CN111089904B - 一种考虑地层特性的室内测量波速围压、频散校正方法 - Google Patents

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Abstract

一种考虑地层特性室内测量波速围压、频散校正方法，包括以下步骤：(1)收集研究区地质、测井资料、取心资料以及井下岩石；(2)将岩心样品制成多块标准岩样，并进行室内声波测试，得到室内声波时差值；(3)将25kHz作为目标频率，对室内测试声波时差频率校正，计算得到室内测试声波时差值；(5)建立不同围压与0围压下声波时差比值随围压变化关系，建立声波时差比值与围压之间关系模型；(4)利用测井资料计算泥质含量和孔隙度；(5)利用已建公式，建立校正后声波与现场声波关系式。本发明通过建立的校正模型消除室内声波时差频散现象；还考虑了地层围压条件、岩石孔隙度、泥质含量等，获取与地层实际情况下的真实声波时差值。

Description

一种考虑地层特性的室内测量波速围压、频散校正方法
技术领域
本发明属于测井技术领域，具体涉及一种考虑地层特性的室内测量波速围压、频散校正方法。
背景技术
声波测井是获取地层各项物理参数的有效手段，通过借助声波测井资料能够获得沿井眼剖面连续分布地层的各种信息，因此，声波测井资料常被用于固井、钻井、压裂等油气勘探开发环节。声波测井的一大特征是研究介于声波与超声波之间的机械波的传播特性，其声波频率主要范围是15-25kHz，以获取准确的测量结果。而在实验室内，通常采用声波透射法研究声波在岩石中的传播特性，获取岩石的声学特性，进而获取单井各层段的岩石力学参数剖面，用于井壁稳定性分析、固井质量评价、压裂优化设计等工程应用。
然而在应用过程中，实验室声波测试频率与现场测井声波频率存在差异，前者一般都高于后者，造成实验室测试声波时差与测井声波时差存在差异，若直接将实验室测试结果代入岩石力学参数预测模型中，则可能会产生较大误差，因此，需要考虑频散现象，即需要将实验室测量条件下的声波时差换算到地层条件下的声波时差。
发明内容
本发明的目的是提供一种考虑地层特性室内测量波速围压、频散校正方法，该方法可对室内声波时差进行频率、围压、孔隙度以及泥质含量校正，将实验室测量的声波时差转换为现场条件的声波时差值，以便能有效地应用于计算岩石各项物理参数。
本发明采取的技术方案是：
一种考虑地层特性室内测量波速围压、频散校正方法，包括以下步骤：
步骤一：收集研究区地质、测井资料、取心资料以及井下岩石；
步骤二：根据SY/T 5336—1996《岩心常规分析方法》以及GB/T50266—99《工程岩体试验方法标准》规定的标准，将岩心样品制成20-40块直径2.5cm、高5.0cm的圆柱体岩样，岩样高度、直径误差均不超过0.3mm；两端面的不平行度，最大不超过0.05mm；端面垂直于试件轴，最大偏差不超过0.25°；
步骤三：按照SY/T 6351—1998《岩石声波特性的实验室测定》的要求对岩样进行室内声波测试，围压0MPa、声波测试频率分别为25kHz、50kHz、100kHz、250kHz，通过测试获取的声波速度，计算得到室内测试声波时差值；
步骤四：以现场声波测井仪器的发射声波频率15-25kHz为依据、结合室内测试声波频率值，将25kHz作为校正的目标频率，对室内测试声波时差频率校正：建立50kHz、100kHz和250kHz频率下的声波时差与25kHz声波时差比值随频率变化关系，获得室内测试任意频率声波时差校正到25kHz频率条件下的校正公式：
Figure GDA0003022253020000021
k(x)＝a·eb·x (2)
式中：Δt(xkHz,0MPa)表示室内测试任意x频率值、0MPa围压下的声波时差值，μs/ft；Δt(25kHz,0MPa)表示室内测试任意x频率值声波时差校正到25kHz、0MPa围压下的声波时差值，μs/ft；x表示声波频率值，kHz；a、b为待定系数；
步骤五：在25kHz测试频率下，对岩样进行不同围压条件下室内声波测试，围压分别为0MPa、10MPa、20MPa、30MPa、40MPa，通过测试获取的声波速度，计算得到室内测试声波时差值；
步骤六：室内测试声波时差围压校正：根据室内声波测试结果，每块岩样分别建立25kHz频率下的10MPa、20MPa、30MPa、40MPa围压与0MPa围压下声波时差比值随围压变化关系，再取每种围压下所有测试岩样声波时差比值平均值，建立声波时差比值与围压之间关系模型，具体模型为：
Δt(25kHz,xMPa)＝c·ed·p×Δt(25kHz,0MPa) (3)
式中：Δt(25kHz,xMPa)表示室内测试任意x围压值声波时差校正到25kHz、地层围压条件下后的声波时差值，μs/ft；p表示围压，MPa；c、d为待定系数；
步骤七：利用测井资料，计算得到岩心的泥质含量和孔隙度，并提取出各取心点对应的泥质含量值和孔隙度值；
步骤八：利用现场测井资料、孔隙度和泥质含量计算结果以及上述已经校正到频率为25kHz、地层围压条件的声波时差值，将现场测井声波时差和经过围压及频率校正的声波时差比值、与孔隙度和泥质含量(POR/Vsh)的比值建立相互关系，具体关系式为：
Figure GDA0003022253020000031
式中：AC表示现场测井声波时差值，μs/ft；POR表示孔隙度，％；VSH表示泥质含量，％；k、m为待定系数；
步骤九：将经过频率、围压、孔隙度以及泥质含量校正后的室内声波时差值与现场测井声波时差值建立关系(参见公式(5))，通过得到的拟合关系式(5)对经过频率、围压、孔隙度以及泥质含量校正后的室内声波时差值再进行微调，获取准确的声波时差校正值，具体关系式为：
AC*＝l×AC+n (5)
式中：AC*为最终声波校正值，μs/ft；l、n为待定系数；
步骤十：综合上述建立的频率校正模型、围压校正模型以及孔隙度、泥质含量校正模型，由公式(1)～(5)得到一种考虑地层特性室内测量波速围压、频散校正模型：
Figure GDA0003022253020000032
其中，
Figure GDA0003022253020000033
本发明的有益效果：
本发明的创新点在于可以将室内测试得到的任意频率的声波时差，通过该校正模型即可校正为井下测试频率下的声波时差，消除频散现象带来的影响；同时，还可考虑地层围压条件、岩石孔隙度、泥质含量等，获取与地层实际情况下的真实声波时差值，为后续研究提供更加准确的数据支撑；而目前，还未有将孔隙度与泥质含量作为整体来校正声波时差的报道，在此过程中，消除了单独使用孔隙度或泥质含量计算误差大的问题。
附图说明
图1：样品在0MPa围压条件下不同测试频率声波时差值与25kHz频率下声波时差比值随频率变化关系；
图2：0MPa围压条件下不同测试频率声波时差值与25kHz频率下声波时差比值的平均值随频率变化关系；
图3：25kHz、地层围压条件下测试声波时差值与25kHz、0MPa围压条件下测试声波时差比值随围压变化关系；
图4：25KHz、地层围压条件下测试声波时差值与25kHz、0MPa围压条件下测试声波时差比值的平均值随围压变化关系；
图5：测井声波时差值与25kHz、地层围压条件下测试声波时差比值值随孔隙度/泥质含量(POR/VSH)变化关系；
图6：经频率、围压、孔隙度以及泥质含量校正后声波时差值与测井声波时差关系图；
图7：校正前室内测试声波时差值与校正后声波时差值关系图；
图8：校正后室内测试声波时差值与校正后声波时差值关系图。
具体实施方式
一种考虑地层特性的室内测量波速围压、频散校正方法，包括以下步骤：
(1)收集研究区地质、测井资料、取心资料以及井下岩石；地质资料包括岩性、地层划分等，用以界定岩心；测井资料有声波测井、中子测井、密度测井等现场常规测井资料，除了达到本发明校正拟合的目的外，还用以计算孔隙度、泥质含量等值。
(2)根据SY/T 5336—1996《岩心常规分析方法》以及GB/T50266—99《工程岩体试验方法标准》规定的标准，将岩心样品制成30块直径2.5cm、高5.0cm的圆柱体岩样，岩样高度、直径误差均不超过0.3mm；两端面的不平行度，最大不超过0.05mm；端面垂直于试件轴，最大偏差不超过0.25°；
(3)按照SY/T 6351—1998《岩石声波特性的实验室测定》的要求对岩样进行室内声波测试，围压0MPa、声波测试频率分别为25kHz、50kHz、100kHz、250kHz，通过测试获取的声波速度，计算得到室内测试声波时差值；
(4)考虑到频散现象的影响，需要对室内测试获取的不同频率声波时差值进行频率校正。以现场声波测井仪器的发射声波频率15-25kHz为依据、结合室内测试声波频率值，将25kHz作为校正的目标频率，对室内测试声波时差频率校正：建立50kHz、100kHz和250kHz频率下的声波时差与25kHz声波时差比值随频率变化关系(见图1～2)，获得室内测试任意频率声波时差校正到25kHz频率条件下的校正公式：
Figure GDA0003022253020000051
k(f)＝1.006e-0.0003f (2)
式中：Δt(xkHz,0MPa)表示室内测试任意频率(x表示声波频率值，与f数值相等，采用x表示，是为了表达频率并非定值的意思，是动态变化的)、0MPa围压下的声波时差值，μs/ft；Δt(25kHz,0MPa)表示室内测试任意频率声波时差校正到25kHz、0MPa围压下的声波时差值，μs/ft；f表示声波频率，kHz；
(5)在25kHz测试频率下，对岩样进行不同围压条件下室内声波测试，围压分别为0MPa、10MPa、20MPa、30MPa、40MPa，通过测试获取的声波速度，计算得到室内测试声波时差值；
(6)室内测试声波时差围压校正：根据室内声波测试结果，每块岩样分别建立25kHz频率下的10MPa、20MPa、30MPa、40MPa围压与0MPa围压下声波时差比值随围压变化关系(见图3～4)，再取每种围压下所有测试岩样声波时差比值平均值，建立声波时差比值与围压之间关系模型，具体模型为：
Δt(25kHz,xMPa)＝0.9313e-0.006p×Δt(25kHz,0MPa) (3)
式中：Δt(25kHz,xMPa)表示室内测试任意围压声波时差校正到25kHz、地层围压条件下后的声波时差值，μs/ft；p表示围压，MPa；
(7)利用测井资料，计算得到岩心的泥质含量和孔隙度，并提取出各取心点对应的泥质含量值和孔隙度值；
(8)利用现场测井资料、孔隙度和泥质含量计算结果以及上述已经校正到频率为25kHz、地层围压条件的声波时差值，将现场测井声波时差和经过围压及频率校正的声波时差比值、与孔隙度和泥质含量(POR/Vsh)的比值建立相互关系(见图5)，具体关系式为：
Figure GDA0003022253020000061
式中：AC表示现场测井声波时差值，μs/ft；POR表示孔隙度，％；VSH表示泥质含量，％；
(9)将经过频率、围压、孔隙度以及泥质含量校正后的声波时差值与现场测井声波时差值建立关系(见图6)，通过得到的拟合关系式(5)可对经过频率、围压、孔隙度以及泥质含量校正后的声波值再进行微调，获取最准确的声波时差校正值，具体关系式为：
AC*＝0.4436×AC+39.02 (5)
式中：AC*为最终室内声波校正值，μs/ft；
(10)综合上述建立的频率校正模型、围压校正模型以及孔隙度、泥质含量校正模型，综合整理得到考虑地层特性室内测量波速围压、频散校正关系，及考虑地层特性室内测量波速围压、频散校正模型：
Figure GDA0003022253020000062
k(f)＝1.006e-0.0003f
将测得的室内声波时差值以及相应的频率、压力，孔隙度与泥质含量比值，代入公式(6)即可将室内测量值换算到地层条件下。
模型验证结果见表1，结果显示，室内测试声波时差校正后与测井声波时差间相关系数R2为0.8412，说明校正模型校正效果较好。校正前后声波时差对比见图7～8。后续室内测试得到的任意频率，无围压状态下的声波时差值即可借助上述校正模型得到井下条件下的声波时差值，这样可将室内测试结果应用于工程评价。通过借助校正模型对室内声波值进行校正，借助相对误差计算公式计算相对误差及平均相对误差：
Figure GDA0003022253020000071
式中：R2为相关系数。
表1校正模型验证
Figure GDA0003022253020000072

Claims (1)

1.一种考虑地层特性室内测量波速围压、频散校正方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：收集研究区地质、测井资料、取心资料以及井下岩石；
步骤二：根据SY/T 5336—1996《岩心常规分析方法》以及GB/T50266—99《工程岩体试验方法标准》规定的标准，将岩心样品制成20-40块直径2.5cm、高5.0cm的圆柱体岩样，岩样高度、直径误差均不超过0.3mm；两端面的不平行度，最大不超过0.05mm；端面垂直于试件轴，最大偏差不超过0.25°；
步骤三：按照SY/T 6351—1998《岩石声波特性的实验室测定》的要求对岩样进行室内声波测试，围压0MPa、声波测试频率分别为25kHz、50kHz、100kHz、250kHz，通过测试获取的声波速度，计算得到室内测试声波时差值；
步骤四：以现场声波测井仪器的发射声波频率15-25kHz为依据、结合室内测试声波频率值，将25kHz作为校正的目标频率，对室内测试声波时差频率校正：建立50kHz、100kHz和250kHz频率下的声波时差与25kHz声波时差比值随频率变化关系，获得室内测试任意频率声波时差校正到25kHz频率条件下的校正公式：
Figure FDA0003022253010000011
k(x)＝a·eb·x (2)
式中：Δt(xkHz,0MPa)表示室内测试任意x频率值、0MPa围压下的声波时差值，μs/ft；Δt(25kHz,0MPa)表示室内测试任意x频率值声波时差校正到25kHz、0MPa围压下的声波时差值，μs/ft；x表示声波频率值，kHz；a、b为待定系数；
步骤五：在25kHz测试频率下，对岩样进行不同围压条件下室内声波测试，围压分别为0MPa、10MPa、20MPa、30MPa、40MPa，通过测试获取的声波速度，计算得到室内测试声波时差值；
步骤六：室内测试声波时差围压校正：根据室内声波测试结果，每块岩样分别建立25kHz频率下的10MPa、20MPa、30MPa、40MPa围压与0MPa围压下声波时差比值随围压变化关系，再取每种围压下所有测试岩样声波时差比值平均值，建立声波时差比值与围压之间关系模型，具体模型为：
Δt(25kHz,xMPa)＝c·ed·p×Δt(25kHz,0MPa) (3)
式中：Δt(25kHz,xMPa)表示室内测试任意x围压值声波时差校正到25kHz、地层围压条件下后的声波时差值，μs/ft；p表示围压，MPa；c、d为待定系数；
步骤七：利用测井资料，计算得到岩心的泥质含量和孔隙度，并提取出各取心点对应的泥质含量值和孔隙度值；
步骤八：利用现场测井资料、孔隙度和泥质含量计算结果以及上述已经校正到频率为25kHz、地层围压条件的声波时差值，将现场测井声波时差和经过围压及频率校正的声波时差比值、与孔隙度和泥质含量(POR/Vsh)的比值建立相互关系，具体关系式为：
Figure FDA0003022253010000021
式中：AC表示现场测井声波时差值，μs/ft；POR表示孔隙度，％；VSH表示泥质含量，％；k、m为待定系数；
步骤九：将经过频率、围压、孔隙度以及泥质含量校正后的室内声波时差值与现场测井声波时差值建立关系，通过得到的拟合关系式(5)对经过频率、围压、孔隙度以及泥质含量校正后的室内声波时差值再进行微调，获取准确的声波时差校正值，具体关系式为：
AC*＝l×AC+n (5)
式中：AC*为最终声波校正值，μs/ft；l、n为待定系数；
步骤十：综合上述建立的频率校正模型、围压校正模型以及孔隙度、泥质含量校正模型，由公式(1)～(5)得到一种考虑地层特性室内测量波速围压、频散校正模型：
Figure FDA0003022253010000022
其中，
Figure FDA0003022253010000031
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