吉林大学学报(地球科学版) ›› 2018, Vol. 48 ›› Issue (4): 1244-1252.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20170285

• 地球探测与信息技术 • 上一篇    下一篇

基于岩石物理模型的页岩储层裂缝属性及各向异性参数反演

张冰1, 郭智奇1, 徐聪2, 刘财1, 刘喜武3,4,5, 刘宇巍3,4,5   

  1. 1. 吉林大学地球探测科学与技术学院, 长春 130026;
    2. 中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司, 长春 130021;
    3. 页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室, 北京 100083;
    4. 中国石化页岩油气勘探开发重点实验室, 北京 100083;
    5. 中国石化石油勘探开发研究院, 北京 100083
  • 收稿日期:2017-10-26 出版日期:2018-07-26 发布日期:2018-07-26
  • 通讯作者: 郭智奇(1980-),男,教授,博士生导师,主要从事储层地球物理、岩石物理、各向异性地震波场正反演等方面的研究,E-mail:guozhiqi@jlu.edu.cn E-mail:guozhiqi@jlu.edu.cn
  • 作者简介:张冰(1990-),男,博士研究生,主要从事统计岩石物理和地震反演研究,E-mail:usrzhb@hotmail.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(41430322,41404090);国家自然科学基金石油化工联合基金(U1663207);“十三五”国家重大专项(2017ZX05049-002)

Fracture Properties and Anisotropic Parameters Inversion of Shales Based on Rock Physics Model

Zhang Bing1, Guo Zhiqi1, Xu Cong2, Liu Cai1, Liu Xiwu3,4,5, Liu Yuwei3,4,5   

  1. 1. College of GeoExploration Science and Technology, Jilin University, Changchun 130026, China;
    2. Northeast Electric Power Design Institute Co., Ltd. of China Power Engineering Consulting Group, Changchun 130021, China;
    3. State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development, Beijing 100083, China;
    4. SinoPEC Key Laboratory of Shale Oil/Gas Exploration and Production Technology, Beijing 100083, China;
    5. SinoPEC Petroleum Exploration and Production Research Institute, Beijing 100083, China
  • Received:2017-10-26 Online:2018-07-26 Published:2018-07-26
  • Supported by:
    Supported by National Natural Science Foundation of China (41430322, 41404090), the NSFC and SinoPEC Joict key Project (U1663207) and National Key S & T Special Project of China (2017ZX05049-002)

摘要: 针对富有机质页岩储层复杂的矿物组分与微观孔缝结构,本文提出基于岩石物理模型和改进粒子群算法的页岩储层裂缝属性及各向异性参数反演方法。应用自相容等效介质理论与Chapman多尺度孔隙理论建立裂缝型页岩双孔隙系统岩石物理模型。开发基于岩石物理模型的反演流程,引入模拟退火优化粒子群算法解决多参数同时反演问题,反演算法能够避免陷入局部极值且收敛速度快。将本文方法应用于四川盆地龙马溪组页岩气储层,反演得到的孔隙纵横比、裂缝密度等物性参数和各向异性参数与已有研究结果一致,能为页岩储层的评价提供多元化信息。

关键词: 页岩储层, 裂缝属性, 各向异性, Chapman模型, 粒子群算法, 四川盆地

Abstract: Organic-rich shale reservoirs usually have complex mineral compositions and pore system in a small scale. This study presents a workflow of the fracture properties and anisotropy parameter inversion of shales based on the rock physics model and improved particle swarm optimization algorithm. A two-pore system for fractured shales was built through applying the self-consistent equivalent medium theory and Chapman's multi-scale porosity model. This inversion workflow can be used to estimate multi-parameter simultaneously by utilizing the simulated annealing-based particle swarm optimization algorithm. The intelligence algorithm has the ability to find global optimization and fast convergence. The workflow was applied in the Longmaxi shale-gas reservoir in the Sichuan basin to estimate the aspect ratio of pores, fracture density, and anisotropy parameters. The result is consistent with the existing research and provides diversified information for the shale reservoir evaluation.

Key words: shale reservoir, fracture properties, anisotropy, Chapman's model, particle swarm optimization algorithm, Sichuan basin

中图分类号: 

  • P631.4
[1] 张广智,陈娇娇,陈怀震,等. 基于岩石物理模版的碳酸盐岩含气储层定量解释[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2015, 45(2):630-638. Zhang Guangzhi, Chen Jiaojiao, Chen Huaizhen, et al. Quantitative Interpretation of Carbonate Gas Reservoir Based on Rock Physics Template[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2015, 45(2):630-638.
[2] 逄硕,刘财,郭智奇,等. 基于岩石物理模型的页岩孔隙结构反演及横波速度预测[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(2):606-615. Pang Shuo, Liu Cai, Guo Zhiqi, et al. Estimation of Pore-Shape and Shear Wave Velocity Based on Rock-Physics Modelling in Shale[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2017, 47(2):606-615.
[3] Bandyopadhyay K. Seismic Anisotropy:Geological Causes and Its Implications to Reservoir Geophysics[D]. San Francisco:Stanford University, 2009.
[4] Hornby B E, Schwartz L M, Hudson J A. Anisotropic Effective-Medium Modeling of the Elastic Properties of Shales[J]. Geophysics, 1994, 59(10):1570-1583.
[5] Sayers C M. Anisotropic Velocity Analysis[J]. Geo-physical Prospecting, 1995, 43(4):541-568.
[6] Sayers C M. Seismic Anisotropy of Shales[J]. Geo-physical Prospecting, 2005, 53(5):667-676.
[7] Kwon O, Kronenberg A K, Gangi A F, et al. Per-meability of Illite-Bearing Shale:1. Anisotropy and Effects of Clay Content and Loading[J]. Journal of Geophysical Research:Solid Earth, 2004, 109(B10):205-223.
[8] Chapman M. Frequency-Dependent Anisotropy due to Meso-Scale Fractures in the Presence of Equant Porosity[J]. Geophysical Prospecting, 2003, 51(5):369-379.
[9] Jiang M, Spikes K T. Estimation of Reservoir Pro-perties of the Haynesville Shale by Using Rock-Physics Modelling and Grid Searching[J]. Geophysical Journal International, 2013, 195:315-329.
[10] 高鹰,谢胜利. 基于模拟退火的粒子群优化算法[J]. 计算机工程与应用, 2004, 40(1):47-50. Gao Ying, Xie Shengli. Particle Swarm Optimization Algorithms Based on Simulated Annealing[J]. Computer Engineering and Applications, 2004, 40(1):47-50.
[11] Thomsen L. Weak Elastic Anisotropy[J]. Geophy-sics, 1986, 51(10):1954-1966.
[12] O'Connell R J, Budiansky B. Seismic Velocities in Dry and Saturated Cracked Solids[J]. Journal of Geophysical Research, 1974, 79(35):5412-5426.
[13] Berryman J G. Mixture Theories for Rock Properties[M]//A Handbook of Physical Constants. Washington, D C:American Geophysical Union, 1995:205-228.
[14] Dvorkin J, Nolen-Hoeksema R, Nur A. The Squirt-Flow Mechanism:Macroscopic Description[J]. Geophysics, 1994, 59(3):428-438.
[15] 兰慧田. 裂缝性孔隙介质波场模拟与频变AVO储层参数反演[D].长春:吉林大学,2014. Lan Huitian. Wave Field Modeling in Fractured Porous Media and Frequency-Dependent AVO Reservoir Parameters Inversion[D]. Changchun:Jilin University, 2014.
[16] 邓继新,王欢,周浩,等. 龙马溪组页岩微观结构、地震岩石物理特征与建模[J].地球物理学报,2015, 58(6):2123-2136. Deng Jixin, Wang Huan, Zhou Hao, et al. Microtexture, Seismic Rock Physical Properties and Modeling of Longmaxi Formation Shale[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2015, 58(6):2123-2136.
[17] Guo Z Q, Liu C, Liu X W, et al. Research on Anisotropy of Shale Oil Reservoir Based on Rock Physics Model[J]. Applied Geophysics, 2016,13(2):382-392.
[18] Guo Z Q, Li X Y. Rock Physics Model-Based Prediction of Shear Wave Velocity in the Barnett Shale Formation[J]. Journal of Geophysics and Engineering, 2015, 12(3):527-534.
[19] 李坤,印兴耀,宗兆云. 利用平滑模型约束的频率域多尺度地震反演[J]. 石油地球物理勘探,2016, 51(4):760-780. Li Kun, Yin Xingyao, Zong Zhaoyun. Multi-Scale Seismic Inversion in Frequency Domain Based on Smoothing Model[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2016, 51(4):760-780.
[20] Qian K, Zhang F, Chen S, et al. A Rock Physics Model for Analysis of Anisotropic Parameters in a Shale Reservoir in Southwest China[J]. Journal of Geophysics and Engineering, 2016, 13(1):19-34.
[1] 陈泽熙, 徐志明, 李斌, 钟笠, 彭军, 张昆, 魏祥峰, 郝景宇. 基质型页岩甜点特征及评价方法:以四川盆地涪陵地区中侏罗统凉高山组陆相页岩为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 788-803.
[2] 夏英杰, 陈华斌, 陈健, 姚明宇, 杨海. 不同施工参数下深层页岩水力压裂数值模拟[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 924-936.
[3] 吴小奇, 刘全有, 王萍, 黎华继, 朱东亚, 李朋朋. 沉积盆地天然气藏中氦气贫化机理及资源潜力:以四川盆地新场气田为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(6): 1837-1850.
[4] 杨国鑫, 庞玉茂, 马瑞山, 郭兴伟, 曹慧, 蔡来星. 孔隙及流体介质对碎屑岩热导率的影响[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(5): 1728-1741.
[5] 肖正录, 李勇, 路俊刚, 秦春雨, 刘章昊, 周翔, 蒋奇君, 周易鑫. 四川盆地侏罗系大安寨段页岩油富集条件及有利勘探目标[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(4): 1039-1050.
[6] 屈海洲, 陈润, 徐伟 , 张云峰, 张亚 , 何溥为, 唐松, 李文皓.

白云石胶结物特征及其对深层白云岩孔隙的作用 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(2): 401-416.

[7] 龙刚, 沈金松, 苏朝阳, 冉尚. 电各向异性海底多金属硫化矿地层时域电磁响应模拟与特征分析[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(1): 274-288.
[8] 肖斌, 郭东旭, 王浩, 熊姝臻, 富向, 赵忠海, 李胜. 四川盆地北缘下志留统龙马溪组重晶石发育特征及其地质意义[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(4): 1137-1153.
[9] 宋林珂, 刘四兵, 曾青高, 周栋, 唐大海, 王锦西.

四川盆地川中—川西过渡带中侏罗统沙溪庙组致密砂岩相对优质储层成因机制 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(2): 371-388.

[10] 单玄龙, 邢健, 苏思远, 李昂, 赵振铎, 杨钦, 李雪松, 井翠, 张家浩, 孙越.

川南长宁地区下古生界五峰组—龙马溪组一段页岩岩相与含气性特征 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(5): 1323-1337.

[11] 师文豪, 杨天鸿. 渗流应力耦合作用下顺倾向层状边坡各向异性渗流特征数值模拟[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(6): 1783-1788.
[12] 曹长鑫, 孙红月. 黄土地区边坡虹吸排水孔间距优化[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(4): 1152-1159.
[13] 田兴旺, 罗冰, 孙奕婷, 刘冉, 李亚, 陈延贵, 周春林, 汪华, 李亚丁, 王尉, 王云龙, 杨岱林. 二叠系火山碎屑岩气藏天然气地球化学特征及气源分析——以四川盆地成都—简阳地区永探1井为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(2): 325-335.
[14] 陈祥忠, 王斌. 基于岩石物理模型的裂缝型储层AVOA反演方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(1): 266-276.
[15] 冯凯, 秦策. 大地电磁(MT)自适应有限元各向异性正演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2020, 50(6): 1887-1896.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 张世广, 柳成志, 卢双舫, 张雁, 吴高平, 刘秋宏. 高分辨率层序地层学在河、湖、三角洲复合沉积体系的应用--以朝阳沟油田扶余油层开发区块为例[J]. J4, 2009, 39(3): 361 -368 .
[2] 李碧乐,沈鑫,陈广俊,杨延乾,李永胜. 青海东昆仑阿斯哈金矿Ⅰ号脉成矿流体地球化学特征和矿床成因[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2012, 42(6): 1676 -1687 .
[3] 杨晓平,李仰春,柳 震, 汪 岩,王洪杰. 黑龙江东部鸡西盆地构造层序划分与盆地动力学演化[J]. J4, 2005, 35(05): 616 -621 .
[4] 李发文, 冯平, 张超. 天津北三河地区垂向耦合产流模型及应用[J]. J4, 2011, 41(2): 459 -464 .
[5] 王立军,刘国才,黄继国,李跃迁,丛颖,沈照理,赵晓波. 接触氧化技术在公园景观水体功能恢复中的运用试验研究[J]. J4, 2006, 36(03): 458 -461 .
[6] 雷如雄,吴昌志,屈迅,顾连兴,陈刚,吾尔娜,孙洪涛,刘国宁. 中天山天湖东铁钼矿含矿片麻状花岗岩年代学、地球化学和锆石Hf同位素-对于中天山早古生代构造演化的启示[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(5): 1540 -1552 .
[7] 初凤友,胡大千,姚杰. 中太平洋YJB海山富钴结核矿物组成与元素地球化学[J]. J4, 2007, 37(1): 8 -0014 .
[8] 周燕,郑培玺,王铁夫,张延洁. 招平断裂带上盘金矿床氢氧同位素地质特征[J]. J4, 2007, 37(4): 668 -0671 .
[9] 唐华风,王璞珺,姜传金,刘杰,张庆晨,冯有良. 松辽盆地火山岩相地震特征及其与控陷断裂的关系[J]. J4, 2007, 37(1): 73 -0078 .
[10] 范晓敏,李舟波. 裂缝性碳酸盐岩储层声波时差曲线的波动和增幅分析[J]. J4, 2007, 37(1): 168 -0173 .