CN107524437A - 确定储层裂缝开度的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种确定储层裂缝开度的方法及系统，该方法包括根据地表条件下的泥浆电阻率以及地表和地层的温度获取地层条件下裂缝中的泥浆电阻率；根据泥浆的密度、裂缝发育段的深度以及地层压力获取裂缝段井筒与地层的压差；确定自然电位基线，根据裂缝段的自然电位及所述自然电位基线获取裂缝段自然电位的异常幅度；根据所述地层条件下裂缝中的泥浆电阻率、裂缝段井筒与地层的压差及自然电位的异常幅度建立裂缝开度评价模型，基于所述裂缝开度评价模型确定储层裂缝的开度。该方法可以准确地确定得到裂缝段的裂缝开度，不受地层电阻率、储层物性以及裂缝产状影响。该方法能够用于对致密砂岩、泥页岩等储层中裂缝参数进行量化评价。
Description
技术领域
本发明属于石油地球物理勘探开发领域，尤其涉及一种确定储层裂缝开度的方法及系统。
背景技术
随着石油勘探的快速发展以及社会发展对能源的巨大需求，裂缝性油气藏在油气勘探中越来越突显其重要性。因此，对裂缝性油气藏的裂缝参数的评价也成为石油测井资料的评价的热点与难点。
目前，通过双侧向测井对高阻基岩类裂缝性油气藏裂缝参数评价研究已经较为深入，很多研究人员基于高阻基岩类储层建立了一系列忽略围岩导电影响作用下的高阻基岩裂缝参数定量评价方法。如Sabbit通过有限元法给出了高阻基岩中水平缝以及垂直裂缝的裂缝的开度评价方法，黄烈林通过理论推导给出了高阻基岩中任意角度倾斜缝裂缝的开度评价方法。这些方法对于水平缝采用深侧向视电阻率与基岩电阻率的差值来定量评价裂缝开度，对于直立缝采用深浅侧向幅度差来求取裂缝开度，进而求取裂缝孔隙度。
然而上述方法并不适用于致密砂岩类储层的裂缝的研究。在致密砂岩裂缝评价中，由于发育孔隙的作用，导致深浅双感应电阻率较小，幅度差不明显并常受孔隙渗滤影响，所以针对裂缝性碳酸盐岩储层提出的评价技术难以在致密砂岩裂缝评价中推广应用。尽管现在也有针对致密砂岩类储层而提出的一些评价方法，但仅限于对致密砂岩、泥页岩等储层中的裂缝的定性分析上，难于为后续分析提供准确的参考数据。
综上，亟需一种能够对致密砂岩、泥页岩等储层中的裂缝进行定量评价的方法以解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种能够对致密砂岩、泥页岩等储层中的裂缝进行定量评价的方法。
为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种确定储层裂缝开度的方法，包括根据地表条件下的泥浆电阻率以及地表和地层的温度获取地层条件下裂缝中的泥浆电阻率；根据泥浆的密度、裂缝发育段的深度以及地层压力获取裂缝段井筒与地层的压差；确定自然电位基线，根据裂缝段的自然电位及所述自然电位基线获取裂缝段自然电位的异常幅度；根据所述地层条件下裂缝中的泥浆电阻率、裂缝段井筒与地层的压差及自然电位的异常幅度建立裂缝开度评价模型，基于所述裂缝开度评价模型确定储层裂缝的开度。
优选地，在基于所述裂缝开度评价模型确定储层裂缝的开度之前包括，基于所述裂缝开度评价模型及测井数据获取区域岩石系数。
优选地，所述基于所述裂缝开度评价模型及测井数据获取区域岩石系数，包括：建立关于区域岩石系数的裂缝岩心刻度模型；利用测井数据，并基于所述裂缝开度评价模型与所述裂缝岩心刻度模型对裂缝岩心刻度模型的模型系数进行曲线回归；当模型回归相似系数达到设定值时，以与所述设定值对应的模型系数的值计算区域岩石系数。
优选地，根据如下表达式建立关于区域岩石系数的裂缝岩心刻度模型：
其中，σ为区域岩石系数，A0和A1均为裂缝岩心刻度模型的模型系数，Rmf为地层条件下裂缝中的泥浆电阻率。
优选地，根据如下表达式获取地层条件下裂缝中的泥浆电阻率Rmf：
其中，Rm为地表条件下的泥浆电阻率，T1为地表的温度，T2为地层的温度。
优选地，根据如下表达式获取裂缝段井筒与地层的压差ΔP：
ΔP＝(0.1*gρm-Cp)*TVD
其中，ρm为泥浆的密度，CP为地层压力系数，TVD为地层的垂直深度，g为重力加速度。
优选地，根据如下表达式获取裂缝段自然电位的异常幅度ΔSP：
ΔSP＝SPB-SP
其中，SPB为自然电位基线值，SP为裂缝段的自然电位。
优选地，根据如下表达式建立所述裂缝开度评价模型：
其中，d为裂缝开度，n为探测范围内裂缝的条数，μ为泥浆粘度，σ为区域岩石系数，ΔSP为裂缝段自然电位的异常幅度，ΔP为裂缝段井筒与地层的压差，Rmf为地层条件下裂缝中的泥浆电阻率。
本申请的实施例还提供了一种确定储层裂缝开度的系统，包括：泥浆电阻率确定模块，其根据地表条件下的泥浆电阻率以及地表和地层的温度获取地层条件下裂缝中的泥浆电阻率；压差确定模块，其根据泥浆的密度、裂缝发育段的深度以及地层压力获取裂缝段井筒与地层的压差；自然电位异常幅度确定模块，其确定自然电位基线，根据裂缝段的自然电位及所述自然电位基线获取裂缝段自然电位的异常幅度；裂缝开度评价模型建立模块，其根据所述地层条件下裂缝中的泥浆电阻率、裂缝段井筒与地层的压差及自然电位的异常幅度建立裂缝开度评价模型，基于所述裂缝开度评价模型确定储层裂缝的开度。
优选地，所述裂缝开度评价模型建立模块基于所述裂缝开度评价模型及测井数据获取区域岩石系数。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
通过采用裂缝段自然电位异常幅度差评价裂缝开度，提取裂缝段自然电位幅度差以及地层条件下裂缝段所在各项参数，可以准确地确定得到裂缝段的裂缝开度，不受地层电阻率、储层物性以及裂缝产状影响。该方法能够用于对致密砂岩、泥页岩等储层中裂缝参数进行量化评价。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为根据本发明一实施例的确定储层裂缝开度的方法的流程示意图；
图2为根据本发明一实施例的获取区域岩石系数的方法的流程示意图；
图3为根据本发明一实施例的基于裂缝开度评价模型与裂缝岩心刻度模型建立回归关系式的示意图；
图4为HH105井常规测井组合与自然电位裂缝开度评价示意图；
图5为根据本发明另一实施例的确定储层裂缝开度的系统的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
在储层裂缝的发育段，渗透率会明显增大，随着泥浆的侵入将造成泥浆与地层接触面积增大，进而使得井筒内裂缝段泥浆与地层岩石表面离子交换增强，造成裂缝的发育段与围岩间电势差增大，从而导致自然电位异常。
在本申请中，基于对裂缝段自然电位的响应机理进行分析，提出了一种裂缝开度的定量的评价方法。下面结合附图及实施例详细说明。
图1为根据本发明实施例的确定储层裂缝开度的方法的流程示意图，如图所示，该方法包括以下步骤：
步骤S110、根据地表条件下的泥浆电阻率以及地表和地层的温度获取地层条件下裂缝中的泥浆电阻率。
步骤S120、根据泥浆的密度、裂缝发育段的深度以及地层压力获取裂缝段井筒与地层的压差。
步骤S130、确定自然电位基线，根据裂缝段的自然电位及自然电位基线获取裂缝段自然电位的异常幅度。
步骤S140、根据地层条件下裂缝中的泥浆电阻率、裂缝段井筒与地层的压差及自然电位的异常幅度建立裂缝开度评价模型，基于裂缝开度评价模型确定储层裂缝的开度。
具体的，在步骤S110中，根据泥浆电阻率的等温变化特征，可以采用表达式(1)获取地层条件下裂缝中泥浆电阻率：
式中，Rmf表示地层条件下裂缝中的泥浆电阻率，单位为Ω.m，Rm为地表条件下的泥浆电阻率，单位为Ω.m，T1为地表的温度，单位为℃，T2为地层的温度，单位为℃。
在步骤S120中，根据表达式(2)获取裂缝段井筒与地层的压差：
ΔP＝(0.1*gρm-Cp)*TVD (2)
式中，ΔP表示裂缝段井筒与地层的压差，单位为MPa，重力加速度缺省设置为10N/Kg，ρm为泥浆的密度，单位为g/cm3，CP为地层压力系数，单位为MPa/100m，区域内该系数可以采用压力测试获得；TVD为地层的垂直深度，单位为×100m。
在步骤S130中，根据表达式(3)获取裂缝段自然电位的异常幅度：
ΔSP＝SPB-SP (3)
式中，ΔSP表示裂缝段自然电位的异常幅度，单位为mV，SPB为自然电位基线值，单位为mV，该值可以通过读取裂缝围岩自然电位特征值获得，SP为裂缝段的自然电位，单位为mV。
由于受水压促使流体渗滤通过岩石而产生流动电位影响，在渗滤层位能够形成过滤电位，而对于裂缝，渗透率较大，这种影响更为明显。因此，在本发明的实施例中，通过综合达西定律、欧姆定律、平板流动理论建立裂缝开度评价模型。
具体的，在步骤S140中，依据平板体积模型确定裂缝内电荷密度为：
式中，q为裂缝内泥浆电荷密度，单位为103μC/m3，d为裂缝开度，单位为mm，σ为区域岩石面电荷密度，单位为μC/m2，h为裂缝高度，单位为cm，L为裂缝横向延伸长度，单位为cm。
由达西定律确定裂缝内流量，并将表达式(4)带入电流强度定义中得到：
式中，I为裂缝段内泥浆电流强度，单位为mA，Q为裂缝内泥浆流速，单位为m3/S，k为裂缝渗透率，单位为mD，△P为裂缝段井筒与地层的压差，单位为MPa，μ为泥浆粘度，单位为S，n为自然电位探测范围内裂缝的条数。
将表达式(5)与电阻定义带入欧姆定律确定电势差为：
式中，U为裂缝段电势差，也就是自然电位幅度差ΔSP，单位为mV，R为裂缝段内泥浆整体电阻，单位为Ω。
而由于平板裂缝渗透率为：
式中，k为裂缝渗透率，单位为mD，n为自然电位探测范围内裂缝的条数，d为裂缝开度，单位为mm。
根据表达式(6)和表达式(7)确定裂缝开度评价模型，其中，系数可以通过回归确定，为简化模型，表达式(8)中将常系数进行合并：
式中，d为裂缝开度，单位为mm，μ为泥浆粘度，单位为S，σ为区域岩石面电荷密度，n为探测范围内裂缝的条数，单位为条，ΔSP为自然电位的异常幅度，单位为mV，ΔP为裂缝段井筒与地层的压差，单位为MPa，Rmf为地层条件下裂缝中泥浆电阻率，单位为Ω.m。
进一步地，在根据表达式(8)确定储层裂缝的开度之前，需要先确定区域岩石面电荷密度σ，在本发明的一个实施例中，获取σ包括以下步骤，如图2所示：
步骤S210、建立关于区域岩石系数的裂缝岩心刻度模型。
步骤S220、利用测井数据，并基于裂缝开度评价模型与裂缝岩心刻度模型对裂缝岩心刻度模型的模型系数进行曲线回归。
步骤S230、当模型回归相似系数达到设定值时，以与该设定值对应的模型系数的值计算区域岩石系数。
具体的，设固液两相接触时的表面电容为C，依电学定理，面电荷密度σ的如下关系成立；
σ＝CE (9)
式中，E为固相表面的电化学电位，由下式表示：
E＝E0+RTlnα (10)
式中，E0为固相表面的标准电位，与固液两相性质有关，RT为与绝对温度等有关的系数，α为含盐活度，与泥浆电阻率有关。从关系式(9)与关系式(10)中可以看出，除含盐活度与泥浆电阻率有关外，关系式中其它各项只与区域内岩石性质有关，因此在本发明的实施例中，定义区域岩石系数σ，并基于关系式(9)和关系式(10)建立关于区域岩石系数的裂缝岩心刻度模型，如表达式(11)所示：
式中，σ表示与区域内岩石性质有关的系数，A0和A1均为待确定的裂缝岩心刻度模型的模型系数。
接下来，结合表达式(8)和表达式(11)，利用测井数据进行曲线回归得到系数A0和A1，如表达式(12)所示：
举例而言，根据测井数据中的岩心裂缝描述资料确定裂缝开度与探测范围内裂缝条数，并提取对应的自然电位幅度差、井筒与地层压差、地层条件下裂缝内泥浆电阻率、泥浆粘度等参数，代入表达式(12)，采用最小二乘法建立回归关系式，确保模型系数A0和A1的相关系数的平方达到设定值(一般为0.8以上)，由此而确定系数A0和A1，得到计算区域岩石系数σ的表达式(11)。其中需要注意的是，样品选择时应尽量选取彼此间泥浆电阻率差异大的裂缝段，便于建立的回归关系点足够分散，减小系数的不确定性。
在本发明的一个实施例中，利用鄂南红河油田长8段5口井的岩心裂缝描述资料(如表1所示)建立得到回归关系式(如图3所示)，确定鄂南红河油田长8段A0和A1系数分别为-0.7、8.91。
表1鄂南红河油田长8段裂缝参数、对应自然电位特征值以及泥浆、压力参数
本发明实施例的方法通过提取裂缝段自然电位幅度差以及地层条件下裂缝段所在各项参数，能有效确定裂缝段裂缝开度，不受地层电阻率、储层物性以及裂缝产状影响。
本发明实施例的方法适应性强，可广泛应用于致密砂岩、页岩油气等复杂储层，并且评价方法不受裂缝角度、井型影响。本发明实施例的方法的各参数便于获取，易于利用计算机实现。
下面通过一示例来说明应用本发明实施例的实际效果。
HH105井是鄂尔多斯盆地南部延长组长8段一口评价井，该井在2262-2267m处主要发育两条相对平行的垂直裂缝，呈开启状，依据裂缝内半充填方解石，填隙物厚度确定裂缝宽度为0.2mm，因此有效的裂缝开度为0.1mm，进而确定裂缝综合开度平方(nd2)为0.02mm2，该井采用SDZ3000测井系列进行常规组合测井，在2262-2267m自然电位明显异常，对比认为是裂缝渗流响应。通过本发明评价方法确定裂缝综合开度平方(nd2)平均为0.02mm2，裂缝孔隙度平均为0.1％，参数见表2和图4，评价结果与岩心分析结果基本一致，说明本发明实施例确定得到的裂缝开度是有效的。
表2 HH105井2262-2267m自然电位评价裂缝综合开度平方参数表
在本发明的另一实施例中，提出一种确定储层裂缝开度的系统，如图5所示，该系统包括：
泥浆电阻率确定模块51执行前述实施例的步骤S110的操作，压差确定模块52执行前述实施例的步骤S120的操作，自然电位异常幅度确定模块53执行前述实施例的步骤S130的操作，裂缝开度评价模型建立模块54执行前述实施例的步骤S140的操作。此处不再赘述。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种确定储层裂缝开度的方法，包括：
根据地表条件下的泥浆电阻率以及地表和地层的温度获取地层条件下裂缝中的泥浆电阻率；
根据泥浆的密度、裂缝发育段的深度以及地层压力获取裂缝段井筒与地层的压差；
确定自然电位基线，根据裂缝段的自然电位及所述自然电位基线获取裂缝段自然电位的异常幅度；
根据所述地层条件下裂缝中的泥浆电阻率、裂缝段井筒与地层的压差及自然电位的异常幅度建立裂缝开度评价模型，基于所述裂缝开度评价模型确定储层裂缝的开度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于所述裂缝开度评价模型确定储层裂缝的开度之前包括，
基于所述裂缝开度评价模型及测井数据获取区域岩石系数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述裂缝开度评价模型及测井数据获取区域岩石系数，包括：
建立关于区域岩石系数的裂缝岩心刻度模型；
利用测井数据，并基于所述裂缝开度评价模型与所述裂缝岩心刻度模型对裂缝岩心刻度模型的模型系数进行曲线回归；
当模型回归相似系数达到设定值时，以与所述设定值对应的模型系数的值计算区域岩石系数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据如下表达式建立关于区域岩石系数的裂缝岩心刻度模型：
<mrow>
<mi>&sigma;</mi>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>A</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>A</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msup>
<mi>ln</mi>
<msub>
<mi>R</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</msub>
</msup>
</mrow>
其中，σ为区域岩石系数，A0和A1均为裂缝岩心刻度模型的模型系数，Rmf为地层条件下裂缝中的泥浆电阻率。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，根据如下表达式获取地层条件下裂缝中的泥浆电阻率Rmf：
<mrow>
<msub>
<mi>R</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>R</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>T</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>+</mo>
<mn>21.5</mn>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>T</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>+</mo>
<mn>21.5</mn>
</mrow>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，Rm为地表条件下的泥浆电阻率，T1为地表的温度，T2为地层的温度。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，根据如下表达式获取裂缝段井筒与地层的压差ΔP：
ΔP＝(0.1*gρm-Cp)*TVD
其中，ρm为泥浆的密度，CP为地层压力系数，TVD为地层的垂直深度，g为重力加速度。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，根据如下表达式获取裂缝段自然电位的异常幅度ΔSP：
ΔSP＝SPB-SP
其中，SPB为自然电位基线值，SP为裂缝段的自然电位。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，根据如下表达式建立所述裂缝开度评价模型：
<mrow>
<msup>
<mi>nd</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>&mu;</mi>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>S</mi>
<mi>P</mi>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>&sigma;R</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</msub>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>P</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中，d为裂缝开度，n为探测范围内裂缝的条数，μ为泥浆粘度，σ为区域岩石系数，ΔSP为裂缝段自然电位的异常幅度，ΔP为裂缝段井筒与地层的压差，Rmf为地层条件下裂缝中的泥浆电阻率。
9.一种确定储层裂缝开度的系统，包括：
泥浆电阻率确定模块，其根据地表条件下的泥浆电阻率以及地表和地层的温度获取地层条件下裂缝中的泥浆电阻率；
压差确定模块，其根据泥浆的密度、裂缝发育段的深度以及地层压力获取裂缝段井筒与地层的压差；
自然电位异常幅度确定模块，其确定自然电位基线，根据裂缝段的自然电位及所述自然电位基线获取裂缝段自然电位的异常幅度；
裂缝开度评价模型建立模块，其根据所述地层条件下裂缝中的泥浆电阻率、裂缝段井筒与地层的压差及自然电位的异常幅度建立裂缝开度评价模型，基于所述裂缝开度评价模型确定储层裂缝的开度。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述裂缝开度评价模型建立模块基于所述裂缝开度评价模型及测井数据获取区域岩石系数。
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