CN107355219B - 裂缝性地层模型和其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种裂缝性地层模型和其使用方法。该裂缝性地层模型包括导电性的固体基体，在固体基体内设置有具有导电性的条带，以及构造在固体基体内并穿过条带的井眼，固体基体和条带的导电性能彼此之间相同或不同。本发明的裂缝性地层模型能够准确地反映地层的真实情况，可以使用该模型来模拟电测井响应，进而验证数值模拟的结果。
Description
技术领域
本发明涉及地质勘探领域，特别涉及一种裂缝性地层模型。本发明还涉及这种裂缝性地层模型的使用方法。
背景技术
在我国及世界范围内，裂缝性地层广泛存在并且是一种重要的油气储集体。与常规的孔隙性地层相比，裂缝性地层的储集空间十分复杂，这是由于裂缝性地层在沉积、地层构造等多方面的影响下裂缝的宽度、角度、充填物的性质以及发育密度非常多变。这导致了裂缝性地层的电测井响应特征复杂，定性识别和定量评价的难度极大。
目前，人们对于裂缝性地层的电测井响应(即，裂缝性地层的电阻率)研究主要以数值模拟为基础。然而，数值模拟是通过已知的数据经过数学公式计算得出，因此所得到的结果并不一定能够真实地反映地下裂缝的情况，并且难以判断该结果是否正确。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种裂缝性地层模型。本发明的裂缝性地层模型能够准确地反映地层的真实情况，可以使用该模型来模拟电测井响应，进而验证数值模拟的结果。
根据本发明第一方面的裂缝性地层模型，包括：导电性的固体基体，在固体基体内设置有具有导电性的条带，以及构造在固体基体内并穿过条带的井眼，固体基体和条带的导电性能彼此之间相同或不同。
根据本发明的裂缝性地层模型，固体基体模拟了实际地层中的基岩，条带模拟了实际地层中的裂缝，井眼模拟了实际测井中的井眼。由于在实际地层中，基岩与裂缝的电阻率可以相同或不同，因此这里将固体基体和条带的导电性能彼此之间相同或不同，以提高模拟结果的准确性。此外，通过改变本发明的裂缝性地层模型中的固体基体的导电性能、条带的导电性能，可以直观地得知这些参数对测井响应结果的影响，而无需改变实际测井中的参数，这极大地方便了实验室研究。
在一个实施例中，条带的数量为多条并且多条的条带在竖直方向上彼此间隔开，在相邻的两条条带之间空隙内填充有导电性的缝间填充体。固体基体、多条的条带中的每一条条带以及缝间填充体的导电性能彼此之间相同或不同。在实际地层中，裂缝区域通常包括多个在竖直方向中间隔开的裂缝，并且在相邻的裂缝之间具有其他类型的填充物。本发明的这种条带则精确地模拟了这种地层结构，有助于提高模拟测井结果的准确性。
在一个实施例中，多条的条带与水平面成任意角度。在实际地层中，裂缝的延伸方向并不总处于大体水平的装置，而是可以为朝向任意方向延伸。为此，在本发明的模型中，将多条的条带构造为与水平面呈任意角度，例如0度、30度、45度、60度、甚至90度(其对于水平井的研究是非常有意义的)，可以更加准确地模拟地层，从而进一步提高模拟结果的准确性。
在一个实施例中，多条的条带彼此间平行或相交。以这种方式设置条带，也为了更准确地模拟地层，从而进一步提高模拟结果的准确性。
在一个实施例中，条带包括条形绝缘的载体和承载在载体上的由导电性粉体和绝缘性的粘结剂组成的导电物质，每一条条带的电阻率通过使导电物质含有不同比例的导电性粉体和粘结剂来改变。这样，可以方便地调整每一条条带的导电性能，以实现模拟不同类型裂缝目的。
在一个实施例中，每一条条带的多个部分区域处设置有含有不同比例的导电性粉体和粘结剂的导电物质。在实际地层中，裂缝的不同区域同样具有不同的导电能力，因此本发明的模型可以模拟上述情况的裂缝。
在一个实施例中，导电性粉体为石墨、导电橡胶和金属粉末组成的组中的一种，粘结剂为酚醛树脂胶泥或环氧树脂胶泥，绝缘载体为聚氨酯纤维布或塑料膜。
在一个优选的实施例中，绝缘载体为聚氨酯纤维布。这是由于，聚氨酯纤维布具有一定的强度，能够将其拉紧而不发生断裂，这使得能够方便地将其设置在固体基体内。此外，聚氨酯纤维布的纤维之间存在有间隙，在这些间隙内可容纳有空气、水、油等物质，这使得聚酯纤维布无论在其导电性方面，还是在其容纳物的性质方面都与实际地层中的裂缝非常相似，从而提高了模拟结果的准确性。
在一个实施例中，固体基体包括处于最上层的条带上方的上部基体和处于最下层的条带下方的下部基体，井眼从所述上部基体内延伸到下部基体内。上部基体和下部基体的导电性能彼此之间相同或不同。在实际地层中，处于裂缝区域的上方和下方的基岩的导电性能不一定相同，本发明的模型正好可以模拟上述情况。此外，由于上部基体和下部基体的导电性能不一定相同，因此可以预先分别制备上部基体和下部基体，然后再将两者拼接到一起，这极大地简化了模型制作过程，而且便于使用导电性能不同的上部基体和下部基体，以便于模拟不同的地层。
在一个实施例中，上部基体、下部基体以及缝间填充体由导电性粉体和绝缘性的基体粉体构成，通过将导电性粉体与基体粉体以不同的比例混合来改变上部基体、下部基体以及缝间填充体的导电性能。在一个具体的实施例中，基体粉体为固井水泥或石英砂岩，导电性粉体为石墨、导电橡胶和金属粉末组成的组中的一种。
根据本发明第二方面，使用根据上文所述的裂缝性地层模型的方法，包括以下步骤，步骤一：向井眼内填充导电性液体，导电性液体的量为淹没过井眼与所述多条的条带相交叉的区域；步骤二：在导电性液体内设置模拟测井装置，由此得到井眼的测井响应参数。
导电性液体则模拟了钻井泥浆，模拟测井装置为与实际测井用的检测装置功能相同，仅小型化的装置。根据本发明的方法能够在实验室内非常容易地得到所模拟的井眼的测井响应参数，由此可以容易地验证数值模拟的结果的准确性。在一个实施例中，可以将氯化钠的水溶液用作导电性液。
与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明的裂缝性地层模型的固体基体和条带分别模拟了实际地层中的相应的结构，由此使用本发明的模型可以准确地模拟实际的地层并得到准确的测井响应结果。特别是，将条带构造为其数量为多条并且多条的条带在竖直方向上彼此间隔开，在相邻的两条条带之间空隙内填充有导电性的缝间填充体，更加精确地模拟了地层结构，有助于进一步提高模拟测井结果。(2)通过改变本发明的裂缝性地层模型中的固体基体、条带以及缝间填充体组成的组中的任一个或多个的导电性能，可以直观地得知这些参数对测井响应结果的影响，而无需改变实际测井中的参数，这极大地方便了实验室研究。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1示意性地显示了根据本发明的裂缝性地层模型的第一实施例的结构；
图2显示了含有不同量的石墨的石英砂岩的电阻率的变化趋势；
图3显示了由不同量的石墨和粘结剂组成的导电物质的电阻率的变化趋势；
图4显示了不同矿化度的氯化钠的水溶液的电阻率的变化趋势；以及
图5显示了根据本发明的裂缝性地层模型的第一实施例的条带的一个实施例的俯视图；
图6-1显示了根据实际测井得到了测井响应电阻率曲线；
图6-2显示了根据本发明的裂缝性地层模型的第一实施例得到的电阻率曲线；
图6-3显示了根据现有技术中的模拟方法得到的电阻率曲线；以及
图7示意性地显示了根据本发明的裂缝性地层模型的第二实施例的结构。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1以三维视图显示了根据本发明的第一实施例的裂缝性地层模型10(以下简称为模型10)的结构。如图1所示，模型10包括固体基体，设置在固体基体内的多条的条带2、处于相邻条带之间的空隙内的缝间填充体9，以及井眼3。固体基体、多条的条带以及缝间填充体9的导电性能彼此之间不同。
图7以三维视图显示了根据本发明的第二实施例的裂缝性地层模型10’(以下简称为模型10’)的结构。模型10’的结构与模型10大体相同，区别仅在于模型10’仅具有一条条带21，从而也就不具有缝间填充体9。模型10’可用于简单地模拟电测井响应，而模型10可以更复杂和精确地模拟电测井响应。
下面基于图1对这些模型10的结构、制作方法进行描述。模型10’结构、制作方法与模型10类似，这里就不再详细描述了。
在图1所示的实施例中，固体基体可包括上部基体11和下部基体12。上部基体11处于最上层的条带21的上方，而下部基体12处于最下层的条带22的下方。上部基体11和下部基体12模拟了实际地层中的基岩，而且上部基体11和下部基体12组成了模型10的整体框架。在这种情况下，多条的条带2以及缝间填充体9都处于上部基体11和下部基体12之间，井眼3从上部基体11的内部延伸穿过多条的条带2以及缝间填充体9并且到达下部基体12的内部。同样，上部基体11和下部基体12的导电性能也可以相同或不同。
上部基体11和下部基体12以及缝间填充体9都可由包括导电性粉体和绝缘性的基体粉体。例如，基体粉体可以为固井水泥或石英砂岩。导电性粉体为石墨、导电橡胶和金属组成的组中的一种。本领域的技术人员还可以根据实际情况使用其他类型的基体粉体和导电性粉体。通过调节导电性粉体与基体粉体的混合比例，可以改变上部基体11和下部基体12的导电性能。图2显示了以石英砂岩作为基体粉体，以石墨作为导电性粉体组成的材料的电阻率变化趋势。从图2中可看出，随着石英砂岩与石墨的质量比逐渐增加(即，石英砂岩的含量逐渐增加)，材料的电阻率也逐渐增加。由此，可以根据图2选择石英砂岩与石墨的适当的质量比值，以构造出具有预定电阻率的上部基体11和下部基体12。
在图1所示的实施例中，条带21和22组成了该多条的条带。条带21和22在竖直方向(即，从下部基体12指向上部基体11的方向)中彼此间隔开，在条带21和22之间的间隙内填充了缝间填充体9。实际上，还可以根据实际需要由多于两条的条带组成该多条的条带，由此也就存在有多个缝间填充体9。条带21和22以及缝间填充体9模拟了实际地层中的处于基岩内的裂缝区域。
条带21和22可由条形绝缘载体和承载在载体上的导电物质构成。例如，绝缘载体可以为聚氨酯纤维布或塑料膜。导电物质包括导电性粉体和绝缘性的粘结剂。导电性粉体可以为石墨、导电橡胶和金属粉末组成的组中的一种。粘结剂可以为酚醛树脂胶泥或环氧树脂胶泥。粘结剂用于将石墨等导电性物质粘结到载体上。本领域的技术人员还可以根据实际情况使用其他类型的绝缘载体和导电物质。
图3显示了改变条带21的导电性能的一种方式。在图3所示的实施例中，载体为聚氨酯纤维布、导电性粉体为石墨，粘结剂为酚醛树脂胶泥。从图3中可看出，随着粘结剂与石墨的体积比逐渐增加(即，石墨的含量逐渐减少)，石墨和粘结剂构成的导电物质的电阻率也逐渐增加。由此，可以根据图3选择粘结剂与石墨的适当的质量比值，以构造出具有预定电阻率的条带21。
还可以将条带21构造为不同区域具有不同的导电性能，以更好地模拟地层情况。如图5示意性地显示，条带21可包含三个区域61、61、63。可通过在三个区域61、61、63中设置具有不同电阻率的导电物质(根据图3所示的实施例)就可以实现这一目的。
条带22以及所需设置的其他条带都可以根据图3和/或图5的方式来构造。
图1仅示意性地显示了相互平行的条带21和22。实际上，多条的条带彼此间还可以是相交状态。多条的条带与水平面也可以成任意角度。由此，更加准确地模拟地层情况。
下面来描述制备根据本发明的模型10的方法。
在模具的型腔内放置管材，然后在模具的壁和管材之间的空间内浇筑由导电性粉体和基体粉体调成的浆料。在浇筑过程中，根据预定要求的角度和位置向浆料内设置承载有导电物质的载体和缝间填充体材料。优选，载体和缝间填充体与管材相交叉。待浆料凝结、干燥后就制备成了模型10。此时，可以将管材取出，管材所限定为位置就形成了井眼，载体就形成了模拟裂缝的条带，缝间填充体材料就形成了缝间填充体，凝结、干燥后的浆料就形成了固体基体。
在一个优选的实施例中，为了确保载体能处于所要求的角度和高度位置，可以首先制备下部基体12。然后将下部基体12的一个面磨成具有该预定的角度和预定的高度位置的成型面，再将载体和缝间填充体材料固定到该成型面上。随后，再在该成型面上方进行浇筑。由于载体和缝间填充体材料已经被固定，因此后续的浇筑过程不会对载体和缝间填充体材料造成影响，由此确保载体能处于预定的角度和位置。
下面来描述使用模型10的方法，首先，向井眼3内填充导电性液体。导电性液体的量为淹没过井眼3与多条的条带相交叉的区域。接下来，在导电性液体内设置模拟测井装置6，由此得到井眼3的测井响应参数。
导电性液体可以为氯化钠的水溶液。通过使氯化钠水溶液具有不同的矿化度，可以改变其电阻率(如图4所示)。由此可以模拟用于钻井的不同类型的钻井泥浆。
实施例1
根据T1井的测井参数，其基岩电阻率Rb为6800～7400欧姆米、裂缝电阻率Rf为0.213欧姆米、裂缝倾角θf为79度、裂缝宽度Wf为0.96毫米、泥浆电阻率Rmf1为0.213欧姆米。测井响应电阻率如图6-1所示。
根据T1的测井参数，构造了裂缝性地层模型。固体基体的电阻率Rb为7000欧姆米、条带2的电阻率Rf为0.213欧姆米、条带2的倾角θf为79度、条带2的宽度Wf为0.2毫米、电性液体4的电阻率Rmf1为0.213欧姆米。模拟测井响应电阻率如图6-2所示。
根据现有技术中的数值模拟方法，R＝f(Rb，Rf，θf，Wf，Rmf1)。数值模拟的结果如图6-3所示。对于现有技术中的方法R＝f(Rb，Rf，θf，Wf，Rmf1)，申请人解释如下：该方法实际上是一个完整的体系，难以使用简单的数学公式表示，因此这里仅简单地列出了该方法涉及到的参数。本领域的技术人员完全能够基于其已知的关于该方法的技术知识，并借助于上述T1井的测井参数得到图6-3所示的曲线。
在图6-1、图6-2和图6-3中，虚线框70指示了裂缝发育段的电阻率。根据图6-1、图6-2和图6-3可知，与现有技术得到的电阻率相比，根据本发明的裂缝性地层模型获得的物理模拟测井响应电阻率与实测电阻率更相近。例如，在图6-3的电阻率曲线中，在裂缝发育段的上下两侧均有电阻率突变区71和72，而在图6-1和图6-2的电阻率曲线中，均不存在上述的突变。这说明根据本发明的裂缝性地层模型真实地反应了地层情况，可以使用该模型来验证数值模拟的结果，验证结果表明，此次数值模拟可信。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种裂缝性地层模型，包括：导电性的固体基体，
在所述固体基体内设置有具有导电性的条带，以及构造在所述固体基体内并穿过所述条带的井眼，
所述固体基体和条带的导电性能彼此之间相同或不同。
2.根据权利要求1所述的裂缝性地层模型，其特征在于，所述条带的数量为多条并且多条的条带在竖直方向上彼此间隔开，在相邻的两条条带之间空隙内填充有导电性的缝间填充体，
其中，固体基体、所述多条的条带中的每一条条带以及所述缝间填充体的导电性能彼此之间相同或不同。
3.根据权利要求2所述的裂缝性地层模型，其特征在于，所述多条的条带与水平面成任意角度。
4.根据权利要求2或3所述的裂缝性地层模型，其特征在于，所述多条的条带彼此间平行或相交。
5.根据权利要求2或3所述的裂缝性地层模型，其特征在于，所述条带包括条形绝缘的载体和承载在所述条形绝缘的载体上的由导电性粉体和绝缘性的粘结剂组成的导电物质，每一条条带的电阻率通过使所述导电物质含有不同比例的导电性粉体和粘结剂来改变，每一条条带的多个部分区域处设置有含有不同比例的导电性粉体和粘结剂的导电物质。
6.根据权利要求5所述的裂缝性地层模型，其特征在于，所述导电性粉体为石墨、导电橡胶和金属粉末组成的组中的一种，所述粘结剂为酚醛树脂胶泥或环氧树脂胶泥，所述条形绝缘的载体为聚氨酯纤维布或塑料膜。
7.根据权利要求6所述的裂缝性地层模型，其特征在于，所述固体基体包括处于最上层的条带上方的上部基体和处于最下层的条带下方的下部基体，所述井眼从所述上部基体内延伸到下部基体内，
所述上部基体和下部基体的导电性能彼此之间相同或不同。
8.根据权利要求7所述的裂缝性地层模型，其特征在于，所述上部基体、下部基体以及缝间填充体由导电性粉体和绝缘性的基体粉体构成，
通过将所述导电性粉体与所述基体粉体以不同的比例混合来改变所述上部基体、下部基体以及缝间填充体的导电性能。
9.根据权利要求8所述的裂缝性地层模型，其特征在于，所述基体粉体为固井水泥或石英砂岩，所述导电性粉体为石墨、导电橡胶和金属粉末组成的组中的一种。
10.一种根据权利要求2到9中任一项所述的裂缝性地层模型的使用方法，包括以下步骤，
步骤一：向所述井眼内填充导电性液体，所述导电性液体的量为淹没过所述井眼与多条的条带相交叉的区域；
步骤二：在所述导电性液体内设置模拟测井装置，由此得到所述井眼的测井响应参数。
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