外开始，发展至今已经持续多年，最早可追溯到20世纪40年代。Gassmann在1951年首次提出了弹性波孔隙介质的传播理论，引入了孔隙度的概念，建立了著名的Gassmann流体替换方程。Wyllie等人在1952年通过以固流交错排列层的模型等效替代多相多孔介质的思想，给出了波速的一种简单计算方法。Goodman等于1972年提出了弹性波在岩石干骨架中的传播理论，解释了弹性波仅在空气饱和的多孔介质中的传播机制。

在岩石物理学弹性波传播问题的研究发展过程中，人们逐渐认识到弹性波在地下介质的传播过程中，会引发孔隙流体与岩石骨架的相对运动，流固之间的相对运动是造成弹性波衰减的重要原因。Biot等人认为弹性波的能量耗散主要取决于流固相之间的相互运动，建立以孔隙宏观流为基础的Biot理论，预测了慢纵波的存在。但Biot理论的预测结果与实测结果还是具有明显的差距。Mavko和Nur于1975年提出了微观尺度的流体流动机制，这种微观流动被称为“squirt”流。

喷射流理论受模型限制，不能单独广泛应用于实际复杂孔隙介质的数据分析中。1987年，Bourbie等通过分别对两种能量损耗机制的实验观测，认为单独的喷射流模型和宏观流动模型都不能单独完全解释复杂孔隙介质中的损耗，必须将两种衰减机制结合起来。1993年，Dvorkin和Nur首次提出了包含Biot机制和微观喷射流机制的统一弹性波动力学理论，即BISQ理论。杨顶辉(1998年)、Diallo与Appel(2000年)、李红星(2018年)等都从不同角度提出发展了BISQ模型。2004年，NicholasChotiros考虑颗粒剪切拖力，在BISQ模型基础上提出了BICSQS模型，但没有引起过多关注。

随着孔隙介质理论地不断发展，学者们又意识到介观尺度下流体流动是造成波衰减和频散的重要原因。介观尺度是指远小于地震波波长，远大于岩石骨架颗粒地中间尺寸。1975年，White等首次建立了介观尺度下的部分饱和的“水包气”同心球状非均匀孔隙介质模型，又被称为White模型，斑块饱和模型等。