页岩气储层有效应力分布规律的精细地震预测方法研究

Considering the features of fine stratification, well-developed cracks and small-scale pores in shale gas reservoirs, we analyze the effect of overburden pressure, tectonic stress and pore pressure on the effective stress of reservoir. According to the relation between stress and strain, we study on the propagation mechanism of elastic waves in three-dimensional anisotropic media containing small-scale cracks and pores, and then establish the propagation equations of elastic waves in heterogeneous shale gas reservoirs. So we can construct the effective stress equations in shale gas reservoirs based on the expression of formation elastic parameters by applying rock physical experiments to correct the corresponding parameters, and lay the theoretical foundation for the three-dimensional distribution laws prediction of effective stress based on seismic data in heterogeneous shale gas reservoirs.On this basis, we build the anisotropic rock physics model of shale gas reservoirs on the usage of core data and logging data to obtain the accurate effective stress data at different directions in well locations, serving as the initial constraints and evaluation of seismic prediction. Finally, we study the high-precision methods of calculating the overburden pressure, tectonic stress and pore pressure in shale gas reservoirs respectively, and take full advantage of seismic data to achieve the detailed characterization of distribution laws of effective stress based on the constructed effective stress equations.

针对页岩气储层成层性较好、裂隙较发育、孔隙尺度较小等特征，在充分分析上覆地层压力、构造应力及孔隙压力对储层有效应力的影响的基础上，根据应力与应变、弹性参数的关系，首先开展弹性波在各向异性三维小尺度孔隙、裂隙介质中的传播机理研究，建立弹性波的传播方程，构建基于地层弹性参数表达的页岩气储层有效应力方程，并通过岩石物理实验修正方程的相应参数，为非均质页岩气储层有效应力三维分布规律的地震预测奠定理论基础。在此基础上，基于岩心分析测试资料及测井数据构建页岩气储层各向异性岩石物理模型，获得井孔处不同方向的准确有效应力，作为地震预测的初始约束和结果优劣的评判依据。最后，分别研究页岩气储层上覆地层压力、构造应力项及孔隙压力的高精度求取方法，并基于构建的页岩气储层有效应力方程，实现页岩气储层有效应力分布规律的精细表征。

我国页岩气资源潜力很大，但地质条件复杂，非均质性强、储层致密，对页岩气储层的有效应力的分布规律认识不清，严重影响了压裂施工的效果，降低了勘探开发的成功率。因此，充分利用已有的地震，测井，钻井等资料，充分分析页岩气储层的地质地球物理特征，建立合适的岩石物理模型，利用地震数据预测页岩气储层有效应力分布，可以为储层压裂设计提供有效参数，取得较好的压裂效果，提高页岩气的开发成功率，本项目的研究具有重要的科学价值和实际工程意义。. 页岩气储层有效应力主要受上覆地层压力、孔隙压力以及构造应力共同作用，此外，高角度裂缝较为发育的页岩气储层还应考虑HTI各向异性的影响。项目基于页岩气储层的应力和应变的关系，建立由弹性参数、各向异性参数及曲率属性表达的页岩气储层有效应力计算方程，为非均质页岩气储层有效应力分布的精细地震预测奠定理论基础；通过岩石物理实验，获取页岩气储层动静态模量参数之间的转换关系；基于页岩气储层等效各向异性岩石物理模型，实现页岩气储层弹性参数及各向异性参数的有效估测，为后续开展地震反演进行有效应力预测提供基础。. 通过研究页岩气储层中弹性波的传播机理，推导含纵、横波阻抗及裂缝弱度参数的各向异性反射系数近似公式，提出了叠前地震AVAZ反演方法，实现了页岩气储层的各向异性参数预测；推导了时间域变密度声波方程全波形反演方程，通过基于分步声波变密度全波形反演进行密度预测，从而实现页岩气储层上覆地层压力的精细地震预测；基于薄板弯曲理论假设，根据曲率与构造应力之间的定量关系，推导由最大正曲率、最小负曲率直接表征构造应力的计算公式，实现基于地震曲率属性的页岩气储层构造应力项定量地震预测；在井中孔隙压力预测的基础上，根据页岩气储层地质及岩石物理特征，构建孔隙压力的后验概率分布公式，考虑反演参数之间的相关特征，实现基于MCMC概率反演的页岩气储层孔隙压力地震预测；最后综合获得的页岩气储层的各向异性、上覆地层压力、构造应力及孔隙压力结果，带入相关公式后得到页岩气储层有效应力的三维分布数据，实现页岩气储层有效应力的精细地震表征。