CN109425913A - 碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法及系统。该方法包括：构建缝洞型碳酸盐岩储层岩石物理模型；通过流体替换求取不同流体饱和岩石的弹性参数；优选敏感弹性参数划分储层段和非储层段；结合交会图分析和差异度对比进行储层含气敏感弹性参数优选。本发明提供的方法能对不同弹性参数的气体识别能力进行系统的分析比较，从而提高碳酸盐岩天然气检测的精度。
Description
技术领域
本发明涉及油气地球物理勘探领域，更具体地，涉及一种碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法及系统。
背景技术
在我国西部碳酸盐岩储层的油气勘探中，应用地震资料进行含气性检测是储层预测的一项重要内容。从结构上看，岩石是由岩石骨架和孔隙流体组成的二相体，不同的岩性和流体会产生不同的地震响应特征。利用叠前或叠后地震数据可以反演目的层的纵横波速度，进而通过各种组合得到不同的弹性参数，如体积模量、剪切模量、纵横波阻抗、速度比、泊松比等。不同的弹性参数及其组合对于流体状态变化后的响应是有差异的，需要选择变化大的弹性参数或者其组合作为天然气识别的指示因子。
岩石物理理论模型可建立了岩石物性、孔隙状态及孔隙流体性质与弹性参数之间的关系，其重要应用之一便是从众多的弹性参数或者这些参数的组合中寻求对天然气较敏感的属性参数。前人在岩石物理分析的基础上，针对特定研究工区提出过不同的流体指示因子，如纵横波速度的加权差、λρ、μρ(λ、μ为拉梅常数，ρ为密度)、泊松比、弹性阻抗等，这些识别因子均在流体识别，特别是气藏识别方面取得了良好效果，但也存在一定问题。首先，影响储层岩石速度的因素是多方面的，包括岩性、胶结状态、孔隙度、渗透率、压力、温度、流体等，仅仅通过单一地震属性参数，或者一般属性参数之间的交会分析难以区分流体性质及状态。其次，往往缺乏对流体识别因子特征和应用条件的系统分析。由于不同地区的弹性参数对流体的敏感度不尽相同，识别岩性与检测流体的能力也有差异，如果针对研究工区直接套用前人提出的流体识别因子，可能无法取得较好的应用效果。
因此有必要对不同弹性参数的气体识别能力进行系统的分析比较，研发一种碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法。
发明内容
针对目前地球物理方法在碳酸盐岩储层含气性检测中存在的问题，本发明提出一种基于岩石物理建模的碳酸盐岩储层含气敏感参数优选方法。
本发明方法的针对目标储层构建精准的岩石物理模型，在此基础上通过流体替换研究储层饱含不同流体时岩石弹性参数的响应特征，通过定量计算不同弹性参数的敏感性差异来对其气体识别能力进行系统的分析比较，从而实现含气碳酸盐岩的敏感属性参数优选。
根据本发明的一个方面，提供一种碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法，该方法包括：
构建缝洞型碳酸盐岩储层岩石物理模型；
通过流体替换求取不同流体饱和岩石的弹性参数；
优选敏感弹性参数划分储层段和非储层段；
结合交会图分析和差异度对比进行储层含气敏感弹性参数优选。
进一步地，构建缝洞型碳酸盐岩储层岩石物理模型包括：
根据测井解释得到的岩石物理矿物成分及含量；
将岩石孔隙等效为具有单一纵横比的理想椭球孔，使用微分等效介质模型将干燥的等效孔隙加入岩石基质中，计算干岩石的弹性模量；
利用Gassmann方程计算流体最终等效介质的弹性模量，并将弹性模量转化为纵横波速度。
进一步地，根据测井解释得到的岩石物理矿物成分及含量，用Voight-Reuss-Hill模型计算岩石基质的弹性模量：
其中
其中，fi表示各基质矿物成分的体积含量,Mi表示各成分的弹性模量，体积模量K或剪切模量μ，Voigt和Reuss模型分别提供了等效岩石模量的上限MV和下限MR，对上下限进行算数平均得到MH。
进一步地，利用以下公式计算干岩石的弹性模量：
Kd(0)＝Km,μd(0)＝μm (4)
其中，Kd和μd为等效介质的体积模量和剪切模量，Km和μm为岩石基质的体积模量和剪切模量，Kf和μf为孔隙流体的体积模量和剪切模量，y为孔隙度，P和Q为形状因子，对于干燥孔隙，Kf和μf均取0。
进一步地，利用Gassmann方程计算流体饱和岩石，即最终等效介质的弹性模量：
μs＝μd (6)
其中，Ks和Kd分别是饱和岩石和干燥岩石的体积模量，μs和μd分别是饱和岩石和干燥岩石的剪切模量，Kf和Km是孔隙流体和基质矿物的体积模量，φ是孔隙度。
进一步地，通过下式可将上述模量转为等效介质的纵横波速度：
其中，Vp、Vs分别为饱和岩石的纵波速度和横波速度，ρ为饱和岩石密度。
进一步地，通过改变孔隙流体的体积模量值来模拟加入不同的流体，求取不同流体饱和岩石的弹性参数。
进一步地，通过交会图分析储层段完全含水和完全含气时弹性参数的差异，通过差异度来定量表征饱含不同流体时岩石弹性参数的相对差异，差异度的值越大，该弹性参数对流体性质的区分越敏感。
进一步地，差异度定义方式如下：
其中，Diff(P)为岩石饱含不同流体时弹性参数P的差异度，P为任意弹性参数，Pg和Pw分别表示岩石完全含气和完全含水时弹性参数P的值，ave()表示对括号内的值进行平均，用于求取所有样品点在该弹性参数上的平均值。
根据本发明的另一方面，提供一种碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选系统，该系统包括：
存储器，存储有计算机可执行指令；
处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：
构建缝洞型碳酸盐岩储层岩石物理模型；
通过流体替换求取不同流体饱和岩石的弹性参数；
优选敏感弹性参数划分储层段和非储层段；
结合交会图分析和差异度对比进行储层含气敏感弹性参数优选。
本发明提出一种碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法，通过岩石物理建模和分析对不同弹性参数的气体识别能力进行了系统的比较，从而可以优选碳酸盐岩含气性敏感弹性参数，为后续基于地震反演预测天然气分布奠定了基础。基于气体敏感参数分析和地震反演的这套储层预测思路，可以快速、高效地发现天然气藏，提高勘探精度和勘探效益，帮助制定出更合理的开发方案，调整开发井网，提高布井的准确性，降低生产成本。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法流程图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的岩石物理建模效果示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的储层段与非储层段敏感弹性参数分析示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的气体识别敏感弹性参数交会图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的弹性参数差异度对比示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提出一种碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法。
图1展示了本发明提供的碳酸盐岩储层含气性检测方法的流程图。如图1所示，该方法包括：
(1)构建缝洞型碳酸盐岩储层岩石物理模型；
(2)通过流体替换求取不同流体饱和岩石的弹性参数，为岩石物理分析提供数据基础；
(3)优选敏感弹性参数划分储层段和非储层段，消除非储层段数据对流体识别的干扰；
(4)结合交会图分析和差异度对比进行储层含气敏感弹性参数优选。
本发明提供的方法能对不同弹性参数的气体识别能力进行系统的分析比较，从而提高碳酸盐岩天然气检测的精度。
具体地，首先构建缝洞型碳酸盐岩储层岩石物理模型。
一种较为流行的碳酸盐岩储层建模方法是对经典的Xu-White模型进行修正，鉴于碳酸盐岩与砂泥岩在岩性、孔隙类型上的差异，将原模型中的矿物组分由石英、粘土替换成碳酸盐岩的主要矿物方解石和白云石，另外，为了表征碳酸盐岩复杂的孔隙系统，将孔隙类型分为刚性孔隙、粒间孔隙和裂缝。然而，这种修正后的Xu-White模型，尤其是其孔隙类型的划分，并不适合模拟孔隙类型相对单一，天然气易于聚集成藏的碳酸盐岩溶洞段。为了增强模型的适用性，我们引入等效孔隙φe这一概念，将复杂的孔隙类型等效为具有纵横比为αe的单一孔隙形态，构建缝洞型碳酸盐岩储层的岩石物理模型。
作为一种实施方式，建模流程可以分为三步：
首先，根据测井解释得到的岩石物理矿物成分及含量，用Voight-Reuss-Hill模型计算岩石基质的弹性模量
其中
其中，fi表示各基质矿物成分的体积含量,Mi表示各成分的弹性模量(体积模量K或剪切模量μ)。Voigt和Reuss模型分别提供了等效岩石模量的上限MV和下限MR，对上下限进行算数平均得到MH。
其次，将岩石孔隙等效为具有单一纵横比的理想椭球孔，使用微分等效介质模型将干燥的等效孔隙加入岩石基质中，计算干岩石的弹性模量
Kd(0)＝Km,μd(0)＝μm (4)
其中，Kd和μd、Km和μm以及Kf和μf分别为等效介质、岩石基质以及孔隙流体的体积模量和剪切模量，y为孔隙度，P和Q为形状因子，是等效纵横比αe的函数。对于干燥孔隙，Kf和μf均取0。
最后，利用Gassmann方程计算流体饱和岩石，即最终等效介质的弹性模量，并将模量转化为纵横波速度：
μs＝μd (6)
其中，Ks和Kd分别是饱和岩石和干燥岩石的体积模量，μs和μd分别是饱和岩石和干燥岩石的剪切模量，Kf和Km是孔隙流体和基质矿物的体积模量，φ是孔隙度。
通过下式可将上述模量转为等效介质的纵横波速度：
其中，Vp、Vs分别为饱和岩石的纵波速度和横波速度。ρ为饱和岩石密度，可通过各组分密度的体积加权平均求得。
接下来，通过流体替换求取不同流体饱和岩石的弹性参数。
步骤(1)中预测的岩石等效纵横波速度需与井中测量速度作对比来验证模型的准确性。当预测精度满足要求时，认为模型是准确适用的。模型可用于提供岩石基质的体积模量Km以及干岩石的体积模量Kd和剪切模量μd，代入Gassmann方程中，并通过改变Kf值来加入不同的流体，可计算不同流体饱和岩石的弹性参数，为后续岩石物理分析提供数据基础。
接下来，优选敏感弹性参数划分储层段和非储层段。
为消除孔隙度(物性因素)对弹性参数的影响，降低流体识别的多解性，需对储层段和非储层段进行区分。储层段被看作具有一定储集空间的地层，非储层段储集空间很小，不具有勘探潜力。基于测井资料，通过设置孔隙度门槛值，并结合岩性资料可划分储层段和非储层。在此基础上，统计并对比储层段和非储层段的弹性参数，可评价不同弹性参数对储层和非储层段的区分能力，优选敏感弹性参数。
最后，结合交会图分析和差异度对比进行含气敏感弹性参数优选。
基于步骤(2)提供的不同流体饱和岩石的弹性参数和步骤(3)确定的储层段研究范围，通过交会图分析储层段完全含水和完全含气时弹性参数的差异，初步分析比较不同弹性参数的气体检测能力。随后，通过差异度来定量表征饱含不同流体时岩石弹性参数的相对差异，差异度的值越大，该弹性参数对流体性质的区分越敏感。其定义方式如下：
其中，P为任意弹性参数，Diff(P)为岩石饱含不同流体时弹性参数P的差异度，Pg和Pw分别表示岩石完全含气和完全含水时弹性参数P的值，ave()表示对括号内的值进行平均，用于求取所有样品点在该弹性参数上的平均值。
最后，结合不同弹性参数间的交会图分析和差异度对比，确定工区气体检测最优敏感参数。
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
以西部某工区的奥陶系碳酸盐岩油藏为例。首先，选取工区内钻遇奥陶系目的层的两口典型井(S1井和S2井)进行岩石物理模型验证。从图2中可以看出模型预测速度与井上实测速度较为吻合，预测精度满足生产需求，说明模型适用于目标碳酸盐岩储层。基于构建好的岩石物理模型，通过流体替换可计算不同流体饱和情况下岩石的弹性参数，为后续岩石物理分析提供数据基础。
为消除非储层段数据对流体敏感参数分析的干扰，降低流体识别的多解性，需优选敏感弹性参数区分储层段和非储层段。图3列举了几种不同的弹性参数，如横波速度VS，密度ρ(DEN)、杨氏模量E、拉梅常数λ(Lamda)对S1井和S2井的储层段和非储层段的识别效果。可以看出，两段数据样点在E和VS方向上有较多的重叠，而在DEN和λ方向上重叠较少，说明DEN和λ更能区分储层段和非储层段，用于选取储集空间较大的储层段进行流体分析。
将流体替换求得的储层完全含气和完全含水时的数据样点作为研究对象，选择不同的弹性参数进行交会分析，包括IP-Vp/Vs(纵波阻抗与纵横波速度比)、E-ν(杨氏模量与泊松比)、ρ-λ(Lamda-DEN)以及λρ-μρ(LamdaRho-MuRho)四种交会图，如图4所示。可以看出，弹性参数Vp/Vs、ν以及λρ与μρ的组合能有效分离含气储层和含水储层数据点，表现出更好的气体识别能力。与此同时，为了更系统的研究不同弹性参数对流体的敏感程度，引入前文提到的差异度，及含气与含水时弹性参数的相对变化百分比，对弹性参数的气体识别能力进行定量表征，如图5所示。对比图4的交会分析结果，发现两图表现的参数敏感程度有所不同。图5中敏感性较强的参数λρ和λ在图4中并未有效区分气层和水层，而图4的高分辨率参数Vp/Vs在图5中位于差异度的相对低值区。分析认为，由于计算差异度时采用的是所有样品点的均值，尽管气层和水层的λρ均值和λ均值相差较大，但偏离均值较大的数据点仍有可能重叠而无法区分。
另外，尽管交会图中Vp/Vs能有效分离气层和水层数据点，但差异度直方图显示气层和水层的Vp/Vs均值较为接近，地震反演求取Vp/Vs时产生的很小的误差就可能导致错误的流体识别结果。因此，在交会图法和差异度法的优缺点分析的基础上，有必要结合两种方法进行系统的气体识别敏感弹性参数优选，选择在交会图中分辨能力较高且差异度较高的参数作为最优参数。对于本工区而言，基于上述研究，可优选泊松比ν作为气体识别敏感参数。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法，其特征在于，该方法包括：
构建缝洞型碳酸盐岩储层岩石物理模型；
通过流体替换求取不同流体饱和岩石的弹性参数；
优选敏感弹性参数划分储层段和非储层段；
结合交会图分析和差异度对比进行储层含气敏感弹性参数优选。
2.根据权利要求1所述的碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法，其特征在于，构建缝洞型碳酸盐岩储层岩石物理模型包括：
根据测井解释得到的岩石物理矿物成分及含量；
将岩石孔隙等效为具有单一纵横比的理想椭球孔，使用微分等效介质模型将干燥的等效孔隙加入岩石基质中，计算干岩石的弹性模量；
利用Gassmann方程计算流体最终等效介质的弹性模量，并将弹性模量转化为纵横波速度。
3.根据权利要求2所述的碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法，其特征在于，根据测井解释得到的岩石物理矿物成分及含量，用Voight-Reuss-Hill模型计算岩石基质的弹性模量：
其中
其中，fi表示各基质矿物成分的体积含量,Mi表示各成分的弹性模量，体积模量K或剪切模量μ，Voigt和Reuss模型分别提供了等效岩石模量的上限MV和下限MR，对上下限进行算数平均得到MH。
4.根据权利要求2所述的碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法，其特征在于，利用以下公式计算干岩石的弹性模量：
Kd(0)＝Km,μd(0)＝μm (4)
其中，Kd和μd为等效介质的体积模量和剪切模量，Km和μm为岩石基质的体积模量和剪切模量，Kf和μf为孔隙流体的体积模量和剪切模量，y为孔隙度，P和Q为形状因子，对于干燥孔隙，Kf和μf均取0。
5.根据权利要求2所述的碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法，其特征在于，利用Gassmann方程计算流体饱和岩石，即最终等效介质的弹性模量：
μs＝μd (6)
其中，Ks和Kd分别是饱和岩石和干燥岩石的体积模量，μs和μd分别是饱和岩石和干燥岩石的剪切模量，Kf和Km是孔隙流体和基质矿物的体积模量，φ是孔隙度。
6.根据权利要求5所述的碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法，其特征在于，通过下式可将上述模量转为等效介质的纵横波速度：
其中，Vp、Vs分别为饱和岩石的纵波速度和横波速度，ρ为饱和岩石密度。
7.根据权利要求1所述的碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法，其特征在于，通过改变孔隙流体的体积模量值来模拟加入不同的流体，求取不同流体饱和岩石的弹性参数。
8.根据权利要求1所述的碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法，其特征在于，通过交会图分析储层段完全含水和完全含气时弹性参数的差异，通过差异度来定量表征饱含不同流体时岩石弹性参数的相对差异，差异度的值越大，该弹性参数对流体性质的区分越敏感。
9.根据权利要求8所述的碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选方法，其特征在于，差异度定义方式如下：
其中，Diff(P)为岩石饱含不同流体时弹性参数P的差异度，P为任意弹性参数，Pg和Pw分别表示岩石完全含气和完全含水时弹性参数P的值，ave()表示对括号内的值进行平均，用于求取所有样品点在该弹性参数上的平均值。
10.一种碳酸盐岩储层含气敏感弹性参数优选系统，其特征在于，该系统包括：
存储器，存储有计算机可执行指令；
处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：
构建缝洞型碳酸盐岩储层岩石物理模型；
通过流体替换求取不同流体饱和岩石的弹性参数；
优选敏感弹性参数划分储层段和非储层段；
结合交会图分析和差异度对比进行储层含气敏感弹性参数优选。
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