CN103604836A - 一种测定天然气水合物储层饱和度的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测定天然气水合物储层饱和度的方法及设备，所述的方法包括：选取具有天然气水合物典型赋存分布特征的多个岩心样品；根据多个岩心样品建立所述天然气水合物储层的饱和度截短模型，饱和度截短模型包含未知参数；采集油田现场天然气水合物储层的测井资料；从油田现场选取多个天然气水合物岩心样品；对多个天然气水合物岩心样品进行岩电实验，测定出所述饱和度截短模型包含的未知参数；根据所述的饱和度截短模型对所述的测井资料进行综合解释，得到所述油田现场的天然气水合物储层饱和度。本发明实现了对天然气水合物储层饱和度的测定，提高了天然气水合物储层饱和度计算的精准度，为指导天然气水合物储层的勘探开发部署提供依据。

Description

一种测定天然气水合物储层饱和度的方法及设备

技术领域

本发明关于油气勘探技术领域，特别是关于天然气水合物储层的勘探技术，具体的讲是一种测定天然气水合物储层饱和度的方法及设备。

背景技术

天然气水合物是一种非常规能源，广泛分布于全球海洋和极地的广大地区，其所包含的天然气储量是全球常规天然气储量的几十倍，约是当前所有煤、石油、天然气总含碳量的两倍；且天然气水合物的能量密度高、杂质少，是一种洁净型能源，因此天然气水合物被认为是21世纪化石燃料的重要替代资源，勘探潜力巨大，开发前景广阔，是当今世界各国的新兴勘探热点。对于测井来说，提供精准的储量参数用于天然气水合物储层的储量提交是一项极其重要的工作，而其中的饱和度评价则是储量参数计算中的难点。

在饱和度评价研究方面，Archie最早提出了油气层电阻率—含水饱和度之间的关系式，即Archie公式（Archie,G.E.,The electrical resistivity log as an aid in determining somereservoir characteristics,Trans.A.I.M.E.,146,54—62,1942）。该公式奠定了油气藏储层饱和度计算的基础，在测井评价中作用重大。但Archie公式主要适用于各向均匀的孔隙型储层（如物性较好的砂岩储层），对复杂储层不适用。后来，各位学者相继提出了一系列扩展的油气藏储层饱和度计算模型，例如：阳离子交换模型（也称W-S模型）（Waxman,M.H.,and Smits,L.J.M.,Electrical conductivities in oil-bearing shaly sands,SPEJ,107—122,1968）、双水模型（也称D-W模型）（Clavier,C.Coates,G.and Dumanior,J.,The theoretical andexperimental basis for the“dual water”model for the interpretation of shaly sands,SPE6859,1977）、S-B模型（Silva P.L.,Bassiouni Z.Statistical evaluation of the S-B conductivity modelfor water-bearing shaly formation[J].The Log Analyst,1986,27(3):9-19）等。

相对于Archie公式而言，这些扩展计算模型的适用范围更广，可以适用于层状均匀储层（如泥质砂岩储层）的饱和度计算，但仍不能解决非均质各向异性储层饱和度的计算。李宁于1989年以非均匀各向异性地层模型为基础，通过完整的数学推导，给出了电阻率与含水饱和度之间的一般关系式（也称为通解方程）（李宁，电阻率—孔隙度、电阻率—含油（气）饱和度关系的一般形式及其逼近函数类型的确定（Ⅰ），地球物理学报，第32卷，第5期，1989年9月）：

$\begin{array}{c}I=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{p_i}{\underset{k=1}{\overset{l_i}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{ik}}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ik}}}}=\frac{p_1}{h_{11}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{11}}+h_{12}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{12}}+...+h_{1l_1}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{1l_1}}}+\\ =\frac{p_2}{h_{21}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{21}}+h_{22}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{22}}+...+h_{{2l}_2}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{{2l}_2}}}+...+\frac{p_z}{h_{z1}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{z1}}+h_{z2}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{z2}}+...+h_{{\mathrm{zl}}_z}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{{\mathrm{zl}}_z}}}\end{array}---\left(1\right)$

其中，I为岩石电阻增大率，无因次；S_w为油气层含水饱和度，无因次；p_i、h_ik和θ_ik为待定参数。

通解方程从理论上解决了非均质复杂储层饱和度的精确定量计算问题，常用的Archie方程、W-S方程和D-W方程等为一般关系式（1）在给定条件下的三种截短表达式。但在现有技术条件下，要将其应用到特定储层（如天然气水合物储层）中还存在如下两个关键技术问题：（1）、寻求一个符合储层地质情况的特解，即确定满足精度要求的通解方程的截短形式（也称饱和度截短模型）；（2）、尚需一种可靠的方法准确测定形式中各个待定参数，使得最终测定计算模型能够最大限度地反映储层电阻率与含水饱和度之间的真实规律。

由于天然气水合物储层各向异性，非均质性很强，水合物在储层中的赋存形式复杂多样，导致其饱和度评价难度很大。现有的有关天然气水合物测井评价的方法均采用流体矿产资源评价的思路、方法和理论，如Archie公式、印度尼西亚公式等（范宜仁，朱学娟：天然气水合物储层测井响应与评价方法综述，测井技术，第35卷，第2期，2011年4月），而天然气水合物是一种以固体形式充填在地层孔隙空间中的矿产，其岩石物理性质和赋存状态不同于油气，所以现有的饱和度计算评价方法明显已不能解决问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述问题，本发明在饱和度通解方程的基础提供了一种测定天然气水合物储层饱和度的方法及设备，通过选取具有典型赋存分布特征的多个岩心样品，研究分析确定出电阻率与含水饱和度之间的一般关系式的截短模型；并通过岩电试验准确测定截短模型中的各个待定参数，使得饱和度截短模型能够最大限度地反映储层电阻率与含水饱和度之间的真实规律，进而实现了对天然气水合物储层饱和度的测定。

本发明的目的之一是，提供一种测定天然气水合物储层饱和度的方法，包括：选取具有天然气水合物典型赋存分布特征的多个岩心样品；根据所述的多个岩心样品建立所述天然气水合物储层的饱和度截短模型，所述的饱和度截短模型包含未知参数；采集油田现场天然气水合物储层的测井资料；从所述的油田现场选取多个天然气水合物岩心样品；对所述的多个天然气水合物岩心样品进行岩电实验，测定出所述饱和度截短模型包含的未知参数；根据所述的饱和度截短模型对所述的测井资料进行综合解释，得到所述油田现场的天然气水合物储层饱和度。

本发明的目的之一是，提供了一种测定天然气水合物储层饱和度的设备，包括：岩心样品选取装置，用于选取具有天然气水合物典型赋存分布特征的多个岩心样品；截短模型确定装置，用于根据所述的多个岩心样品建立所述天然气水合物储层的饱和度截短模型，所述的饱和度截短模型包含未知参数；测井资料采集装置，用于采集油田现场天然气水合物储层的测井资料；天然水合物岩心样品选取装置，用于从所述的油田现场选取多个天然气水合物岩心样品；未知参数确定装置，用于对所述的多个天然气水合物岩心样品进行岩电实验，测定出所述饱和度截短模型包含的未知参数；饱和度确定装置，用于根据所述的饱和度截短模型对所述的测井资料进行综合解释，得到所述油田现场的天然气水合物储层饱和度。

本发明的有益效果在于，提供了一种测定天然气水合物储层饱和度的方法及设备，通过选取具有典型赋存分布特征的多个岩心样品，研究分析确定出电阻率与含水饱和度之间的一般关系式的截短模型；并通过岩电试验准确测定截短模型中的各个待定参数，使得饱和度截短模型能够最大限度地反映储层电阻率与含水饱和度之间的真实规律，进而实现了对天然气水合物储层饱和度的测定，提高了天然气水合物储层饱和度计算的精准度，为指导天然气水合物储层的勘探开发部署提供依据。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

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，下面将对实施例或现有技术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为本发明实施例提供的一种测定天然气水合物储层饱和度的方法的流程图；

图2为图1中的步骤S102的具体流程图；

图3为图2中的步骤S202的具体流程图；

图4为图2中的步骤S203的具体流程图；

图5为图1中的步骤S105的具体流程图；

图6本发明实施例提供的一种测定天然气水合物储层饱和度的设备的结构框图；

图7为本发明提供的一种测定天然气水合物储层饱和度的设备中截短模型确定装置200的结构框图；

图8为本发明提供的一种测定天然气水合物储层饱和度的设备中岩电关系曲线确定模块202的结构框图；

图9为本发明提供的一种测定天然气水合物储层饱和度的设备中饱和度截短模型确定模块203的结构框图；

图10为本发明提供的一种测定天然气水合物储层饱和度的设备中未知参数确定装置500的结构框图；

图11（a）为本发明提供的具体实施例中油田现场取得的岩心样品一的示意图；

图11（b）为本发明提供的具体实施例中油田现场取得的岩心样品二的示意图；

图11（c）为本发明提供的具体实施例中油田现场取得的岩心样品三的示意图；

图12（a）为本发明提供的具体实施例中天然气水合物储层岩石物理模型的示意图；

图12（b）为本发明提供的具体实施例中天然气水合物储层岩石物理模型的示意图；

图12（c）为本发明提供的具体实施例中天然气水合物储层岩石物理模型的示意图；

图13（a）为本发明提供的具体实施例中天然气水合物沉积物可视化岩电实验装置整体示意图；

图13（b）为本发明提供的具体实施例中天然气水合物沉积物可视化岩电实验装置中岩心夹持器的示意图；

图14为本发明提供的具体实施例中天然气水合物沉积物岩电曲线示意图；

图15为本发明提供的具体实施例中天然气水合物储层岩电曲线分析即饱和度截短模型形式确定示意图；

图16为本发明提供的具体实施例中天然气水合物储层饱和度截短模型的参数确定示意图；

图17（a）为本发明提供的具体实施例中Y油田A井的天然气水合物饱和度（采用确定的模型）计算处理结果与取样分析数据对比示意图；

图17（b）为本发明提供的具体实施例中Y油田B井的天然气水合物饱和度（采用确定的模型）计算处理结果与取样分析数据对比示意图。

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做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。

李宁于1989年以非均匀各向异性地层模型为基础，通过完整的数学理论推导，给出了电阻率与含水饱和度之间的一般关系式：

$\begin{array}{c}I=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{p_i}{\underset{k=1}{\overset{l_i}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{ik}}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ik}}}}=\frac{p_1}{h_{11}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{11}}+h_{12}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{12}}+...+h_{1l_1}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{1l_1}}}+\\ =\frac{p_2}{h_{21}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{21}}+h_{22}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{22}}+...+h_{{2l}_2}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{{2l}_2}}}+...+\frac{p_z}{h_{z1}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{z1}}+h_{z2}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{z2}}+...+h_{{\mathrm{zl}}_z}{S}_w^{{\mathrm{\θ}}_{{\mathrm{zl}}_z}}}\end{array}---\left(1\right)$

其中，I为岩石电阻增大率，无因次；S_w为油气层含水饱和度，无因次；p_i、h_ik和θ_ik为待定参数。

通解方程从理论上已解决了非均质复杂储层饱和度的精确定量计算问题，已证明常用的Archie方程、W-S方程和D-W方程等为一般关系式（1）在给定条件下的三种截短表达式。但在现有技术条件下，要将其应用到特定储层（如天然气水合物储层）中还存在如下两个关键技术问题：（1）、寻求一个符合储层地质情况的特解，即确定满足精度要求的通解方程的截短形式（也称饱和度截短模型）；（2）、尚需一种可靠的方法准确测定形式中各个待定参数，使得最终测定计算模型能够最大限度地反映储层电阻率与含水饱和度之间的真实规律。

基于此，本发明提出的一种测定天然气水合物储层饱和度的方法，图1为该方法的具体流程图，由图1可知，所述的方法包括：

S101：选取具有天然气水合物典型赋存分布特征的多个岩心样品，可从我国有天然气水合物储层分布的各油田采集得到。

S102：根据所述的多个岩心样品建立所述天然气水合物储层的饱和度截短模型，所述的饱和度截短模型包含未知参数。在具体的实施例中，可对多个岩心样品进行理论及实验研究分析，进而确定天然气水合物储层饱和度截短模型，图2为步骤S102的具体流程图。

S103：采集油田现场天然气水合物储层的测井资料。此处采集的测井资料是需进行测井饱和度解释的油田目标区块的测井资料。

S104：从所述的油田现场选取多个天然气水合物岩心样品。该步骤可通过钻井取心获得以上目标储层的天然气水合物岩心样品若干。此处的天然气水合物岩心样品与S101步骤中的岩心样品不同之处在于：步骤S101中采集的样品涵盖了我国所有天然气水合物储层，样品囊括了我国天然气水合物的各种赋存分布特征；步骤S104中的样品是仅在采集测井资料的目标区块储层处钻取获得的。

S105：对所述的多个天然气水合物岩心样品进行岩电实验，测定出所述饱和度截短模型包含的未知参数。图5为步骤S105的具体流程图。通过岩电试验准确测定截短模型中的各个待定参数，使得饱和度截短模型能够最大限度地反映储层电阻率与含水饱和度之间的真实规律。

S106：根据所述的饱和度截短模型对所述的测井资料进行综合解释，得到所述油田现场的天然气水合物储层饱和度。实现了对天然气水合物储层饱和度的测定，提高了天然气水合物储层饱和度计算的精准度，为指导天然气水合物储层的勘探开发部署提供依据。

图2为图1中的步骤S102的具体流程图，由图2可知，步骤S102具体包括：

S201：根据所述的多个岩心样品建立天然气水合物储层的测井解释岩石物理模型。在具体的实施方式中，对大量油田现场钻井取心获得的岩心样品进行观察分析，研究天然气水合物在储层中的赋存分布形式规律，根据研究归纳的天然气水合物赋存分布规律建立天然气水合物储层的测井解释岩石物理模型。

在具体的实施例中，钻井取心获得油田现场的岩心样品如图11（a）、图11（b）、图11（c）所示，对这些具有不同天然气水合物饱和度的大量岩心样品进行观察、描述及分析，确定天然气水合物在储层中的赋存分布形式规律为：水合物饱和度较小时，水合物呈分散状充填在孔隙中；随着水合物饱和度的增大，水合物颗粒不断生长变大聚集，呈结核状分布，与骨架颗粒一起承担围压；当水合物饱和度增大到一定程度后，水合物在储层中呈大规模层状分布，成为骨架的一部分。根据该赋存分布规律建立的天然气水合物储层的测井解释岩石物理模型如图12（a）、图12（b）、图12（c）所示，模型表征了天然气水合物的赋存分布规律。

S202：对所述的多个岩心样品进行岩电实验，得到所述天然气水合物储层的岩电关系曲线。图3为图2中的步骤S202的具体流程图，由图3可知，该步骤设计进行天然气水合物储层样品的岩电实验，通过实验研究得到天然气水合物储层的岩电关系曲线。实验装置的示意图如图13（a）、图13（b）所示，由图13（a）可知，实验装置包括数据采集系统1、计算机2、恒温箱3、高精度泵4、泵5、甲烷气瓶6，由图13（b）可知，岩心夹持器包括泵1、位移传感器2、不锈钢顶盖3、压力传感器4、铜电极5、透明防护窗6、蓝宝石透明观察窗7、铜电极8、家湾进气口9、钛合金反应釜体10、显微视像系统11、聚四氟乙烯12、热电偶13、沉积物样品14。步骤S202具体包括：

S301：将所述的岩心样品置入可视化岩电实验装置的岩心夹持器中；

S302：通入甲烷气体，使天然气水合物在所述岩心样品内部不断生成；

S303：监测所述岩心样品的电阻率以及甲烷气体的压力值；

S304：根据所述的压力值以及所述的电阻率确定所述天然气水合物储层的岩电关系曲线。

将不含天然气水合物的水合物储层沉积物样品置入可视化岩电实验装置的岩心夹持器中，控制合适的实验条件并通入甲烷气体，使天然气水合物在沉积物样品内部不断生成，同时在该过程中监测样品电阻率和甲烷气体的压力变化，实验结束后处理采集的实验数据，得到以含水饱和度为横坐标、电阻增大率为纵坐标的天然气水合物储层岩电关系曲线如图14所示。

该步骤进行天然气水合物的实验研究，实验模拟天然气水合物在储层样品内部的生成过程，同时监测该过程中天然气水合物储层样品的电阻变化，实验研究得到天然气水合物储层岩电关系曲线。

由图2可知，步骤S102还包括：

S203：根据所述的测井解释岩石物理模型以及所述的岩电关系曲线确定所述天然气水合物储层的饱和度截短模型。结合天然气水合物储层的测井解释岩石物理模型分析天然气水合物储层岩电关系，确定天然气水合物储层的饱和度截短模型。图4为图2中的步骤S203的具体流程图，由图4可知，该步骤具体包括：

S401：根据所述的测井解释岩石物理模型对所述的岩电关系曲线进行分析，将所述的岩电关系曲线分为第一部分曲线、第二部分曲线以及第三部分曲线。

S402：确定所述第一部分曲线对应的第一表达形式；

S403：确定所述第二部分曲线对应的第二表达形式；

S404：确定所述第三部分曲线对应的第三表达形式；

S405：将所述的第一表达形式、第二表达形式以及第三表达形式进行叠加，得到所述天然气水合物储层的饱和度截短模型。

在步骤S203中，结合天然气水合物储层的测井解释岩石物理模型分析天然气水合物储层岩电关系，得到的饱和度截短模型如图15所示。由图14可知，天然气水合物储层岩电关系曲线由三部分叠加而成（三条直线）；第一部分曲线对应的第一表达形式为

形式上为阿尔奇公式的表达形式，该项表征了水合物饱和度较小时，水合物呈分散状充填在孔隙中的岩电关系；第二部分曲线对应的第二表达形式为

第三部分曲线对应的第三表达形式为I=p₃，这两项表征了水合物饱和度较高时，水合物呈层状及结核状分布的岩电关系；这三项的叠加即构成了天然气水合物储层饱和度截短模型，确定的天然气水合物储层的饱和度截短模型如公式2所示：

$I=\frac{p_1}{S_w^{{\mathrm{\θ}}_{11}}}+\frac{p_2}{S_w^{{\mathrm{\θ}}_{21}}}+p_3---\left(2\right)$

其中，P₁、P₂、P₃、θ₁₁、θ₂₁为未知待定参数，I为电阻增大率，S_w为含水饱和度。

图5为图1中的步骤S105的具体流程图，由图5可知，步骤S105具体包括：

S501：对所述的多个天然气水合物岩心样品进行岩电实验，得到实验数据。

S502：根据所述的实验数据得到以含水饱和度以及岩心样品电阻增大率为坐标的散点图。在具体的实施方式中，对实验数据进行处理，可以含水饱和度为横坐标、岩心样品电阻增大率为纵坐标建立散点图。

S503：通过所述的饱和度截短模型对所述的散点图进行拟合，得到所述未知参数的值。

设计进行储层条件下的天然气水合物样品的岩电实验，用天然气水合物储层饱和度截短模型（公式2）对样品的岩电数据进行拟合，确定天然气水合物储层饱和度截短模型的待定参数，得到待定参数P₁，P₂，P₃，θ₁₁，θ₂₁的值，如图16所示。

用步骤S105确定的天然气水合物储层饱和度截短模型对油田现场采集的天然气水合物储层测井数据进行处理，将计算的天然气水合物储层的饱和度与钻井取心实验分析结果进行对比验证。

如上所述即为本发明提供的一种测定天然气水合物储层饱和度的方法，通过选取具有天然气水合物典型赋存分布特征的多个岩心样品，确定出电阻率与含水饱和度之间的一般关系式的截短模型；并通过岩电试验准确测定截短模型中的各个待定参数，使得饱和度截短模型能够最大限度地反映储层电阻率与含水饱和度之间的真实规律，进而实现了对天然气水合物储层饱和度的测定，提高了天然气水合物储层饱和度计算的精准度，为指导天然气水合物储层的勘探开发部署提供依据。

本发明还提出的一种测定天然气水合物储层饱和度的设备，图6为该设备的结构框图，由图6可知，所述的设备包括：

岩心样品选取装置100，用于选取具有天然气水合物典型赋存分布特征的多个岩心样品，可从我国有天然气水合物储层分布的各油田采集得到。

截短模型确定装置200，用于根据所述的多个岩心样品建立所述天然气水合物储层的饱和度截短模型，所述的饱和度截短模型包含未知参数。在具体的实施例中，可对多个岩心样品进行理论及实验研究分析，进而确定天然气水合物储层饱和度截短模型，图7为截短模型确定装置200的结构框图。

测井资料采集装置300，用于采集油田现场天然气水合物储层的测井资料。此处采集的测井资料是需进行测井饱和度解释的油田目标区块的测井资料。

天然水合物岩心样品选取装置400，用于从所述的油田现场选取多个天然气水合物岩心样品。该装置可通过钻井取心获得以上目标储层的天然气水合物岩心样品若干。此处的天然气水合物岩心样品与岩心样品选取装置100中的岩心样品不同之处在于：岩心样品选取装置100中采集的样品涵盖了我国所有天然气水合物储层，样品囊括了我国天然气水合物的各种赋存分布特征；天然水合物岩心样品选取装置400的样品是仅在采集测井资料的目标区块储层处钻取获得的。

未知参数确定装置500，用于对所述的多个天然气水合物岩心样品进行岩电实验，测定出所述饱和度截短模型包含的未知参数。图10为未知参数确定装置500的结构框图。通过岩电试验准确测定截短模型中的各个待定参数，使得饱和度截短模型能够最大限度地反映储层电阻率与含水饱和度之间的真实规律。

饱和度确定装置600，用于根据所述的饱和度截短模型对所述的测井资料进行综合解释，得到所述油田现场的天然气水合物储层饱和度。实现了对天然气水合物储层饱和度的测定，提高了天然气水合物储层饱和度计算的精准度，为指导天然气水合物储层的勘探开发部署提供依据。

图7为本发明提供的一种测定天然气水合物储层饱和度的设备中截短模型确定装置200的结构框图，由图7可知，截短模型确定装置200具体包括：

测井解释岩石物理模型确定模块201，用于根据所述的多个岩心样品建立天然气水合物储层的测井解释岩石物理模型。在具体的实施方式中，对大量油田现场钻井取心获得的岩心样品进行观察分析，研究天然气水合物在储层中的赋存分布形式规律，根据研究归纳的天然气水合物赋存分布规律建立天然气水合物储层的测井解释岩石物理模型。

在具体的实施例中，钻井取心获得油田现场的岩心样品如图11（a）、图11（b）、图11（c）所示，对这些具有不同天然气水合物饱和度的大量岩心样品进行观察、描述及分析，确定天然气水合物在储层中的赋存分布形式规律为：水合物饱和度较小时，水合物呈分散状充填在孔隙中；随着水合物饱和度的增大，水合物颗粒不断生长变大聚集，呈结核状分布，与骨架颗粒一起承担围压；当水合物饱和度增大到一定程度后，水合物在储层中呈大规模层状分布，成为骨架的一部分。根据该赋存分布规律建立的天然气水合物储层的测井解释岩石物理模型如图12（a）、图12（b）、图12（c）所示，模型表征了天然气水合物的赋存分布规律。

岩电关系曲线确定模块202，用于对所述的多个岩心样品进行岩电实验，得到所述天然气水合物储层的岩电关系曲线。图8为岩电关系曲线确定模块202的结构框图，由图8可知，岩电关系曲线确定模块设计进行天然气水合物储层样品的岩电实验，通过实验研究得到天然气水合物储层的岩电关系曲线。实验装置的示意图如图13（a）、图13（b）所示，由图13（a）可知，实验装置包括数据采集系统1、计算机2、恒温箱3、高精度泵4、泵5、甲烷气瓶6，由图13（b）可知，岩心夹持器包括泵1、位移传感器2、不锈钢顶盖3、压力传感器4、铜电极5、透明防护窗6、蓝宝石透明观察窗7、铜电极8、家湾进气口9、钛合金反应釜体10、显微视像系统11、聚四氟乙烯12、热电偶13、沉积物样品14。岩电关系曲线确定模块具体包括：

岩心样品放置单元2021，用于将所述的岩心样品置入可视化岩电实验装置的岩心夹持器中；

气体通入单元2022，用于通入甲烷气体，使天然气水合物在所述岩心样品内部不断生成；

监测单元2023，用于监测所述岩心样品的电阻率以及甲烷气体的压力值；

岩电关系曲线确定单元2024，用于根据所述的压力值以及所述的电阻率确定所述天然气水合物储层的岩电关系曲线。

将不含天然气水合物的水合物储层沉积物样品置入可视化岩电实验装置的岩心夹持器中，控制合适的实验条件并通入甲烷气体，使天然气水合物在沉积物样品内部不断生成，同时在该过程中监测样品电阻率和甲烷气体的压力变化，实验结束后处理采集的实验数据，得到以含水饱和度为横坐标、电阻增大率为纵坐标的天然气水合物储层岩电关系曲线如图14所示。

该装置进行天然气水合物的实验研究，实验模拟天然气水合物在储层样品内部的生成过程，同时监测该过程中天然气水合物储层样品的电阻变化，实验研究得到天然气水合物储层岩电关系曲线。

由图7可知，截短模型确定装置200还包括：

饱和度截短模型确定模块203，用于根据所述的测井解释岩石物理模型以及所述的岩电关系曲线确定所述天然气水合物储层的饱和度截短模型。结合天然气水合物储层的测井解释岩石物理模型分析天然气水合物储层岩电关系，确定天然气水合物储层的饱和度截短模型。图9为饱和度截短模型确定模块203的结构框图，由图9可知，饱和度截短模型确定模块203具体包括：

分析单元2031，用于根据所述的测井解释岩石物理模型对所述的岩电关系曲线进行分析，将所述的岩电关系曲线分为第一部分曲线、第二部分曲线以及第三部分曲线。

第一表达形式确定单元2032，用于确定所述第一部分曲线对应的第一表达形式；

第二表达形式确定单元2033，用于确定所述第二部分曲线对应的第二表达形式；

第三表达形式确定单元2034，用于确定所述第三部分曲线对应的第三表达形式；

叠加单元2035，用于将所述的第一表达形式、第二表达形式以及第三表达形式进行叠加，得到所述天然气水合物储层的饱和度截短模型。

在饱和度截短模型确定模块203中，结合天然气水合物储层的测井解释岩石物理模型分析天然气水合物储层岩电关系，得到的饱和度截短模型如图15所示。由图14可知，天然气水合物储层岩电关系曲线由三部分叠加而成（三条直线）；第一部分曲线对应的第一表达形式为

形式上为阿尔奇公式的表达形式，该项表征了水合物饱和度较小时，水合物呈分散状充填在孔隙中的岩电关系；第二部分曲线对应的第二表达形式为

第三部分曲线对应的第三表达形式为I=p₃，这两项表征了水合物饱和度较高时，水合物呈层状及结核状分布的岩电关系；这三项的叠加即构成了天然气水合物储层饱和度截短模型，确定的天然气水合物储层的饱和度截短模型如公式2所示：

$I=\frac{p_1}{S_w^{{\mathrm{\θ}}_{11}}}+\frac{p_2}{S_w^{{\mathrm{\θ}}_{21}}}+p_3---\left(2\right)$

其中，P₁、P₂、P₃、θ₁₁、θ₂₁为未知待定参数，I为电阻增大率，S_w为含水饱和度。

图10为未知参数确定装置500的结构框图，由图10可知，未知参数确定装置500具体包括：

实验数据确定模块501，用于对所述的多个天然气水合物岩心样品进行岩电实验，得到实验数据。

散点图确定模块502，用于根据所述的实验数据得到以含水饱和度以及岩心样品电阻增大率为坐标的散点图。在具体的实施方式中，对实验数据进行处理，可以含水饱和度为横坐标、岩心样品电阻增大率为纵坐标建立散点图。

拟合模块503，用于通过所述的饱和度截短模型对所述的散点图进行拟合，得到所述未知参数的值。

设计进行储层条件下的天然气水合物样品的岩电实验，用天然气水合物储层饱和度截短模型（公式2）对样品的岩电数据进行拟合，确定天然气水合物储层饱和度截短模型的待定参数，得到待定参数P₁，P₂，P₃，θ₁₁，θ₂₁的值，如图16所示。

用未知参数确定装置500确定的天然气水合物储层饱和度截短模型对油田现场采集的天然气水合物储层测井数据进行处理，将计算的天然气水合物储层的饱和度与钻井取心实验分析结果进行对比验证。

如上所述即为本发明提供的一种测定天然气水合物储层饱和度的设备，通过选取具有典型赋存分布特征的多个岩心样品，确定出电阻率与含水饱和度之间的一般关系式的截短模型；并通过岩电试验准确测定截短模型中的各个待定参数，使得饱和度截短模型能够最大限度地反映储层电阻率与含水饱和度之间的真实规律，进而实现了对天然气水合物储层饱和度的测定，提高了天然气水合物储层饱和度计算的精准度，为指导天然气水合物储层的勘探开发部署提供依据。

下面结合具体的实施例，详细介绍本发明的技术方案。以Y油田天然气水合物储层饱和度计算为例。

S1：钻井取心获得Y油田大量天然气水合物岩心样品（如图11（a）、图11（b）、图11（c）所示），对这些具有不同天然气水合物饱和度的大量岩心样品进行观察、描述及分析，确定天然气水合物在储层中的赋存分布形式规律为：水合物饱和度较小时，水合物呈分散状充填在孔隙中；随着水合物饱和度的增大，水合物颗粒不断生长变大聚集，呈结核状分布，与骨架颗粒一起承担围压；当水合物饱和度增大到一定程度后，水合物在储层中呈大规模层状分布，成为骨架的一部分。

S2：根据天然气水合物在储层中的赋存分布形式规律，建立天然气水合物储层的测井解释岩石物理模型（图12（a）、图12（b）、图12（c）所示），模型表征了天然气水合物的赋存分布规律。

S3：设计进行天然气水合物储层样品的岩电实验，实验装置示意图如图13（a）、图13（b）所示，将天然气水合物储层沉积物样品放入天然气水合物沉积物可视化岩电实验装置的反应釜中，通入7MPa的甲烷气体，控制温度为5摄氏度，在该温压条件下天然气水合物在样品内不断生成，观测水合物生成过程中的赋存分布并监测沉积物样品的电阻率及甲烷气体压力的变化。

S4：实验结束后处理采集的实验数据，得到以含水饱和度为横坐标、电阻增大率为纵坐标的天然气水合物储层岩电关系曲线（如图14所示）。

S5：结合天然气水合物储层的测井解释岩石物理模型分析天然气水合物储层岩电关系，研究结果（如图15）表明：天然气水合物储层岩电关系（曲线）由三部分叠加而成（三条直线）；直线1的表达式为

形式上为阿尔奇公式的表达形式，该项表征了水合物饱和度较小时，水合物呈分散状充填在孔隙中的岩电关系；直线2的表达式为

直线3的表达式为I=p₃，这两项表征了水合物饱和度较高时，水合物呈层状及结核状分布的岩电关系；这三项的叠加即构成了天然气水合物储层饱和度截短模型，确定的天然气水合物储层的饱和度截短模型为公式2。

$I=\frac{p_1}{S_w^{{\mathrm{\θ}}_{11}}}+\frac{p_2}{S_w^{{\mathrm{\θ}}_{21}}}+p_3---\left(2\right)$

其中，P₁，P₂，P₃，θ₁₁，θ₂₁为未知待定参数。

S6：采集Y油田目标储层的测井资料；

S7：钻井取心获得Y油田目标储层的岩心样品，进行储层条件下的天然气水合物样品的岩电实验，用天然气水合物储层饱和度截短模型（公式2）对样品的岩电数据进行拟合，得到待定参数P₁，P₂，P₃，θ₁₁，θ₂₁的值分别为2.2、-2.2、1、0.85和-5.95（如图16），即：

$I=\frac{2.2}{S_w^{0.85}}-\frac{2.2}{S_w^{-5.95}}+1---\left(3\right)$

S8：采用已确定的天然气水合物储层饱和度截短模型对Y油田测井资料进行处理。其中两口井A和B的处理结果如图17（a）、图17（b）所示。图中显示，采用新模型的饱和度计算处理结果与取样分析饱和度符合较好。其中，A井的计算饱和度与岩心分析饱和度的平均绝对误差为7.4%，B井的计算饱和度与岩心分析饱和度的平均绝对误差为6.9%。

综上所述，本发明的有益成果是：提供了一种测定天然气水合物储层饱和度的方法及设备，通过选取具有典型赋存分布特征的多个岩心样品，理论研究分析确定出电阻率与含水饱和度之间的一般关系式的截短模型；并通过岩电试验准确测定截短模型中的各个待定参数，使得饱和度截短模型能够最大限度地反映储层电阻率与含水饱和度之间的真实规律，进而实现了对天然气水合物储层饱和度的测定，提高了天然气水合物储层饱和度计算的精准度，为指导天然气水合物储层的勘探开发部署提供依据。

本发明提供的一种测定天然气水合物储层饱和度的方法及设备，可提高天然气水合物储层饱和度计算的精准度，为指导天然气水合物储层的勘探开发部署提供依据，其核心内涵是：

1）通过选取具有典型赋存分布特征的多个岩心样品，理论研究分析确定出电阻率与含水饱和度之间的一般关系式的截短模型；

2）通过岩电试验准确测定截短模型中的各个待定参数，使得饱和度截短模型能够最大限度地反映储层电阻率与含水饱和度之间的真实规律；

3）将饱和度截短模型应用到油田现场测井解释，实现了对天然气水合物储层饱和度的测定，提高了天然气水合物储层饱和度计算的精准度。

本发明首次提出了一种天然气水合物储层饱和度的计算方案，可用于天然气水合物储层的饱和度评价，其核心内涵是：给出了一种确定天然气水合物储层饱和度的饱和度截短模型，从理论上对饱和度截短模型的物理意义进行了分析和阐述，给出了饱和度截短模型的待定参数的确定方法。

本发明与现有技术的显著区别特征在于：1.首次提出了一种天然气水合物储层饱和度截短模型；2.该模型是通过对天然气水合物赋存分布形式的研究和天然气水合物储层岩石物理模型的建立，从理论上分析确定的；3.提出了确定天然气水合物储层饱和度截短模型参数的方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一般计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random AccessMemory，RAM）等。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种测定天然气水合物储层饱和度的方法，其特征是，所述的方法具体包括：

选取具有天然气水合物典型赋存分布特征的多个岩心样品；

根据所述的多个岩心样品建立所述天然气水合物储层的饱和度截短模型，所述的饱和度截短模型包含未知参数；

采集油田现场天然气水合物储层的测井资料；

从所述的油田现场选取多个天然气水合物岩心样品；

对所述的多个天然气水合物岩心样品进行岩电实验，测定出所述饱和度截短模型包含的未知参数；

根据所述的饱和度截短模型对所述的测井资料进行综合解释，得到所述油田现场的天然气水合物储层饱和度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，根据所述的多个岩心样品建立所述天然气水合物储层的饱和度截短模型具体包括：

根据所述的多个岩心样品建立天然气水合物储层的测井解释岩石物理模型；

对所述的多个岩心样品进行岩电实验，得到所述天然气水合物储层的岩电关系曲线；

根据所述的测井解释岩石物理模型以及所述的岩电关系曲线确定所述天然气水合物储层的饱和度截短模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，对所述的多个岩心样品进行岩电实验，得到所述天然气水合物储层的岩电关系曲线具体包括：

将所述的岩心样品置入可视化岩电实验装置的岩心夹持器中；

通入甲烷气体，使天然气水合物在所述岩心样品内部不断生成；

监测所述岩心样品的电阻率以及甲烷气体的压力值；

根据所述的压力值以及所述的电阻率确定所述天然气水合物储层的岩电关系曲线。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，根据所述的测井解释岩石物理模型以及所述的岩电关系曲线确定所述天然气水合物储层的饱和度截短模型具体包括：

根据所述的测井解释岩石物理模型对所述的岩电关系曲线进行分析，将所述的岩电关系曲线分为第一部分曲线、第二部分曲线以及第三部分曲线；

确定所述第一部分曲线对应的第一表达形式；

确定所述第二部分曲线对应的第二表达形式；

确定所述第三部分曲线对应的第三表达形式；

将所述的第一表达形式、第二表达形式以及第三表达形式进行叠加，得到所述天然气水合物储层的饱和度截短模型。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，根据所述的测井解释岩石物理模型以及所述的岩电关系曲线确定出的饱和度截短模型为：

$I=\frac{p_1}{S_w^{{\mathrm{\θ}}_{11}}}+\frac{p_2}{S_w^{{\mathrm{\θ}}_{21}}}+p_3$

其中，P₁、P₂、P₃、θ₁₁、θ₂₁为未知待定参数，I为电阻增大率，S_w为含水饱和度。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征是，对所述的多个天然气水合物岩心样品进行岩电实验，测定出所述饱和度截短模型包含的未知参数具体包括：

对所述的多个天然气水合物岩心样品进行岩电实验，得到实验数据；

根据所述的实验数据得到以含水饱和度以及岩心样品电阻增大率为坐标的散点图；

通过所述的饱和度截短模型对所述的散点图进行拟合，得到所述未知参数的值。

7.一种测定天然气水合物储层饱和度的设备，其特征是，所述的设备具体包括：

岩心样品选取装置，用于选取具有天然气水合物典型赋存分布特征的多个岩心样品；

截短模型确定装置，用于根据所述的多个岩心样品建立所述天然气水合物储层的饱和度截短模型，所述的饱和度截短模型包含未知参数；

测井资料采集装置，用于采集油田现场天然气水合物储层的测井资料；

天然水合物岩心样品选取装置，用于从所述的油田现场选取多个天然气水合物岩心样品；

未知参数确定装置，用于对所述的多个天然气水合物岩心样品进行岩电实验，测定出所述饱和度截短模型包含的未知参数；

饱和度确定装置，用于根据所述的饱和度截短模型对所述的测井资料进行综合解释，得到所述油田现场的天然气水合物储层饱和度。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征是，所述的截短模型确定装置具体包括：

测井解释岩石物理模型确定模块，用于根据所述的多个岩心样品建立天然气水合物储层的测井解释岩石物理模型；

岩电关系曲线确定模块，用于对所述的多个岩心样品进行岩电实验，得到所述天然气水合物储层的岩电关系曲线；

饱和度截短模型确定模块，用于根据所述的测井解释岩石物理模型以及所述的岩电关系曲线确定所述天然气水合物储层的饱和度截短模型。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征是，所述的岩电关系曲线确定模块具体包括：

岩心样品放置单元，用于将所述的岩心样品置入可视化岩电实验装置的岩心夹持器中；

气体通入单元，用于通入甲烷气体，使天然气水合物在所述岩心样品内部不断生成；

监测单元，用于监测所述岩心样品的电阻率以及甲烷气体的压力值；

岩电关系曲线确定单元，用于根据所述的压力值以及所述的电阻率确定所述天然气水合物储层的岩电关系曲线。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征是，所述的饱和度截短模型确定模块具体包括：

分析单元，用于根据所述的测井解释岩石物理模型对所述的岩电关系曲线进行分析，将所述的岩电关系曲线分为第一部分曲线、第二部分曲线以及第三部分曲线；

第一表达形式确定单元，用于确定所述第一部分曲线对应的第一表达形式；

第二表达形式确定单元，用于确定所述第二部分曲线对应的第二表达形式；

第三表达形式确定单元，用于确定所述第三部分曲线对应的第三表达形式；

叠加单元，用于将所述的第一表达形式、第二表达形式以及第三表达形式进行叠加，得到所述天然气水合物储层的饱和度截短模型。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征是，所述的截短模型确定装置确定出的饱和度截短模型为：

$I=\frac{p_1}{S_w^{{\mathrm{\θ}}_{11}}}+\frac{p_2}{S_w^{{\mathrm{\θ}}_{21}}}+p_3$

其中，P₁、P₂、P₃、θ₁₁、θ₂₁为未知待定参数，I为电阻增大率，S_w为含水饱和度。

12.根据权利要求7或11所述的设备，其特征是，所述的未知参数确定装置具体包括：

实验数据确定模块，用于对所述的多个天然气水合物岩心样品进行岩电实验，得到实验数据；

散点图确定模块，用于根据所述的实验数据得到以含水饱和度以及岩心样品电阻增大率为坐标的散点图；

拟合模块，用于通过所述的饱和度截短模型对所述的散点图进行拟合，得到所述未知参数的值。

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