CN106503353A - 阵列声波测井多孔介质模型定量计算裂缝孔隙度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阵列声波测井多孔介质模型定量计算裂缝孔隙度方法，属于储层评价领域。所述方法包括：首先建立孔隙纵横比谱分布函数，确定孔隙分布区间，然后将孔隙纵横比谱分布加入等效介质模型当中，建立阵列声波测井多孔介质模型，结合阵列声波测井计算的岩石模量建立目标函数，通过反演手段得到孔隙纵横比谱分布形态特征，利用裂缝截止值定量计算裂缝孔隙度。本发明可以应用在常规砂泥岩储层，也可应用于复杂岩性、潜山等复杂储层裂缝有效性评价当中，实现储层裂缝孔隙度定量计算，为储层评价提供可靠的裂缝参数，成为储量评价的一项重要技术，同时提高了储量评价精度。

Description

阵列声波测井多孔介质模型定量计算裂缝孔隙度方法

技术领域

本发明涉及储层评价领域，岩石物理研究领域，特别涉及利用阵列声波测井资料建立多孔介质模型定量计算储层裂缝孔隙度的方法。

背景技术

裂缝孔隙度定量评价长期以来一直是复杂储层评价中的难点，它直接或间接的影响到储层划分、参数计算精度，是复杂储层储量评价的一个关键参数。目前裂缝孔隙度评价大多为定性评价，定量计算主要包括双侧向法、电成像法、双孔介质等效模量法。

双侧向法裂缝孔隙度计算应用于裂缝性储层，地层导电性由裂缝与岩石基块并联导电，油、气层裂缝孔隙度为：

水层裂缝孔隙度为：

C_d、C_s、C_m、C_w分别为深侧向、浅侧向、泥浆和地层水电导率，S/m；

mf为裂缝孔隙度指数，f；

K_r为裂缝畸变系数，通常取1～1.3，水平缝取1.3，垂直缝取1；

电成像法通过贴井壁高分辨率、高覆盖率测量，获取井壁岩石电阻率差异，形成井壁伪岩心图像，通过图像对裂缝孔隙定性识别，获取裂缝参数，根据裂缝面孔率近似替代裂缝孔隙度，其计算公式为：

FVPA＝∑W_i·L_i/L·π·D

FVPA为裂缝面孔率，f；

W_i为电成像图像上第i条裂缝的宽度，mm；

L_i为电成像图像上第i条裂缝的长度，m/m²；

D为井径，in。

Budiansky等提出双孔介质等效模量法，将裂隙参数引入到Biot理论中，通过Biot相洽理论计算裂缝孔隙度，其计算公式如下：

K为等效岩石体积模量，GPa；

K_m、K_r分别为骨架、流体体积模量，GPa；

φ、φ_r分别为总孔隙度和裂缝孔隙度，f；

A、a为岩石特征参数，f；

α_r为裂缝纵横比，f。

双侧向法计算裂缝孔隙度影响因素较多，需要对深、浅侧向测井进行非裂缝影响校正，模型参数一般采用经验法标定，裂缝孔隙度精度相对较差。电成像测井裂缝参数信息反映井壁成像图像特征，对于井壁以外地层裂缝信息难以精确描述，计算的裂缝面孔率只能近似作为裂缝孔隙度。双孔介质等效模量法采用固定孔隙纵横比进行计算，只能反映该孔隙纵横比下裂缝信息，计算精度较差。

发明内容

为了解决现有技术在裂缝孔隙度计算中的不足，本发明提供了一种定量确定裂缝孔隙度的方法，通过改进的多孔介质模型，提升阵列声波测井在裂缝孔隙度计算中的应用潜力，用于不同类型储层裂缝孔隙度的计算，提高储层划分、参数计算精度，为储量评价奠定基础。

本发明的阵列声波测井多孔介质模型定量计算裂缝孔隙度方法包括以下步骤：

步骤一：建立孔隙纵横比谱分布，确定孔隙分布区间；

步骤二：根据建立的孔隙纵横比谱分布，建立阵列声波测井多孔介质模型；

步骤三：根据建立的阵列声波测井多孔介质模型和阵列声波测井计算的岩石模量，建立目标函数，并反演确定孔隙纵横比谱分布形态；

步骤四：确定裂缝截止值，定量计算裂缝孔隙度。

其中，步骤一中的所述孔隙纵横比谱分布将孔隙结构分成孔隙、裂缝及过渡带三个区域，每一个区域包含不同孔隙纵横比范围，其中孔隙对应的孔隙纵横比为0.1～1，过渡带对应的孔隙纵横比为0.1～0.01，裂缝对应的孔隙纵横比为0.01～0.001。

孔隙纵横比谱分布采用如下组合高斯分布函数模拟其分布形态特征：

SPEC_i为孔隙纵横比谱分布，且

i为多重孔隙中每一种孔隙类型序号；

α_i为不同类型孔隙纵横比，采用对数布点，分布范围为0.001～1；

A₁、A₂、A₃分别为裂缝、过渡带、孔隙区间最大孔隙百分比，反演确定；

μ₁、μ₂、μ₃分别为裂缝、过渡带、孔隙区间最大孔隙百分比分布位置，反演确定；

σ₁、σ₂、σ₃分别为裂缝、过渡带、孔隙区间分布宽度，反演确定。

步骤二包括：将步骤一中建立的孔隙纵横比谱分布以包裹体形式加入到微分等效介质理论中，形成包含孔隙与裂缝条件下的阵列声波多孔介质模型：

K^*(φ)、G^*(φ)分别为岩石等效体积模量与剪切模量，GPa；

K_i、G_i分别为包裹物体积模量与剪切模量，GPa；

K_m、G_m分别为岩石骨架体积模量与剪切模量，GPa；

φ为孔隙度，f；

β_m为骨架参数，表达式为β_m＝G_m(3K_m+G_m)/(3K_m+4G_m)。

步骤三中的所述目标函数采用如下公式计算：

E＝|K-K^*(φ)|²+|G-G^*(φ)|²

E为目标函数值，取最小值；

K、G分别为岩石体积模量与剪切模量，GPa。

步骤四中的所述裂缝截止值为能够反映孔隙裂缝特征的最大孔隙纵横比，小于该裂缝截止值的孔隙纵横比对应的孔隙均属于裂缝，该裂缝截止值可根据岩心铸体薄片观察确定或根据非裂缝层段孔隙纵横比谱开始大于0的位置确定。

步骤四中的所述裂缝孔隙度按照下式计算：

φ_f为裂缝孔隙度，f；

d_maxi为裂缝截止值对应的孔隙纵横比序号。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：该方法依据阵列声波测井资料，建立多孔介质模型，通过反演定量计算孔隙纵横比谱分布，实现裂缝孔隙度定量计算。本发明所述模型更加接近储层岩石实际特征，计算的裂缝孔隙度更加准确、可靠，为储层评价提供有力保障。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见，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，还可以根据这些图获得其它的附图。

图1为本发明的阵列声波测井多孔介质模型定量计算裂缝孔隙度方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的孔隙纵横比谱分布特征示意图；

图3为本发明实施例提供的多孔介质模型示意图；

图4为本发明实施例提供的一种孔隙型储层对应的孔隙纵横比谱分布图；

图5为本发明实施例提供的一种裂缝型储层对应的孔隙纵横比谱分布图；

图6为本发明实施例提供的一种孔隙-裂缝型储层对应的孔隙纵横比谱分布图；

图7为本发明实施例提供的图4中孔隙型储层对应的岩石模量与流体性质变化关系图；

图8为本发明实施例提供的图5中裂缝型储层对应的岩石模量与流体性质变化关系图；

图9为本发明实施例提供的图6中孔隙-裂缝型储层对应的岩石模量与流体性质变化关系图；

图10为本发明实施例提供的孔隙纵横比谱分布确定裂缝孔隙度示意图；

图11为本发明实施例提供的某井裂缝孔隙度计算效果图；

图12为本发明实施例提供的裂缝孔隙度计算结果与刻度后双侧向法计算的结果对比图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式做进一步详细描述。

参见图1，本发明的阵列声波测井多孔介质模型定量计算裂缝孔隙度方法按照如下步骤进行操作：

步骤一：建立孔隙纵横比谱分布，确定孔隙分布区间。

孔隙可定性的看做类球形结构，其中短轴与长轴的比值即为孔隙纵横比。孔隙纵横比根据孔隙中不同孔隙形状进行分类，孔隙纵横比越大，孔隙越发育，孔隙纵横比越小，裂缝越发越，因此岩石孔隙是由一系列不同孔隙纵横比组合而成，每种孔隙纵横比占据一定比例，形成孔隙纵横比谱分布。

如图2所示，孔隙纵横比谱分布将孔隙结构分成孔隙、裂缝及过渡带三个区域，每一个区域包含不同孔隙纵横比范围，其中孔隙对应的孔隙纵横比为1～0.1，过渡带对应的孔隙纵横比为0.1～0.01，裂缝对应的孔隙纵横比为0.01～0.001。

孔隙纵横比谱分布采用如下组合高斯分布函数模拟其分布形态特征：

SPEC_i为孔隙纵横比谱分布，且

i为多重孔隙中每一种孔隙类型序号；

α_i为不同类型孔隙纵横比，采用对数布点，分布范围为0.001～1；

A₁、A₂、A₃分别为裂缝、过渡带、孔隙区间最大孔隙百分比，反演确定；

μ₁、μ₂、μ₃分别为裂缝、过渡带、孔隙区间最大孔隙百分比分布位置，反演确定；

σ₁、σ₂、σ₃分别为裂缝、过渡带、孔隙区间分布宽度，反演确定。

步骤二：建立阵列声波测井多孔介质模型。

储层岩石中包含骨架与孔隙，孔隙类型多样，因此根据阵列声波测井资料，采用岩石物理技术建立阵列声波测井多孔介质模型，如图3所示，用来描述包含不同类型孔隙条件下岩石的声学、力学响应特征。将步骤一所述孔隙谱分布以包裹体形式加入到微分等效介质理论中，形成包含孔隙与裂缝条件下的阵列声波多孔介质模拟：

K^*(φ)、G^*(φ)分别为岩石等效体积模量与剪切模量，GPa；

K_i、G_i分别为包裹物体积模量与剪切模量，GPa；

K_m、G_m分别为岩石骨架体积模量与剪切模量，GPa；

φ为孔隙度，f；

β_m为骨架参数，表达式为β_m＝G_m(3K_m+G_m)/(3K_m+4G_m)。

如图4、图5和图6所示，储层岩石孔隙类型可分为三类：孔隙型、裂缝型、孔隙-裂缝型。根据阵列声波测井多孔介质模型对不同类型孔隙进行正演分析，该模倒具有以下特征：不同类型孔隙对应不同岩石模量，同一岩石类型条件下不同流体性质对应不同岩石模量，流体性质确定前提下，孔隙类型与岩石模量一一对应，如图7、图8和图9所示。

步骤三：构建目标函数，反演孔隙纵横比潜分布。

根据建立的多孔介质模型与阵列声波测井计算的岩石模量建立目标函数，反演确定孔隙纵横比谱分布形态，即确定孔隙纵横比谱分布函数系数。

所述目标函数采用如下公式计算：

E＝|K-K^*(φ)|²+G-G^*(φ)|²

E为目标函数值，取最小值；

K、G分别为岩石体积模量与剪切模量，GPa；

目标函数中涉及的岩石体积模量与剪切模量通过阵列声波测井纵、横波时差计算，流体性质通过测井解释或测试手段确定，多孔介质模型采用四阶龙格-库塔(Runge-Kutta)算法迭代求解计算等效岩石模量。目标函数采用模拟退火算法最优化求解，反演过程根据孔隙特征约束计算，降低反演参数个数，得到目标函数值最小时对应的孔隙纵横比谱分布。

步骤四：确定裂缝截止值，定量计算裂缝孔隙度。

裂缝截止值定义为能够反映孔隙裂缝特征的最大孔隙纵横比，小于该值的孔隙纵横比对应的孔隙均属于裂缝，如图10所示，该值根据岩心铸体薄片观察确定，也可根据非裂缝层段孔隙纵横比谱开始大于0的位置确定，裂缝孔隙度按照下式计算：

φ_f为裂缝孔隙度，f；

α_maxi为裂缝截止值对应的孔隙纵横比序号。

另外，按照以上思路，可对该方法进行程序化代码编写，形成处理软件，实现测井资料自动处理。图11为渤海油田某井实际资料处理效果图，效果如下：

图中第一道为CAL(井径曲线)和GR(自然伽马曲线)；第二道为深度；第三道为RD(深电阻率曲线)、RS(浅电阻率曲线)及RMLL(微侧向电阻率曲线)；第四道为DT(纵波时差)、ZDEN(密度曲线)及CN(中子曲线)；第五道中PHIF为利用本发明计算的裂缝孔隙度曲线，PORF为经过电成像测井标定后利用深、浅电阻率计算的裂缝孔隙度曲线。从图中可以看出，裂缝孔隙度较发育层段，如1820～1825m、1840～1850m、1855～1880m，中子、密度交会较明显，声波时差较大，电阻率曲线分开明显，均显示裂缝特征，裂缝孔隙度值较高；裂缝孔隙度不发育层段，如1805～1820m、1825～1835m、1900～1930m，密度较大，时差较低，电阻率曲线分开较小，微侧向电阻率出现毛刺现象，均显示致密特征，裂缝孔隙度值较低。同时本发明计算的裂缝孔隙度曲线与已有技术计算的裂缝孔隙度曲线吻合较好，在1880～1890m，微侧向电阻率较高，出现毛刺现象，声波时差较低，显示致密特征，相比PORF曲线，PHIF曲线更能反映裂缝不发育的特征。

利用本发明的方法，对渤海四个地区不同油田裂缝孔隙度进行了计算，并将计算结果与电成像、岩心等刻度后的裂缝孔隙度曲线进行对比，如图12所示，图中两条边界线分别是以±0.3％为误差分界线，从图中可以看出本发明方法效果与现有技术结果匹配较好。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改、等同替换、改进，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种阵列声波测井多孔介质模型定量计算裂缝孔隙度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立孔隙纵横比谱分布，确定孔隙分布区间；

步骤二：根据建立的孔隙纵横比谱分布，建立阵列声波测井多孔介质模型；

步骤三：根据建立的阵列声波测井多孔介质模型和阵列声波测井计算的岩石模量，建立目标函数，并反演确定孔隙纵横比谱分布形态；

步骤四：确定裂缝截止值，定量计算裂缝孔隙度。

2.根据权利要求1所述的阵列声波测井多孔介质模型定量计算裂缝孔隙度方法，其特征在于，步骤一中的所述孔隙纵横比谱分布将孔隙结构分成孔隙、裂缝及过渡带三个区域，每一个区域包含不同孔隙纵横比范围，其中孔隙对应的孔隙纵横比为0.1～1，过渡带对应的孔隙纵横比为0.1～0.01，裂缝对应的孔隙纵横比为0.01～0.001。

3.根据权利要求2所述的阵列声波测井多孔介质模型定量计算裂缝孔隙度方法，其特征在于，孔隙纵横比谱分布采用如下组合高斯分布函数模拟其分布形态特征：

${\mathrm{SPEC}}_i=A_1{e}^{-\frac{{({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\μ}}_1)}^2}{2{\mathrm{\σ}}_1^2}}+A_2{e}^{-\frac{{({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\μ}}_2)}^2}{2{\mathrm{\σ}}_2^2}}+A_3{e}^{-\frac{{({\mathrm{\α}}_i-{\mathrm{\μ}}_3)}^2}{2{\mathrm{\σ}}_3^2}}$

SPEC_i为孔隙纵横比谱分布，且

i为多重孔隙中每一种孔隙类型序号；

α_i为不同类型孔隙纵横比，采用对数布点，分布范围为0.001～1；

A₁、A₂、A₃分别为裂缝、过渡带、孔隙区间最大孔隙百分比，反演确定；

μ₁、μ₂、μ₃分别为裂缝、过渡带、孔隙区间最大孔隙百分比分布位置，反演确定；

σ₁、σ₂、σ₃分别为裂缝、过渡带、孔隙区间分布宽度，反演确定。

4.根据权利要求3所述的阵列声波测井多孔介质模型定量计算裂缝孔隙度方法，其特征在于，步骤二包括：将步骤一中建立的孔隙纵横比谱分布以包裹体形式加入到微分等效介质理论中，形成包含孔隙与裂缝条件下的阵列声波多孔介质模型：

$(1-\mathrm{\φ})\frac{{\mathrm{dK}}^{*}\left(\mathrm{\φ}\right)}{d\mathrm{\φ}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\mathrm{SPEC}}_i\[K_i-K^{*}\left(\mathrm{\φ}\right)\](K_m+4G_i/3)/(K_i+4G_i/3+{\mathrm{\π\α}}_i{\mathrm{\β}}_m)$

$(1-\mathrm{\φ})\frac{{\mathrm{dG}}^{*}\left(\mathrm{\φ}\right)}{d\mathrm{\φ}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}0.2{\mathrm{SPEC}}_i\[G_i-G^{*}\left(\mathrm{\φ}\right)\]\[1+\frac{8G_m}{4G_i+{\mathrm{\π\α}}_i(2{\mathrm{\β}}_m+G_m)}+2\frac{K_i+2(G_i+G_m)/3}{K_i+4G_i/3+{\mathrm{\π\α}}_i{\mathrm{\β}}_m}\]$

K^*(φ)、G^*(φ)分别为岩石等效体积模量与剪切模量，GPa；

K_i、G_i分别为包裹物体积模量与剪切模量，GPa；

K_m、G_m分别为岩石骨架体积模量与剪切模量，GPa；

φ为孔隙度，f；

β_m为骨架参数，表达式为β_m＝G_m(3K_m+G_m)/(3K_m+4G_m)。

5.根据权利要求4所述的阵列声波测井多孔介质模型定量计算裂缝孔隙度方法，其特征在于，步骤三中的所述目标函数采用如下公式计算：

E＝|K-K^*(φ)|²+|G-G^*(φ)|²

E为目标函数值，取最小值；

K、G分别为岩石体积模量与剪切模量，GPa。

6.根据权利要求5所述的阵列声波测井多孔介质模型定量计算裂缝孔隙度方法，其特征在于，步骤四中的所述裂缝截止值为能够反映孔隙裂缝特征的最大孔隙纵横比，小于该裂缝截止值的孔隙纵横比对应的孔隙均属于裂缝，该裂缝截止值可根据岩心铸体薄片观察确定或根据非裂缝层段孔隙纵横比谱开始大于0的位置确定。

7.根据权利要求6所述的阵列声波测井多孔介质模型定量计算裂缝孔隙度方法，其特征在于，步骤四中的所述裂缝孔隙度按照下式计算：

${\mathrm{\β}}_f=\mathrm{\φ}\underset{i=1}{\overset{{\mathrm{\α}}_{\max i}}{\Σ}}{\mathrm{SPEC}}_i$

φ_f为裂缝孔隙度，f；

α_maxi为裂缝截止值对应的孔隙纵横比序号。