CN103513270A - 一种基于岩石声学特性的气层识别评价方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于岩石声学特性的气层识别评价方法及装置，属于致密砂岩气层评价领域。所述方法包括：选取目标区域的系列砂岩试样，并测量系列砂岩试样的分析资料；计算系列砂岩试样的纵波时差和纵、横波速度比值声学参数；根据所测得的纵波时差和纵、横波速度比值建立声学参数坐标系，制作系列砂岩试样在各种孔隙度下的饱和度定量解释图版；利用所建立的饱和度定量解释图版对所测储层作出解释评价。所述装置包括：选取与测量模块、计算声学参数模块、建立饱和度定量解释图版模块和评价模块。本发明通过建立饱和度定量解释图版，实现储层孔隙度和含气饱和度的定量判识，增加致密砂岩储层解释评价的精度。

Description

一种基于岩石声学特性的气层识别评价方法及装置

技术领域

本发明涉及致密砂岩气层评价技术领域，特别涉及一种基于岩石声学特性的气层识别评价方法及装置，主要针对低孔低渗致密砂岩储层的气层判识评价，能够在准确认识流体性质的基础上对储层进行解释评价。

背景技术

低孔隙度和低渗透率使得储层中的流体对测井响应的贡献大大减小，再加上流体性质和岩性的复杂情况，造成部分测井信息对地层的反映失真，增加了测井评价的难度，因此在油田勘探开发初期低孔低渗气层往往被遗漏。

偶极横波成像测井仪通过利用单极和偶极测量的组合在硬地层和软地层中都能测得基础的声波数据以及纵、横波和斯通利波等的特征参数，当孔隙介质含气时，其纵波速度明显下降，纵波时差增大，但横波速度下降不明显，纵、横波速度比值（Vp/Vs）将减小，因此可根据测得的声学特征参数来判别致密砂岩储层的流体性质。但目前应用偶极声波测井资料进行气层识别的常规方法多采用交会图、差比值、重叠显示、基线值差异等直观定性解释方法，判识参数选择单一，且没有充分挖掘测井资料中的声学特征信息，致使储层流体识别中误判率较高，使得致密砂岩气层进一步解释评价的不确定性增大。

发明内容

为了实现在准确认识流体性质的基础上对储层进行解释评价，实现储层孔隙度和含气饱和度的定量判识，增加致密砂岩储层解释评价的精度，本发明实施例提供了一种基于岩石声学特性的气层识别评价方法及装置。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种基于岩石声学特性的气层识别评价方法，所述方法包括：

步骤一，选取目标区域的系列岩石试样，并测量系列岩石试样的分析资料；

步骤二，利用所测岩石试样的分析资料计算系列岩石试样的纵波时差△tc和纵、横波速度比值r声学参数；

步骤三，建立纵波时差△tc和纵、横波速度比值r的声学参数坐标系，将所测得的系列岩石试样的分析资料及其对应的声学参数在所建立的声学参数坐标系上投点；

步骤四，对声学参数坐标系中的投点进行分类，建立系列岩石的孔隙度曲线及其含水饱和度曲线，即得饱和度定量解释图版；

步骤五，利用饱和度定量解释图版对所测储层的声学参数作出解释评价。

所述步骤一中的测量所选取的系列岩石试样的分析资料具体包括：100%含气饱和度砂岩试样参数的测量、含水砂岩试样参数的测量及泥岩试样参数的测量；

所述的100%含气饱和度砂岩试样参数的测量包括：砂岩颗粒密度ρ_b、体积模量K_干、剪切模量G_干和孔隙度φ；

所述的含水砂岩试样参数的测量包括：砂岩颗粒密度ρ_b、孔隙度φ、含水饱和度Sw、剪切模量G、体积模量K、孔隙流体的体积模量K_F和岩石骨架的体积模量K_m；

所述的泥岩试样参数的测量包括：泥岩颗粒密度ρ_b、体积模量K_泥和剪切模量G_泥。

所述步骤二中计算岩石试样的纵波时差△tc及纵、横波速度比值r所依据的方程：

${\mathrm{\Δt}}_c=c\sqrt{\frac{{\mathrm{\ρ}}_b}{K+\frac{4}{3}G}}$

$r=\sqrt{\frac{K}{G}+\frac{4}{3}}$

式中，c为单位转换系数。

所述的砂岩试样，砂岩剪切模量G与孔隙度φ之间的关系模型如下公式：

G＝a₁φ²＋a₂φ＋a₃

其中：a₁、a₂、a₃为待定参数，其通过最小二乘法获得。

所述的含水砂岩试样，砂岩体积模量K与体积模量K_干、孔隙流体的体积模量K_F和砂岩骨架的体积模量K_m之间关系的表达式如下：

依据饱和度定量解释图版，根据所测得的岩石声学参数对储层作出解释评价，其解释评价的具体包括：

根据实际测井分析资料获得岩石的纵波时差△tc及纵、横波速度比值r；

将所得到的纵波时差△tc及纵、横波速度比值r在所建立的饱和度定量解释图版上投点；

根据投点的位置对储层作出解释评价。

对所测储层作出解释评价，具体包括：对储层岩性的解释评价、对储层含气性的解释评价、对储层孔隙度的解释评价和对储层饱和度的解释评价。

另一方面，提供了一种基于岩石声学特性的气层识别评价装置，所述装置包括：

选取与测量模块，用于选取目标区域的系列岩石试样，并测量系列岩石试样的分析资料；

计算声学参数模块，用于根据所测得的岩石试样的分析资料计算系列岩石试样的纵波时差△tc和纵、横波速度比值r；

建立岩石声学参数坐标模块，建立纵波时差△tc和纵、横波速度比值r的声学参数坐标系，将所测得的系列岩石试样的分析资料及其对应的岩石声学参数在所建立的声学参数坐标系上投点；

建立饱和度定量解释图版模块，对声学参数坐标系中的投点进行分类，建立系列岩石的孔隙度曲线及其含水饱和度曲线，得出饱和度定量解释图版；

评价模块，依据所建立的饱和度定量解释图版，根据所测得的岩石声学参数对储层作出解释评价。

所述的评价模块具体包括：

储层岩性的解释评价模块，根据所测得的岩石声学参数在饱和度定量解释图版上投点位置，对所测储层的岩性作出指示性解释评价；

储层含气性的解释评价模块，根据所测得的岩石声学参数在饱和度定量解释图版上投点位置，对所测储层的含气饱和度作出定量解释评价；

储层孔隙度的解释评价，根据所测得的岩石声学参数在饱和度定量解释图版上投点位置，对所测储层的孔隙度作出定量解释评价；

储层饱和度的解释评价，根据所测得的岩石声学参数在饱和度定量解释图版上投点位置，对所测储层的含水饱和度作出定量解释评价。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

1、通过对系列砂岩试样的试验、测量和计算，求得各种孔隙度下的干砂岩和含有某一含水饱和度下的系列砂岩试样的纵波时差△tc及纵、横波速度比值r，并建立以纵波时差△tc和纵、横波速度比值r声学参数的平面直角坐标系，建立系列砂岩试样在各种孔隙度φ下的饱和度定量解释图版，且通过与试气、地质、取心等资料的结合，证实本发明能够对低孔低渗致密砂岩储层的流体性质进行准确判识（如表1和图5所示），能够在准确认识流体性质的基础上对储层进行解释评价。

2、通过本发明所制作的饱和度定量解释图版，只需将所测储层岩石的纵波时差△tc及纵、横波速度比值r在所建立的饱和度定量解释图版进行投点，即可很方便的在饱和度定量解释图版上对所测储层进行含气饱和度、含水饱和度、岩石岩性及孔隙度的进行定量查询，能有效识别致密砂岩储层的含气性，实现储层孔隙度和含气饱和度的定量判识，增加了致密砂岩储层解释评价的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本发明所提供的气层识别评价方法流程图；

图2为苏东地区干岩样纵横波速度比统计图；

图3为水饱和岩样孔隙度—剪切模量交会图；

图4为利用声学参数进行饱和度定量解释图版；

图5为试气层段在“利用声学参数进行饱和度定量解释图版”中的分布情况。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明所提供的一种基于岩石声学特性的气层识别评价方法流程框图，所述方法包括如下步骤：

【S1】选取目标区域的系列岩石试样，并测量系列岩石试样的分析资料；

所述步骤一中的测量所选取的系列岩石试样的分析资料具体包括：100%含气饱和度砂岩试样参数的测量、含水砂岩试样参数的测量及泥岩试样参数的测量；

所述的100%含气饱和度砂岩试样参数的测量包括：砂岩颗粒密度ρ_b、体积模量K_干、剪切模量G_干和孔隙度φ；

所述的含水砂岩试样参数的测量包括：砂岩颗粒密度ρ_b、孔隙度φ、含水饱和度Sw、剪切模量G、体积模量K、孔隙流体的体积模量K_F和岩石骨架的体积模量K_m；

所述的泥岩试样参数的测量包括：泥岩颗粒密度ρ_b、体积模量K_泥和剪切模量G_泥。

【S2】利用所测岩石试样的分析资料计算系列岩石试样的纵波时差△tc和纵、横波速度比值r声学参数；

计算岩石试样的纵波时差△tc及纵、横波速度比值r所依据的方程：

${\mathrm{\Δt}}_c=c\sqrt{\frac{{\mathrm{\ρ}}_b}{K+\frac{4}{3}G}}---\left(1\right)$

$r=\sqrt{\frac{K}{G}+\frac{4}{3}}---\left(2\right)$

式中，c为单位转换系数。

将100%含气的砂岩称为干岩石。Murphy等根据接触理论模型推导出，气饱和石英砂岩的纵横波速度比值介于1.15和1.73之间，且与孔隙度无关。因此可根据干岩样岩心实验数据的统计确定该地区储层完全含气时的纵横波速度比值r_干。

剪切模量也与流体性质无关，因此对于气饱和岩石有：

Murphy通过实验证实，剪切模量对孔隙度有明显的依赖性。对于低孔隙度储层，二次多项式拟合比指数形式更能接近实际的剪切模量值。因此可根据岩心分析实验数据建立孔隙度求取剪切模量的计算模型。

所述的砂岩试样，砂岩剪切模量G与孔隙度φ之间的关系模型如下公式：

G＝a₁φ²＋a₂φ＋a₃                (4)

其中：a₁、a₂、a₃为待定参数，其通过最小二乘法获得。

所述的含水砂岩试样，砂岩体积模量K与体积模量K_干、孔隙流体的体积模量K_F和砂岩骨架的体积模量K_m之间关系的表达式如下：

因此，对一定含气饱和度的砂岩储层，确定其孔隙度及骨架参数之后就可以依次确定其剪切模量G、100%含气饱和度对应的体积模量K_干、实际体积模量K，进一步应用错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。式确定其纵波时差△tc及波速比r。同时，当砂岩分别被水、气完全饱和时，其纵横波速度比的取值范围不同，因此可以推断，当岩石中气、水同时存在时，根据饱和度的不同其在纵波时差—纵横波速度比交会图上应当存在不同的分布范围。

通过上述公式计算，得到：

系列泥岩试样纵波时差△tc及纵、横波速度比值r；

不同孔隙度和含水饱和度下的系列砂岩的纵波时差△tc及纵、横波速度比值r。

【S3】建立纵波时差△tc和纵、横波速度比值r的声学参数坐标系，将所测得的系列岩石试样的分析资料及其对应的声学参数在所建立的声学参数坐标系上投点；

即将所测得的泥岩试样、各种砂岩试样的声学参数投点至所建立的岩石声学参数坐标系上，将岩石试样的所测点在声学参数坐标系上标示出。

【S4】对声学参数坐标系中的投点进行分类，建立系列岩石的孔隙度曲线及其含水饱和度曲线，即得饱和度定量解释图版；

对试样点按照孔隙度和含水饱和度进行分类，根据投点规律在岩石声学参数坐标系中绘制出孔隙度为φ=5%、10%和15%的孔隙度曲线，及干岩样线（含气100%）、含水饱和度Sw=40%、50%、60%、70%、80%、90%及含水纯砂岩样线、泥岩线。

【S5】利用所建立的饱和度定量解释图版根据所测的声学参数对储层作出解释评价。

依据饱和度定量解释图版，根据所测得的岩石声学参数对储层作出解释评价，其解释评价的具体方法：

根据实际测井分析资料获得岩石的纵波时差△tc及纵、横波速度比值r；

将所得到的纵波时差△tc及纵、横波速度比值r在所建立的饱和度定量解释图版上投点；

根据投点的位置对储层作出解释评价。

对所测储层作出解释评价，具体包括：

对储层岩性的解释评价，依据饱和度定量解释图版对所测储层的岩性特征作出指示性解释评价；若投点位于含水纯砂岩线和干岩样线之间，则所测岩石为砂岩特性；若投点位于含水纯砂岩线与泥岩线之间，则根据投点的位置对所测岩石的特性作出指示性解释评价。

对储层含气性、孔隙度及含水饱和度的解释评价，依据饱和度定量解释图版对所测储层作出定量解释评价；若所测岩石的纵波时差△tc及纵、横波速度比值r位于含水纯砂岩线和干岩样线之间，则所测岩石为砂岩特性，根据投点的具体位置确定其含气饱和度、含水饱和度及孔隙度的大小。

另外，本发明还提供了一种基于岩石声学特性的气层识别评价装置，所述装置包括：

选取与测量模块，用于选取目标区域的系列岩石试样，并测量系列岩石试样的分析资料；

计算声学参数模块，用于根据所测得的岩石试样的分析资料计算系列岩石试样的纵波时差△tc和纵、横波速度比值r；

建立岩石声学参数坐标模块，建立纵波时差△tc和纵、横波速度比值r的声学参数坐标系，将所测得的系列岩石试样的分析资料及其对应的岩石声学参数在所建立的声学参数坐标系上投点；

建立饱和度定量解释图版模块，对声学参数坐标系中的投点进行分类，建立系列岩石的孔隙度曲线及其含水饱和度曲线，得出饱和度定量解释图版；

评价模块，依据所建立的饱和度定量解释图版，根据所测得的岩石声学参数对储层作出解释评价。

所述的评价模块具体包括：

储层岩性的解释评价模块，依据饱和度定量解释图版对所测储层的岩性特征作出指示性解释评价；

储层含气性的解释评价模块，依据饱和度定量解释图版对所测储层的含气饱和度作出定量解释评价；

储层孔隙度的解释评价，依据饱和度定量解释图版对所测储层的孔隙度作出定量解释评价；

储层饱和度的解释评价，依据饱和度定量解释图版对所测储层的含水饱和度作出定量解释评价。

实施例

（1）选取长庆油田苏里格东部地区为研究的目标区块，对该地区的126块干岩石试样，按照《岩石声波特性的实验室测定（SY/T 6351-1998）》标准流程进行实验及计算，测量每块岩心的纵波速度、横波速度，求得干岩试样的纵波时差、纵横波速度比。根据实验测试数据统计结果得出，该地区干岩石试样的纵横波速度比值为1.53，图2为苏东地区干岩石试样纵横波速度比统计图。

（2）对苏东地区126块水饱和岩石试样，按照《岩心分析方法（SY/T 5336-2006）》和《岩石声波特性的实验室测定（SY/T 6351-1998）》标准流程进行实验及计算，测量每块岩心的颗粒密度、孔隙度、纵波速度、横波速度，求得水饱和岩样的剪切模量值。图3为水饱和岩石试样孔隙度—剪切模量交会图，由于孔隙流体对岩石剪切模量的影响可以忽略不计，因此对于低孔、低渗储层，根据水饱和岩心分析资料回归利用孔隙度计算岩石剪切模量的经验模型：

（3）对部分岩心按照《岩心分析方法（SY/T 5336-2006）》和《岩石声波特性的实验室测定（SY/T 6351-1998）》标准流程进行实验及计算，测量含水饱和度为60%和75%时岩心的颗粒密度、孔隙度、纵波速度、横波速度，求得纵波时差和纵横波速度比值。

（4）将实验测得的干岩石试样、水饱和岩石试样以及不同饱和度岩石试样的纵波时差、纵横波速度比值按照不同孔隙度区间进行投点交会，以纵波时差为x轴、纵横波速度比值为y轴，建立苏东地区的“利用声学参数进行饱和度定量解释图版”（如图4所示），该图版划分了不同岩性、不同孔隙度、不同含气饱和度的分布区域，利用储层的纵波时差、纵横波速度比等声学参数进行储层岩性、含气性、孔隙度、含水饱和度的解释评价。

（5）选取研究区内进行偶极声波测井、试气测井的7口井作为实验井，通过处理得到其纵波时差、纵横波速度比值，结合试气资料整理出目的层段的资料情况，见表1。

（6）效果验证。图5为试气层段的纵波时差、纵横波速度比值在“利用声学参数进行饱和度定量解释图版”中的分布情况，从图5可以看出，气层数据点位于“含水饱和度70%砂岩线”（含气饱和度30%）和“干岩石试样线”之间，水层、含气水层数据点位于“含水饱和度70%砂岩线”和“含水纯砂岩线”之间，干层数据点位于“含水饱和度70%砂岩线”以上区域，结合试气资料验证了该解释图版在实际测井资料流体识别和饱和度解释中的有效性。

表1实验井试气层段声学参数值统计表

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于岩石声学特性的气层识别评价方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一，选取目标区域的系列岩石试样，并测量系列岩石试样的分析资料；

步骤二，利用所测岩石试样的分析资料计算系列岩石试样的纵波时差△tc和纵、横波速度比值r声学参数；

步骤三，建立纵波时差△tc和纵、横波速度比值r的声学参数坐标系，将所测得的系列岩石试样的分析资料及其对应的声学参数在所建立的声学参数坐标系上投点；

步骤四，对声学参数坐标系中的投点进行分类，建立系列岩石的孔隙度曲线及其含水饱和度曲线，即得饱和度定量解释图版；

步骤五，利用饱和度定量解释图版对所测储层的作出解释评价。

2.根据权利要求1所述的气层识别评价方法，其特征在于，

所述步骤一中的测量所选取的系列岩石试样的分析资料具体包括：100%含气饱和度砂岩试样参数的测量、含水砂岩试样参数的测量及泥岩试样参数的测量；

所述的100%含气饱和度砂岩试样参数的测量包括：砂岩颗粒密度ρ_b、体积模量K_干、剪切模量G_干和孔隙度φ；

所述的含水砂岩试样参数的测量包括：砂岩颗粒密度ρ_b、孔隙度φ、含水饱和度Sw、剪切模量G、体积模量K、孔隙流体的体积模量K_F和岩石骨架的体积模量K_m；

所述的泥岩试样参数的测量包括：泥岩颗粒密度ρ_b、体积模量K_泥和剪切模量G_泥。

3.根据权利要求2所述的气层识别评价方法，其特征在于，

所述步骤二中计算岩石试样的纵波时差△tc及纵、横波速度比值r所依据的方程：

${\mathrm{\Δt}}_c=c\sqrt{\frac{{\mathrm{\ρ}}_b}{K+\frac{4}{3}G}}$

$r=\sqrt{\frac{K}{G}+\frac{4}{3}}$

式中，c为单位转换系数。

4.根据权利要求2所述的气层识别评价方法，其特征在于，

所述的砂岩试样，砂岩剪切模量G与孔隙度φ之间的关系模型如下公式：

G＝a₁φ²＋a₂φ＋a₃

其中：a₁、a₂、a₃为待定参数，其通过最小二乘法获得。

5.根据权利要求2所述的气层识别评价方法，其特征在于，

所述的含水砂岩试样，砂岩体积模量K与体积模量K_干、孔隙流体的体积模量K_F和砂岩骨架的体积模量K_m之间关系的表达式如下：

6.根据权利要求1所述的气层识别评价方法，其特征在于，

依据饱和度定量解释图版，根据所测得的岩石声学参数对储层作出解释评价，其解释评价的具体包括：

根据实际测井分析资料获得岩石的纵波时差△tc及纵、横波速度比值r；

将所得到的纵波时差△tc及纵、横波速度比值r在所建立的饱和度定量解释图版上投点；

根据投点的位置对储层作出解释评价。

7.根据权利要求6所述的气层识别评价方法，其特征在于，

对所测储层作出解释评价，具体包括：对储层岩性的解释评价、对储层含气性的解释评价、对储层孔隙度的解释评价和对储层饱和度的解释评价。

8.一种基于岩石声学特性的气层识别评价装置，其特征在于，所述装置包括：

选取与测量模块，用于选取目标区域的系列岩石试样，并测量系列岩石试样的分析资料；

计算声学参数模块，用于根据所测得的岩石试样的分析资料计算系列岩石试样的纵波时差△tc和纵、横波速度比值r；

建立岩石声学参数坐标模块，建立纵波时差△tc和纵、横波速度比值r的声学参数坐标系，将所测得的系列岩石试样的分析资料及其对应的岩石声学参数在所建立的声学参数坐标系上投点；

建立饱和度定量解释图版模块，对声学参数坐标系中的投点进行分类，建立系列岩石的孔隙度曲线及其含水饱和度曲线，得出饱和度定量解释图版；

评价模块，依据所建立的饱和度定量解释图版，根据所测得的岩石声学参数对储层作出解释评价。

9.根据权利要求8所述的基于岩石声学特性的气层识别评价装置，其特征在于，

所述的评价模块具体包括：

储层岩性的解释评价模块，根据所测得的岩石声学参数在饱和度定量解释图版上投点位置，对所测储层的岩性作出指示性解释评价；

储层含气性的解释评价模块，根据所测得的岩石声学参数在饱和度定量解释图版上投点位置，对所测储层的含气饱和度作出定量解释评价；

储层孔隙度的解释评价，根据所测得的岩石声学参数在饱和度定量解释图版上投点位置，对所测储层的孔隙度作出定量解释评价；

储层饱和度的解释评价，根据所测得的岩石声学参数在饱和度定量解释图版上投点位置，对所测储层的含水饱和度作出定量解释评价。

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