CN102288986B - 一种地震尺度下碳酸盐岩储层弹性模量获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种地震尺度下碳酸盐岩储层弹性模量获取方法，方法包括：将非均匀碳酸盐岩储层岩石网格化以划分成有限的岩石子块，获取每一所述岩石子块的独立物理参数；根据差分有效介质模型获取含粒内孔隙的所述岩石子块的骨架弹性模量；根据硬岩模型获取含粒内孔隙与粒间孔隙的所述岩石子块的干岩石弹性模量；根据改进的差分有效介质模型获取含粒内孔隙、粒间孔隙与裂缝的所述岩石子块的干岩石弹性模量；根据Gassmann方程获取含粒内孔隙、粒间孔隙与裂缝的所述岩石子块的饱和流体岩石弹性模量；根据边界方法获取地震尺度下碳酸盐岩储层弹性模量边界与弹性模量。本发明实施例能较高精度地实现地震尺度下碳酸盐岩储层弹性参数的获取。

Description

一种地震尺度下碳酸盐岩储层弹性模量获取方法

技术领域

本发明涉及碳酸盐岩油气田地震勘探与油藏预测领域，特别是地震尺度下碳酸盐岩储层弹性模量获取方法。

背景技术

碳酸盐岩储层是世界油气勘探的最重要目标之一。从碳酸盐岩储层中发现的油气储量已接近世界油气储量的一半，产量则已达总产量的60%以上。碳酸盐岩储层的主要岩石类型包括石灰岩、白云岩、粒屑灰岩、礁灰岩等，其储集空间通常包括孔隙、溶洞和裂缝三类。孔隙和溶洞是主要的储集空间，裂缝是主要的渗滤通道，也是储集空间。碳酸盐岩储集空间的形成过程是一个复杂而长期的过程，它贯穿在整个沉积过程及其以后的各个地质历史时期。它除了受沉积环境的控制外，地下热动力场、地下或地表水化学场、构造应力场等因素均对它们的形成和发展有巨大的影响。由于碳酸盐岩的特殊性（易溶性和不稳定性），使碳酸盐岩储集空间的演化相当复杂，孔隙类型多、变化快，在同一储集层内存在多种类型的孔隙，各种孔隙又往往经受几种因素的作用和改造。因此碳酸盐岩储层具有很强的非均质型，这使得其地震尺度下弹性模量的获取十分困难，而如果没有合理的碳酸盐岩储层弹性模量获取方法就难以提高碳酸盐岩储层预测与描述精度。

目前，碳酸盐岩储层弹性模量获取方法研究存在的主要问题是：

1、碳酸盐岩储层弹性模量获取方法都基于岩芯和测井数据，不能考虑地震尺度下碳酸盐岩储层的非均质性，难以应用于地震尺度下的储层测量结果。

2、目前碳酸盐岩储层弹性模量获取方法不能对碳酸盐岩储层孔隙类型进行成因、特征详细分类分析，通常根据主导孔隙类型简化为裂缝介质或孔隙介质，而考虑孔隙类型影响只限于高频信号，如喷射流等，往往在地震频段难以发生或影响很小。

3、对岩石模量采用平均模量描述，如平均孔隙度、平均孔隙纵横比，不能很好表征岩石物理模量变化特征。

发明内容

本发明实施例提供一种地震尺度下碳酸盐岩储层弹性模量获取方法用于弥补现有技术中的上述缺陷。

本发明实施例提供了一种地震尺度下碳酸盐岩储层弹性模量获取方法，包括：将非均匀碳酸盐岩储层岩石网格化以划分成有限的岩石子块，获取每一所述岩石子块的独立物理参数；利用所述独立物理参数并根据差分有效介质模型获取含粒内孔隙的所述岩石子块的骨架弹性模量；利用所述独立物理参数以及所述含粒内孔隙岩石子块的骨架弹性模量并根据硬岩模型获取含粒内孔隙与粒间孔隙的所述岩石子块的干岩石弹性模量；利用所述独立物理参数以及所述含粒内、粒间孔隙岩石子块的骨架弹性模量并根据改进的差分有效介质模型获取含粒内孔隙、粒间孔隙与裂缝的所述岩石子块的干岩石弹性模量；利用所述独立物理参数以及所述含粒内、粒间孔隙与裂缝岩石子块的骨架弹性模量并根据Gassmann方程获取含粒内孔隙、粒间孔隙与裂缝的所述岩石子块的饱和流体岩石弹性模量；利用所述含粒内孔隙、粒间孔隙与裂缝的所述岩石子块的饱和流体岩石弹性模量并根据边界方法获取地震尺度下碳酸盐岩储层弹性模量边界与弹性模量。

优选的，本发明实施例中根据边界方法获取地震尺度下碳酸盐岩储层弹性模量边界与弹性模量包括：利用改进的Hashin-Shtrikman边界方法获取地震尺度下饱和碳酸盐岩弹性模量上、下边界；采用平均边界方法计算地震尺度下饱和碳酸盐岩弹性模量。

优选的，本发明实施例中获取每一所述岩石子块的独立物理参数包括：利用有限测井数据和岩心数据为输入通过Monte-Carlo方法模拟得到每一所述岩石子块的独立物理参数。

优选的，本发明实施例中根据差分有效介质模型获取含粒内孔隙的所述岩石子块的骨架弹性模量包括：将粒内孔隙的孔隙纵横比设置为1，含水饱和度设置为100%，根据差分有效介质模型获取含粒内孔隙的所述岩石子块的骨架弹性模量。

优选的，本发明实施例中根据硬岩模型获取含粒内孔隙与粒间孔隙的所述岩石子块的干岩石弹性模量包括：利用如下公式获得胶结砂岩干岩石有效体积模量K_eff和剪切模型G_eff：

$K_{\mathrm{eff}}={[\frac{\mathrm{\φ}/{\mathrm{\φ}}_0}{K_{\mathrm{HM}}+\frac{4}{3}G}+\frac{1-\mathrm{\φ}{/\mathrm{\φ}}_0}{K+\frac{4}{3}G}]}^{-1}-\frac{4}{3}G;$

$G_{\mathrm{eff}}={\left[\right[\frac{\mathrm{\φ}{/\mathrm{\φ}}_0}{G_{\mathrm{HM}}+\frac{G}{6}\left(\frac{9K+8G}{K+2G}\right)}]+[\frac{1-\mathrm{\φ}{/\mathrm{\φ}}_0}{G+\frac{G}{6}\left(\frac{9K+8G}{K+2G}\right)}\left]\right]}^{-1}$

$-\frac{G}{6}\left(\frac{9K+8G}{K+2G}\right);$

其中φ和φ₀为岩石孔隙度和临界孔隙度，K和G为岩石颗粒的体积模量与岩石颗粒的剪切模量；以及，利用如下公式获得干岩石在临界孔隙度φ₀时的体积模量K_HM和剪切模量G_HM：

$K_{\mathrm{HM}}={\left[\frac{n^2{(1-{\mathrm{\φ}}_0)}^2{G}^2}{18{\mathrm{\π}}^2{(1-v)}^2}P\right]}^{\frac{1}{3}};$

$G_{\mathrm{HM}}=\frac{5-4v}{5(2-v)}{\left[\frac{3n^2{(1-{\mathrm{\φ}}_0)}^2{G}^2}{2{\mathrm{\π}}^2{(1-v)}^2}P\right]}^{\frac{1}{3}};$

其中n为颗粒接触数，ν为岩石颗粒的泊松比，P为有效压力。

优选的，本发明实施例中根据Gassmann方程获取含粒内孔隙、粒间孔隙与裂缝的所述岩石子块的饱和流体岩石弹性模量包括：利用下述公式获取饱和流体岩石体积模量K_Wet和饱和流体岩石剪切模量G_Wet：

$K_{\mathrm{Wet}}=K_s\frac{\mathrm{\φ}{K}_{\mathrm{Dry}}-(1+\mathrm{\φ})K_f{K}_{\mathrm{Dry}}/K_s+K_f}{(1-\mathrm{\φ})K_f+\mathrm{\φ}{K}_s-K_f{K}_{\mathrm{Dry}}/K_s};$

G_Wet＝G_Dry；

其中K_S、K_Dry和K_f分别为岩石基质、干岩石和孔隙流体体积模量，G_Dry为干岩石剪切模量。

本发明实施例由于采取以上技术方案，因此具有以下优点：1、采用岩石网格化方法和储层岩石子块的独立参数表征，从而实现地震尺度下非均匀油藏的有效表征，并为地震尺度下非均匀油藏流体替换奠定基础；2、根据岩石孔隙成因、结构特征和孔隙联通性以及孔隙之间相互作用，采用不同的合适模型并进行有效组合进行岩石物理弹性参数计算，提高岩石物理弹性参数的计算精度。3、采用边界计算方法将岩石子块组合有效弹性模量上、下边界，并采用平均边界方法实现地震尺度下碳酸盐岩储层弹性参数的获取。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种地震尺度下碳酸盐岩储层弹性模量获取方法流程示意图；

图2a是孔隙度网格化处理前的示意图；

图2b是孔隙度网格化处理后的示意图；

图3a-3b为在岩石粒内孔隙均为0.05，粒间孔隙平均值为0.15（图3a）和0.05两种情况下，岩石子块体积模量和剪切模量随孔隙度变化情况示意图；

图4a-4b为在岩石粒内孔隙均为0.05，粒间孔隙平均值为0.15、裂缝孔隙平均值为0.05和粒间孔隙平均值为0.05、裂缝孔隙平均值为0.15两种情况下，岩石子块体积模量和剪切模量随孔隙度变化情况示意图；

图5a-5b为在岩石粒内孔隙均为0.05，粒间孔隙平均值为0.15、裂缝孔隙平均值为0.05和粒间孔隙平均值为0.05、裂缝孔隙平均值为0.15两种情况下，岩石子块流体替换前体积模量和流体替换后体积模量随孔隙度变化情况示意图；

图6a-6b为在岩石粒内孔隙均为0.05，粒间孔隙平均值为0.15、裂缝孔隙平均值为0.05和粒间孔隙平均值为0.05、裂缝孔隙平均值为0.15两种情况下，岩石子块体积模量与孔隙度（粒间空隙+裂缝孔隙）、裂缝孔隙纵横比以及泥质含量的关系示意图；

图7为在岩石粒间孔隙平均值为0.05、裂缝孔隙平均值为0.15情况下，岩石子块流体替换前后体积模量与孔隙度（粒间空隙+裂缝孔隙）、裂缝孔隙纵横比的关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于碳酸盐岩的特殊性（易溶性和不稳定性），使碳酸盐岩储集空间的演化相当复杂，孔隙类型多、变化快，在同一储集层内存在多种类型的孔隙，各种孔隙又往往经受几种因素的作用和改造。本发明将碳酸盐岩石孔隙根据其岩石物理特点分为三个大类，即粒内孔隙、粒间孔隙和裂缝孔隙，其的目是根据孔隙结构、孔隙连通性和孔隙间相互作用采用不同类型岩石物理模型进行描述。并采用岩石网格化方法，将地震尺度下非均质碳酸盐岩储层岩石划分为有限块具有独立岩石物理参数的均质岩石子块，根据岩石孔隙特征采用不同岩石物理模型分步获得岩石子块干岩石与饱和流体岩石弹性参数，并采用弹性边界计算方法实现地震尺度下碳酸盐岩储层弹性参数的获取。

如图1所示为本发明实施例提供的一种地震尺度下碳酸盐岩储层弹性模量获取方法流程示意图，该方法包括如下步骤：

S101：将非均匀碳酸盐岩储层岩石网格化以划分成有限的岩石子块，获取每一所述岩石子块的独立物理参数。

地震尺度下碳酸盐岩孔隙度、孔隙结构和孔隙纵横比等参数都是非均匀的，难以统一描述。为此将碳酸盐岩储层岩石通过网格化划分成有限的岩石子块，而每一岩石子块等效为均匀体，且具有独立的岩石物理参数进行表征。每一岩石子块的独立物理参数包括粒内孔隙度、粒间孔隙度、裂缝孔隙度、裂缝孔隙纵横比以及泥质含量等，而参数的来源可以利用有限测井数据和岩心数据为输入通过Monte-Carlo方法模拟得到，模拟过程中充分考虑不同油藏参数之间的相关性，从而得到合理的岩石子块参数组合。

在本实施例中，岩石网格化过程如图2a和图2b所示，其中图2a是孔隙度网格化处理前的示意图，而图2b是孔隙度网格化处理后的示意图，其中图中明暗度代表岩石孔隙。在本实施例中，可以将孔隙度非均匀碳酸岩石网格化为10*10*10个具有不同孔隙度的均匀岩石子块组合，而每一岩石子块可以看做是足够大均匀岩石的一部分，从而进行弹性模量计算。其他参数的网格化可以参考孔隙度网格化进行。关于描述岩石子块的物理参数，根据该参数平均值，如平均孔隙度，和岩石该物理参数分布特征，如孔隙纵横比分布特征，采用Monte-Carlo方法产生，产生过程中充分考虑不同岩石物理参数间的相关性，如泥质含量与裂缝的负相关性。Monte-Carlo模拟是一种通过设定随机过程，反复生成时间序列，计算参数估计量和统计量，进而研究其分布特征的方法。具体的，当系统中各个单元的可靠性特征量已知，但系统的可靠性过于复杂，难以建立可靠性预计的精确数学模型或模型太复杂而不便应用时，可用随机模拟法近似计算出系统可靠性的预计值；随着模拟次数的增多，其预计精度也逐渐增高。

S102：利用所述独立物理参数并根据差分有效介质模型获取含粒内孔隙的所述岩石子块的骨架弹性模量。

对于相对独立的粒内孔隙，考虑其形成原因、孔隙结够特征和孔隙联通性以及孔隙之间相互作用，将其作为岩石颗粒的一部分，并且将其孔隙纵横比规定为1，含水饱和度100%，利用差分有效介质模型计算含粒内孔隙岩石骨架弹性参数，由于岩石粒内孔隙为外界极少联通，因此在进行流体替换计算时，不对粒内孔隙进行流体替换。基于岩石子块的独立岩石物理参数，获得所用岩石子块对应含粒内孔隙岩石骨架弹性模量。

差分有效介质模型假定复杂介质可以通过对现有复杂介质通过无限小改变获得，如果初始介质体积模量和剪切模量分别为K^*(y)和G^*(y)，y为被包含物质的体积百分含量，则粒内孔隙包含地下盐水介质的体积模量K₂和剪切模量G₂满足下面的方程（1）和（2）：

$(1-y)\frac{d}{\mathrm{dy}}[K*\left(y\right)]=(K_2-K^{*}){P^{*}}^2\left(y\right)---\left(1\right)$

$(1-y)\frac{d}{\mathrm{dy}}[G*\left(y\right)]=(G_2-G^{*}){Q^{*}}^2\left(y\right)---\left(2\right)$

式中P和Q是表征新包含物质（岩石孔隙）几何特征的因子。

S103：利用所述独立物理参数以及所述含粒内孔隙岩石子块的骨架弹性模量并根据硬岩模型获取含粒内孔隙与粒间孔隙的所述岩石子块的干岩石弹性模量。

碳酸盐岩粒间孔隙形成过程、特征与砂岩油藏相似，因此采用硬岩模型计算含粒间孔隙碳酸盐岩子块干岩石模量，而组成岩石子块骨架颗粒的弹性模量是由上一步得到的。

粒间孔隙形成过程及结构特征与碎屑砂岩储层岩石相似，因此可以利用硬岩模型计算含粒间孔隙碳酸盐岩弹性模型，硬岩模型基于Hashin-Shtrikman的上边界推导得到，可以获得胶结砂岩干岩石有效体积模量（K_eff）和剪切模型（G_eff）。岩石物理模型方程如方程（3）和（4）所示：

$K_{\mathrm{eff}}={[\frac{\mathrm{\φ}/{\mathrm{\φ}}_0}{K_{\mathrm{HM}}+\frac{4}{3}G}+\frac{1-\mathrm{\φ}{/\mathrm{\φ}}_0}{K+\frac{4}{3}G}]}^{-1}-\frac{4}{3}G---\left(3\right)$

$G_{\mathrm{eff}}={\left[\right[\frac{\mathrm{\φ}{/\mathrm{\φ}}_0}{G_{\mathrm{HM}}+\frac{G}{6}\left(\frac{9K+8G}{K+2G}\right)}]+[\frac{1-\mathrm{\φ}{/\mathrm{\φ}}_0}{G+\frac{G}{6}\left(\frac{9K+8G}{K+2G}\right)}\left]\right]}^{-1}$

$-\frac{G}{6}\left(\frac{9K+8G}{K+2G}\right)---\left(4\right)$

方程中φ和φ₀为岩石孔隙度和临界孔隙度，K和G为岩石颗粒的体积模量与岩石颗粒的剪切模量，K_HM和G_HM为一定有效压力下随机排列同规格球堆体积模量与剪切模量，可以利用如式（5）和式（6）所示Hertz-Mindlin接触理论模型计算。

$K_{\mathrm{HM}}={\left[\frac{n^2{(1-{\mathrm{\φ}}_0)}^2{G}^2}{18{\mathrm{\π}}^2{(1-v)}^2}P\right]}^{\frac{1}{3}}---\left(5\right)$

$G_{\mathrm{HM}}=\frac{5-4v}{5(2-v)}{\left[\frac{3n^2{(1-{\mathrm{\φ}}_0)}^2{G}^2}{2{\mathrm{\π}}^2{(1-v)}^2}P\right]}^{\frac{1}{3}}---\left(6\right)$

其中，K_HM,G_HM是干岩石在临界孔隙度φ₀时的体积模量和剪切模量，n为颗粒接触数，ν为岩石颗粒的泊松比，P为有效压力。图3显示了岩石粒内孔隙均为0.05，而粒间孔隙平均值为0.15（图3a）和0.05（图3b）两种情况下，岩石子块体积模量（图中浅色圆点）和剪切模量（图中深色圆点）随孔隙度变化情况。

S104：利用所述独立物理参数以及所述含粒内、粒间孔隙岩石子块的骨架弹性模量并根据改进的差分有效介质模型获取含粒内孔隙、粒间孔隙与裂缝的所述岩石子块的干岩石弹性模量。

对于变化特征复杂的碳酸盐岩储层裂缝，可等效为均匀储层岩石子块嵌入不同纵横比裂缝，嵌入裂缝后岩石弹性可以利用改进的有效介质模型进行计算，而裂缝嵌入前的母岩弹性参数是由上一步基于硬岩模型计算的含粒内与粒间孔隙碳酸盐岩子块干岩石弹性模量。由于差分有效介质模型没有考虑裂缝孔隙之间的相互作用，因此在母岩中切入的裂缝为干裂缝，及体积与剪切模量都为0，从而得到干岩石子块含粒内、粒间和裂缝时的弹性模量。

改进的差分有效介质理论是将包含物质由原来的流体改变为具有临界孔隙度Φ_C的临界相物质，其弹性模量为K_C和G_C，而总孔隙度为Φ＝yΦ_C。因此有效介质弹性模量计算过程为：

$(1-y)\frac{d}{\mathrm{dy}}[K*\left(y\right)]=(K_C-K^{*}){P^{*}}^2\left(y\right)---\left(7\right)$

$(1-y)\frac{d}{\mathrm{dy}}[G*\left(y\right)]=(G_C-G^{*}){Q^{*}}^2\left(y\right)---\left(8\right)$

式中P和Q是依然为表征新包含物质（岩石孔隙）几何特征的因子，但在计算中将K₂和G₂相应替换为K_C和G_C。

图4显示了岩石粒内孔隙均为0.05，粒间孔隙平均值为0.15、裂缝孔隙平均值为0.05（图4a）和粒间孔隙平均值为0.05、裂缝孔隙平均值为0.15（图4b）两种情况下，岩石子块体积模量（图中浅色圆点）和剪切模量（图中深色圆点）随孔隙度变化情况。左图和右图虽然具有相同的孔隙度，但由于左图所示岩石孔隙以粒间孔隙为主而右图所示岩石孔隙以裂缝孔隙为主，因此岩石子块干岩石弹性模量分布不同。这与实验室岩石物理测量特征是相一致的。

S105：利用所述独立物理参数以及所述含粒内、粒间孔隙与裂缝岩石子块的骨架弹性模量并根据Gassmann方程获取含粒内孔隙、粒间孔隙与裂缝的所述岩石子块的饱和流体岩石弹性模量。

基于上面得到的含粒内孔隙、粒间孔隙与裂缝的碳酸盐岩储层子块干岩石弹性模量，利用Gassmann方程计算储层饱和流体时子块岩石弹性模量，值得注意的是基于Gassmann方程进行流体替换计算时，由于粒内孔隙相对独立，难以与其它孔隙联通，且通常饱和水，因此进行流体替换时，该部分孔隙不进行流体替换。对于低孔低渗岩石子块也可以根据实际油藏开发认识确定是否进行流体替换。

岩石饱和不同流体时体积模量与剪切模量采用Gassmann方程进行计算，如方程（9）和（10）所示。

$K_{\mathrm{Wet}}=K_s\frac{\mathrm{\φ}{K}_{\mathrm{Dry}}-(1+\mathrm{\φ})K_f{K}_{\mathrm{Dry}}/K_s+K_f}{(1-\mathrm{\φ})K_f+\mathrm{\φ}{K}_s-K_f{K}_{\mathrm{Dry}}/K_s}---\left(9\right)$

G_Wet＝G_Dry       （10）

方程中，K_Wet、K_S、K_Dry和K_f分别为饱和流体岩石体积模量、岩石基质、干岩石和孔隙流体体积模量，G_Wet和G_Dry分别为饱和流体岩石和干岩石剪切模量。实际流体替换过程中，由于粒内孔隙相对独立，难以与其它孔隙联通，且通常饱和水，因此进行流体替换时，该部分孔隙不进行流体替换。对于低孔低渗岩石子块，由于流体难以驱动，因此也可以根据实际油藏开发认识确定是否对孔隙度或裂缝孔隙度低的岩石子块进行流体替换，以保证岩石流体替换情况与实际油藏储存开发情况一致。

S106：利用所述含粒内孔隙、粒间孔隙与裂缝的所述岩石子块的饱和流体岩石弹性模量并根据边界方法获取地震尺度下碳酸盐岩储层弹性模量边界与弹性模量。

在确定碳酸盐岩储层岩石子块的弹性模量后，利用改进的Hashin-Shtrikman边界方法计算地震尺度下岩石整体弹性模量上下边界。由于实验表明上下边界差异较小，因此利用平均边界方法确定岩石弹性模量，从而实现了地震尺度下碳酸盐岩储层弹性参数计算。

岩石弹性参数与岩石孔隙度并不是简单的线性关系，它依靠于岩石颗粒、孔隙的几何形状、粘土含量等很多因素。为了估计岩石弹性模量的可能变化范围，Hasin-Shtrikman边界方法可以估计岩石弹性模量的上下边界，其中对于计算岩石体积模量的方程如下:

$\frac{K^{\left(\mathrm{HS}\right)}-K_p}{K_m-K_p}=(1-\mathrm{\Φ}){(1+\frac{\mathrm{\Φ}(K_m-K_p)}{K_p+F})}^{-1}---\left(11\right)$

K_m和K_P分别为岩石矿物和岩石岩石孔隙填充物的体积模量，Φ为岩石的孔隙度，K^(HS)为岩石体积模量的边界值，计算岩石体积模量上边界时有：

$F=\frac{4}{3}{G}_m---\left(12\right)$

其中，G_m为岩石矿物的剪切模量。计算岩石体积模量下边界时有：

$F=\frac{4}{3}{G}_p---\left(13\right)$

其中，G_p为岩石孔隙填充物的剪切模量。对于计算岩石的剪切模量公式有：

$\frac{G^{\left(\mathrm{HS}\right)}-G_p}{G_m-G_p}=(1-\mathrm{\Φ}){(1+\frac{\mathrm{\Φ}(G_m-G_p)}{G_p+F})}^{-1}---\left(14\right)$

其中G^(HS)为岩石体积模量的边界值。计算岩石剪切模量上边界时有：

$F=\frac{G_m(9K_m+8G_m)}{6(K_m+2G_m)}---\left(15\right)$

计算岩石剪切模量下边界时有：

$F=\frac{G_p(9K_p+8G_p)}{6(K_p+2G_p)}---\left(16\right)$

同时根据以上计算方法，获得饱和水岩石弹性模量上、下边界。

对于具有多种弹性体组成的复杂岩石，可以采用广义的Hashin-Shtrikman-Walpole边界条件的进行计算，其计算公式如下所示：

K^HS+＝Λ(G_max)K^HS-＝Λ(G_min)

G^HS+Γ(ζ(K_max,G_max)) G^HS-＝Γ(ζ(K_min,G_min))     (17)

$\mathrm{\&Lambda;}\left(z\right)={<\frac{1}{K\left(r\right)+\frac{4}{3}z}>}^{-1}-\frac{4}{3}z,\mathrm{\&Gamma;}\left(z\right)={<\frac{1}{G\left(r\right)+z}>}^{-1}-z,\mathrm{\&zeta;}(K,G)=\frac{G}{6}\left(\frac{9K+8G}{K+2G}\right)$

上式中K^HS+、K^HS-、G^HS+和G^HS-分别表示复杂岩石体积模量上、下边界和剪切模量上下边界，K和G分别表示岩石子块体积模量和剪切模量，「表示取平均值。

对于给定岩石，其孔隙度一定，弹性模量的上、下界含有岩石孔隙强度的信息，即弹性模量越接近上边界，说明岩石孔隙强度大；反之，说明岩石的胶结程度低，岩石孔隙强度小。因此，可以用平均边界描述岩石的弹性模量，其计算关系式可写为：

K＝K^-+ω(K⁺-K^-)      (18)

G＝G^-+λ(G⁺-G^-)      (19)

式中，K⁺,K^-和G⁺,G^-分别表示岩石体积模量和剪切模量的上、下边界；K,G为所求岩石的体积模量与剪切模量；ω，λ为权因子，它们的取值在0和1之间，是表示岩石孔隙强度的参数。对于同一岩石，弹性模量的上、下边界取决于流体的弹性模量。但是流体种类对岩石孔隙结构的强度不会产生影响。因此，对于同一岩石，权因子ω，λ是不变的值。这样，可以根据实验室岩芯测量和测井数据得到的弹性模量来计算权因子ω，λ，并利用其计算其它流体饱和岩石的弹性模量。

图5显示了岩石粒内孔隙均为0.05，粒间孔隙平均值为0.15、裂缝孔隙平均值为0.05（图5a）和粒间孔隙平均值为0.05、裂缝孔隙平均值为0.15（图5b）两种情况下，岩石子块流体替换前（图中深色圆点）体积模量和流体替换后（图中浅色圆点）体积模量随孔隙度变化。图中浅色正三角代表流体替换前岩石体积模量下界；深色正三角代表流体替换前岩石体积模量上界；浅色倒三角代表流体替换后岩石体积模量下界；深色倒三角代表流体替换后岩石体积模量上界。从图中可以看出岩石上下边界差异不大，因此利用平均边界方法计算地震尺度下碳酸盐岩岩石弹性模量误差不大。对比图5a和图5b可以看出，虽然岩石总体平均孔隙度相同，但由于5a所示岩石孔隙以粒间孔隙为主，而图5b所示岩石孔隙以裂缝孔隙为主，因此两者的弹性不同，而岩石子块弹性参数分布特征也不相同，裂缝为主岩石弹性参数分布更为分散，这与实际油藏状况是相符合的。

基于本发明实施例的方法，可以对不同岩石物理参数对碳酸盐岩岩石弹性参数影响进行多维分析，比如，图6显示了岩石粒内孔隙均为0.05，粒间孔隙平均值为0.15、裂缝孔隙平均值为0.05（图6a）和粒间孔隙平均值为0.05、裂缝孔隙平均值为0.15（图6b）两种情况下，岩石子块体积模量与孔隙度（粒间空隙+裂缝孔隙）、裂缝孔隙纵横比以及泥质含量的关系。图7显示了岩石粒间孔隙平均值为0.05、裂缝孔隙平均值为0.15情况下，岩石子块流体替换前后体积模量与孔隙度（粒间空隙+裂缝孔隙）、裂缝孔隙纵横比的关系。

本发明实施例由于采取以上技术方案，因此具有以下优点：1、采用岩石网格化方法和储层岩石子块的独立参数表征，从而实现地震尺度下非均匀油藏的有效表征，并为地震尺度下非均匀油藏流体替换奠定基础；2、根据岩石孔隙成因、结构特征和孔隙联通性以及孔隙之间相互作用，采用不同的合适模型并进行有效组合进行岩石物理弹性参数计算，提高岩石物理弹性参数的计算精度。3、采用边界计算方法将岩石子块组合有效弹性模量上、下边界，并采用平均边界方法实现地震尺度下碳酸盐岩储层弹性参数的获取。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种地震尺度下碳酸盐岩储层弹性模量获取方法，其特征在于，所述方法包括：

将非均匀碳酸盐岩储层岩石网格化以划分成有限的岩石子块，获取每一所述岩石子块的独立物理参数；

利用所述独立物理参数并根据差分有效介质模型获取含粒内孔隙的所述岩石子块的骨架弹性模量；

利用所述独立物理参数以及所述含粒内孔隙岩石子块的骨架弹性模量并根据硬岩模型获取含粒内孔隙与粒间孔隙的所述岩石子块的干岩石弹性模量；

利用所述独立物理参数以及所述含粒内、粒间孔隙岩石子块的骨架弹性模量并根据改进的差分有效介质模型获取含粒内孔隙、粒间孔隙与裂缝的所述岩石子块的干岩石弹性模量；

利用所述独立物理参数以及所述含粒内、粒间孔隙与裂缝岩石子块的骨架弹性模量并根据Gassmann方程获取含粒内孔隙、粒间孔隙与裂缝的所述岩石子块的饱和流体岩石弹性模量；

利用所述含粒内孔隙、粒间孔隙与裂缝的所述岩石子块的饱和流体岩石弹性模量并根据边界方法获取地震尺度下碳酸盐岩储层弹性模量边界与弹性模量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据边界方法获取地震尺度下碳酸盐岩储层弹性模量边界与弹性模量包括：

利用改进的Hashin-Shtrikman边界方法获取地震尺度下饱和碳酸盐岩弹性模量上、下边界；

采用平均边界方法计算地震尺度下饱和碳酸盐岩弹性模量。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取每一所述岩石子块的独立物理参数包括：

利用有限测井数据和岩心数据为输入通过Monte-Carlo方法模拟得到每一所述岩石子块的独立物理参数。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据差分有效介质模型获取含粒内孔隙的所述岩石子块的骨架弹性模量包括：

将粒内孔隙的孔隙纵横比设置为1，含水饱和度设置为100%，根据差分有效介质模型获取含粒内孔隙的所述岩石子块的骨架弹性模量。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据硬岩模型获取含粒内孔隙与粒间孔隙的所述岩石子块的干岩石弹性模量包括：

利用如下公式获得胶结砂岩干岩石有效体积模量K_eff和剪切模型G_eff：

$K_{\mathrm{eff}}={[\frac{\mathrm{\&phi;}/{\mathrm{\&phi;}}_0}{K_{\mathrm{HM}}+\frac{4}{3}G}+\frac{1-\mathrm{\&phi;}{/\mathrm{\&phi;}}_0}{K+\frac{4}{3}G}]}^{-1}-\frac{4}{3}G;$

$G_{\mathrm{eff}}={\left[\right[\frac{\mathrm{\&phi;}{/\mathrm{\&phi;}}_0}{G_{\mathrm{HM}}+\frac{G}{6}\left(\frac{9K+8G}{K+2G}\right)}]+[\frac{1-\mathrm{\&phi;}{/\mathrm{\&phi;}}_0}{G+\frac{G}{6}\left(\frac{9K+8G}{K+2G}\right)}\left]\right]}^{-1}$

$-\frac{G}{6}\left(\frac{9K+8G}{K+2G}\right);$

其中φ和φ₀为岩石孔隙度和临界孔隙度，K和G为岩石颗粒的体积模量与岩石颗粒的剪切模量；以及，

利用如下公式获得干岩石在临界孔隙度φ₀时的体积模量K_HM和剪切模量G_HM：

$K_{\mathrm{HM}}={\left[\frac{n^2{(1-{\mathrm{\&phi;}}_0)}^2{G}^2}{18{\mathrm{\&pi;}}^2{(1-v)}^2}P\right]}^{\frac{1}{3}};$

$G_{\mathrm{HM}}=\frac{5-4v}{5(2-v)}{\left[\frac{3n^2{(1-{\mathrm{\&phi;}}_0)}^2{G}^2}{2{\mathrm{\&pi;}}^2{(1-v)}^2}P\right]}^{\frac{1}{3}};$

其中n为颗粒接触数，ν为岩石颗粒的泊松比，P为有效压力。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据Gassmann方程获取含粒内孔隙、粒间孔隙与裂缝的所述岩石子块的饱和流体岩石弹性模量包括：

利用下述公式获取饱和流体岩石体积模量K_Wet和饱和流体岩石剪切模量G_Wet：

$K_{\mathrm{Wet}}=K_s\frac{\mathrm{\&phi;}{K}_{\mathrm{Dry}}-(1+\mathrm{\&phi;})K_f{K}_{\mathrm{Dry}}/K_s+K_f}{(1-\mathrm{\&phi;})K_f+\mathrm{\&phi;}{K}_s-K_f{K}_{\mathrm{Dry}}/K_s};$

G_Wet＝G_Dry；

其中K_S、K_Dry和K_f分别为岩石基质、干岩石和孔隙流体体积模量，G_Dry为干岩石剪切模量。

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