双相介质储层参数非线性反演

论文摘要

双相介质理论充分地考虑了介质的结构、流体的特殊性质、局部特性与整体效应的关系,因此,双相介质理论更能准确地描述实际地层结构和性质,也就更能适应越来越复杂的油气储藏勘探的需要,双相介质理论已成为当今地球物理学研究的前沿和难题之一。混沌作为一种普遍的非线性现象,具有随机性、遍历性和内在规律性的特点,其遍历性可作为避免搜索过程陷入局部极小的有效机制,因此,混沌算法已成为一种新颖且有潜力的优化工具。对复杂的双相介质的储层参数反演来说,混沌非线性优化算法是一种最适合的算法。在本论文中,分析和总结了当前国内外双相介质理论的新技术新方法,研究双相介质中地震波的传播理论,结合川西地震的岩石物理资料,建立双相介质储层的地球物理模型;基于Biot模型和BISQ模型的双相各向同性和各向异性方程,实现了任意高阶有限差分方法的双相介质波场模拟,利用模拟结果分析了双相介质中波场特征及传播规律;基于Zoeppritz方程和双相介质分界面的反射系数和透射系数方程组,研究了任意入射角时双相介质与双相介质,单相介质与双相介质反射与透射特征。研究了双相介质自激自收时的简化方程,分析频率对反射与透射系数的影响;利用非线性混沌的遍历性、随机性、规律性的特点,开发了高效的最优化混沌改进算法程序,利用混沌优化改进算法,从理论上实现并简化了双相介质的AVO反演,利用混沌算法实现并简化了双相介质理论下的储层渗透率、孔隙度的反演;利用BISQ模型讨论了快、慢波衰减特征、速度频散、弹性参数间的关系,导出了基于双相介质理论的含气性预测方法。最后,形成了一套系统的基于双相介质理论的波场模拟、波场分析、含气性检测及储层参数非线性反演的等方法技术系列,将研究成果进行了实际地震资料的应用处理,并取得了较好的应用效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 选题依据及意义
• 1.2 双相介质理论及非线性反演的研究现状
• 1.2.1 双相介质理论研究现状
• 1.2.3 双相各向异性理论的主要成果和最新进展
• 1.2.4 非线性混沌理论产生与发展
• 1.2.5 混沌优化及地球物理中的非线性反演方法
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究思路及技术路线
• 1.4 技术难点及主要研究成果
• 1.4.1 技术难点
• 1.4.2 主要研究成果及创新
• 第2章 双相介质理论基础
• 2.1 流体饱和多孔隙固体的弹性波传播理论
• 2.1.1 含流体的多孔隙弹性固体内的应力与应变关系
• 2.1.2 不在存在耗散时之动力学关系
• 2.1.3 纯弹性波的传播方程
• 2.1.4 纯弹性波的性质
• 2.1.5 有耗散存在时的传播方程
• 2.2 流体饱和多孔隙固体内弹性波传播的几个问题
• 2.3 页质砂岩的三相Biot理论
• 2.4 BISQ理论
• 2.4.1 孔隙弹性描述和波传播
• 2.4.2 BISQ模型建立
• 第3章 双相介质分界面上的反射与透射问题
• 3.1 双相介质分界面上的反射与透射系数方程
• 3.1.1 两种双相介质分界面反射系数和透射系数方程
• 3.1.2 单相介质和双相介质的分界面反射系数和透射系数方程
• 3.1.3 双相介质和单相介质的分界面反射系数和透射系数方程
• 3.1.5 两种致密岩层分界面反射系数和透射系数方程
• 3.1.6 双相介质参数求取
• 3.2 垂直入射时饱和流体孔隙介质界面上反射与透射系数
• 3.2.1 饱和流体弹性孔隙介质界面上的反射系数
• 3.2.2 自由流体与饱和流体孔隙介质界面的反射系数
• 3.2.3 问题讨论
• 第4章 双相介质中地震波场的数值模拟方法
• 4.1 双相介质的有限差分模拟方法
• 4.1.1 双相各向异性介质的差分方程的建立及求解
• 4.1.2 双相各向同性介质纵波差分方程的建立及求解
• 4.1.3 基于BISQ双相介质弹性波有限差分数值模拟
• 4.2 双相各向异性介质弹性波方程有限元法数值模拟
• 第5章 混沌及混沌优化算法
• 5.1 Logistic方程的混沌演化规律
• 5.1.1 非线性系统及分岔图
• 5.1.2 驱动力和耗散力的竞争
• 5.1.3 状态演化的物理过程——伸长、扭转和折叠
• 5.1.4 线性和非线性敏感初条件的区别
• 5.1.5 多尺度和Feigenbaum常数概率密度的演化
• 5.1.6 概率密度的演化
• 5.2 OGY混沌控制方法
• 5.3 混沌优化算法
• 5.3.1 变尺度混沌优化方法
• 5.3.2 初值扰动混沌优化改进算法
• 5.4 本章小结
• 第6章 双相介质储层参数反演及地震波的衰减特性
• 6.1 双相介质二维波动方程孔隙率反演的扰动方法
• 6.2 双相介质二维波动方程反演-时卷正则迭代法
• 6.3 非饱和多孔介质BISQ模型的储层参数反演
• 6.3.1 非饱和储层介质BISQ模型
• 6.3.2 储层介质参数反演方法
• 6.4 双相介质储层参数的混沌反演方法
• 6.4.1 双相介质储层参数的反演及计算
• 6.4.2 双相介质AVO反演
• 6.5 双相介质中地震波的衰减特性及参数敏感性分析
• 6.5.1 地震波在BISQ模型中的传播性质
• 6.5.2 基于BISQ模型的双相介质含油气预测方法
• 6.6 本章小结
• 第7章 理论模型及实际数据模拟分析
• 7.1 反射与透射系数的数值模拟及实例分析
• 7.1.1 数值模拟
• 7.1.2 实例分析
• 7.2 波场模拟及快照分析
• 7.2.1 双相各向同性介质纵波高阶有限差分的数值模拟
• 7.2.2 双相PTL介质模拟
• 7.2.3 BISQ模型双相各向同性介质弹性波有限差分数值模拟
• 7.2.4 各向异性介质BISQ模型波场模拟及分析
• 7.3 本章小结
• 第8章 双相介质储层参数反演及含气性检测
• 8.1 双相介质储层参数混沌反演
• 8.2 基于双相介质理论的含气性检测
• 8.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献