CN104007485A - 一种建立复杂孔隙泥页岩岩石物理模型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种建立复杂孔隙泥页岩岩石物理模型方法，基于改进的Xu-Payne理论的复杂孔隙泥页岩岩石物理模型，该模型通过改进Xu-Payne模型针对碳酸盐储层复杂孔隙特征分布，引入有机质分布，并将孔隙类型分为基质孔隙和干酪根孔隙，基质孔隙分为粒内孔、粒间孔和裂缝，分别用孔隙纵横比0.8、0.15、0.01来表征，干酪根孔隙为微裂隙且充填油气，利用孔隙纵横比0.01来表征，干酪根与油气混合物通过Brown-Korringa方程来实现固体替代，并且假设其纵横比为0.8，从而建立考虑有机质与复杂孔隙类型影响的泥页岩岩石物理模型。
Description
技术领域
本发明属于岩石物理技术领域，特别涉及一种建立复杂孔隙泥页岩岩石物理模型的方法，是一种基于改进Xu-Payne理论的考虑了复杂基质孔隙结构及干酪根微裂隙影响建立的可以预测含有机质饱和流体岩石弹性张量的岩石物理模型。
背景技术
泥页岩由于其复杂的孔隙特征，以及有机质的分布形态及特征，传统的岩石物理模型既没有考虑复杂的基质孔隙形态，更没有考虑有机质的存在及其分布特征，实验表明有机质的存在会显著影响岩石的弹性性质，且有机质的分布形态及特征也是评价页岩气气源条件的重要因素，而且镜下观测表明有机质可能以充填物的方式存在于孔隙中，且干酪根中也存在充填油气的微裂隙，迫切需要研发一种能够模拟有机质及复杂孔隙响应的岩石物理模型。
发明内容
本发明的目的在于提供一种建立复杂孔隙泥页岩岩石物理模型方法，通过改进Xu-Payne模型针对碳酸盐储层复杂孔隙特征分布，引入有机质分布，并将孔隙类型分为基质孔隙和干酪根孔隙，基质孔隙分为粒内孔、粒间孔和裂缝，分别用孔隙纵横比0.8、0.15、0.01来表征，干酪根孔隙为微裂隙且充填油气，利用孔隙纵横比0.01来表征，干酪根与油气混合物通过Brown-Korringa方程来实现固体替代，并且假设其纵横比为0.8，从而建立考虑有机质与复杂孔隙类型影响的泥页岩岩石物理模型。
为了实现上述目的，本发明一种建立复杂孔隙泥页岩岩石物理模型方法，包括以下步骤：
步骤1，结合测井曲线，岩心数据及地质地化报告，得到组成泥页岩各组分的含量、弹性参数、孔隙度、有机质分布特征；
步骤2，根据步骤1得到的矿物组分的体积分数及弹性参数，通过Voigt-Reuss-Hill平均公式（1952）得到岩石骨架的体积模量和剪切模量；
步骤3，将步骤1得到的孔隙度分为基质孔隙和干酪根孔隙，通过DEM（Differential Effective Medium）模型得到干酪根与干酪根孔隙的混合物，设定干酪根孔隙的纵横比为0.01，并通过Gassmann（1951）方程在微裂隙中充满油气；
步骤4，通过DEM模型向岩石骨架中加入与干酪根与油气混合物所占体积相等的孔隙，设定其纵横比为0.8，并通过Brown-Korringa（1975）方程实现固体替代；
步骤5，利用DEM模型向前面形成的混合物中加入基质孔隙，分为粒内孔、粒间孔、裂缝，得到干岩石的体积模量与剪切模量；
步骤6，通过Gassmann（1951）方程进行流体替代，计算饱和流体岩石的体积模量与剪切模量；
步骤7，利用计算的体积模量与剪切模量，结合计算的总密度和岩石速度之间的关系，得到泥页岩的纵波速度和横波速度，并与实测数据进行对比，判断是否吻合，如果吻合，结束，如果不吻合，返回步骤5，调整基质孔隙中不同孔隙形态所占的体积分数，直至吻合。
本发明与已有技术相比达到的有益效果是：
基于改进的Xu-Payne（2009）理论的复杂孔隙泥页岩岩石物理模型，该模型通过改进Xu-Payne模型针对碳酸盐储层复杂孔隙特征分布，引入有机质分布，并将孔隙类型分为基质孔隙和干酪根孔隙，基质孔隙分为粒内孔、粒间孔和裂缝，分别用孔隙纵横比0.8、0.15、0.01来表征，干酪根孔隙为微裂隙且充填油气，利用孔隙纵横比0.01来表征，干酪根与油气混合物通过Brown-Korringa方程来实现固体替代，并且假设其纵横比为0.8，从而建立考虑有机质与复杂孔隙类型影响的泥页岩岩石物理模型。
附图说明
图1是基于改进Xu-Payne理论的复杂孔隙泥页岩岩石物理模型建模流程图。
图2是根据测井曲线计算得到的干酪根与地化分析得到的干酪根数据准确度分析图。
图3是根据本模型预测得到的纵波速度与实测纵波速度准确度分析图。
图4（a）是含有机质岩石纵波阻抗随干酪根体积分数的变化示意图。
图4（b）是含有机质岩石纵波阻抗与横波阻抗随干酪根体积分数的变化示意图。
图5（a）是含有机质岩石纵波阻抗与纵横波速度比随干酪根体积分数的变化示意图。
图5（b）是含有机质岩石杨氏模量与脆性因子随干酪根体积分数的变化示意图。
图6基于改进Xu-Payne理论的复杂孔隙形态泥页岩岩石物理模型得到的页岩气井综合分析评价图。
具体实施方式
以下结合实例与附图说明本发明具体实施方式。
一种建立复杂孔隙泥页岩岩石物理模型方法，包括以下步骤：
步骤1，结合测井曲线，岩心数据及地质地化报告，得到组成泥页岩各组分的含量、弹性参数、孔隙度、有机质分布特征；
步骤2，根据步骤1得到的矿物组分的体积分数及弹性参数，通过Voigt-Reuss-Hill平均公式（1952）得到岩石骨架的体积模量和剪切模量；
步骤3，将步骤1得到的孔隙度分为基质孔隙和干酪根孔隙，通过DEM（Differential Effective Medium）模型得到干酪根与干酪根孔隙的混合物，设定干酪根孔隙的纵横比为0.01，并通过Gassmann（1951）方程在微裂隙中充满油气；
步骤4，通过DEM模型向岩石骨架中加入与干酪根与油气混合物所占体积相等的孔隙，设定其纵横比为0.8，并通过Brown-Korringa（1975）方程实现固体替代；
步骤5，利用DEM模型向前面形成的混合物中加入基质孔隙，分为粒内孔、粒间孔、裂缝，得到干岩石的体积模量与剪切模量；
步骤6，通过Gassmann（1951）方程进行流体替代，计算饱和流体岩石的体积模量与剪切模量；
步骤7，利用计算的体积模量与剪切模量，结合计算的总密度和岩石速度之间的关系，得到泥页岩的纵波速度和横波速度，并与实测数据进行对比，判断是否吻合，如果吻合，结束，如果不吻合，返回步骤5，调整基质孔隙中不同孔隙形态所占的体积分数，直至吻合。
实施例中，所述吻合的误差范围为10%。
实施例中，当实际测井曲线中只有纵波测井曲线时，用纵波速度进行约束。
实施例中，步骤3所述的孔隙度分为基质孔隙与干酪根孔隙，基质孔隙分为粒内孔、粒间孔、裂缝，分别用纵横比0.8、0.15、0.01来表征，干酪根孔隙为充填其中的微裂隙，设定纵横比为0.01，通过DEM模型实现干酪根与微裂隙的混合，并通过Gassmann实现微裂隙中充满油气。
实施例中，步骤4所述干酪根与油气混合物与基质矿物的混合，通过DEM模型加入干孔隙，设定纵横比为0.8，并通过Brown-Korringa方程来实现固体替代，加入干酪根与油气混合物。
以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。
下面通过一口页岩气井纵横波速度预测与优势层段特征分析来说明：
图1是基于改进Xu-Payne理论的复杂孔隙泥页岩岩石物理模型建模流程图。
步骤1，结合测井曲线，岩心数据及地质地化报告，得到组成泥页岩各组分的含量、弹性参数、孔隙度、有机质分布特征；
步骤2，根据步骤1得到的矿物组分的体积分数及弹性参数，通过Voigt-Reuss-Hill平均公式（1952）得到岩石骨架的体积模量和剪切模量；
步骤3，将步骤1得到的孔隙度分为基质孔隙和干酪根孔隙，通过DEM（Differential Effective Medium）模型得到干酪根与干酪根孔隙的混合物，设定干酪根孔隙的纵横比为0.01，并通过Gassmann（1951）方程在微裂隙中充满油气；
步骤4，通过DEM模型向岩石骨架中加入与干酪根与油气混合物所占体积相等的孔隙，设定其纵横比为0.8，并通过Brown-Korringa（1975）方程实现固体替代；
步骤5，利用DEM模型向前面形成的混合物中加入基质孔隙，分为粒内孔、粒间孔、裂缝，得到干岩石的体积模量与剪切模量；
步骤6，通过Gassmann方程进行流体替代，计算饱和流体岩石的体积模量与剪切模量；
步骤7，利用计算的体积模量与剪切模量，结合计算的总密度和岩石速度之间的关系，得到泥页岩的纵波速度和横波速度，并与实测数据进行对比，判断是否吻合（允许误差范围10%），如果吻合，结束，如果不吻合，返回步骤5，调整基质孔隙中不同孔隙形态所占的体积分数，直至吻合（注意，实际测井曲线中往往只有纵波测井曲线，此时可以用纵波速度进行约束）。
图2为通过测井曲线计算，结合地化分析干酪根数据进行约束得到的干酪根体积分数分布特征，其与地化分析数据的相关系数达到0.86，证明了用来评价的干酪根分布特征的可靠性及准确性。
图3为依据测井曲线得到的各种矿物组分分布及干酪根计算数据，根据本文的模型预测得到的纵波速度与实测测井纵波速度的对比，其相关系数达到0.99，误差率在1%，证明了该模型的准确性。
图4与图5为根据计算的干酪根数据与基于本文模型得到的纵横波速度得到的含有机质泥页岩的弹性参数随干酪根体积分数的变化特征，这与前人的研究结果是一致的，侧面说明了本文模型建模思路的正确性。
图6为依据本模型得到的综合数据以及上面分析的干酪根对含有机质岩石弹性特征影响的分析，优选的页岩气井发育较好层段，从微电阻率扫描成像上看裂缝很发育，这与气测结果及实际压裂结果是一致的。
Claims (5)
1.一种建立复杂孔隙泥页岩岩石物理模型方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，结合测井曲线，岩心数据及地质地化报告，得到组成泥页岩各组分的含量、弹性参数、孔隙度、有机质分布特征；
步骤2，根据步骤1得到的矿物组分的体积分数及弹性参数，通过Voigt-Reuss-Hill平均公式（1952）得到岩石骨架的体积模量和剪切模量；
步骤3，将步骤1得到的孔隙度分为基质孔隙和干酪根孔隙，通过DEM（微分等效介质）模型得到干酪根与干酪根孔隙的混合物，设定干酪根孔隙的纵横比为0.01，并通过Gassmann（1951）方程在微裂隙中充满油气；
步骤4，通过DEM模型向岩石骨架中加入与干酪根与油气混合物所占体积相等的孔隙，设定其纵横比为0.8，并通过Brown-Korringa（1975）方程实现固体替代；
步骤5，利用DEM模型向前面形成的混合物中加入基质孔隙，分为粒内孔、粒间孔、裂缝，得到干岩石的体积模量与剪切模量；
步骤6，通过Gassmann（1951）方程进行流体替代，计算饱和流体岩石的体积模量与剪切模量；
步骤7，利用计算的体积模量与剪切模量，结合计算的总密度和岩石速度之间的关系，得到泥页岩的纵波速度和横波速度，并与实测数据进行对比，判断是否吻合，如果吻合，结束，如果不吻合，返回步骤5，调整基质孔隙中不同孔隙形态所占的体积分数，直至吻合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吻合的误差范围为10%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当实际测井曲线中只有纵波测井曲线时，用纵波速度进行约束。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3所述的孔隙度分为基质孔隙与干酪根孔隙，基质孔隙分为粒内孔、粒间孔、裂缝，分别用纵横比0.8、0.15、0.01来表征，干酪根孔隙为充填其中的微裂隙，设定纵横比为0.01，通过DEM模型实现干酪根与微裂隙的混合，并通过Gassmann实现微裂隙中充满油气。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4所述干酪根与油气混合物与基质矿物的混合，通过DEM模型加入干孔隙，设定纵横比为0.8，并通过Brown-Korringa方程来实现固体替代，加入干酪根与油气混合物。
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