CN110967771A - 一种利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法，该方法包含：(1)根据Maxwell‑Garnett模型，构建溶蚀孔洞与基质储层的电阻率模型；(2)考虑裂缝为低角度裂缝，根据电阻率等效关系和溶蚀孔洞与基质储层的电阻率模型，建立裂缝、溶蚀孔洞、基质并存的电阻率模型；(3)根据裂缝、溶蚀孔洞、基质并存的电阻率模型，建立钻井液侵入地层形成的冲洗带和原状地层的电阻率模型，通过测井测得的冲洗带的电阻率和原状地层的电阻率，根据冲洗带和原状地层的电阻率模型以及测得的电阻率，获得储层的溶蚀孔洞孔隙度和裂缝孔隙度。本发明的方法能够通过常规测井简单、快捷地获得裂缝、溶蚀孔洞孔隙度。

Description

一种利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法

技术领域

本发明涉及一种计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法，具体涉及一种利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法。

背景技术

在世界范围内，油气勘探正由常规转为非常规油气勘探，同时，在深层油气资源的勘探也越发受到各国重视。对非常规油气与深层油气资源的勘探，寻找裂缝与溶蚀孔洞储层依旧是重要的目标。在井周评价孔洞、裂缝方向方面，目前多采用微电阻成像测井FMI成像技术进行分析，但该项技术耗资太大，且对于已进入开采阶段的老油田，测井系列多为常规测井。

如何利用常规测井找到更为广泛、适用的裂缝、溶蚀孔洞孔隙度评价方法，还是一个挑战。

R L Liu(Journal of Petroleum Science and Engineering(2009)68(1-2)40-46)利用双侧向R_LLD与R_LLS对非连通孔洞孔隙度

以及裂缝孔隙度

的求取进行了研究，采用Aguilera的三孔隙度模型，根据不同裂缝角度，先将裂缝与基质串、并联，再与非连通孔洞串联，给出了高、低角度缝的

的计算公式：

高角度缝的求取公式为：

低角度缝的求取公式为：

式中，R_LLS为浅侧向电阻率，R_mf为泥浆滤液电阻率，R_fo为裂缝与基岩双孔体系的电阻率，

为非连通孔洞孔隙度，

为连通孔洞以及裂缝孔隙度。

需要指出的是，上述两个方程组分别为一个方程，一个方程无法求解两个未知量，这是R L Liu的方法存在的关键问题。并且，方程的使用条件没有讨论，当裂缝与溶孔充填泥浆滤液时，总电阻率不应该用深电阻率进行计算。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法，该方法解决了现有方法无法求解两个未知量，能够通过常规测井简单、快捷地获得裂缝、溶蚀孔洞孔隙度。

为了达到上述目的，本发明提供了一种利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法，该方法包含：

(1)根据Maxwell-Garnett模型，构建溶蚀孔洞与基质储层的电阻率模型，为：

式(11)中，R_bv为基质、溶蚀孔洞两相储层的总电阻率，R_o为完全饱和地层水后的基质电阻率，包括基质孔隙与基质骨架部分，R_w为地层水电阻率，

为储层的溶蚀孔洞孔隙度，

为裂缝孔隙度；

(2)考虑裂缝为低角度裂缝，低角度裂缝里充填地层水，则裂缝的电阻等效为地层水电阻率R_w，电流流经裂缝溶洞储层时，裂缝溶洞储层的总电阻率R_bvf等效为裂缝电阻率R_w与基质、溶蚀孔洞两相储层的总电阻率R_bv形成并联的电阻率，根据电阻率等效关系和式(11)，建立裂缝、溶蚀孔洞、基质并存的电阻率模型，为：

(3)根据裂缝、溶蚀孔洞、基质并存的电阻率模型，建立钻井液侵入地层形成的冲洗带和原状地层的电阻率模型，通过测井测得的冲洗带的电阻率和原状地层的电阻率，根据冲洗带和原状地层的电阻率模型以及测得的电阻率，获得储层的溶蚀孔洞孔隙度

和裂缝孔隙度

在步骤(3)中，所述钻井液侵入地层形成的冲洗带的电阻率模型构建：在冲洗带内，泥浆滤液完全充注原状地层，对于裂缝溶洞储层，裂缝、溶蚀孔洞内均充填泥浆滤液，式(13)中的R_w用泥浆滤液电阻率R_mf代替，裂缝溶洞储层的总电阻率R_bvf等同于冲洗带地层电阻率R_xo，并根据岩石电阻率与所含流体的电阻率关系，获得冲洗带的电阻率模型为：

式(17)中，R_ofz为冲洗带的基质电阻率。

在步骤(3)中，所述钻井液侵入地层形成的原状地层的电阻率模型构建：根据裂缝、溶蚀孔洞、基质并存的电阻率模型和原状地层的基质电阻率R_oof与完全含水时的电阻率R_o之比与基质的含水饱和度

的关系，获得原状地层的电阻率模型为：

式(20)中，当Sw＝1时，原状地层为纯水层；n为对应层段的饱和度指数。

优选地，式(17)、(20)中，R_o用对应层段的岩心饱和地层水直接测量；或用不含溶洞与裂缝发育的纯水层电阻率R_TW近似代替；或用取井区具有代表性的岩样饱和地层水后的电阻率代替。

优选地，所述地层水电阻率R_w、泥浆滤液电阻率R_mf通过井场水分析资料与泥浆资料获取。

优选地，在步骤(3)中，所述岩石电阻率与所含流体的电阻率关系为：

式(15)中，F为地层因素，为常数；对式(15)进行变换，得：

优选地，在步骤(3)中，所述原状地层的基质电阻率R_oof与完全含水时的电阻率R_o之比与基质的含水饱和度

的关系为：

优选地，在步骤(2)中，电流流经裂缝溶洞储层时，裂缝溶洞储层的总电阻率R_bvf等效为裂缝电阻率R_w与基质、溶蚀孔洞两相储层的总电阻率R_bv形成并联的电阻率，为：

优选地，在步骤(1)中，所述Maxwell-Garnett模型适用于两相介质，其等效于溶蚀孔洞发育的储层；其中，溶蚀孔洞为球形内介质，其介电常数为ε_i；基质储层为背景外介质，其介电常数为ε_e，则基质、溶蚀孔洞两相储层的介电常数ε_eff为：

式(1)中，f为溶蚀孔洞的体积分数。

优选地，所述基质、溶蚀孔洞两相储层的介电常数ε_eff为虚数，其还能表达为：

式(2)中，ε_eff'表示基质、溶蚀孔洞两相储层的介电常数虚部，j表示虚数，σ_eff表示溶蚀孔洞与基质两相体系的等效电导率，ω表示角频率，ε₀表示真空中的介电常数。

由于常规测井的频率很低，ω不断向0趋近，则虚部将会变得无穷大，占等效介电常数的主体，则式(2)等效为：

在ω趋近于0时，还能得到：

将式(3)、(4)、(5)带入式(1)，得到：

优选地，在地下埋藏情况下，地层内充填地层水，电导率与电阻率互为倒数，则溶蚀孔洞与基质两相体系的等效电导率σ_ef、基质的电导率σ_e、溶蚀孔洞的电导率σ_i分别为：

根据Aguilera三孔隙度模型，将溶蚀孔洞的孔隙度转化到基质与溶蚀孔洞双相体系内，溶蚀孔洞的体积分数f为：

将式(7)、(8)、(9)、(10)带入式(6)，得到式(11)。

本发明的利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法，解决了现有方法无法求解两个未知量，具有以下优点：

本发明的方法，以改进的Maxwell-Garnett三孔隙度模型作为基础，建立了新的利用深浅侧向求取溶蚀孔洞孔隙度以及裂缝孔隙度的方法，直接采用常规测井进行评价，能够节省更多人力、物力，其对比于R.L.Liu的求溶洞、裂缝孔隙度的方法，该方法给出了完整的可操作流程，对比于成像测井技术，该方法更为简单、快捷。

附图说明

图1为溶蚀孔洞、基质与裂缝储层电阻率建模示意图。

图2为钻井液侵入区域分区图。

具体实施方式

下面将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，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法，该方法包含：

(1)利用Maxwell-Garnett一般式求取溶蚀孔洞、基质储层的电阻率

Maxwell-Garnett适用于两相介质，可直接将其等效于溶蚀孔洞发育的储层，其中，溶蚀孔洞为球形内介质，其介电常数为ε_i，基质储层为背景外介质，其介电常数为ε_e，基质、溶蚀孔洞两相储层的介电常数ε_eff为：

式(1)中，f为溶蚀孔洞的体积分数。

该模型优势在于：对于小于电磁波波长的溶蚀孔洞，其等效介电常数只与溶蚀孔洞的总孔隙度、溶蚀孔洞与介质的介电常数有关，与溶蚀孔洞的尺寸以及大小无关。

等效介电常数ε_eff为虚数，可表达为：

式中，ε_eff'表示基质、溶蚀孔洞两相储层的介电常数虚部，j表示虚数，σ_eff表示溶蚀孔洞与基质两相体系的等效电导率，ω表示角频率，ε₀表示真空中的介电常数。

由于常规测井的频率很低，意味着ω不断向0趋近，此时的虚部将会变得无穷大，占等效介电常数的主体，则式(2)等效为：

同理的，ω趋近于0时：

将式(3)、(4)、(5)带入式(1)，消去

得：

在地下埋藏情况下，地层内充填地层水，电导率与电阻率互为倒数，则溶蚀孔洞与基质两相体系的等效电导率σ_ef、基质的电导率σ_e、溶蚀孔洞的电导率σ_i分别表达为：

式中，R_bv为基质、溶蚀孔洞两相储层的总电阻率，R_o为完全饱和地层水后的基质电阻率，包括基质孔隙与基质骨架部分，R_w为地层水电阻率。

f为溶蚀孔洞的体积分数，根据Aguilera三孔隙度模型，需要将溶蚀孔洞的孔隙度转化到基质与溶蚀孔洞双相体系内，计算公式为：

式中，

为储层的溶蚀孔洞孔隙度，分母表示除去裂缝孔隙度

后的体积空间，该计算公式表示溶蚀孔洞与基质双孔体系中溶蚀孔洞的孔隙度。

将式(7)、(8)、(9)、(10)带入式(6)，可得：

式(11)为利用Maxwell-Garnett模型构建的溶蚀孔洞与基质发育的两相储层的电阻率表达式。

(2)考虑裂缝为低角度裂缝，建立裂缝、溶蚀孔洞、基质并存的电阻率模型

在地层条件下，低角度裂缝里充填地层水，裂缝的电阻等效为地层水电阻率R_w，电流流经裂缝溶洞储层时，裂缝溶洞储层的总电阻率R_bvf相当于裂缝电阻率R_w与基质、溶蚀孔洞两相储层的总电阻率R_bv形成并联，由并联电路欧姆定律可知，裂缝、溶洞地层的等效电阻率R_bvf可表示为：

将式(11)带入式(12)得：

该表达式即为裂缝、溶洞地层的总电阻率表达式，如图1所示，为溶蚀孔洞、基质与裂缝储层电阻率建模示意图。

(3)储层含油气或储层含水时的裂缝、溶洞孔隙度的计算

如图2所示，为钻井液侵入区域分区图，在钻井过程中，由于钻井液压力较大，钻井液会侵入地层形成3个带：冲洗带、侵入带、原状地层，其中，冲洗带储集空间内的地层水基本被泥浆代替，原状地层储集空间内基本全是地层水。在常规电阻率测井中，一般用八侧向(LL8)与微球聚焦测井(MSFL)测量冲洗带的电阻率，记做R_XO，原状地层电阻率一般用深感应测井(ILD)与深侧向侧井(LLD)测量，记做R_T。

测井测得的深电阻率实际上是三个带的总合，该问题在常规测井中无法避免，将深感应测井与深侧向侧井测量值经过侵入校正后，认为深电阻率可代表原状地层电阻率。

1、冲洗带的电阻率

在冲洗带内，由于泥浆滤液完全充注原状地层，对于裂缝溶洞储层，裂缝、溶蚀孔洞内均充填泥浆滤液，式(13)中的R_w用R_mf代替，总体系的电阻率R_bvf实际为冲洗带地层电阻率R_xo，此时，式(13)可表示为：

式(14)中，R_o是指完全饱和地层水后的基质电阻率，可用对应层段的岩心饱和地层水实验室测量该值。在实际情况中，可用不含溶洞与裂缝发育的纯水层电阻率R_TW近似代替，也可选择该地区有代表性的无孔洞裂缝发育的岩样，在实验室内饱和泥浆滤液测得该值。

对于同一岩样，岩石电阻率与所含流体的电阻率比值为常数，该常数即地层因素F，由此可知：

将泥浆滤液充填的冲洗带地层(FlushedZone)的基质电阻率记做R_ofz，对式(15)进行变换，可得：

结合式(14)与式(16)可获得冲洗带内的电阻率表达式：

2、原状地层的电阻率

当原状地层充填地层水时，即储层为水层，式(13)中的R_w保持不变，裂缝、溶洞储层的总电阻率R_bvf即为R_T，基质电阻率R_o可用对应层段的岩心饱和地层水直接测量，也可用不含溶洞与裂缝发育的纯水层电阻率R_TW近似代替。

当原状地层为油气层时，由于油气不导电，储层储集空间内的油水或气水由于密度差异会出现分离，储集空间内部的导电模型类似于并联，由于油气不导电，其等效电阻率仍为R_w。

无论原状地层为油气层还是水层，结合式(13)，其等效电阻率表达式可表示为：

式中，R_oof表示原状地层(original formation)的基质电阻率，当油气充填基质孔隙时，由Archie公式(阿尔奇公式)可知，原状地层的基质电阻率R_oof与完全含水时的电阻率R_o之比与含水饱和度有关，该定值即为电阻率增大系数I，由此可知：

式(19)中，

为基质的含水饱和度，由对应段的岩样实验测得或由测井解释给出，当Sw＝1时，原状地层为纯水层；n为对应层段的饱和度指数，也由对应岩样岩电实验测得；R_o可用对应层段的岩心饱和地层水直接测量，也可用为不发育溶洞与裂缝的纯水层电阻率R_TW近似代替。

通过冲洗带与原状地层的电阻率分析，联立式(17)、式(18)、式(19)可得到方程组：

式(20)中，地层水电阻率R_w、泥浆滤液电阻率R_mf可通过井场水分析资料与泥浆资料获取，是很容易获得的参数。R_o为对应层段饱和地层水的基质电阻率，在实际情况中，可用不发育溶洞与裂缝的水层电阻率R_TW代替，也可用取井区具有代表性的岩样饱和地层水后的电阻率代替。饱和泥浆滤液基质电阻率的R_ofz与原状地层基质电阻率的R_oof可选取有代表性的岩样，通过实验获取。R_TW为水层电阻率，在常规测井中寻找到水层即可读出该值。

由方程组式(20)可知，已知这些参数后，即可以利用冲洗带电阻率R_xo以及原状地层电阻率R_T求取储层的非联通孔隙度Φ_nc以及裂缝隙度Φ_f(等同于现有技术连通孔洞以及裂缝孔隙度

)。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法，其特征在于，该方法包含：

(1)根据Maxwell-Garnett模型，构建溶蚀孔洞与基质储层的电阻率模型，为：

式(11)中，R_bv为基质、溶蚀孔洞两相储层的总电阻率，R_o为完全饱和地层水后的基质电阻率，包括基质孔隙与基质骨架部分，R_w为地层水电阻率，

为储层的溶蚀孔洞孔隙度，

为裂缝孔隙度；

(2)考虑裂缝为低角度裂缝，低角度裂缝里充填地层水，则裂缝的电阻等效为地层水电阻率R_w，电流流经裂缝溶洞储层时，裂缝溶洞储层的总电阻率R_bvf等效为裂缝电阻率R_w与基质、溶蚀孔洞两相储层的总电阻率R_bv形成并联的电阻率，根据电阻率等效关系和式(11)，建立裂缝、溶蚀孔洞、基质并存的电阻率模型，为：

(3)根据裂缝、溶蚀孔洞、基质并存的电阻率模型，建立钻井液侵入地层形成的冲洗带和原状地层的电阻率模型，通过测井测得的冲洗带的电阻率和原状地层的电阻率，根据冲洗带和原状地层的电阻率模型以及测得的电阻率，获得储层的溶蚀孔洞孔隙度

和裂缝孔隙度

在步骤(3)中，所述钻井液侵入地层形成的冲洗带的电阻率模型构建：在冲洗带内，泥浆滤液完全充注原状地层，对于裂缝溶洞储层，裂缝、溶蚀孔洞内均充填泥浆滤液，式(13)中的R_w用泥浆滤液电阻率R_mf代替，裂缝溶洞储层的总电阻率R_bvf等同于冲洗带地层电阻率R_xo，并根据岩石电阻率与所含流体的电阻率关系，获得冲洗带的电阻率模型为：

式(17)中，R_ofz为冲洗带的基质电阻率；

在步骤(3)中，所述钻井液侵入地层形成的原状地层的电阻率模型构建：根据裂缝、溶蚀孔洞、基质并存的电阻率模型和原状地层的基质电阻率R_oof与完全含水时的电阻率R_o之比与基质的含水饱和度S_wn的关系，获得原状地层的电阻率模型为：

式(20)中，当Sw＝1时，原状地层为纯水层；n为对应层段的饱和度指数。

2.根据权利要求1所述的利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法，其特征在于，式(17)、(20)中，R_o用对应层段的岩心饱和地层水直接测量；或用不含溶洞与裂缝发育的纯水层电阻率R_TW近似代替；或用取井区具有代表性的岩样饱和地层水后的电阻率代替。

3.根据权利要求1所述的利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法，其特征在于，所述地层水电阻率R_w、泥浆滤液电阻率R_mf通过井场水分析资料与泥浆资料获取。

4.根据权利要求1所述的利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述岩石电阻率与所含流体的电阻率关系为：

式(15)中，F为地层因素，为常数；对式(15)进行变换，得：

5.根据权利要求1所述的利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述原状地层的基质电阻率R_oof与完全含水时的电阻率R_o之比与基质的含水饱和度

的关系为：

6.根据权利要求1所述的利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法，其特征在于，在步骤(2)中，电流流经裂缝溶洞储层时，裂缝溶洞储层的总电阻率R_bvf等效为裂缝电阻率R_w与基质、溶蚀孔洞两相储层的总电阻率R_bv形成并联的电阻率，为：

7.根据权利要求1所述的利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述Maxwell-Garnett模型适用于两相介质，其等效于溶蚀孔洞发育的储层；其中，溶蚀孔洞为球形内介质，其介电常数为ε_i；基质储层为背景外介质，其介电常数为ε_e，则基质、溶蚀孔洞两相储层的介电常数ε_eff为：

式(1)中，f为溶蚀孔洞的体积分数。

8.根据权利要求7所述的利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法，其特征在于，所述基质、溶蚀孔洞两相储层的介电常数ε_eff为虚数，其还能表达为：

式(2)中，ε_eff'表示基质、溶蚀孔洞两相储层的介电常数虚部，j表示虚数，σ_eff表示溶蚀孔洞与基质两相体系的等效电导率，ω表示角频率，ε₀表示真空中的介电常数；

由于常规测井的频率很低，ω不断向0趋近，则虚部将会变得无穷大，占等效介电常数的主体，则式(2)等效为：

在ω趋近于0时，还能得到：

将式(3)、(4)、(5)带入式(1)，得到：

9.根据权利要求8所述的利用常规测井计算裂缝、溶蚀孔洞孔隙度的方法，其特征在于，在地下埋藏情况下，地层内充填地层水，电导率与电阻率互为倒数，则溶蚀孔洞与基质两相体系的等效电导率σ_ef、基质的电导率σ_e、溶蚀孔洞的电导率σ_i分别为：

根据Aguilera三孔隙度模型，将溶蚀孔洞的孔隙度转化到基质与溶蚀孔洞双相体系内，溶蚀孔洞的体积分数f为：

将式(7)、(8)、(9)、(10)带入式(6)，得到式(11)。

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