CN104316977B - 一种页岩气储层的岩石模量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩气储层的岩石模量计算方法。该方法根据各向同性自洽模型得到岩石基质的等效弹性模量，进而在岩石基质等效弹性模量的基础上，考虑到岩石中各向同性孔隙对岩石模量的影响。进一步，再利用各向异性自洽模型计算干酪根对岩石模型的影响，并通过Eshelby‑Cheng模型最终得到等效OA介质模量。本发明充分考虑到的页岩气储层中孔隙和干酪根对岩石模量的影响，提高了分析页岩气储层岩石模量的精度。

Description

一种页岩气储层的岩石模量计算方法

技术领域

本申请涉及测井领域，更具体地说，涉及一种页岩气储层的岩石模量计算方法。

背景技术

随着地球物理勘探研究的深入，我们所面临的地下条件变的日益复杂，针对非常规储层的地震勘探研究可以在一定程度上提高勘探的成功率，提高生产效率以及减少勘探开发的成本。

页岩气气藏主要产自于具有极低的孔隙度和渗透率、以富有机质页岩气为主的储集岩系。气体成分以甲烷为主，赋存方式常为游离气和吸附气并存。对于不同类型的岩石，其频散和衰减所处的高、低频段往往不同，页岩气气储层具有极低的渗透率特征，束缚水饱和度高，且气体的吸附赋存方式由降低了孔隙流体的流动性能，因此速度频散和衰减较大的中间过渡频带(弹性波诱发的孔隙压力使得孔隙流体发生相对流动，并且来得及通过流动使孔隙压力恢复平均)与常规储层相比往往较低。

因而，目前采用的Gassmann方程并不适用于页岩气储层，其对页岩气储层岩石模量的分析精度较低。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种页岩气储层的岩石模量计算方法，以提高对页岩气储层的岩石模量的分析精度。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种页岩气储层的岩石模量计算方法，包括：

根据预先建立的各向同性自洽模型，得到岩石基质等效弹性模量；

向岩石基质中加入各向同性孔隙，根据所述各向同性自洽模型和所述岩石基质等效弹性模量，得到背景介质的弹性模量，其中所述背景介质包括：岩石基质和各向同性孔隙；

以干酪根作为包含物，根据预先建立的各向异性自洽模型和背景介质的弹性模量，得到加入干酪根后的等效VTI介质的弹性模量；

考虑高导软孔隙缝对岩石模量的影响，利用Eshelby-Cheng模型和所述等效VTI介质的弹性模量，得到等效OA介质模量。

优选的，所述考虑高导软孔隙缝对岩石模量的影响，利用Eshelby-Cheng模型和所述VTI介质的弹性模量，得到等效OA介质模量，之后还包括：根据所述等效OA介质模量，计算页岩气储层的声波速度。

优选的，所述根据预先建立的各向同性自洽模型，得到岩石基质等效弹性模量，包括：

利用各向同性自洽模型的计算公式：

其中，岩石中共有N类矿物，c_i为第i种矿物的体积分数，为岩石等效体积模量，为岩石等效剪切模量，K_i为第i种矿物的体积模量，μ_i为第i种矿物的剪切模量，P^*i和Q^*i为与包含物有关的几何参数。

优选的，所述以干酪根作为包含物，根据预先建立的各向异性自洽模型和背景介质的弹性模量，得到加入干酪根后的VTI介质的弹性模量，包括：

利用各向异性自洽模型

等效得到VTI介质的弹性模量；

其中，I是单位张量，C ⁿ是第n种成分的刚度张量，v_n是第n种矿物成分的体积含量，G是与包含物几何形状有关的张量，C ^SCA为加入干酪根的所述等效VTI介质的弹性模量。

优选的，所述考虑高导软孔隙缝对岩石模量的影响，利用Eshelby-Cheng模型和所述VTI介质的弹性模量，得到等效OA介质模量，包括：

利用Eshelby-Cheng模型的表达式

其中，φ是高导软孔隙缝孔隙度，是所述等效VTI介质的弹性张量，为校正项，为等效OA介质模量。

优选的，所述根据所述等效OA介质模量，计算页岩气储层的声波速度，包括：

利用计算公式：

和

计算页岩气储层的纵波速度和横波速度；

其中，K_eff为等效OA介质的体积模量，μ_eff为等效OA介质的剪切模量，ρ为岩石密度，V_P为页岩气储层的声波速度中的纵波速度，V_s为页岩气储层的声波速度中的横波速度。

优选的，所述根据所述等效OA介质模量，计算页岩气储层的声波速度，之后还包括：

利用计算所得的纵波速度和实测纵波速度，采用快速模拟退火的方法对整个过程进行迭代求最优解，得到准确的横波速度和各向异性参数；

其中，

寻优过程中目标函数为：

其中，为实际测量的纵波速度，为每一次迭代之后计算得到的纵波速度，计算精度满足F＜ε时，认为结果收敛，得到最优值；在迭代过程中，快速锁定局部最优解的范围并利用回火升温的方法局部求解，始退火温度为：

T_j+1＝T_j/(1+a)

其中，a为衰减系数，j为退火过程中的迭代次数；温退火温度为：

其中，k₀为在上一过程中的迭代次数，β为温度增幅因子与T₀呈反比，T_j+1是第j+1次迭代后的退火温度；T_j是第j次迭代后的退火温度；T为升温退火温度；T₀为退火温度初值。

优选的，所述根据预先建立的各向同性自洽模型，得到岩石基质等效弹性模量，之前还包括：

通过测井参数确定页岩气储层的岩石物性参数。

优选的，所述物性参数包括：孔隙度、砂岩含量、泥质含量和含水饱和度。

优选的，所述根据预先建立的各向同性自洽模型，得到岩石基质等效弹性模量，之后还包括：将岩石孔隙分为各向同性孔隙和垂向软孔隙。

经由上述技术方案可知，本发明公开了一种页岩气储层的岩石模量计算方法。该方法根据各向同性自洽模型得到岩石基质的等效弹性模量，进而在岩石基质等效弹性模量的基础上，考虑到岩石中各向同性孔隙对岩石模量的影响。进一步，再利用各向异性自洽模型计算干酪根对岩石模型的影响，并通过Eshelby-Cheng模型最终得到等效OA介质模量。本发明充分考虑到的页岩气储层中孔隙和干酪根对岩石模量的影响，提高了分析页岩气储层岩石模量的精度。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1示出了本发明一种页岩气储层的岩石模量计算方法的一个实施例的流程示意图。

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。

实施例一

参见图1示出了本发明一种页岩气储层的岩石模量的计算方法的一个实施例的流程示意图。

由图1可知，在本实施例中，该方法包括：

101：根据预先建立的各向同性自洽模型，得到岩石基质等效弹性模量。

具体的：通过测井数据确定岩石的物性参数，并利用各向同性自洽模型的计算公式：

计算岩石基质等效弹性参数。其中，岩石中共有N类矿物，c_i为第i种矿物的体积分数，为岩石等效体积模量，为岩石等效剪切模量，K_i为第i种矿物的体积模量，μ_i为第i种矿物的剪切模量，P^*i和Q^*i为与包含物有关的几何参数。需要说明的是，该P^*i和Q^*i的大小与和有关，其具体的关系式为本领域的公知常识，再次不作赘述。

102：向岩石基质中加入各向同性孔隙，根据所述各向同性自洽模型和所述岩石基质等效弹性模量，得到背景介质的弹性模量，其中所述背景介质包括：岩石基质和各向同性孔隙。

向岩石基质中加入随机排列的孔隙。利用高频近似代替Gassmann方程进行流体替换，不仅能够表征孔隙的类型的影响，并且解决了常规方法中Gassmann方程适用条件在致密储层中不满足的问题。在本步骤中高频近似仍利用步骤101中的计算公式。

103：以干酪根作为包含物，根据预先建立的各向异性自洽模型和背景介质的弹性模量，得到加入干酪根后的等效VTI介质的弹性模量。

干酪根对于岩石弹性特征的影响利用各向异性自洽模型。干酪根在页岩储层中形成相互联系的网络，但是干酪根并不是基质矿物。干酪根的存在使得页岩气储层具有较强的各向异性，这种不连续性主要由粘土颗粒在水平方向上不连续分布造成。在计算过程中给定干酪根的孔隙纵横比为0.5，则加入干酪根后的岩石等效弹性模量C ^SCA为：

利用各向异性自洽模型可以得到等效VTI介质的弹性参数。

104：考虑高导软孔隙缝对岩石模量的影响，利用Eshelby-Cheng模型和所述等效VTI介质的弹性模量，得到等效OA介质模量。

其中，Eshelby-Cheng模型的表达式

其中，φ是高导软孔隙孔隙度，是所述等效VTI介质的弹性张量，为校正项。

需要说明的是，在实际的勘探过程中，可通过岩石的弹性模量计算得到岩石的声波速度，该声波速度包括：横波速度和纵波速度。进而根据实测的纵波速度和计算得到的纵波速度，构建目标函数进行反演，最终得到准确的横波速度和各向异性参数。

具体的，可采用计算公式：

和

计算页岩气储层的纵波速度和横波速度；

其中，K_eff为等效OA介质的体积模量，μ_eff为等效OA介质的剪切模量，ρ为岩石密度。

进而，采用快速模拟退火的方法对整个过程进行迭代求最优解，得到准确的横波速度和各向异性参数；

其中，

寻优过程中目标函数为：

其中，为实际测量的纵波速度，为每一次迭代之后计算得到的纵波速度，计算精度满足F＜ε时，认为结果收敛，得到最优值。在迭代过程中，快速锁定局部最优解的范围并利用回火升温的方法局部求解。初始退火温度为：

T_j+1＝T_j/(1+a)

Tj+1＝Tj/(1+a)

其中，a为衰减系数，j为退火过程中的迭代次数。升温退火温度为：

其中，k₀为在上一过程中的迭代次数，β为温度增幅因子与T₀呈反比。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种页岩气储层的岩石模量计算方法，其特征在于，包括：

根据预先建立的各向同性自洽模型，得到岩石基质等效弹性模量；

向岩石基质中加入各向同性孔隙，根据所述各向同性自洽模型和所述岩石基质等效弹性模量，得到背景介质的弹性模量，其中所述背景介质包括：岩石基质和各向同性孔隙；

以干酪根作为包含物，根据预先建立的各向异性自洽模型和背景介质的弹性模量，得到加入干酪根后的等效VTI介质的弹性模量；

考虑高导软孔隙缝对岩石模量的影响，利用Eshelby-Cheng模型和所述VTI介质的弹性模量，得到等效OA介质模量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述考虑高导软孔隙缝对岩石模量的影响，利用Eshelby-Cheng模型和所述等效VTI介质的弹性模量，得到等效OA介质模量，之后还包括：根据所述等效OA介质模量，计算页岩气储层的声波速度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预先建立的各向同性自洽模型，得到岩石基质等效弹性模量，包括：

利用各向同性自洽模型的计算公式：

$\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i(K_i-K_{sc}^{*})P^{*i}=0$

$\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i({\mathrm{\μ}}_i-{\mathrm{\μ}}_{sc}^{*})Q^{*i}=0$

其中，岩石中共有N类矿物，c_i为第i种矿物的体积分数，为岩石等效体积模量，为岩石等效剪切模量，K_i为第i种矿物的体积模量，μ_i为第i种矿物的剪切模量，P^*i和Q^*i为与包含物有关的几何参数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述以干酪根作为包含物，根据预先建立的各向异性自洽模型和背景介质的弹性模量，得到加入干酪根后的等效VTI介质的弹性模量，包括：

利用各向异性自洽模型

得到VTI介质的弹性模量；

其中，I是单位张量，C ⁿ是第n种成分的刚度张量，ν_n是第n种矿物成分的体积含量，G是与包含物几何形状有关的张量，C ^SCA为加入干酪根的所述等效VTI介质的弹性模量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述考虑高导软孔隙缝对岩石模量的影响，利用Eshelby-Cheng模型和所述等效VTI介质的弹性模量，得到等效OA介质模量，包括：

利用Eshelby-Cheng模型的表达式

$c_{ij}^{eff}=c_{ij}^0-{\mathrm{\φc}}_{ij}^1,$

其中，φ是高导软孔隙缝孔隙度，为所述等效VTI介质的弹性张量，为校正项，为等效OA介质模量。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述等效OA介质模量，计算页岩气储层的声波速度，包括：

利用计算公式：

和

计算页岩气储层的纵波速度和横波速度；

其中，K_eff为等效OA介质的体积模量，μ_eff为等效OA介质的剪切模量，ρ为岩石密度，V_P为页岩气储层的声波速度中的纵波速度，V_s为页岩气储层的声波速度中的横波速度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述等效OA介质模量，计算页岩气储层的声波速度，之后还包括：

利用计算所得的纵波速度和实测纵波速度，采用快速模拟退火的方法对整个过程进行迭代求最优解，得到准确的横波速度和各向异性参数；

其中，

寻优过程中目标函数为：

其中，为实际测量的纵波速度，为每一次迭代之后计算得到的纵波速度，计算精度满足F＜ε时，认为结果收敛，得到最优值；在迭代过程中，快速锁定局部最优解的范围并利用回火升温的方法局部求解，初始退火温度为：

T_j+1＝T_j/(1+a)

其中，a为衰减系数，j为退火过程中的迭代次数；升温退火温度为：

$T=T_0{e}^{-a{(j-k_0/\mathrm{\β})}^{1/2}}$

其中，k₀为在上一过程中的迭代次数，β为温度增幅因子与T₀呈反比，T_j+1是第j+1次迭代后的退火温度；T_j是第j次迭代后的退火温度；T为升温退火温度；T₀为退火温度初值。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预先建立的各向同性自洽模型，得到岩石基质等效弹性模量，之前还包括：

通过测井参数确定页岩气储层的岩石物性参数。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述物性参数包括：孔隙度、砂岩含量、泥质含量和含水饱和度。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预先建立的各向同性自洽模型，得到岩石基质等效弹性模量，之后还包括：将岩石孔隙分为各向同性孔隙和垂向软孔隙。