CN103775074B - 一种煤层气储层密度测井扩径影响的校正方法 - Google Patents

Abstract

一种煤层气储层密度测井扩径影响的校正方法，包括以下步骤：步骤一、煤层气储层密度测井与井径相关性分析；步骤二、煤层气储层密度测井与泥浆密度相关性分析；步骤三、构建煤层气储层密度测井扩径影响校正模型；步骤四、泥浆视几何因子求取；步骤五、煤层气储层密度测井扩径影响校正；本发明基于视几何因子理论，充分利用扩径率、泥浆密度与密度测井值间的内在关系，对煤层气储层密度扩径影响进行校正，提高煤层气储层密度测井扩径影响校正精度的同时，将为提高煤层含气量密度测井预测精度提供保障。

Description

一种煤层气储层密度测井扩径影响的校正方法

技术领域

本发明属于煤层气勘探开发技术中的测井技术，特别涉及一种煤层气储层密度测井扩径影响的校正方法。

背景技术

为了克服煤层气储层密度测井扩径影响校正较难这一问题，本发明的目的在于提供一种煤层气储层密度测井扩径影响的校正方法。基于视几何因子理论，针对煤层气储层，建立密度测井扩径影响校正模型，该模型不仅反映了扩径对密度测井造成的影响，而且考虑了泥浆密度对实测密度测井值的贡献，使得测井分析家能够根据扩径率和泥浆密度更加方便自如地进行密度测井扩径影响校正，从而为煤层含气量预测提供真实可靠的密度测井信息。

煤层埋藏浅，微孔隙和割理较为发育，煤层的机械强度低，钻进过程中容易坍塌，扩径影响尤为突出。扩径会导致煤岩的密度测井曲线产生不同程度的畸变，测得的密度测井值是泥浆与煤岩真实密度及其他影响因素共同贡献的总和，于是造成密度测井值常常难以表征煤层气储层的真实地质特征。若不对严重失真的密度原始测井数据进行必要的扩径影响校正，将造成煤层气储层参数测井评价的精度降低，更为甚者失去密度测井储层评价的意义。

尽管密度测井在测量时已经使用双探测器补偿原理做了扩径影响校正，但扩径较严重时密度测井值依然会受井眼扩大的影响。

现有密度测井扩径影响校正中，最常用方法是根据测井仪器制造公司提供的校正图版。此类图版主要针对石油天然气领域的砂岩储层而研制的，而并非煤层气储层，将其用于煤层气储层扩径影响校正适用性将大大降低，其校正的精度难以满足煤层气储层测井评价的要求；声波刻度密度测井校正法要求声波时差测井曲线不受扩径的影响，煤层气储层受不同程度的扩径影响，扩径段声波时差也产生畸变，因此利用失真的声波时差来反推的密度测井值其误差较高，精度难以保证；最小密度约束法是建立在泥质含量已知基础之上的，对煤层而言，难以计算煤岩段的泥质含量，进而导致该法在煤层气储层段密度扩径影响校正的适用性大大降低；Smith——Gardner公式联解法是建立在深电阻率受扩径的影响较小、可以忽略不计基础上的。然而，煤层气储层扩径影响较为严重，泥浆对电阻率的贡献不可忽略，校正效果随之亦较差。

从现有煤层气储层密度测井扩径影响校正方法来看，都不同程度地存在一些不足。尚且没有专门针对煤层气储层的密度测井扩径影响校正方法，这给煤层气储层密度测井扩径影响的校正处理带来不便。

该方法在国内首次针对煤层气储层，提出了基于视几何因子理论的密度测井扩径影响的校正方法，能够有效地对煤层气储层密度测井扩径影响进行校正，提高了密度测井扩径影响校正的精度。

发明内容

为了克服上述现有方法的不足，本发明的目的在于提供一种煤层气储层密度测井扩径影响的校正方法，基于视几何因子理论，充分利用扩径率、泥浆密度与密度测井值间的内在关系，对煤层气储层密度扩径影响进行校正，提高煤层气储层密度测井扩径影响校正精度的同时，将为提高煤层含气量密度测井预测精度提供保障。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种煤层气储层密度测井扩径影响的校正方法，包括以下步骤：

步骤一、煤层气储层密度测井与井径相关性分析：根据测井曲线划分煤层，并扣除煤矸等夹层后，对煤层段的密度和井径测井值按采集样点数进行算数平均，得到一组不同井各煤层的密度、井径测井值，以井径为自变量、密度测井值为因变量进行相关性分析，查明扩径对密度测井的影响机理，为有针对性地进行密度测井扩径影响校正提供依据；

步骤二、煤层气储层密度测井与泥浆密度相关性分析：统计待校正井区煤层段实际钻井所使用的泥浆密度，并依据步骤一方案统计获得不同井各煤层的密度测井值，以泥浆密度为自变量、密度测井值为因变量进行相关性分析，弄清泥浆密度对密度测井值的影响规律；

步骤三、构建煤层气储层密度测井扩径影响校正模型：基于视几何因子理论，以扩径率和泥浆密度为影响密度测井值的主要因素，建立密度测井扩径影响的校正模型，具体如下：

将煤层气储层受扩径影响的密度测井值表示为下式方程

ρ_a＝G_coal·ρ_coal+G_mud·ρ_mud    (1)

式(1)中，ρ_a为扩径情况下的密度测井值，ρ_mud为泥浆密度，ρ_coal为煤岩的真实体积密度，G_coal为煤岩的真实体积密度对密度测井贡献的权系数，亦称为煤岩视几何因子，0≤G_coal≤1，G_mud为泥浆密度对密度测井贡献的权系数，亦称为泥浆视几何因子，与井眼大小有关，0≤G_mud≤1；

显然，煤岩视几何因子与泥浆视几何因子满足下述条件，即

G_coal+G_mud＝1    (2)

步骤四、泥浆视几何因子求取：基于煤岩的视相对密度、扩径影响校正量与井径值，数值模拟计算得到泥浆视几何因子，通过泥浆视几何因子查明扩径率、泥浆密度对密度测井值的影响机理：

由式(2)可知，如果扩径非常严重，超出了密度测井的探测范围，密度测井值全部为泥浆密度的贡献，即G_mud＝1，G_coal＝0，ρ_a＝ρ_mud；如果井眼正常，密度测井仪器的推靠臂与井壁接触良好，则有G_mud＝0，G_coal＝1，ρ_a＝ρ_coal。

将(2)式带入(1)式，并进行整理得

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{coal}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_a-G_{\mathrm{mud}}\·{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{mud}}}{1-G_{\mathrm{mud}}}---\left(3\right)$

由(3)式可知，对煤岩密度测井进行扩径影响校正，只需求解泥浆视几何因子G_mud就可以依据式(3)来进行，为此，密度测井扩径影响校正问题就转换为泥浆视几何因子G_mud的计算问题；

实际上，煤岩的密度测井扩径影响校正问题就是计算与扩径率和泥浆密度相关的校正量△ρ，于是煤岩的真实体积密度ρ_coal可写成式(4)所示方程

ρ_coal＝ρ_a+△ρ    (4)

将式(3)代入式(4)中，并整理得

$G_{\mathrm{mud}}=\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}_a+\mathrm{\Δ\ρ}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{mud}}}---\left(5\right)$

由密度测井基本原理可知，煤岩的密度测井值ρ_a、扩径影响校正量△ρ与井径服从指数函数关系，于是可令ρ_a＝a·e^b·CAL，△ρ＝c·e^d·CAL，为此式(5)可转换为

$G_{\mathrm{mud}}=\frac{c\·e^{d\·\mathrm{CAL}}}{a\·e^{b\·\mathrm{CAL}}+c\·e^{d\·\mathrm{CAL}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{mud}}}---\left(6\right)$

为了量化表征密度测井受扩径的影响情况，引入扩径率这一概念，扩径率是指所钻井眼直径和钻头直径之差与钻头直径的比值，其计算公式为：

k＝(CAL-BITS)/BITS    (7)

式(7)中，k为扩径率，CAL为井径测井值，BITS为钻头直径。

将式(7)带入到式(6)中，可得

$G_{\mathrm{mud}}=\frac{c\·e^{d\·(k\·\mathrm{BITS}+\mathrm{BITS})}}{a\·e^{b\·(k\·\mathrm{BITS}+\mathrm{BITS})}+c\·e^{d\·(k\·\mathrm{BITS}+\mathrm{BITS})}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{mud}}}---\left(8\right)$

步骤五、煤层气储层密度测井扩径影响校正：将实测的密度测井值ρ_a、钻井实际使用的泥浆密度ρ_mud数值模拟得到的泥浆视几何因子G_mud输入公式3得出ρ_coal，实现煤层气储层密度测井扩径影响的校正。

本发明基于视几何因子理论的密度测井扩径影响校正方法，将扩径率、泥浆密度与实测密度测井有机结合在一起，所校正的密度测井曲线与实验室分析化验的视相对密度值基本重叠，其精度大大提高。

附图说明

图1为本发明中的煤层气储层密度测井扩径影响校正方法流程图。

图2为本发明中的煤层气储层扩径率与泥浆视几何因子关系图。

图3为本发明中的煤层气储层密度测井扩径影响校正结果与实验室分析化验的视相对密度对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做详细叙述。

参照图1，一种煤层气储层密度测井扩径影响的校正方法，包括以下步骤：

步骤一、煤层气储层密度测井与井径相关性分析：根据测井曲线划分煤层，并扣除煤矸等夹层后，对煤层段的密度和井径测井值按采集样点数进行算数平均，得到一组不同井各煤层的密度、井径测井值，以井径为自变量、密度测井值为因变量进行相关性分析，查明扩径对密度测井的影响机理，为有针对性地进行密度测井扩径影响校正提供依据；

步骤二、煤层气储层密度测井与泥浆密度相关性分析：统计待校正井区煤层段实际钻井所使用的泥浆密度，并依据步骤一方案统计获得不同井各煤层的密度测井值，以泥浆密度为自变量、密度测井值为因变量进行相关性分析，弄清泥浆密度对密度测井值的影响规律；

步骤三、构建煤层气储层密度测井扩径影响校正模型：基于视几何因子理论，以扩径率和泥浆密度为影响密度测井值的主要因素，建立密度测井扩径影响的校正模型；

Doll最早提出了几何因子理论，用几何因子来描述地层各部分对测量信号的贡献。一般情况下，煤层受扩径的影响较为严重，将密度测井探测范围内的介质看成是由泥浆和煤层两部分组成，则密度测井值是煤岩真实密度、泥浆密度两者的贡献之和，其贡献量的大小可表示成各自的权系数，于是可将煤层气储层受扩径影响的密度测井值表示为下式方程

ρ_a＝G_coal·ρ_coal+G_mud·ρ_mud    (1)

式(1)中，ρ_a为扩径情况下的密度测井值，ρ_mud为泥浆密度，ρ_coal为煤岩的真实体积密度，G_coal为煤岩的真实体积密度对密度测井贡献的权系数，亦称为煤岩视几何因子，0≤G_coal≤1，G_mud为泥浆密度对密度测井贡献的权系数，亦称为泥浆视几何因子，与井眼大小有关，0≤G_mud≤1。

显然，煤岩视几何因子与泥浆视几何因子满足下述条件，即

G_coal+G_mud＝1    (2)

步骤四、泥浆视几何因子求取：基于煤岩的视密度、扩径影响校正量与井径值，数值模拟计算得到泥浆视几何因子，通过泥浆视几何因子查明扩径率、泥浆密度对密度测井值的影响机理；

由式(2)可知，如果扩径非常严重，超出了密度测井的探测范围，密度测井值全部为泥浆密度的贡献，即G_mud＝1，G_coal＝0，ρ_a＝ρ_mud；如果井眼正常，密度测井仪器的推靠臂与井壁接触良好，则有G_mud＝0，G_coal＝1，ρ_a＝ρ_coal。

将(2)式带入(1)式，并进行整理得

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{coal}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_a-G_{\mathrm{mud}}\·{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{mud}}}{1-G_{\mathrm{mud}}}---\left(3\right)$

由(3)式可知，对煤岩密度测井进行扩径影响校正，只需求解泥浆视几何因子G_mud就可以依据式(3)来进行。为此，密度测井扩径影响校正问题就转换为泥浆视几何因子G_mud的计算问题。

实际上，煤岩的密度测井扩径影响校正问题就是计算与扩径率和泥浆密度相关的校正量△ρ，于是煤岩的真实体积密度ρ_coal可写成式(4)所示方程

ρ_coal＝ρ_a+△ρ    (4)

将式(3)代入式(4)中，并整理得

$G_{\mathrm{mud}}=\frac{\mathrm{\Δ\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}_a+\mathrm{\Δ\ρ}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{mud}}}---\left(5\right)$

由密度测井基本原理可知，煤岩的密度测井值ρ_a、扩径影响校正量△ρ与井径服从指数函数关系，于是可令ρ_a＝a·e^b·CAL，△ρ＝c·e^d·CAL，为此式(5)可转换为

$G_{\mathrm{mud}}=\frac{c\·e^{d\·\mathrm{CAL}}}{a\·e^{b\·\mathrm{CAL}}+c\·e^{d\·\mathrm{CAL}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{mud}}}---\left(6\right)$

为了量化表征密度测井受扩径的影响情况，引入扩径率这一概念。扩径率是指所钻井眼直径和钻头直径之差与钻头直径的比值，其计算公式为：

k＝(CAL-BITS)/BITS    (7)

式(7)中，k为扩径率，CAL为井径测井值，BITS为钻头直径。

将式(7)带入到式(6)中，可得

$G_{\mathrm{mud}}=\frac{c\·e^{d\·(k\·\mathrm{BITS}+\mathrm{BITS})}}{a\·e^{b\·(k\·\mathrm{BITS}+\mathrm{BITS})}+c\·e^{d\·(k\·\mathrm{BITS}+\mathrm{BITS})}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{mud}}}---\left(8\right)$

步骤五、煤层气储层密度测井扩径影响校正：将实测的密度测井值ρ_a、钻井实际使用的泥浆密度ρ_mud数值模拟得到的泥浆视几何因子G_mud输入公式3得出ρ_coal，实现煤层气储层密度测井扩径影响的校正。

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{coal}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_a-G_{\mathrm{mud}}\·{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{mud}}}{1-G_{\mathrm{mud}}}---\left(3\right)$

实际工作中，钻井所使用的泥浆密度是已知的，扩径率可由井径测井值和钻头直径求得，根据数值模拟可求得泥浆视几何因子，参照图2。将泥浆密度、实测密度测井值及泥浆视几何因子代入方程(3)便可得到煤岩的真实密度值。

基于视几何因子的密度测井扩径影响校正方法已经在实际煤层气储层中得到试用。在X井的煤层气储层密度测井扩径影响的校正应用中，参照图3，1206.3～1208.1、1211～1217、1226.5～1228m井段均为煤层，从所对应的井径曲线可知，煤层段均存在不同程度的扩径，尤其是上部1206.3～1208.1、1211～1217m井段扩径非常严重，该扩径严重井段的密度测井响应值仅为1.28～1.40g/cm³，由煤心室内分析化验的视密度可知，该段视相对密度为1.60～1.65g/cm^-3，充分说明扩径的影响造成实测的密度测井值严重失真。

对比校正前后密度测井值与煤岩心的视相对密度实验室分析值可知，井眼正常井段，校正前后的密度基本上没有多大变化；在扩径段，校正后的密度测井值比校正前的密度大，与实验室分析的视相对密度值非常接近，校正结果在煤层正常测井响应值范围之内。该方法在一定程度上降低了扩径的影响，校正效果能够满足煤层气储层测井评价的要求。因此该法提高了煤层密度测井扩径影响校正精度的同时，降低了利用密度测井计算煤层含气量的误差，具有一定的推广应用价值。

本领域的技术人员应当理解，由于煤层气储层密度测井也受其他环境因素的影响，为了保证该方法的有效可行性，必须保障密度测井曲线的其他环境影响校正效果较好，基于视几何因子理论的煤层气储层密度测井扩径影响校正结果才具有较高的精度。

Claims (1)

1.一种煤层气储层密度测井扩径影响的校正方法，包括以下步骤：

步骤一、煤层气储层密度测井与井径相关性分析：根据测井曲线划分煤层，并扣除煤矸夹层后，对煤层段的密度和井径测井值按采集样点数进行算数平均，得到一组不同井各煤层的密度、井径测井值，以井径为自变量、密度测井值为因变量进行相关性分析，查明扩径对密度测井的影响机理，为有针对性地进行密度测井扩径影响校正提供依据；

步骤二、煤层气储层密度测井与泥浆密度相关性分析：统计待校正井区煤层段实际钻井所使用的泥浆密度，并依据步骤一方案统计获得不同井各煤层的密度测井值，以泥浆密度为自变量、密度测井值为因变量进行相关性分析，弄清泥浆密度对密度测井值的影响规律；

步骤三、构建煤层气储层密度测井扩径影响校正模型：基于视几何因子理论，以扩径率和泥浆密度为影响密度测井值的主要因素，建立密度测井扩径影响的校正模型，具体如下：

将煤层气储层受扩径影响的密度测井值表示为下式方程

ρ_a＝G_coal·ρ_coal+G_mud·ρ_mud        (1) 

式(1)中，ρ_a为扩径情况下的密度测井值，ρ_mud为泥浆密度，ρ_coal为煤岩的真实体积密度，G_coal为煤岩的真实体积密度对密度测井贡献的权系数，亦称为煤岩视几何因子，0≤G_coal≤1，G_mud为泥浆密度对密度测井贡献的权系数，亦称为泥浆视几何因子，与井眼大小有关， 0≤G_mud≤1；

显然，煤岩视几何因子与泥浆视几何因子满足下述条件，即

G_coal+G_mud＝1        (2) 

步骤四、泥浆视几何因子求取：基于煤岩的视相对密度、扩径影响校正量与井径值，数值模拟计算得到泥浆视几何因子，通过泥浆视几何因子查明扩径率、泥浆密度对密度测井值的影响机理：

由式(2)可知，如果扩径非常严重，超出了密度测井的探测范围，密度测井值全部为泥浆密度的贡献，即G_mud＝1，G_coal＝0，ρ_a＝ρ_mud；如果井眼正常，密度测井仪器的推靠臂与井壁接触良好，则有G_mud＝0，G_coal＝1，ρ_a＝ρ_coal。

将(2)式带入(1)式，并进行整理得

由(3)式可知，对煤岩密度测井进行扩径影响校正，只需求解泥浆视几何因子G_mud就可以依据式(3)来进行，为此，密度测井扩径影响校正问题就转换为泥浆视几何因子G_mud的计算问题；

实际上，煤岩的密度测井扩径影响校正问题就是计算与扩径率和泥浆密度相关的校正量△ρ，于是煤岩的真实体积密度ρ_coal可写成式(4)所示方程

ρ_coal＝ρ_a+△ρ        (4) 

将式(3)代入式(4)中，并整理得

由密度测井基本原理可知，煤岩的密度测井值ρ_a、扩径影响校正量△ρ与井径服从指数函数关系，于是可令ρ_a＝a·e^b·CAL，△ρ＝c·e^d·CAL，为此式(5)可转换为

为了量化表征密度测井受扩径的影响情况，引入扩径率这一概念，扩径率是指所钻井眼直径和钻头直径之差与钻头直径的比值，其计算公式为：

k＝(CAL-BITS)/BITS        (7) 

式(7)中，k为扩径率，CAL为井径测井值，BITS为钻头直径

将式(7)带入到式(6)中，可得

步骤五、煤层气储层密度测井扩径影响校正：将实测的密度测井值ρ_a、钻井实际使用的泥浆密度ρ_mud数值模拟得到的泥浆视几何因子G_mud输入公式3得出ρ_coal，实现煤层气储层密度测井扩径影响的校正。