CN107290803A - 建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种建立基于改进Pride‑Lee模型的岩石物理新模型的方法，该建立基于改进Pride‑Lee模型的岩石物理新模型的方法包括：步骤1，采集测井资料和岩石基质参数；步骤2，采用Voigt‑Reuss‑Hill平均构建岩石基质模量，利用Wood公式计算构建混合流体体积模量，利用改进的Pride‑Lee模型构建干岩石骨架的模量；步骤3，应用加斯曼方程，得到包涵流体岩石的弹性模量；步骤4，构建基于改进Pride‑Lee模型的岩石物理新模型。该建立基于改进Pride‑Lee模型的岩石物理新模型的方法可以有效地提高储层物性估计和横波估计的精度和稳定性以及实用性。

Description

建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法

技术领域

本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法。

背景技术

过去的几十年间，在研究与地震勘探学和天然地震学有关的岩石物理特性方面取得了巨大的进步，在此期间，发展了很多的理论，同时进行了很多实验，许多岩石物理理论与实验结果已经在推进地球科学和勘探技术方面起到了重要准则的作用。

在勘探地震学中，地震波以旅行时间、反射波振幅及相位变化的形式带来了地下岩石和流体的信息。在早期的勘探地震学中，地震数据主要用作构造解释，这些构造可能含有油气。随着计算能力的提高和地震处理、解释技术的进步，现在对地震数据的分析一般是为了预测岩性、孔隙度、孔隙流体以及饱和度。因为岩石物理学为地震数据与油藏特性和参数之间架起了桥梁，近年来它已在有关新技术的开发中发挥作用，诸如4D地震油藏监测，地震岩性识别，以及“亮点”和反射系数随人射角变化的分析等油气直接检测技术。

岩石物理是把油藏特性和参数与地震数据相连的桥梁，在许多试图从地震数据中导出储层岩石和流体特性及油藏参数的技术方法中，它起到一种基本准则的作用。随着越来越多的油气田进入成熟期以及许多方法技术的进一步改进和发展，包括孔隙度和流体流的成图，储层压力、温度、饱和度变化的测定，甚至推断含油气的类型。在这样一种发展过程中，岩石物理将是定量解释地震数据的一项十分重要的技术手段。

如何准确地构建实用和准确的岩石物理模型是储层物性估计和横波估计的岩石物理新模型构建部分。以横波估计为例，目前，在没有横波信息的情况下，估计横波速度的方法主要有两种，一是统计拟合法；二是理论公式法。但是这些方法往往具有一定的局限性。针对存在的局限性，很多学者基于岩石物理模型，进行了横波速度预测方法的综合研究，Greenberg等假设纵横波速度间有稳健的关系，基于Biot-Gassmann理论预测横波速度，Xu等使用Kuster-理论和微分等效介质理论相结合预测横波速度，并运用孔隙纵横比的概念来表征干岩石颗粒的接触关系，等运用有效介质理论预测横波速度，并且认为基于岩石物理的方法的横波预测的准确度要高于统计拟合法得到的横波速度。国内方面，也有很多学者开展了基于岩石物理模型的横波预测研究，并取得了较好的研究成果。

然而，大多数基于岩石物理模型的横波速度预测方法需要对孔隙形态进行假设。但是，与砂岩有关的孔隙纵横比并不是定值，通过实际电镜观察也会发现，很难用确定的纵横比来描述孔隙的变化，这在一定程度上增加了横波预测过程复杂性和不确定性。为此我们发明了一种新的建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以有效地提高储层物性估计和横波估计的精度和稳定性以及实用性的建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法，该建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法包括：步骤1，采集测井资料和岩石基质参数；步骤2，采用Voigt-Reuss-Hill平均构建岩石基质模量，利用Wood公式计算构建混合流体体积模量，利用改进的Pride-Lee模型构建干岩石骨架的模量；步骤3，应用加斯曼方程，得到包涵流体岩石的弹性模量；步骤4，构建基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，通过测井解释，获得密度、泥质含量、孔隙度、含水饱和度曲线，通过实验室获得粘土、石英的弹性模量。

在步骤2中，通过实验室岩芯测试或统计数据获得岩石矿物的组成部分，由Voigt-Reuss-Hill平均，即对上下界限求取算术平均的方法来构建岩石基质模量。

在步骤2中，改进的Pride-Lee模型将干岩石模量和岩石基质模量联系起来，计算干岩石骨架的模量的公式为：

其中：

其中：K_d、K_m分别为干岩石骨架和岩石基质的体积模量，μ_d、μ_m分别为干岩石骨架和岩石基质的剪切模量，为孔隙度，α为固结指数，γ为一常数，取1.5；

将式(3)称为改进的Pride-Lee模型，其中的φ和ξ被称为拟固结指数。

在步骤3中，应用加斯曼方程通过岩石基质模量、混合流体体积模量、干岩石骨架的模量，得到包涵流体岩石的弹性模量。

在步骤4中，根据纵波速度V_{p_calculate}的计算公式，计算饱和岩石的纵波速度需要用到饱和岩石体积模量、饱和岩石剪切模量和密度信息：

其中：K_s为饱和岩石的体积模量，μ_s为饱和岩石的剪切模量，ρ_s为饱和岩石的密度，饱和岩石的密度信息由测井数据获得；

K_s由低频加斯曼方程获得：

其中：K_d为干岩石骨架的体积模量，K_m为岩石基质的体积模量，K_f为混合流体的体积模量，为孔隙度；

饱和岩石的剪切模量μ_s与岩石骨架的剪切模量μ_d相同，即：

μ_s＝μ_d (7)

将上面的公式相结合，则得到：

式(8)即为基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型；

其中：V_{p_calculate}为理论公式得到的纵波速度，K_d为干岩石骨架的体积模量，K_m为岩石基质的体积模量，K_f为混合流体的体积模量，为孔隙度，ρ_s为饱和岩石的密度，φ和ξ被称为拟固结指数，μ_d、μ_m分别为干岩石骨架和岩石基质的剪切模量。

本发明中的建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法，构建了可用于储层物性估计和横波估计的岩石物理新模型，对Pride模型和Lee模型(Pride-Lee模型)进行改进，提出拟固结指数的概念，将干岩石模量和岩石基质模量联系起来，改进的Pride-Lee模型在没有降低原始Pride-Lee模型准确度的情况下简化了问题的复杂度。同时采用加斯曼方程建立起了饱和流体岩石弹性模量与干岩石模量、岩石基质模量、混合流体模量之间的关系，进而构建了一种新的实用的岩石物理模型，用于进一步的地球物理分析。该建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法可用于储层物性估计和横波估计的岩石物理新模型构建部分，是这两种储层预测技术的核心之一，该发明可以有效地提高储层物性估计和横波估计的精度和稳定性以及实用性。

附图说明

图1为本发明的建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法的一具体实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法的流程图。

在步骤101，采集测井资料和岩石基质参数。

首先通过测井解释，获得密度、泥质含量、孔隙度、含水饱和度曲线，密度数据是为了较小岩石物理新模型的复杂度，提高实用性，如果没有密度数据，就需要对密度进行计算，泥质含量数据是用来计算岩石基质模量，孔隙度数据在计算岩石基质模量、骨架弹性模量、混合流体模量时都要用到，因此十分关键，含水饱和度是用来计算混合流体模量。其次是需要获得粘土、石英的弹性模量，这个可以通过实验室获得。

在步骤102，计算不同岩石模量。

采用Voigt-Reuss-Hill平均构建岩石基质模量；利用Wood公式计算构建混合流体体积模量；利用改进的Pride-Lee模型构建干岩石骨架的模量。计算岩石骨架的弹性模量，首先需要知道岩石矿物的组成部分。这个可以通过实验室岩芯测试获得，也可以通过统计数据获得，如砂泥岩的基质可以认为是石英和粘土组成的，粘土的百分含量可以由伽马测井曲线获得。一旦岩石矿物的组成部分确定了，岩石骨架的弹性模量就可以由Voigt-Reuss-Hill平均(V-R-H平均)来获得，Hill(1952)提出对上下界限求取算术平均的方法来近似岩石有效弹性模量值，VRH平均是求取岩石有效弹性模量的一种非常简单的方法，在等效模量计算方面得到了广泛的使用与推广。

利用Wood(1955)公式计算得到混合流体体积模量，在通常测井条件下，往往只给出含水饱和度，而另外的含油与含气饱和度需要根据实际含油\气情况进行判别。

储层中流体的体积模量会随地层压力的增加而增大，随温度的升高而降低，对于油和水，这种影响可以忽略不计，但是对于气体来说，压力和温度会对其体积模量产生很大的影响，因此，不能忽略，考虑到压力和温度的影响，会增加横波预测解雇偶的准确度，因此是十分有必要的。

对Pride模型和Lee模型(Pride-Lee模型)进行改进，提出拟固结指数的概念，将干岩石模量和岩石基质模量联系起来，改进的Pride-Lee模型在没有降低原始Pride-Lee模型准确度的情况下简化了问题的复杂度。改进的Pride-Lee模型是的计算过程得到了简化。

改进的Pride-Lee模型

Pride等(2004)引入固结指数的概念，由岩石基质弹性模量来计算干岩石弹性模量，如下式所示：

其中：K_d、K_m分别为干岩石骨架和岩石基质的体积模量，μ_d、μ_m分别为干岩石骨架和岩石基质的剪切模量，为孔隙度，α为固结指数。在干岩石骨架的弹性模量确定的情况下，通过求解得到固结指数α，就可以得到干岩石骨架的弹性模量，进而通过Gassmann方程就可以计算饱和流体岩石的弹性模量。

Lee(2006)对式(1)中计算剪切模量公式做了如下修正：

可以看出，在Pride-Lee模型中，固结指数α处于分母的位置，因此，基质模量和岩石模量之间是一种非线性的关系，这在一定程度上增加了求解α的复杂度。

因此，本发明对Pride-Lee模型进行如下的修改：

其中：

γ为一常数，一般取1.5；

将式(3)称为改进的Pride-Lee模型，其中的φ和ξ被称为拟固结指数。

在步骤103，应用加斯曼方程，加斯曼方程的作用是通过岩石基质模量、混合流体体积模量、干岩石骨架的模量，得到包涵流体岩石的弹性模量。

将步骤102得到的岩石基质模量、混合流体体积模量、干岩石骨架的模量作为输入，基于加斯曼方程建立起了它们之间的关系。加斯曼方程中干岩石的弹性模量是个很难解决的问题，因此很多的地球物理学家给出了干岩石骨架弹性模量的计算方法。本模型是用改进Pride-Lee模型来计算干岩石骨架的模量，使得模型的实用性更强。通过加斯曼方程将改进的Pride-Lee模型与现有的部分岩石物理模型相结合，建立了一种新的岩石物理模型，该模型可进一步用于储层物性估计和横波估计等研究中，提高了岩石物理模型在油田实际勘探开发等生产中的应用范围和应用的实用性。

在步骤104，构建岩石物理新模型。

根据纵波速度的计算公式，将密度、泥质含量、孔隙度、含水饱和度曲线位基础资料，在得到岩石基质模量、混合流体体积模量、干岩石骨架的模量的基础上，通过加斯曼方程，最终可以得到基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型。

根据纵波速度的计算公式，计算饱和岩石的纵波速度需要用到饱和岩石体积模量、饱和岩石剪切模量和密度信息。

其中：K_s为饱和岩石的体积模量，μ_s为饱和岩石的剪切模量，ρ_s为饱和岩石的密度，为了简化问题的复杂度，饱和岩石的密度信息由测井数据获得。

K_s由低频加斯曼方程获得：

其中：K_d为干岩石骨架的体积模量，K_m为岩石基质的体积模量，K_f为混合流体的体积模量，为孔隙度。

加斯曼方程是加斯曼于1951年提出的关于预测岩石体积压缩模量的计算公式。通过该方程建立了岩石体积压缩模量、孔隙度孔隙流体的体积压缩模量、岩石骨架的体积压缩模量以及造岩矿物的体积压缩模量之间的关系。同时加斯曼方程还推导出含气饱和岩石的剪切模量和含水饱和岩石的剪切模量基本相同。加斯曼方程在实际应用中得到了越来越广泛的应用。

由于流体不传播横波，所以饱和岩石的剪切模量与岩石骨架的剪切模量相同，即：

μ_s＝μ_d (7)

将上面的公式相结合，则得到：

式(8)即为基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型。

其中：V_{p_calculate}为理论公式得到的纵波速度，K_d为干岩石骨架的体积模量，K_m为岩石基质的体积模量，K_f为混合流体的体积模量，为孔隙度，ρ_s为饱和岩石的密度，φ和ξ被称为拟固结指数。

Claims (6)

1.建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法，其特征在于，该建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法包括：

步骤1，采集测井资料和岩石基质参数；

步骤2，采用Voigt-Reuss-Hill平均构建岩石基质模量，利用Wood公式计算构建混合流体体积模量，利用改进的Pride-Lee模型构建干岩石骨架的模量；

步骤3，应用加斯曼方程，得到包涵流体岩石的弹性模量；

步骤4，构建基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型。

2.根据权利要求1所述的建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法，其特征在于，在步骤1中，通过测井解释，获得密度、泥质含量、孔隙度、含水饱和度曲线，通过实验室获得粘土、石英的弹性模量。

3.根据权利要求1所述的建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法，其特征在于，在步骤2中，通过实验室岩芯测试或统计数据获得岩石矿物的组成部分，由Voigt-Reuss-Hill平均，即对上下界限求取算术平均的方法来构建岩石基质模量。

4.根据权利要求1所述的建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法，其特征在于，在步骤2中，改进的Pride-Lee模型将干岩石模量和岩石基质模量联系起来，计算干岩石骨架的模量的公式为：

其中：

其中：K_d、K_m分别为干岩石骨架和岩石基质的体积模量，μ_d、μ_m分别为干岩石骨架和岩石基质的剪切模量，为孔隙度，α为固结指数，γ为一常数，取1.5；

将式(3)称为改进的Pride-Lee模型，其中的φ和ξ被称为拟固结指数。

5.根据权利要求4所述的建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法，其特征在于，在步骤3中，应用加斯曼方程通过岩石基质模量、混合流体体积模量、干岩石骨架的模量，得到包涵流体岩石的弹性模量。

6.根据权利要求4所述的建立基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型的方法，其特征在于，在步骤4中，根据纵波速度V_{p_calculate}的计算公式，计算饱和岩石的纵波速度需要用到饱和岩石体积模量、饱和岩石剪切模量和密度信息：

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其中：K_s为饱和岩石的体积模量，μ_s为饱和岩石的剪切模量，ρ_s为饱和岩石的密度，饱和岩石的密度信息由测井数据获得；

K_s由低频加斯曼方程获得：

其中：K_d为干岩石骨架的体积模量，K_m为岩石基质的体积模量，K_f为混合流体的体积模量，为孔隙度；

饱和岩石的剪切模量μ_s与岩石骨架的剪切模量μ_d相同，即：

μ_s＝μ_d (7)

将上面的公式相结合，则得到：

式(8)即为基于改进Pride-Lee模型的岩石物理新模型；

其中：V_{p_calculate}为理论公式得到的纵波速度，K_d为干岩石骨架的体积模量，K_m为岩石基质的体积模量，K_f为混合流体的体积模量，为孔隙度，ρ_s为饱和岩石的密度，φ和ξ被称为拟固结指数，μ_d、μ_m分别为干岩石骨架和岩石基质的剪切模量。