[发明专利]CO2地质封存中四维多分量地震监测的转换波AVO计算方法

摘要

CO2地质封存中四维多分量地震监测的转换波AVO计算方法，模拟CO2注入与地质封存的不同阶段，储层孔隙压力、CO2饱和度及裂缝密度变化情况下，不同入射角和不同方位所对应的PS1转换波和PS2转换波AVO；针对储层为各向同性介质与各向异性介质，在注入CO2的不同阶段，在储层孔隙压力和混合流体饱和度变化情况下，储层弹性参数变化及AVO变化；针对HTI介质模型，模拟注入井压力增大可能导致的裂缝张开，及生产井压力减小导致的裂缝闭合，针对孔隙度与裂缝密度变化；分析裂缝密度变化导致的注入CO2前后各向异性介质中，四维转换波AVO及方位AVO的变化；有助于标定和解释四维转换波地震资料，确定CO2驱油效果、CO2在地下的封存状态与分布范围和评价CO2地质封存的安全性。

主权项

CO2地质封存中四维多分量地震监测的转换波AVO计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)从测井曲线中，得到CO2注入前的纵波速度、横波速度、密度、孔隙度参数的测井曲线，结合阿尔奇公式得到含水饱和度和度曲线，从岩心的岩石物理实验中获取干岩石弹性模量随压力变化的储层岩石物理参数；2)以储层岩石物理参数和测井曲线为基础，运用Batzle‑Wang公式计算未发生流体替换时，未注入CO2，储层条件下油气水混合流体的体变模量和密度，然后通过Gassmann方程，获得储层段干岩石随深度变化的岩石物理参数曲线，在此引入科罗拉多矿院Brown(2002)在Weyburn油田岩石物理测试获得的，关于体变模量剪切模量与孔隙压力之间的关系：KDRY＝1.731*10‑4*(Pd‑Pf)3‑1.325*10‑2*(Pd‑Pf)2+0.3542*(Pd‑Pf)+13.11  (1)μDRY＝1.157*10‑4*(Pd‑Pf)3‑9.828*10‑2*(Pd‑Pf)2+0.2989*(Pd‑Pf)+8.78  (2)式中KDRY为压力校正后干岩石的体变模量，μDRY为压力校正后的干岩石剪切模量，Pd是储层围压，Pf是孔隙压力，运用式(1)和(2)校正干岩石体变模量和切变模量；3)将岩心干岩石的岩石物理参数，对步骤2)通过测井曲线求出的干岩石随深度变化的岩石物理参数曲线进行校正，并带入干岩石弹性模量随压力变化关系，获得储层段随压力变化的干岩石弹性模量曲线，即干岩石弹性模量随深度变化曲线；4)对于各向同性的孔隙介质，以Gassmann流体替换理论为基础对储层做注入CO2后的流体替换，并将随压力变化的干岩石体变模量和剪切模量带入Gassmann方程，计算孔隙压力和油气、水、CO2混合流体饱和度变化，及不同温度、矿化度、气油比、API值条件下的储层弹性参数，具体计算过程见式(3)～(7)：Ksub=KDRY+(1-KDRYKm)2porosityKfmix+1-porosityKm-KDRYKm2---(3)]]>densub＝dengrain*(1‑porosity)+denfmix*porosity        (4)musub＝μDRY                          (5)Vpsub=Ksub+43musubdensub---(6)]]>Vssub=muSubdenSub---(7)]]>在式(3)～(7)中，Ksub是饱和岩石的体变模量，KDRY是压力校正后干岩石的体变模量，Km是储层岩石骨架的体变模量，porosity是储层总孔隙度，Kfmix是混合流体体变模量，densub是饱和岩石密度，dengrain是储层岩石颗粒密度，denfmix是储层流体密度，musub是饱和岩石的剪切模量，μDRY是压力校正后干岩石的剪切模量，Vpsub是饱和岩石纵波速度，Vssub是饱和岩石横波速度；5)对于各向同性介质，在步骤4)流体替换的基础上，以精确的Zoeppritz方程或者Zoeppritz近似公式计算转换波AVO；6)对于各向异性介质，采用Tod理论计算压力变化造成的裂缝密度变化及岩石孔隙度变化，及模拟注入CO2前原始储层压力、注入CO2过程中，注入CO2饱和度增大、压力增大及生产井压力小条件下的压力变化导致的裂缝密度及孔隙度变化，再将孔隙度变化带入Gassmann公式，加入混合流体饱和度变化参数后，计算CO2注入前、后注入井及生产井的储层弹性物性参数，Tod(2002)的公式表示为：Ycf=Yc0{1-Pd-PfPd-12e-Cr(Pd-Pf)*πCrPd*erf[Cr(Pd-Pf)]}---(8)]]>其中，Pd是储层围压，Pf是孔隙压力，Yc0是储层原始裂缝密度，π是圆周率，Cr是中间变量，可表示为：Cr=2*1-vDRYπ*μDRY*ar---(9)]]>其中，vDRY是压力校正后干岩石的泊松比，μDRY是压力校正后干岩石的剪切模量，ar为储层裂缝孔喉比；式(8)所求Ycf为压力变化过程中裂缝密度，换算成裂缝所代表的孔隙度ficf：ficf=43*π*ar*Ycf---(10)]]>7)以Thomsen弱各向异性理论为基础，求取储层各向异性参数以及沿着裂缝方向的纵、横波速度，沿裂缝方向的纵波速度a0可表示为：a0=Vpsub1+im---(11)]]>其中，Vpsub为流体替换后储层的饱和岩石的纵波速度，im是Thomson各向异性参数Epsilon与流体替换过程中考虑孔隙度变化后的泊松比vf的函数，可表示为：im＝2*Epsilon*(1‑vf)*(1‑vf)*(1‑vf)  (12)沿裂缝方向的横波速度b0可表示为：b0=Vssub1+2*Gamma---(13)]]>式(12)中，im是Thomson各向异性参数Epsilon与流体替换过程中考虑孔隙度变化后的泊松比vf的函数；式(13)中，Vssub为流体替换后储层的饱和岩石的横波速度，Gamma是Thomson各向异性参数；引入Rüger弱各向异性介质下方位AVO理论，结合流体替换后饱和岩石的纵波速度、横波速度、密度，各向异性参数Epsilon、Gamma、Delta以及沿着裂缝方向的纵波速度和横波速度，计算PS1波和PS2波方位AVO；Rüger新的方位各向异性参数可表示为：Epsilon_v=-1*Epsilon1+2*Epsilon---(14)]]>Gamma_v=-1*Gamma1+2*Gamma---(15)]]>其中，式(14)、(15)、(16)中Epsilon、Gamma、Delta为Thomson各向异性参数，a0、b0分别为沿着裂缝方向的纵、横波速度；依照Rüger方位AVO理论，PS1波和PS2波反射系数Rps1和Rps2可表示为：Rps1＝Rpsa*cos(fry)+Rpsb*sin(fry)    (17)Rps2＝Rpsa*sin(fry)+Rpsb*cos(fry)    (18)式(17)和式(18)中Rpsa和Rpsb为横波沿着裂缝方向以及垂直裂缝方向震动时的反射系数，fry为横波极化角；Rpsa=V1*sin(i*π180)*cos(i*π180)+V2*sin(i*π180)cos(j)+V3*sin3(i*π180)*cos(i*π180)+V4*sin3(i*π180)cos(j)+V5*sin3(i*π180)cos(j)---(19)]]>Rpsb=H1*sin(i*π180)+H2*sin(i*π180)*cos(i*π180)cos(j)+H3*sin3(i*π180)+H4*sin3(i*π180)*cos(i*π180)cos(j)---(20)]]>fry=sin-1(-1*sin(sita)1-sin(j)*sin(j)*cos(sita)*cos(sita))---(21)]]>其中，V1、V2、V3、V4、V5、H1、H2、H3、H4均为Rüger方位各向异性参数以及反射面上下层岩石的物性参数的函数；对于各向异性HTI介质，以Rüger简化的方位AVO理论为基础，在Thomson各向异性参数的基础上计算方位AVO下的各向异性参数，以新的各向异性参数为基础，求取不同入射角、方位角下的PS1波和PS2波两层介质模型AVO曲线，模拟不同CO2注入压力和混合流体饱和度下的PS1波和PS2波AVO曲线；8)求取不同注入压力条件下、CO2流体替换前后井模型AVO反射系数，并以褶积模型为基础分别制作井模型的各向同性介质和各向异性(HTI)介质转换波人工合成地震记录，进而模拟不同注入CO2阶段的转换波地震响应及四维地震转换波差异地震响应，为准确解释CO2地质封存中四维转换波信息奠定基础。