CN104360389B - 一种致密砂岩储层岩石弹性模量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明首先从岩石物理参数出发分析了常规砂岩储层与致密砂岩储层各自特点，针对致密砂岩孔隙度低、孔隙连通性差、束缚水饱和度高等主要特征进行研究，基于对包含物形状敏感的岩石物理模型分析岩石中的孔隙形状和孔隙分布特征，考虑流体均匀混合与斑状饱和分布同时存在，结合衰减模型分析低渗透率、高流体粘滞性产生的地球物理数据在不同频带下不匹配的问题，最终将针对致密砂岩储层建立的岩石物理模型应用于储层岩石速度估算。

Description

一种致密砂岩储层岩石弹性模量计算方法

技术领域

本申请涉及测井领域，更具体地说，涉及一种致密砂岩储层岩石弹性模量计算方法。

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。

致密储层与常规储层相比，其主要的区别在于致密砂岩储层的孔隙度和渗透率较小，在地震波穿过致密砂岩储层的过程中，岩石孔隙流体的压力不平衡，因此采用Gassmann方程对致密砂岩储层进行岩石物理分析时精度较低。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种致密砂岩储层岩石模量计算方法，以提高对致密砂岩储层的岩石物理分析精度。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种致密砂岩储层岩石弹性模量计算方法，包括：

获取测井参数和致密砂岩储层的岩石物性参数；

根据所述测井参数和所述岩石物性参数，结合预先建立的孔隙裂缝衰减模型计算高频下的岩石弹性模量；

根据所述高频下的岩石弹性模量，结合预先建立的自洽模型，计算岩石的高频基质弹性模量；

所述岩石的高频基质弹性模量，结合所述孔隙裂缝衰减模型，计算任意频率下的饱和岩石弹性模量。

优选的，所述岩石的高频基质弹性模量，结合所述孔隙裂缝衰减模型，计算任意频率下的饱和岩石弹性模量，之后还包括：

根据所述任意频率下的饱和岩石弹性模量，结合开始模拟退火寻优的方法，计算岩石的声波速度。

优选的，所述根据所述测井参数和所述岩石物性参数，结合预先建立的孔隙裂缝衰减模型计算高频下的岩石弹性模量包括：

根据所述测井参数与岩石物性参数，利用wood公式和patchy模型计算岩石流体体积模量；

根据所述岩石物性参数与测井参数，利用VRH模型计算岩石基质弹性模量；

根据所述岩石流体体积模量和所述岩石基质弹性模量，结合所述孔隙裂缝衰减模型计算高频下的岩石弹性模量；

其中，所述孔隙裂缝衰减模型的计算公式为：

和

其中，K、λ和μ分别代表岩石基质体积模量、拉梅常数和岩石基质剪切模量，ε为裂缝密度，φ_P为刚性孔隙度，ω为角频率，r为软孔隙纵横比，K_f为岩石流体体积模量，

τ为时间常数且η为流体粘滞性，α为柔性孔隙半径，υ为岩石基质泊松比，κ为渗透率，ζ为特征矿物颗粒大小，φ为总孔隙度，K1为高频下岩石弹性模量的体积模量，μ1为高频下岩石弹性模量的剪切模量。

优选的，所述高频下的岩石弹性模量，结合预先建立的自洽模型，计算岩石的高频基质弹性模量，包括：

利用自洽模型计算公式：

(1-φ_p-φ_s)(K_m-K_sc)P^*m+φ_p(K_f-K_sc)P^*p+φ_s(K_f-K_sc)P^*s＝0

和

(1-φ_p-φ_s)(μ_m-μ_sc)Q^*m+φ_p(μ_f-μ_sc)Q^*p+φ_s(μ_f-μ_sc)Q^*s＝0

计算高频下的岩石基质弹性模量中的体积模量K_m和μ_m；

其中，K_sc为高频下的岩石体积模量，μ_sc为高频下的岩石剪切模量，φ_p刚性孔隙度，φ_s为柔性孔隙度，P和Q为与岩石基质和孔隙结构有关的几何因子。

优选的，利用所述岩石的高频基质弹性模量，结合所述孔隙裂缝衰减模型，计算任意频率下的饱和岩石弹性模量，包括：

利用所述孔隙裂缝衰减模型的计算公式：

计算任意频率下的岩石弹性模量中的岩石体积模量K2和剪切模量μ2，式中：

优选的，所述根据所述任意频率下的岩石模量，结合开始模拟退火寻优的方法，计算岩石的声波速度，包括：

根据计算公式和计算岩石的纵波速度V_P和横波速度V_s。

优选的，所述根据所述岩石物性参数与测井参数，利用VRH模型计算岩石基质弹性模量，包括：

利用VRH模型计算公式：

其中，其中M_V为模型上限，M_R为模型下限。且f_i和M_i分别为构成岩石的第i中成分的体积分数和模量；M可以是任何模量，比较常用的有体积模量K、剪切模量μ和杨氏模量E等。

优选的，根据所述任意频率下的岩石模量，结合开始模拟退火寻优的方法，计算岩石的声波速度，之后包括：对所述声波速度进行迭代，寻求最优解。

优选的，所述对所述声波速度进行迭代，寻求最优解，包括：

利用目标函数

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，得到最优解。

优选的，所述快速模拟退火法的初始退火温度为：

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：

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。

经由上述技术方案可知，本发明公开了一种致密砂岩储层岩石弹性模量计算方法。该方法针对致密砂岩储层的孔隙度的特点，利用建立的适用于致密砂岩储层的岩石物理模型，如：孔隙裂缝衰减模型和自洽模型对致密砂岩储层进行分析，得到致密砂岩储层的岩石弹性模量，提高了对致密砂岩储层岩石模量的计算精度。

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示出了本发明一种致密砂岩储层岩石弹性模量计算方法的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

针对于现有技术中采用Gassmann方程对致密砂岩储层进行岩石物理分析时精度较低的问题，本申请公开了一种致密砂岩储层岩石模量计算方法。

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。

参见图1示出了本发明一种致密砂岩储层岩石弹性模量计算方法的一个实施例的流程示意图。

如图1可知，该方法包括：

A：获取测井参数和致密砂岩储层的岩石物性参数。

B：根据所述测井参数和所述岩石物性参数，结合预先建立的孔隙裂缝衰减模型计算高频下的岩石弹性模量。

其中，该步骤具体包括以下步骤：

B1：根据所述测井参数与岩石物性参数，利用wood公式和patchy模型计算岩石流体体积模量。

B2：根据所述岩石物性参数与测井参数，利用VRH模型计算岩石基质弹性模量。

其中，VRH模型的计算公式为：

其中，其中M_V为模型上限，M_R为模型下限。且f_i和M_i分别为构成岩石的第_i中成分的体积分数和模量；M可以是任何模量，比较常用的有体积模量K、剪切模量μ和杨氏模量E等。

B3：根据所述岩石流体体积模量和所述岩石基质弹性模量，结合所述孔隙裂缝衰减模型计算高频下的岩石弹性模量；

其中，所述孔隙裂缝衰减模型的计算公式为：

和

其中，K、λ和μ分别代表岩石基质体积模量、拉梅常数和岩石基质剪切模量，ε为裂缝密度，φ_P为刚性孔隙度，ω为角频率，r为软孔隙纵横比，K_f为岩石流体体积模量，

τ为时间常数且η为流体粘滞性，α为柔性孔隙半径，υ为岩石基质泊松比，κ为渗透率，ζ为特征矿物颗粒大小，φ为总孔隙度，K1为高频下岩石弹性模量的体积模量，μ1为高频下岩石弹性模量的剪切模量。

C：根据所述高频下的岩石弹性模量，结合预先建立的自洽模型，计算岩石的高频基质弹性模量。

该自洽模型的计算公式为：

(1-φ_p-φ_s)(K_m-K_sc)P^*m+φ_p(K_f-K_sc)P^*p+φ_s(K_f-K_sc)P^*s＝0

和

(1-φ_p-φ_s)(μ_m-μ_sc)Q^*m+φ_p(μ_f-μ_sc)Q^*p+φ_s(μ_f-μ_sc)Q^*s＝0

计算高频下的岩石基质弹性模量中的体积模量K_m和μ_m；

其中，K_sc为高频下的岩石体积模量，μ_sc为高频下的岩石剪切模量，φ_p刚性孔隙度，φ_s为柔性孔隙度，P和Q为与岩石基质和孔隙结构有关的几何因子。

D：利用所述高频下的饱和岩石基质弹性模量，结合所述孔隙裂缝衰减模型，计算任意频率下的饱和岩石弹性模量。

其中，在本步骤中该孔隙裂缝衰减模型的计算公式为：

计算任意频率下的岩石弹性模量中的岩石体积模量K2和剪切模量μ2，式中：

由以上实施例可知：本发明公开了一种致密砂岩储层岩石弹性模量计算方法。该方法针对致密砂岩储层的孔隙度的特点，利用建立的适用于致密砂岩储层的岩石物理模型，如：孔隙裂缝衰减模型和自洽模型对致密砂岩储层进行分析，得到致密砂岩储层的岩石弹性模量，提高了对致密砂岩储层岩石模量的计算精度。

另外，在实际的勘探中，工程人员需要根据致密砂岩储层的岩石弹性模型计算岩石的声波速度，包括：横波速度和纵波速度。

在本发明的其他实施例中，可采用模拟退火寻优的方法，提高计算声波的准确率。

具体的过程为：

根据计算公式和计算岩石的纵波速度V_P和横波速度V_s。

进而，利用目标函数进行寻优。

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。

可选的，在本实施例中所述快速模拟退火法的初始退火温度为：

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：

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 (9)

1.一种致密砂岩储层岩石弹性模量计算方法，其特征在于，包括：

获取测井参数和致密砂岩储层的岩石物性参数；

根据所述测井参数和所述岩石物性参数，结合预先建立的孔隙裂缝衰减模型计算高频下的岩石弹性模量；

根据所述高频下的岩石弹性模量，结合预先建立的自洽模型，计算岩石的高频基质弹性模量；

利用所述岩石的高频基质弹性模量，结合所述孔隙裂缝衰减模型，计算任意频率下的饱和岩石弹性模量；

所述根据所述测井参数和所述岩石物性参数，结合预先建立的孔隙裂缝衰减模型计算高频下的岩石弹性模量包括：

根据所述测井参数与岩石物性参数，利用wood公式和patchy模型计算岩石流体体积模量；

根据所述岩石物性参数与测井参数，利用VRH模型计算岩石基质弹性模量；

根据所述岩石流体体积模量和所述岩石基质弹性模量，结合所述孔隙裂缝衰减模型计算高频下的岩石弹性模量；

其中，所述孔隙裂缝衰减模型的计算公式为：

和

其中，K、λ和μ分别代表岩石基质体积模量、拉梅常数和岩石基质剪切模量，ε为裂缝密度，φ_P为刚性孔隙度，ω为角频率，r为软孔隙纵横比， K_f为岩石流体体积模量，

τ为时间常数且η为流体粘滞性，α为柔性孔隙半径，υ为岩石基质泊松比，κ为渗透率，ζ为特征矿物颗粒大小，φ为总孔隙度，K1为高频下岩石弹性模量的体积模量，μ1为高频下岩石弹性模量的剪切模量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩石的高频基质弹性模量，结合所述孔隙裂缝衰减模型，计算任意频率下的饱和岩石弹性模量，之后还包括：

根据所述任意频率下的饱和岩石弹性模量，结合快速模拟退火法，计算岩石的声波速度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高频下的岩石弹性模量，结合预先建立的自洽模型，计算岩石的高频基质弹性模量，包括：

利用自洽模型计算公式：

(1-φ_p-φ_s)(K_m-K_sc)P^*m+φ_p(K_f-K_sc)P^*p+φ_s(K_f-K_sc)P^*s＝0

和

(1-φ_p-φ_s)(μ_m-μ_sc)Q^*m+φ_p(μ_f-μ_sc)Q^*p+φ_s(μ_f-μ_sc)Q^*s＝0

计算高频下的岩石基质弹性模量中的体积模量K_m和μ_m；

其中，K_sc为高频下的岩石体积模量，μ_sc为高频下的岩石剪切模量，φ_p刚性孔隙度，φ_s为柔性孔隙度，P和Q为与岩石基质和孔隙结构有关的几何因子。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述岩石的高频基质弹性模量，结合所述孔隙裂缝衰减模型，计算任意频率下的饱和岩石弹性模量，包括：

利用所述孔隙裂缝衰减模型的计算公式：

计算任意频率下的岩石弹性模量中的岩石体积模量K2和剪切模量μ2，式中：

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述任意频率下的饱和岩石弹性模量，结合快速模拟退火法，计算岩石的声波速度，包括：

根据计算公式和计算岩石的纵波速度V_P和横波速度V_s；

其中，K2为所述岩石弹性模量中的岩石体积模量，μ2为所述岩石弹性模量中的剪切模量。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述岩石物性参数与测井参数，利用VRH模型计算岩石基质弹性模量，包括：

利用VRH模型计算公式：

其中，其中M_V为模型上限，M_R为模型下限，且 f_i和M_i分别为构成岩石的第i中成分的体积分数和模量；M可以是任何模量，比较常用的有体积模量K、剪切模量μ和杨氏模量E等。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述任意频率下的岩石模量，结合快速模拟退火法，计算岩石的声波速度，之后包括：对所述声波速度进行迭代，寻求最优解。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述声波速度进行迭代，寻求最优解，包括：

利用目标函数

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，得到最优解。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述快速模拟退火法的初始退火温度为：

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：

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。