CN102979517B - 一种复杂油气储层饱和度定量评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复杂油气储层饱和度定量评价方法，它基于麦克斯韦导电方程，推导出了岩石导电孔隙度的计算公式，并结合十二种岩性的岩电实验结果，推导出胶结指数与其相应的有效孔隙度和导电孔隙度差值之间关系，从而准确地建立了阿尔奇公式中胶结指数的高精度计算模型。本发明还建立了有效孔隙度与导电孔隙度之间关系，从而胶结指数的计算模型能够以导电孔隙度为桥梁，推导出阿尔奇公式中胶结指数与有效孔隙度之间的普适性表达式，因此本发明具有较强的通用性，能够更全面地反映复杂储层的导电机理。本发明为利用阿尔奇公式定量评价复杂孔隙型储层的饱和度，提供了一种精度高、通用性强的有效方法，它可以广泛用于各种复杂孔隙型油气储层饱和度的定量评价中。

Description

一种复杂油气储层饱和度定量评价方法

技术领域

本发明涉及一种定量评价方法，特别是关于一种复杂油气储层饱和度定量评价方法。

背景技术

常用的油气储层饱和度定量评价方法是根据阿尔奇（Archie）公式建立起来的。阿尔奇公式中包括两个公式，其中，

地层因素F的计算公式为：

式中：R₀为100%饱含地层水时的地层电阻率，单位为Ω·m；R_w为地层水的电阻率，单位为Ω·m；a为与岩性有关的比例系数，无量纲；为有效孔隙度，无量纲；m为胶结指数，无量纲。

电阻增大系数I的计算公式为：

$I=\frac{R_t}{R_0}=\frac{b}{S_w^n}---\left(2\right)$

式中：R_t为含油气纯岩石电阻率，单位为Ω·m；b为与岩性有关的比例系数，无量纲；S_w为含水饱和度，无量纲；n为饱和指数，无量纲。

联立公式（1）和（2），便可以得到含水饱和度S_w的公式：

根据上述公式，当阿尔奇参数a、b、m和n取固定值时（例如a=b=1，m=n=2时），常规砂岩储层的含油气饱和度是可以被准确计算出来的。但是，对于孔隙结构十分复杂的火山岩和碳酸盐岩储层，“一成不变”的阿尔奇参数所计算的油气饱和度难以满足当前勘探开发的生产需求。由于阿尔奇参数受诸多因素影响，因此在使用时不应为一固定不变的定值，而应随孔隙结构的变化而变化。准确地建立可变阿尔奇参数的计算方法，是解决复杂油气储层饱和度定量评价的方法之一。

由于胶结指数m值与阿尔奇参数中的a、b和n值相比，其对饱和度的影响更大，所以建立可变m值的高精度模型就显得尤为重要。目前，胶结指数m值主要通过岩电实验进行测定，并以此为基础通过建立胶结指数m值与有效孔隙度之间经验的、线性的函数关系，来求取复杂油气储层的可变m值。尽管可变m值的计算方法在不同地区一定程度上满足了实际研究或生产的需求，但其并没有给出胶结指数m值与有效孔隙度之间的普适性表达式。这样就不利于高精度胶结指数m值模型的准确建立，也就不能准确计算复杂油气储层的饱和度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种建立高精度胶结指数m值模型来确定复杂油气储层饱和度定量评价方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：1、一种复杂油气储层饱和度定量评价方法，它包括以下步骤：1）通过岩电实验测量被评价地区岩性的地层因素F、胶结指数m值和有效孔隙度2）根据公式：

以为横坐标、以有效孔隙度为纵坐标，通过拟合曲线的斜率得出被评价地区岩性的G值；式中：x为孔隙几何形状参数；为不导电孔隙度；3）根据公式：

求解出导电孔隙度4）根据公式：

由步骤3）得出的导电孔隙度以及岩电实验测量的胶结指数m值和有效孔隙度求解系数d₁和d₂；5）将步骤4）建立的胶结指数m值模型，带入阿尔奇公式：

计算出被评价地区复杂油气储层的含水饱和度S_w。

所述步骤2）中，公式（1）通过以下步骤得出：①先假定有效孔隙度与导电孔隙度之间的关系为：

式中：c₁、c₂均为系数；②当有效孔隙度均不导电时，根据式（5）能够推导出：

③当有效孔隙度全部导电时，根据式（5）能够推导出：

④联立式（6）和式（7），求解出系数c₁和c₂：

⑤将式（8）代入式（5），得出导电孔隙度

⑥根据雨果·弗瑞克修改的麦克斯韦导电方程的通用形式：

式中：x为孔隙几何形状参数；⑦联立式（10）和式（9），消去导电孔隙度得到计算有效孔隙度的公式（1）。

所述步骤3）中，公式（2）通过雨果·弗瑞克修改的麦克斯韦导电方程的通用形式，

式中：x为孔隙几何形状参数；求解出导电孔隙度

所述步骤4）计算出的导电孔隙度和岩电实验测量得出的有效孔隙度有，

所述导电孔隙度和有效孔隙度的关系表现为线性、指数、乘幂和多项式中的一种。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明基于麦克斯韦导电方程理论上推导出了岩石导电孔隙度的计算公式，并结合十二种岩性的岩电实验结果，推导出胶结指数与其相应的有效孔隙度和导电孔隙度差值之间关系，从而准确地建立了阿尔奇公式中胶结指数的计算模型。2、本发明由于还建立了有效孔隙度与导电孔隙度之间关系，从而胶结指数的计算模型能够以导电孔隙度为桥梁，推导出阿尔奇公式中胶结指数与有效孔隙度之间的普适性表达式，因此本发明具有较强的通用性，能够更全面地反映复杂储层的导电机理。本发明为利用阿尔奇公式定量评价复杂孔隙型储层的饱和度，提供了一种精度高、通用性强的有效方法，它可以广泛用于各种复杂孔隙型油气储层饱和度的定量评价中。

附图说明

图1是本发明白云岩储层胶结指数与有效孔隙度和导电孔隙度差值的关系图

图2是本发明白云岩储层有效孔隙度与导电孔隙度的关系图

图3是本发明白云岩储层的结果示意图

图4是本发明石灰岩储层胶结指数与有效孔隙度和导电孔隙度差值的关系图

图5是本发明石灰岩储层有效孔隙度与导电孔隙度的关系图

图6是本发明石灰岩储层的结果示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明方法是基于以下原理建立：由于胶结指数m值的物理意义是岩石导电路径的长度和岩石长度之比，因此岩石的导电路径与胶结指数m值之间存在较为密切的关系。而岩石的导电孔隙度在一定程度上能够刻画出岩石导电路径的长度，那么可以采用导电孔隙度来建立高精度的胶结指数m值的计算模型，又由于岩石导电孔隙度可以通过麦克斯韦（Maxwell）导电方程来进行计算。因此，本发明方法包括以下步骤：

1）根据麦克斯韦导电方程，计算岩石导电孔隙度

2）基于岩石导电孔隙度建立胶结指数m值模型；

3）基于胶结指数m值模型，建立油气储层饱和度定量评价方法。

下面分别加以详细描述：

1）根据麦克斯韦导电方程，计算岩石导电孔隙度

麦克斯韦导电方程给出了地层因素F与导电孔隙度之间的关系：

雨果·弗瑞克（Hugo·Fricke）将麦克斯韦导电方程改写为更通用的形式：

式中：x为孔隙几何形状参数。（6）

根据式（5），便能求解导电孔隙度

式中：导电孔隙度是关于G值和地层因素F的函数，地层因素F可以通过岩电实验求出，因此，只要能求得G值即可以求出导电孔隙度而G值的获得与孔隙几何形状参数x有关，而对于复杂孔隙结构的岩石，x则是很难准确被计算的一个参数，从而导致导电孔隙度的准确计算一直是个难点。

本发明G值的计算式通过以下方式得出，先假定有效孔隙度与导电孔隙度之间的关系为：

式中：c₁、c₂均为系数。

当有效孔隙度均不导电时，根据式（8）能够推导出：

式中：为不导电孔隙度；

当有效孔隙度全部导电时，根据式（8）能够推导出：

联立式（9）和式（10），可以求解出系数c₁和c₂：

将式（11）代入式（8），可以得出导电孔隙度

联立式（12）和式（5），消除便能得到有效孔隙度

式中：地层因素F可以通过岩电实验测量得出，如果以为横坐标、以有效孔隙度为纵坐标，则能够得出直线的斜率G值，然后将G值代入式（5）便能求解导电孔隙度

2）基于导电孔隙度建立胶结指数m值模型

本发明基于岩石导电孔隙度建立胶结指数m值模型，包括以下步骤：

①通过岩电实验测量十二种岩性的地层因素F、胶结指数m值和有效孔隙度

②根据公式（13）

以为横坐标、为纵坐标，得出十二种岩性与的交会图，通过拟合曲线的斜率，得到G值；

③根据公式（7）

计算出十二种岩性的导电孔隙度

④根据岩电实验测量得出的有效孔隙度胶结指数m值以及计算出的导电孔隙度得出不同岩性的G值、m值与 与之间的关系（如表1所示），

表1不同岩性的G值、m值与 与之间的关系

进而导出胶结指数m值与有效孔隙度之间的一般关系式，即建立出胶结指数m值模型：

式中：d₁、d₂均为系数。

3）基于胶结指数m值模型，建立油气储层饱和度定量评价方法将步骤2）建立的胶结指数m值模型带入阿尔奇公式：

便可以建立出复杂油气储层含水饱和度S_w的定量评价方法。

下面以碳酸盐岩中的白云岩、石灰岩储层作为实施例，阐述应用高精度胶结指数m值模型定量评价白云岩、石灰岩储层饱和度的过程。

实施例1：以某油田A井的白云岩储层为例

1）通过岩电实验测量某油田A井白云岩储层的地层因素F、胶结指数m值和有效孔隙度

2）根据公式（13）

以为横坐标、以有效孔隙度为纵坐标，通过拟合曲线的斜率得出该油田A井白云岩储层的G值；

3）根据公式（7）

求解出该油田A井白云岩储层的导电孔隙度

4）根据公式（14）

如图1所示,建立白云岩储层的胶结指数m值与有效孔隙度和导电孔隙度差值之间的关系：

如图2所示,建立白云岩储层有效孔隙度与导电孔隙度之间的关系：

将式（16）代入式（15），可以得出某油田A井白云岩储层可变m值的计算公式：

5）将公式（17）中白云岩储层胶结指数m值的计算模型，代入阿尔奇公式，计算含水饱和度S_w：

本发明可以通过GeoFrame、Forward、Lead、Geolog等软件来计算该油田A井白云岩储层的含水饱和度S_w。

如图3所示，是采用GeoFrame软件绘制出的含水饱和度S_w，从图中可以看到：

在第五道，有效孔隙度的计算值与岩心实验的实验值吻合程度较高，说明GeoFrame软件中ELAN-Plus模块所计算的有效孔隙度比较准确。

在第七道，含水饱和度S_w的普通方法计算值是基于GeoFrame软件中ELAN-Plus模块最优化所得的含水饱和度，是目前计算复杂储层饱和度相对比较准确的一种方法；含水饱和度S_w的实验值是基于压汞实验分析所得的含水饱和度，其能最准确地反映储层的饱和度。从第七道可以清楚地看出，含水饱和度S_w的普通方法计算值和实验值之间存在一定的误差。

在第八道，胶结指数m值的实验值是基于岩电实验分析得出的；胶结指数m值的计算值是基于第五道有效孔隙度的准确计算，然后根据公式（17）计算的可变胶结指数m值。从第八道可以看出，胶结指数m值的计算值与实验值的符合程度较好，从而说明公式（17）计算的可变m值比较准确。

在第九道，含水饱和度S_w的计算值是基于第八道计算的可变m值，利用阿尔奇公式计算的含水饱和度；含水饱和度S_w的实验值是基于压汞实验分析所得出的，它能够最准确地反映储层的饱和度。从第九道可以看出，含水饱和度S_w的计算值和实验值之间的误差更小，说明基于该油田A井白云岩储层高精度m值模型所计算的饱和度比第七道使用其他的普通方法更准确，因此，改进了白云岩储层含水饱和度S_w的计算精度。

实施例2：以某油田B井的石灰岩储层为例

1）通过岩电实验测量某油田B井白云岩储层的地层因素F、胶结指数m值和有效孔隙度

2）根据公式（13）

以为横坐标、以有效孔隙度为纵坐标，通过拟合曲线的斜率得出该地区岩性的G值；

3）根据公式（7）

求解出导电孔隙度

4）根据公式（14）

如图4所示，建立石灰岩储层的胶结指数m值与有效孔隙度和导电孔隙度差值之间的关系：

如图5所示，建立石灰岩储层有效孔隙度与导电孔隙度之间的关系：

将式（19）代入式（18），可以得出石灰岩储层可变胶结指数m值的计算公式：

5）将公式（20）中石灰岩储层胶结指数m值的计算模型，代入阿尔奇公式，计算含水饱和度S_w：

如图6所示，是采用GeoFrame软件绘制出的含水饱和度S_w，从图中可以看到：

在第五道有效孔隙度的计算值与岩心实验的实验值吻合程度较高，说明GeoFrame软件中ELAN-Plus模块所计算的有效孔隙度比较准确。

在第七道，含水饱和度S_w的普通方法计算值也是基于GeoFrame软件中ELAN-Plus模块最优化得出的；含水饱和度S_w的实验值也是基于压汞实验分析得出的。从第七道可以清楚地看出，含水饱和度S_w的普通方法计算值和实验值之间存在一定的误差。

在第八道，胶结指数m值的实验值是基于岩电实验分析得出的；胶结指数m值的计算值是基于第七道有效孔隙度的准确计算，然后根据公式（20）计算的可变胶结指数m值。从第八道可以看出，胶结指数m值的计算值与实验值的符合程度较好，从而说明公式（20）计算的可变m值比较准确。

在第九道，含水饱和度S_w的计算值是基于第九道计算的可变m值，利用阿尔奇公式计算的；含水饱和度S_w的实验值是基于压汞实验分析得出的。从第九道可以看出，含水饱和度S_w的计算值和实验值之间的误差更小，说明基于该油田B井石灰岩储层高精度m值模型所计算的饱和度比一般方法更准确，因此，改进了石灰岩储层含水饱和度S_w的计算精度。

上述各实例仅用于说明本发明，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种复杂油气储层饱和度定量评价方法，它包括以下步骤：

1)通过岩电实验测量被评价地区岩性的地层因素F、胶结指数m值和有效孔隙度

2)根据公式：

以为横坐标、以有效孔隙度为纵坐标，通过拟合曲线的斜率得出被评价地区岩性的G值；式中：x为孔隙几何形状参数；为不导电孔隙度；

3)根据公式：

求解出导电孔隙度

4)根据公式：

由步骤3)得出的导电孔隙度以及岩电实验测量的胶结指数m值和有效孔隙度求解系数d₁和d₂；

5)将步骤4)建立的胶结指数m值模型，带入阿尔奇公式：

计算出被评价地区复杂油气储层的含水饱和度S_w；其中，R_w为地层水的电阻率，单位为Ω·m；a为与岩性有关的比例系数，无量纲；R_t为含油气纯岩石电阻率，单位为Ω·m；b为与岩性有关的比例系数，无量纲；n为饱和指数，无量纲。

2.如权利要求1所述的一种复杂油气储层饱和度定量评价方法，其特征在于：所述步骤2)中，公式(1)通过以下步骤得出：

①先假定有效孔隙度与导电孔隙度之间的关系为：

式中：c₁、c₂均为系数；

②当有效孔隙度均不导电时，根据式(5)能够推导出：

③当有效孔隙度全部导电时，根据式(5)能够推导出：

④联立式(6)和式(7)，求解出系数c₁和c₂：

⑤将式(8)代入式(5)，得出导电孔隙度

⑥根据雨果·弗瑞克修改的麦克斯韦导电方程的通用形式：

式中：x为孔隙几何形状参数；

⑦联立式(10)和式(9)，消去导电孔隙度得到计算有效孔隙度的公式(1)。

3.如权利要求1所述的一种复杂油气储层饱和度定量评价方法，其特征在于：所述步骤3)中，公式(2)通过雨果·弗瑞克修改的麦克斯韦导电方程的通用形式，

式中：x为孔隙几何形状参数；

求解出导电孔隙度

4.如权利要求2所述的一种复杂油气储层饱和度定量评价方法，其特征在于：所述步骤3)中，公式(2)通过雨果·弗瑞克修改的麦克斯韦导电方程的通用形式，

式中：x为孔隙几何形状参数；

求解出导电孔隙度

5.如权利要求1或2或3或4任一项所述的一种复杂油气储层饱和度定量评价方法，其特征在于：所述步骤3)计算出的导电孔隙度和岩电实验测量得出的有效孔隙度有，

。

6.如权利要求5所述的一种复杂油气储层饱和度定量评价方法，其特征在于：所述导电孔隙度和有效孔隙度的关系表现为线性、指数、乘幂和多项式中的一种。