CN110554441A - 一种基于钙质含量校正的致密砂岩含气饱和度计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于钙质含量校正的致密砂岩含气饱和度计算方法，包括根据测井资料，结合地层元素氧闭合模型得到致密砂岩储层钙质重量百分含量；采用致密砂岩多矿物岩石骨架模型，根据测井资料，得到致密砂岩储层孔隙度；通过先验区域分析得到整个致密砂岩储层的地层电阻率增大因子与致密砂岩储层钙质重量百分含量的对应关系，通过地层电阻率增大因子校正地层电阻率得到校正后的地层电阻率；通过校正后的地层电阻率和致密砂岩储层孔隙度得到致密砂岩含气饱和度。得到的储层含气饱和度与密闭取心分析的饱和度数据相关性好，通过测井资料来准确计算致密砂岩含气饱和度，精度较高，应用效果好，为致密砂岩储层的饱和度评价提供了参考。

Description

一种基于钙质含量校正的致密砂岩含气饱和度计算方法

技术领域

本发明属于石油勘探中致密砂岩储层的测井评价技术领域，涉及一种基于钙质含量校正的致密砂岩含气饱和度计算方法。

背景技术

非常规致密砂岩储层饱和度参数的定量评价是储层测井评价的重点与难点。目前，基于泥质砂岩导电机理，主要利用电阻率测井曲线对饱和度进行连续定量的计算。然而，饱和度在致密砂岩气藏中是至关重要的参数，因为通过致密砂岩气藏取心段的相对渗透率的研究表明，其含水饱和度一定程度上影响储层有效的渗透性。为了深入研究致密砂岩的导电机理，建立有效的饱和度模型，国内外学者进行了大量的实验与理论研究，取得了具有一定程度的发展。但事实上，大多数致密砂岩气藏绝对属于“non-Archie”饱和模型，尽管如此，目前没有另一种衍生的Archie岩石物理模型概念应用于致密砂岩油气藏。经典Archie公式模型为：

式中，F为地层因素；I为电阻增大系数；R_w为地层水电阻率，Ω.m；R_t为岩石真电阻率，Ω.m；为岩石孔隙度；S_w为含水饱和度；a、b为与岩性有关的系数；m为胶结指数；n为饱和度指数。

然而，我们知道Archie经典公式从根本上适用于高孔、高渗储层条件下。因此，Archie公式在反映致密砂岩地层中的导电特性方面存在局限性和误差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于钙质含量校正的致密砂岩含气饱和度计算方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于钙质含量校正的致密砂岩含气饱和度计算方法，包括以下步骤：

S1：根据测井资料，结合地层元素氧闭合模型得到致密砂岩储层钙质重量百分含量；其中：测井资料为通过全岩实验数据标定好的ECS元素测井资料；

S2：采用致密砂岩多矿物岩石骨架模型，根据测井资料，得到致密砂岩储层孔隙度；

S3：在致密砂岩储层内选定先验区域，分别测定先验区域内含钙质段和纯砂岩段的地层电阻率，拟合先验区域内的地层电阻率增大因子与致密砂岩储层钙质重量百分含量，得到先验区域的地层电阻率增大因子与致密砂岩储层钙质重量百分含量的对应关系并应用于整个致密砂岩储层，其中：地层电阻率增大因子为含钙质段的地层电阻率与纯砂岩段的地层电阻率的比值；

S4：通过致密砂岩储层钙质重量百分含量以及地层电阻率增大因子与致密砂岩储层钙质重量百分含量的对应关系计算地层电阻率增大因子，通过地层电阻率增大因子校正测定的地层电阻率得到校正后的地层电阻率；

S5：通过校正后的地层电阻率和致密砂岩储层孔隙度得到致密砂岩含气饱和度。

本发明进一步的改进在于：

所述S1的具体方法为：

通过地层元素闭合模型根据ECS元素测井资料，采用式(1)计算致密砂岩储层钙质重量百分含量：

其中：W_t为钙元素t的重量百分含量；F为每个储层深度点的归一化因子；Y_t为钙元素t的瞬发伽马射线份额，％；S_t为钙元素t的相对质量百分含量探测灵敏度，计数率/(g·s)。

所述S2的具体方法为：

采用通过声波确定的致密砂岩多矿物岩石骨架模型：

其中：AC_ma为致密砂岩多矿物岩石骨架声波时差值，μs/ft；M_i为矿物元素i的矿物含量与总矿物含量的比值；AC_i为矿物元素i的声波时差，μs/ft；

通过声波测井资料，采用式(2)确定致密砂岩储层孔隙度φ：

其中：AC为致密砂岩储层声波时差值；AC_sh为致密砂岩储层泥质声波时差值；AC_f为致密砂岩储层流体声波时差值；V_sh致密砂岩储层泥质的体积百分含量；

AC_ma、AC_i、AC、AC_sh和AC_f均通过声波测井得到；V_sh通过伽马测井得到。

所述S2的具体方法为：

采用密度确定的致密砂岩多矿物岩石骨架模型：

其中：ρ_ma为致密砂岩多矿物岩石骨架密度值，g/cm³；M_i为矿物元素i的矿物含量与总矿物含量的比值；ρ_i为矿物元素i的矿物密度，g/cm³；

通过密度测井资料，采用式(3)确定致密砂岩储层孔隙度φ：

其中：ρ_b为致密砂岩储层密度；ρ_sh为致密砂岩储层泥质密度；ρ_f为致密砂岩储层流体密度；V_sh为致密砂岩储层泥质的体积百分含量；

ρ_ma、ρ_i、ρ_b、ρ_sh和ρ_f均通过密度测井得到；V_sh通过伽马测井得到。

所述S3中地层电阻率增大因子与致密砂岩储层钙质重量百分含量的对应关系为式(3)：

其中：V_Ca为先验区域内含钙质段的致密砂岩储层钙质重量百分含量；R'_a为测定的含钙质段的地层电阻率；R_a为测定的纯砂岩段的地层电阻率；i、j和k为多项式的系数，无因次，通过拟合先验区域内的地层电阻率增大因子与致密砂岩储层钙质重量百分含量得到。

所述S4中通过地层电阻率增大因子校正测定的地层电阻率得到校正后的地层电阻率的具体方法为：

通过式(4)校正地层电阻率：

其中：R_t为校正后的地层电阻率；R_t'为测定的地层电阻率；I为地层电阻率增大因子。

所述S4的具体方法为：

通过校正后的地层电阻率R_t和致密砂岩储层孔隙度φ采用式(5)得到致密砂岩含气饱和度S_g：

其中：a、b均为岩性系数；m为致密砂岩储层岩石的胶结指数；n为致密砂岩储层饱和度指数；R_w为致密砂岩储层水电阻率。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

在致密砂岩复杂储层中，依靠密闭取心的岩石物理实验数据和ECS元素测井资料，实现了常规测井资料构建多矿物岩石骨架和电阻率增大因子，来精细计算致密砂岩储层饱和度方法，利用该方法来计算含气饱和度与岩心分析的含气饱和度相关性好，两者之间平均相对误差小于10％，有效地识别储层流体性质和精细计算油气地质储量，从而指导油田生产。根据致密砂岩矿物组分特性，在构建饱和度计算参数模型时引入致密砂岩多矿物岩石骨架来建立储层参数模型；其次引入能反映致密砂岩中钙质含量电阻率增大因子；最后利用最优化的孔隙度和校正后电阻率，建立致密砂岩最佳含气饱和度计算方法。致密砂岩饱和度计算模型直接利用研究区密闭取心分析得到的含水饱和度数据直接进行刻度，验证这套改进后的饱和度计算模型有效可行，为油田勘探开发中饱和度参数的准确计算提供了可靠的技术支持。在新井中应用该套致密砂岩含气饱和度计算模型，得到储层含气饱和度与密闭取心分析饱和度数据相关性好，通过测井资料来准确计算致密砂岩含气饱和度精度较高，取得了较好的应用效果，为今后致密储层的饱和度评价方法提供了参考。

附图说明

图1为本发明的方法流程框图；

图2为本发明实施例的储层钙质含量与电阻率增大因子关系图；

图3为本发明实施例的储层解释评价饱和度计算结果验证图；

图4为本发明实施例的储层段改进模型计算含气饱和度与岩心含气饱和度之间对比图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明一种基于钙质含量校正的致密砂岩含气饱和度计算方法，包括以下步骤：

S1：根据通过全岩实验数据标定好的ECS元素测井资料，结合地层元素氧闭合模型得到致密砂岩储层钙质重量百分含量；具体为：

通过地层元素氧闭合模型结合ECS元素测井资料，采用式(1)计算致密砂岩储层钙质重量百分含量：

其中：W_t为钙质元素t的重量百分含量；F为每个储层深度点的归一化因子，在连续地层段各个矿物含量总和等于1；Y_t为钙质元素t的瞬发伽马射线份额，％；S_t为矿物元素t的相对质量百分含量探测灵敏度，计数率/(g·s)。由于实验得到的岩石矿物含量是最准确的，但ECS元素测井计算得到矿物含量为理论值，所以通过全岩实验数据刻度，ECS元素测井得到的各矿物含量，来准确得到地层下连续矿物含量剖面。

S2：采用致密砂岩多矿物岩石骨架模型，根据测井资料来得到致密砂岩储层孔隙度；具有两种具体实现方式，具体为：

第一种，采用通过声波确定的致密砂岩多矿物岩石骨架模型：

其中：AC_ma为致密砂岩多矿物岩石骨架声波时差值；M_i为矿物元素i的矿物含量与总矿物含量的比值；AC_i为矿物元素i的矿物声波，μs/ft；

通过声波测井资料，采用式(2)确定致密砂岩储层孔隙度φ：

其中：AC为致密砂岩储层声波时差值；AC_sh为致密砂岩储层泥质声波时差值；AC_f为致密砂岩储层流体声波时差值；V_sh致密砂岩储层泥质的体积百分含量；

AC_ma、AC_i、AC、AC_sh和AC_f均通过声波测井得到；V_sh通过伽马测井得到。

第二种，采用密度确定的致密砂岩多矿物岩石骨架模型：

其中：ρ_ma为致密砂岩多矿物岩石骨架密度值；M_i为矿物元素i的矿物含量与总矿物含量的比值，g/cm³；ρ_i矿物元素i的矿物密度，g/cm³；

通过密度测井资料，采用式(3)确定致密砂岩储层孔隙度φ：

其中：ρ_b为致密砂岩储层密度；ρ_sh为致密砂岩储层泥质密度；ρ_f为致密砂岩储层流体密度；V_sh致密砂岩储层泥质的体积百分含量；

ρ_ma、ρ_i、ρ_b、ρ_sh和ρ_f均通过密度测井得到；V_sh通过伽马测井得到。

S3：在致密砂岩储层内选定先验区域，分别测定先验区域内含钙质段和纯砂岩段的地层电阻率，拟合先验区域内的地层电阻率增大因子与致密砂岩储层钙质重量百分含量，得到先验区域的地层电阻率增大因子与致密砂岩储层钙质重量百分含量的对应关系并应用于整个致密砂岩储层，其中：地层电阻率增大因子为含钙质段的地层电阻率与纯砂岩段的地层电阻率的比值；其中，地层电阻率增大因子与致密砂岩储层钙质重量百分含量的对应关系为(4)：

其中：V_Ca为先验区域内含钙质段的致密砂岩储层钙质重量百分含量；R'_a为测定的含钙质段的地层电阻率；R_a为测定的纯砂岩段的地层电阻率；i、j和k为多项式的系数，无因次，通过拟合先验区域内的地层电阻率增大因子与致密砂岩储层钙质重量百分含量得到。

先验区域内含钙质段和纯砂岩段的地层电阻率通过电阻率测井得到。

S4：通过致密砂岩储层钙质重量百分含量和地层电阻率增大因子与致密砂岩储层钙质重量百分含量的对应关系计算地层电阻率增大因子，通过地层电阻率增大因子校正测定的地层电阻率得到校正后的地层电阻率；其中，通过地层电阻率增大因子校正测定的地层电阻率得到校正后的地层电阻率的具体方法为：

通过式(5)校正地层电阻率：

其中：R_t为校正后的地层电阻率；R_t'为测定的地层电阻率；I为地层电阻率增大因子。

S5：通过校正后的地层电阻率和致密砂岩储层孔隙度得到致密砂岩含气饱和度；具体为：

通过校正后的地层电阻率R_t和致密砂岩储层孔隙度φ采用式(6)得到致密砂岩含气饱和度S_g：

其中：a、b均为通过岩电实验得到的岩性系数，a值主要与泥质的成分、含量及其分布形式密切相关；b值与岩石润湿性、饱和度有关的系数；m为致密砂岩储层岩石的胶结指数；n为致密砂岩储层饱和度指数；R_w为致密砂岩储层水电阻率。

实施例

本实施例通过一次实际应用来说明本方法，具体为：

步骤一，选取待计算含气饱和度的区域内进行过从上到下连续密闭取心的井，本实施例中选取的X117井，选取不同取心深度、不同岩性下的岩心按照《岩心分析方法SY/T5345-2007》标准规定，开展岩心孔隙度、渗透率、含水饱和度测量，获取不同深度变化下岩心的孔隙度、渗透率、含水饱和度，为后续的饱和度精细处理准备数据。

步骤二，利用研究区块的X108井测有元素测井资料，利用地层元素氧闭合模型来处理并得到致密砂岩储层钙质重量百分含量，地层元素氧闭合模型：

其中，Y_i为矿物元素i的瞬发伽马射线的份额，％；S_i为矿物元素i的相对质量百分含量探测灵敏度，计数率/(g·s)；F为每个深度点待确定的归一化因子，在连续地层段各个矿物含量总和等于1；W_i为矿物元素i的重量百分含量。

步骤三，利用步骤一中分析得到的岩心孔隙度、渗透率、饱和度，引入致密砂岩多矿物岩石骨架模型，根据井况，扩径段采用声波计算，非扩径段采用密度计算，确保孔隙度计算精度，来构建储层孔隙度和渗透率计算方法如下：

声波确定岩石混合骨架模型：

密度确定岩石混合骨架模型：

声波计算孔隙度：

密度计算孔隙度：

渗透率模型：

式中，AC_ma为致密砂岩多矿物岩石骨架声波时差值，μs/ft；AC_i为矿物元素i的矿物声波，μs/ft；ρ_ma为致密砂岩多矿物岩石骨架密度值，g/cm³；ρ_i为矿物元素i的矿物密度，g/cm³；M_i为矿物元素i的矿物含量；φ为致密砂岩储层孔隙度，％；V_sh为致密砂岩储层泥质的体积百分含量；AC为致密砂岩储层声波时差值，μs/ft；AC_sh为致密砂岩储层泥质声波时差值，μs/ft；AC_f为致密砂岩储层流体声波时差值，μs/ft；ρ_b为致密砂岩储层密度，g/cm³；ρ_sh为致密砂岩储层泥质密度，g/cm³；ρ_f为致密砂岩储层流体密度，g/cm³；C_i为矿物元素i的渗透率常数；K为致密砂岩储层渗透率，用于验证孔隙度是否在合理范围内。致密砂岩储层渗透率用来验证孔隙度计算准确性。

步骤四，利用研究区块的X108井利用元素测井资料处理得到致密砂岩储层钙质重量百分含量与地层电阻率增大因子之间的对应关系，参见图2，其多项式函数模型如下：

其中，I表示地层电阻率增大因子，无因次；V_Ca为先验区域内含钙质段的致密砂岩储层钙质重量百分含量；％；R_a为测定的先验区域的纯砂岩段的地层电阻率，Ω.m；R'_a为测定的先验区域含钙质段的地层电阻率，Ω.m；i、j、k为模型多项式的系数，无因次。

步骤五，结合元素、密度、声波及伽马测井，利用步骤三中确定的致密砂岩储层孔隙度；在此基础上，结合步骤四中确定的致密砂岩储层钙质重量百分含量与地层电阻率增大因子之间的对应关系，利用下式确定致密砂岩含气饱和度：

其中，a、b分别为与岩性有关的系数，a值主要与泥质的成分、含量及其分布形式密切相关；b值与岩石润湿性、饱和度有关的系数；m为致密砂岩储层储层岩石的胶结指数，是与岩石胶结情况和孔隙结构有关的指数；n为致密砂岩储层的饱和度指数，与油、气、水在孔隙中的分布状况有关；其中，R_t为校正后的地层电阻率；R_t'为测定的地层电阻率；I为地层电阻率增大因子。

图3为本发明提供的X108井储层解释评价饱和度计算结果，利用钙质含量校正后的电阻率来计算含气饱和度与岩心分析的含气饱和度相关性好，两者之间平均相对误差小于10％，数据点集中在45°对角线上。

图4为X108井储层段采用本方法求取的含气饱和度与密闭取心分析结果的含气饱和度，二者基本一致，验证了本方法的准确可靠，可以有效识别流体性质，指导测井资料解释评价。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于钙质含量校正的致密砂岩含气饱和度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据测井资料，结合地层元素氧闭合模型得到致密砂岩储层钙质重量百分含量；其中：测井资料为通过全岩实验数据标定好的ECS元素测井资料；

S2：采用致密砂岩多矿物岩石骨架模型，根据测井资料，得到致密砂岩储层孔隙度；

S3：在致密砂岩储层内选定先验区域，分别测定先验区域内含钙质段和纯砂岩段的地层电阻率，拟合先验区域内的地层电阻率增大因子与致密砂岩储层钙质重量百分含量，得到先验区域的地层电阻率增大因子与致密砂岩储层钙质重量百分含量的对应关系并应用于整个致密砂岩储层，其中：地层电阻率增大因子为含钙质段的地层电阻率与纯砂岩段的地层电阻率的比值；

S4：通过致密砂岩储层钙质重量百分含量以及地层电阻率增大因子与致密砂岩储层钙质重量百分含量的对应关系计算地层电阻率增大因子，通过地层电阻率增大因子校正测定的地层电阻率得到校正后的地层电阻率；

S5：通过校正后的地层电阻率和致密砂岩储层孔隙度得到致密砂岩含气饱和度。

2.根据权利要求1所述的基于钙质含量校正的致密砂岩含气饱和度计算方法，其特征在于，所述S1的具体方法为：

通过地层元素闭合模型根据ECS元素测井资料，采用式(1)计算致密砂岩储层钙质重量百分含量：

其中：W_t为钙元素t的重量百分含量；F为每个储层深度点的归一化因子；Y_t为钙元素t的瞬发伽马射线份额，％；S_t为钙元素t的相对质量百分含量探测灵敏度，计数率/(g·s)。

3.根据权利要求1所述的基于钙质含量校正的致密砂岩含气饱和度计算方法，其特征在于，所述S2的具体方法为：

采用通过声波确定的致密砂岩多矿物岩石骨架模型：

其中：AC_ma为致密砂岩多矿物岩石骨架声波时差值，μs/ft；M_i为矿物元素i的矿物含量与总矿物含量的比值；AC_i为矿物元素i的声波时差，μs/ft；

通过声波测井资料，采用式(2)确定致密砂岩储层孔隙度φ：

其中：AC为致密砂岩储层声波时差值；AC_sh为致密砂岩储层泥质声波时差值；AC_f为致密砂岩储层流体声波时差值；V_sh致密砂岩储层泥质的体积百分含量；

AC_ma、AC_i、AC、AC_sh和AC_f均通过声波测井得到；V_sh通过伽马测井得到。

4.根据权利要求1所述的基于钙质含量校正的致密砂岩含气饱和度计算方法，其特征在于，所述S2的具体方法为：

采用密度确定的致密砂岩多矿物岩石骨架模型：

其中：ρ_ma为致密砂岩多矿物岩石骨架密度值，g/cm³；M_i为矿物元素i的矿物含量与总矿物含量的比值；ρ_i为矿物元素i的矿物密度，g/cm³；

通过密度测井资料，采用式(3)确定致密砂岩储层孔隙度φ：

其中：ρ_b为致密砂岩储层密度；ρ_sh为致密砂岩储层泥质密度；ρ_f为致密砂岩储层流体密度；V_sh为致密砂岩储层泥质的体积百分含量；

ρ_ma、ρ_i、ρ_b、ρ_sh和ρ_f均通过密度测井得到；V_sh通过伽马测井得到。

5.根据权利要求1所述的基于钙质含量校正的致密砂岩含气饱和度计算方法，其特征在于，所述S3中地层电阻率增大因子与致密砂岩储层钙质重量百分含量的对应关系为式(3)：

其中：V_Ca为先验区域内含钙质段的致密砂岩储层钙质重量百分含量；R′_a为测定的含钙质段的地层电阻率；R_a为测定的纯砂岩段的地层电阻率；i、j和k为多项式的系数，无因次，通过拟合先验区域内的地层电阻率增大因子与致密砂岩储层钙质重量百分含量得到。

6.根据权利要求1所述的基于钙质含量校正的致密砂岩含气饱和度计算方法，其特征在于，所述S4中通过地层电阻率增大因子校正测定的地层电阻率得到校正后的地层电阻率的具体方法为：

通过式(4)校正地层电阻率：

其中：R_t为校正后的地层电阻率；R′_t为测定的地层电阻率；I为地层电阻率增大因子。

7.根据权利要求1所述的基于钙质含量校正的致密砂岩含气饱和度计算方法，其特征在于，所述S4的具体方法为：

通过校正后的地层电阻率R_t和致密砂岩储层孔隙度φ采用式(5)得到致密砂岩含气饱和度S_g：

其中：a、b均为岩性系数；m为致密砂岩储层岩石的胶结指数；n为致密砂岩储层饱和度指数；R_w为致密砂岩储层水电阻率。