CN110716235B - 一种砂泥岩测井孔隙结构反演方法 - Google Patents

一种砂泥岩测井孔隙结构反演方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种砂泥岩测井孔隙结构反演方法，其特征在于，包括确定砂泥岩的岩石物理模型；根据砂泥岩孔隙结构特征对孔隙进行分类，结合测井资料，确定砂泥岩的孔隙结构。本发明能够充分结合砂泥岩实际地质特征，采用适用于砂泥岩岩性的Mori‑Tanaka等效介质模型，充分考虑各孔隙之间的相互影响，能够简捷、有效地反演出砂泥岩的孔隙结构，结果精度高，而且能够进行横波预测，满足常规的测井资料分析，提高应用范围，为测井岩石物理分析提供帮助。

Description

一种砂泥岩测井孔隙结构反演方法
技术领域
本发明涉及一种砂泥岩测井孔隙结构反演方法，属于岩石物理研究领域。
背景技术
地震岩石物理方法在非常规油气藏勘探开发中起着重要的技术支持作用，能够有效的对储层物性、复杂性孔隙结构和含流体性进行描述。物性、孔隙结构、流体这三方面是储层预测和描述过程中重要的三个因素，孔隙度和孔隙结构对岩石弹性性质的影响是岩石勘探中重要方面之一。由于岩石物理分析方法是建立孔隙度、孔隙结构与弹性性质关联的有效途径，因此基于岩石物理方法进行孔隙反演是可靠的，也越来越受到重视。
地震岩石物理研究介质通常为双相介质，即岩石骨架和流体。在储层预测中孔隙度和流体是两个重要参数，孔隙结构影响着流体特性且制约着储层预测和开发的可行性。为了准确模拟和分析岩石中的孔隙结构，现今岩石物理学家通过将孔隙结构假想为理想椭球体，将孔隙(椭球体)的纵横比设定为一个固定的参数应用到岩石物理模型中。进一步地，Xu-white模型将岩石中的孔隙假设为两种不同纵横比来描述不同的孔隙类型，达到模拟复杂孔隙度结构的目的。Yan(2002)等利用神经网络算法分别反演了Xu-White模型的两种孔隙结构。Xu等基于微分等效理论对Xu-white模型进行修改，使其适用于碳酸盐岩储层并反演了储层的孔隙类型。Guo等进一步对Xu-Payne提出的碳酸盐岩模型进行改进将其应用于页岩储层，反演得到页岩储层的孔隙纵横比。但是，目前已有的孔隙结构反演方法考虑的孔隙结构较为简单，而且方法的局限性较大，不同岩性和地区采用的模型方法来反演孔隙结构也不同。由于砂泥岩微观结构较为复杂，矿物组分复杂，因此，已有的孔隙结构反演方法很难适用，需要构建合适的孔隙结构反演方法，为砂泥岩储层预测和开发提供技术支撑。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种砂泥岩测井孔隙结构反演方法，其能够简捷有效地确定砂泥岩的孔隙结构，结果精度高，而且能够进行横波预测，提高应用范围。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种砂泥岩测井孔隙结构反演方法，包括确定砂泥岩的岩石物理模型；根据砂泥岩孔隙结构特征对孔隙进行分类，结合测井资料，确定砂泥岩的孔隙结构。
在一个具体的实施例中，根据砂泥岩的孔隙结构，结合砂泥岩的岩石物理模型确定砂泥岩岩石的横波速度。
在一个具体的实施例中，砂泥岩的岩石物理模型包括利用Voigt-Reuss-Hill平均模型，获取砂泥岩岩石矿物组分的等效弹性属性，利用Mori-Tanaka等效介质模型，获取砂泥岩包含各孔隙类型干岩石骨架的等效弹性属性，利用Gassmann方程，获取砂泥岩饱和流体时岩石的弹性属性。
在一个具体的实施例中，根据砂泥岩孔隙结构特征将孔隙分为三种类型，孔隙纵横比为0.01的微裂缝，孔隙纵横比为0.1的粒间孔，孔隙纵横比为0.9的硬孔隙。
在一个具体的实施例中，利用Voigt-Reuss-Hill平均模型确定砂泥岩岩石矿物组分的等效弹性属性所依据的公式：
Figure BDA0001729566610000021
Figure BDA0001729566610000022
Figure BDA0001729566610000023
式中，Mm为砂泥岩岩石矿物组分的等效弹性模量，Mi为砂泥岩岩石矿物组分第i个组成成分的模量；fi为砂泥岩岩石矿物组分第i个组成成分的体积分量；Mv为采用Voigt上限方法(公式(2))计算获得的砂泥岩的岩石模量；MR为采用Reuss下限方法(公式(3))计算获得的砂泥岩的岩石模量。
在一个具体的实施例中，利用Mori-Tanaka等效介质模型确定包含有各孔隙类型的砂泥岩干岩石骨架等效弹性模量所依据的公式：
Figure BDA0001729566610000024
Figure BDA0001729566610000025
VS+VR+VC＝Φt (6)
式中，K0为砂泥岩岩石矿物组分的有效体积模量，μ0为砂泥岩岩石矿物组分的有效剪切模量，φt为孔隙度，Kd为砂泥岩干岩石骨架的弹性体积模量、μd为砂泥岩干岩石骨架的剪切模量，VS为硬孔隙所占孔隙度，VR为粒间孔所占孔隙度，VC为微孔隙所占孔隙度，P，Q为具有不同纵横比孔隙的几何因子。
在一个具体的实施例中，利用Gassmann方程确定砂泥岩饱和流体时岩石的弹性模量所依据的公式：
Figure BDA0001729566610000031
μsat＝μdry (8)
式中，Kdry为砂泥岩干岩石骨架的有效体积模量，Ksat为砂泥岩饱和岩石的有效体积模量，Kf为砂泥岩饱和孔隙流体的有效体积模量。
在一个具体的实施例中，根据砂泥岩的岩石物理模型，结合各类孔隙结构所占比例，计算砂泥岩岩石的纵波速度，并进行砂泥岩岩石的纵波速度与砂泥岩测井纵波速度的相对误差值判断，确定砂泥岩岩石的纵波速度与砂泥岩测井纵波速度的相对误差范围是否在误差范围内，否则调整各孔隙结构所占比例，继续计算砂泥岩岩石的纵波速度，直至满足误差范围，确定砂泥岩岩石的孔隙结构。
在一个具体的实施例中，确定砂泥岩岩石的纵波速度与砂泥岩测井纵波速度的相对误差小于30％。
在一个具体的实施例中，砂泥岩岩石矿物组分包括石英和泥质。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明能够充分结合砂泥岩实际地质特征，采用适用于砂泥岩岩性的Mori-Tanaka等效介质模型，充分考虑各孔隙之间的相互影响，能够简捷、有效地反演出砂泥岩的孔隙结构，结果精度高，而且能够进行横波预测，满足常规的测井资料分析，提高应用范围，为测井岩石物理分析提供帮助。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、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
为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：
图1是本发明的一个具体实施例的结构示意图；
图2是本发明的一个具体实施例孔隙结构反演确定的纵波速度和测井纵波速度的结构示意图；
图3是本发明的一个具体实施例孔隙结构反演确定的纵波速度与测井纵波速度误差的结构示意图；
图4是本发明的一个具体实施例确定的孔隙结构硬孔隙孔隙度的结构示意图；
图5是本发明的一个具体实施例确定的孔隙结构中粒间孔隙度的结构示意图；
图6是本发明的一个具体实施例确定的孔隙结构微裂缝孔隙度的结构示意图；
图7是本发明的一个具体实施例粘土含量估算值与实际测井粘土含量值的结构示意图；
图8是本发明的一个具体实施例横波速度预测值的结构示意图。
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，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
如图1所示，本发明提出的砂泥岩测井孔隙结构反演方法，包括
1)确定砂泥岩的岩石物理模型。
砂泥岩的岩石物理模型包括利用Voigt-Reuss-Hill平均模型，获取砂泥岩岩石矿物组分的等效弹性属性，利用Mori-Tanaka等效介质模型，获取砂泥岩包含各孔隙类型干岩石骨架的等效弹性属性，利用Gassmann方程，获取砂泥岩饱和流体时岩石的弹性属性。
在此基础上，确定的砂泥岩的岩石物理模型能够符合砂泥岩的实际岩性。
2)根据砂泥岩孔隙结构特征对孔隙进行分类，结合测井资料，进行孔隙结构反演，确定砂泥岩目标孔隙结构。
根据砂泥岩孔隙结构特征将孔隙分为三种类型，孔隙纵横比为0.01的微裂缝，孔隙纵横比为0.1的粒间孔，孔隙纵横比为0.9的硬孔隙。
测井资料包括砂泥岩的孔隙度测井数据，密度测井数据和岩石矿物组分中泥质含量测井数据，以及砂泥岩的测井纵波速度数据。
在一个优选的实施例中，砂泥岩岩石矿物组分包括石英和泥质。
首先，利用Voigt-Reuss-Hill平均模型确定砂泥岩岩石矿物组分的等效弹性属性所依据的公式：
Figure BDA0001729566610000051
Figure BDA0001729566610000052
Figure BDA0001729566610000053
式中，Mm为砂泥岩岩石矿物组分的等效弹性模量，Mi为砂泥岩岩石矿物组分第i个组成成分的模量；fi为砂泥岩岩石矿物组分第i个组成成分的体积分量；Mv为采用Voigt上限方法(公式(2))计算获得的砂泥岩的岩石模量；MR为采用Reuss下限方法(公式(3))计算获得的砂泥岩的岩石模量。
接着，利用Mori-Tanaka等效介质模型确定包含有各孔隙类型的砂泥岩干岩石骨架等效弹性模量所依据的公式：
Figure BDA0001729566610000054
Figure BDA0001729566610000055
VS+VR+VC＝Φt (6)
式中，K0为砂泥岩岩石矿物组分的有效体积模量，μ0为砂泥岩岩石矿物组分的有效剪切模量，φt为孔隙度，Kd为砂泥岩干岩石骨架的弹性体积模量、μd为砂泥岩干岩石骨架的剪切模量，VS为硬孔隙所占孔隙度，VR为粒间孔所占孔隙度，VC为微孔隙所占孔隙度，P，Q为具有不同纵横比孔隙的几何因子。
然后，利用Gassmann方程确定砂泥岩饱和流体时岩石的弹性模量所依据的公式：
Figure BDA0001729566610000056
μsat＝μdry (8)
式中，Kdry为砂泥岩干岩石骨架的有效体积模量，Ksat为砂泥岩饱和岩石的有效体积模量，Kf为砂泥岩饱和孔隙流体的有效体积模量。
在公式4)和公式5)中，计算P、Q的公式：
Figure BDA0001729566610000061
Figure BDA0001729566610000062
公式，Tiijj、Tijij分别为椭球体包含物的四阶弹性张量。
其中，确定P、Q所需要相关标量的公式：
Tiijj＝3F1/F2 (11)
Figure BDA0001729566610000063
Figure BDA0001729566610000064
Figure BDA0001729566610000065
Figure BDA0001729566610000066
Figure BDA0001729566610000067
Figure BDA0001729566610000068
F6＝1+A[1+f-R(f+θ)]+B(1-θ)×(3-4R) (18)
Figure BDA0001729566610000069
Figure BDA00017295666100000610
F9＝A[(R-1)f-Rθ]+Bθ(3-4R) (21)
Figure BDA00017295666100000611
Figure BDA00017295666100000612
R＝(1-2υsc)/2(1-υsc) (24)
Figure BDA00017295666100000613
Figure BDA00017295666100000614
式中，μj为砂泥岩组成岩石孔隙成分的剪切模量，Kj为砂泥岩组成岩石孔隙成分的体积模量，α为孔隙的纵横比，Ksc为砂泥岩岩石矿物组分的体积模量，μsc为砂泥岩岩石矿物组分的剪切模量，υsc为砂泥岩岩石矿物组分的泊松比，F1～F9、f、θ、R、A、B分别为中间变量。
根据确定的砂泥岩的岩石物理模型，结合各类孔隙结构所占比例，计算砂泥岩岩石的纵波速度。
假设砂泥岩的初始孔隙纵横比为0.1的孔隙含量为100％，纵横比为0.01孔隙含量为0％，纵横比为0.9孔隙含量为0％，调整三种孔隙所占百分含量，通过砂泥岩的岩石物理模型计算砂泥岩岩石的纵波速度值。
进行砂泥岩岩石的纵波速度与砂泥岩测井纵波速度的相对误差判断。确定砂泥岩岩石的纵波速度与测井纵波速度的相对误差是否在误差范围内(相对误差＜30％)，如果满足误差范围，则确定当前的孔隙结构配比。当误差范围不满足时，重新调整砂泥岩的孔隙结构比例，继续计算砂泥岩岩石的纵波速度，直至满足误差范围。最后，确定砂泥岩岩石的孔隙结构。
3)根据砂泥岩确定的目标孔隙结构，结合砂泥岩的岩石物理模型确定砂泥岩岩石的横波速度。
根据砂泥岩反演确定的孔隙结构，结合砂泥岩的岩石物理模型计算出砂泥岩岩石的横波速度，能够达到预测横波的目的，从而满足常规的测井资料分析。
下面列举一具体实施例
本实施结合实际的砂泥岩测井资料，进行孔隙结构的反演。图2、图3所示，可以看出估算的纵波速度与原始测井纵波速度值吻合较好，误差整体为0.5，预测精度高。如图4～6所示，从反演结果的分布上看，微裂隙含量较少，硬孔隙含量最多，这符合砂泥岩特征，反演结果合理。如图7、图8所示，得到的横波速度可用于常规的测井资料分析，结合孔隙结构反演结果弥补了测井横波测试的难题，为测井岩石物理分析提供了帮助。
虽然本发明所公开的实施方式如上，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，在不脱离本发明所公开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 (7)

1.一种砂泥岩测井孔隙结构反演方法，其特征在于，包括
确定砂泥岩的岩石物理模型；砂泥岩的岩石物理模型包括利用Voigt-Reuss-Hill平均模型，获取砂泥岩岩石矿物组分的等效弹性属性，利用Mori-Tanaka等效介质模型，获取砂泥岩包含各孔隙类型干岩石骨架的等效弹性属性，利用Gassmann方程，获取砂泥岩饱和流体时岩石的弹性属性；
根据砂泥岩孔隙结构特征对孔隙进行分类，结合测井资料，确定砂泥岩的孔隙结构；其中，根据砂泥岩孔隙结构特征对孔隙进行分类包括根据砂泥岩孔隙结构特征将孔隙分为三种类型，孔隙纵横比为0.01的微裂缝，孔隙纵横比为0.1的粒间孔，孔隙纵横比为0.9的硬孔隙；
其中，利用Mori-Tanaka等效介质模型确定包含有各孔隙类型的砂泥岩干岩石骨架等效弹性模量所依据的公式：
Figure FDA0003424645220000011
Figure FDA0003424645220000012
VS+VR+VC＝Φt (6)
式中，K0为砂泥岩岩石矿物组分的有效体积模量，μ0为砂泥岩岩石矿物组分的有效剪切模量，φt为孔隙度，Kd为砂泥岩干岩石骨架的弹性体积模量、μd为砂泥岩干岩石骨架的剪切模量，VS为硬孔隙所占孔隙度，VR为粒间孔所占孔隙度，VC为微孔隙所占孔隙度，P，Q为具有不同纵横比孔隙的几何因子。
2.根据权利要求1所述的一种砂泥岩测井孔隙结构反演方法，其特征在于，根据砂泥岩的孔隙结构，结合砂泥岩的岩石物理模型确定砂泥岩岩石的横波速度。
3.根据权利要求1所述的一种砂泥岩测井孔隙结构反演方法，其特征在于，利用Voigt-Reuss-Hill平均模型确定砂泥岩岩石矿物组分的等效弹性属性所依据的公式：
Figure FDA0003424645220000013
Figure FDA0003424645220000014
Figure FDA0003424645220000015
式中，Mm为砂泥岩岩石矿物组分的等效弹性模量，Mi为砂泥岩岩石矿物组分第i个组成成分的模量；fi为砂泥岩岩石矿物组分第i个组成成分的体积分量；Mv为采用Voigt上限方法，公式(2)，计算获得的砂泥岩的岩石模量；MR为采用Reuss下限方法，公式(3)，计算获得的砂泥岩的岩石模量。
4.根据权利要求1所述的一种砂泥岩测井孔隙结构反演方法，其特征在于，利用Gassmann方程确定砂泥岩饱和流体时岩石的弹性模量所依据的公式：
Figure FDA0003424645220000021
μsat＝μdry (8)
式中，Kdry为砂泥岩干岩石骨架的有效体积模量，Ksat为砂泥岩饱和岩石的有效体积模量，Kf为砂泥岩饱和孔隙流体的有效体积模量。
5.根据权利要求4所述的一种砂泥岩测井孔隙结构反演方法，其特征在于：根据砂泥岩的岩石物理模型，结合各类孔隙结构所占比例，计算砂泥岩岩石的纵波速度，并进行砂泥岩岩石的纵波速度与砂泥岩测井纵波速度的相对误差值判断，确定砂泥岩岩石的纵波速度与砂泥岩测井纵波速度的相对误差范围是否在误差范围内，否则调整各孔隙结构所占比例，继续计算砂泥岩岩石的纵波速度，直至满足误差范围，确定砂泥岩岩石的孔隙结构。
6.根据权利要求5所述的一种砂泥岩测井孔隙结构反演方法，其特征在于：确定砂泥岩岩石的纵波速度与砂泥岩测井纵波速度的相对误差小于30％。
7.根据权利要求1所述的一种砂泥岩测井孔隙结构反演方法，其特征在于，砂泥岩岩石矿物组分包括石英和泥质。
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