CN111398117A - 一种岩心电频散分析方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气藏评价技术领域，公开了一种岩石电频散分析方法、装置以及计算机存储介质，包括以下步骤：将岩心的孔隙网络等效为沿外加电场方向的多条毛管模型，每条毛管模型由多个大小一样的孔隙单元组成；将所述孔隙单元内沿外加电场方向的流体等效为流体电阻，将所述孔隙单元沿外加电场的垂直方向的孔隙壁等效为平行板电容；将所述孔隙单元等效为所述流体电阻与所述平行板电容并联的等效电路，基于所述孔隙单元的等效电路建立岩心等效电路模型；基于所述岩心等效电路模型对待测岩心进行岩石电频散分析。本发明提供了描述岩石电频散机理的岩心等效电路模型，基于岩心等效电路模型进行电频散的定量分析，分析精度高。
Description
技术领域
本发明涉及油气藏评价技术领域，具体涉及一种岩石电频散分析方法、装置以及计算机存储介质。
背景技术
对于岩石类多孔介质，孔隙水中的离子在外加交变电场作用下会产生各种极化和迁移，从而导致岩石的导电能力和介电特性会随外加电场的频率变化而变化，即岩石的电频散。随着多孔介质电频散现象的发现，其相应的扫频测量技术在寻找金属矿藏和解决水文地质问题等方面得到了成功应用。相对于在其它领域的应用，岩石电频散测量在油气勘探领域的应用还不够全面和深入。
储层岩石作为一种典型的多孔介质，其孔隙结构复杂、渗流和传导特性表现出显著的非线性特性，因此理论研究难以获得精确的解析解。实验测量是物理研究的一种基本方法，但存在两个方面的缺点：一是成本高、耗费时间长；二是对一些储层微观孔隙特征难以观察和定量表征。到目前为止，人们对岩石电频散机理的成因和影响因素还未达成统一认识，因此也还没有提出能有效用于解释岩石电频散的理论公式。为了对岩石电频散特性进行分析和研究，人们提出了一系列频散模型来拟合和评价岩石电频谱。在众多频散模型中，等效电路模型应用最广泛。其中Cole-Cole等效电路模型对实际数据拟合效果较好，在实际数据拟合处理中应用最广，但由于是经验公式，无法很明确的描述岩石电阻率频散的各项物理机理。因而，为了对电频谱测井响应机理进行研究，需要建立考虑岩石电频散特性的等效电路模型。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种岩石电频散分析方法、装置以及计算机存储介质，解决现有技术中频散模型大多是经验公式，无法描述电频散的物理机理，基于经验公式进行电频散测井分析的精度不高的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种岩石电频散分析方法，包括以下步骤：
将岩心的孔隙网络等效为沿外加电场方向的多条毛管模型，每条毛管模型由多个大小一样的孔隙单元组成；
将所述孔隙单元内沿外加电场方向的流体等效为流体电阻，将所述孔隙单元沿外加电场的垂直方向的孔隙壁等效为平行板电容；
将所述孔隙单元等效为所述流体电阻与所述平行板电容并联的等效电路，基于所述孔隙单元的等效电路建立岩心等效电路模型；
基于所述岩心等效电路模型对待测岩心进行岩石电频散分析。
本发明还提供一种岩石电频散分析装置，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现所述岩石电频散分析方法。
本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述岩石电频散分析方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明首先建立孔隙网络的简化模型，即将孔隙网络分成由多条毛管模型组成的结构，每一条毛管模型则由多个孔隙单元组成，使得孔隙网络分割为以孔隙单元为基础组成部分的结构。然后对孔隙单元进行等效电路模型的建立，即将孔隙单元内沿外加电场方向的流体等效为流体电阻，将孔隙单元沿外加电场的垂直方向的孔隙壁等效为平行板电容，这种等效方法更符合孔隙单元的物理机理，而不是经验公式，因此基于这种方法建立的岩心等效电路模型可以更好的描述岩心的电频散特性，在应用至测井过程中的岩石电频散特征分析时，其测量精度更高，相比于通过实验测量电频散特征的方法来说，成本低，效率高，且可以定量描述电频散特性。本发明提供的岩心等效电路模型不仅可以建立外加电场条件下岩石孔隙中油水两相流体与电子元器件的等效关系，还可以定量评价岩石电阻率频散效应。
附图说明
图1是本发明提供的岩石电频散分析方法一实施方式的流程图；
图2是本发明提供的孔隙单元一实施方式的结构示意图；
图3是本发明提供的孔隙单元的等效电路图；
图4a是对岩样进行岩心油驱水测试的实测电频谱曲线；
图4b是采用本发明提供的岩石电频散分析方法对岩样进行分析的拟合电频谱曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，本发明的实施例1提供了岩石电频散分析方法，包括以下步骤：
S1、将岩心的孔隙网络等效为沿外加电场方向的多条毛管模型，每条毛管模型由多个大小一样的孔隙单元组成；
S2、将所述孔隙单元内沿外加电场方向的流体等效为流体电阻，将所述孔隙单元沿外加电场的垂直方向的孔隙壁等效为平行板电容；
S3、将所述孔隙单元等效为所述流体电阻与所述平行板电容并联的等效电路，基于所述孔隙单元的等效电路建立岩心等效电路模型；
S4、基于所述岩心等效电路模型对待测岩心进行岩石电频散分析。
本发明实施例首先将岩心孔隙网络简化等效为沿外加电场方向的多条并列毛管模型，每条毛管由多个大小一样的孔隙单元组成，当毛管模型的孔隙单元中存在水和油两相流体时，对于亲水岩石，油主要附存在孔隙中间，而水则附存在孔隙表面。在外加低频电场作用下，除了直通孔隙外的部分离子外，岩石孔隙中的离子会重新分布在孔隙壁两侧，并在孔隙表面感生出电荷，从而抵消掉流体中一部分离子电荷，即发生了界面极化。基于界面极化所导致的岩心电阻率频散特性，就是我们需要进行分析和测量的特性。本发明实施例在对岩心的孔隙网络进行简化建模后，根据毛管模型中油水两相流体分布及导电特性，建立油水两相流体与电子元器件的对应关系。具体为：将孔隙单元内沿外加电场方向的流体等效为流体电阻，将孔隙单元沿外加电场的垂直方向的孔隙壁等效为平行板电容，将单个孔隙单元的电路模型等效为流体电阻和平行板电容并联的等效电路，建立考虑电阻率频散的等效电路模型，如图2所示。孔隙单元的等效电路很好的描述了孔隙单元的电频散机理，因此基于孔隙单元的等效电路建立的岩心等效电路模型可以很好的描述岩心的电频散机理。得到岩心等效电路模型后，基于待测岩心实测电频谱数据，即可拟合得到待测岩心的等效电路模型的模型参数，实现待测岩心的电频散分析。进一步的，还可以绘制待测岩心的电频散曲线。
本发明提供了一种适用于岩石电阻率频散分析的等效电路模型，其是将毛管模型中油水两相流体与电子元器件建立等效关系，从而实现岩石电阻率频谱定量分析与评价。
优选的，如图3所示，所述孔隙单元包括孔隙体和喉道，所述孔隙体的两端分别连通一所述喉道，各所述孔隙单元依次连通形成所述毛管模型。
本优选实施例中将孔隙单元简化为包括孔隙体和吼道的结构模型，这种模型一定程度上描述了孔隙的结构，同时，其结构规整，便于计算以及后续岩心等效电路模型的建立。应该理解的孔隙单元还可等效为其他形状的结构模型，只要是与实际的孔隙结构具有一定相似度，且结构规则便于计算即可。图3中字母“E”表示外加电场，“E”下方的箭头表示外加电场的方向。
优选的，如图2、图3所示，将所述孔隙单元内沿外加电场方向的流体等效为流体电阻，具体为：
其中，Rwe为所述流体电阻的阻值，ρw为孔隙单元内水溶液的电阻率，Sw为孔隙单元内含水饱和度，Ae为孔隙单元导电路路径的截面积为，
Dt为喉道的直径，le为孔隙单元的长度，le＝lp+lt，lp为孔隙体的长度，lt为两个喉道的总长度。
将孔隙单元中流体等效为流体电阻，流体电阻的阻值主要与流体的截面积、流体的长度以及流体的电阻率相关，流体的截面积即单个孔隙单元导电路径截面积，流体的电阻率即孔隙单元内水溶液电阻率，本实施例计算的是考虑到孔隙中含有水和油两相流体混合液时的流体电阻阻值。
优选的，如图2、图3所示，将所述孔隙单元沿外加电场的垂直方向的孔隙壁等效为平行板电容，具体为：
其中，Ce为所述平行板电容的容值，εwater为孔隙单元内水溶液的介电常数，εoil为孔隙单元内原油的介电常数，Dp为孔隙体的直径，Dt为喉道的直径，lp为孔隙体的长度，Sw为孔隙单元内含水饱和度。
将孔隙单元中中垂直于外加电场方向的孔隙壁等效为平行板电容，根据平行板电容器原理，当孔隙中含有水和油两相流体混合液时，平行板电容的容值，主要由孔隙体中垂直于外加电场方向的不流通孔隙空间中流体的介电常数决定。本实施例中，水溶液相对介电常数取80，原油相对介电常数取2.5。
优选的，将所述孔隙单元等效为所述流体电阻与所述平行板电容并联的等效电路，具体为：
其中，Ze(ω)为所述孔隙单元的等效阻抗，Rwe为所述流体电阻的阻值，Ce为所述平行板电容的容值，ω为外加电场的频率。
优选的，基于所述孔隙单元的等效电路建立岩心等效电路模型，具体为：
将所述毛管模型等效为多个所述孔隙单元串联形成的等效电路：
Zle(ω)＝neZe(ω)L
其中，Zie(ω)为所述毛管模型的等效阻抗，ne为单位长度的毛管模型所包含的孔隙单元的数量，ne＝1/le，le为孔隙单元的长度，L为所述毛管模型的长度，即岩心长度；
将所述岩心的孔隙网络等效为多个所述毛管模型并联形成的等效电路，得到岩心等效电路模型：
其中，Zcore(ω)为岩心的等效阻抗，A为岩心截面积,n0为单元面积的岩心所包含的毛管模型的数量，Rwe为所述流体电阻的阻值，Ce为所述平行板电容的容值，ω为外加电场的频率。
毛管模型由多个孔隙单元依次连接形成，因此毛管模型可以等效为多个孔隙单元串联形成的等效电路。而岩心的孔隙网络有多条毛管模型并列排布形成，因此岩心孔隙网络可以等效为多个毛管模型并联形成的等效电路。
进一步的，对所述岩心等效电路模型进行转换，得到岩心复电阻率：
其中，ρr(ω)为所述岩心复电阻率的实部，ρx(ω)为所述岩心复电阻率的虚部，φ为岩心孔隙度，Sw为含水饱和度，A为岩心截面积，L为岩心长度，m为，n为。
优选的，基于所述岩心等效电路模型对待测岩心进行岩石电频散分析，具体为：
获取待测岩心的电频谱检测数据；
根据所述电频谱检测数据对所述岩心等效电路模型进行拟合得到模型参数；
基于所述模型参数得到描述所述待测岩心的电频散特性的等效电路模型；
基于所述待测岩心的等效电路模型对所述待测岩石的电频散特征进行分析。
具体的，针对待测岩心，可以利用测量得到的复电阻率、含水饱和度、孔隙度、长度、截面积等数据对岩心等效电路模型中孔隙参数进行拟合，进而可以进行岩心电阻率频散效应的分析。
为了更好地验证本发明，对一岩心样本进行岩心油驱水实验，测量岩心样本的电频谱曲线。具体实验过程为：对岩心饱和10kppm矿化度NaCl溶液，进行油驱水电频谱测量。图4a是岩心油驱水实测电频谱曲线。随着含水饱和度减小，孔隙中流体导电性减弱，岩石电频散程度增强，在虚部电阻率频谱曲线上观察到了明显的频散现象。
通过采用本发明实施例提供的方法对同一岩心样本进行岩心等效电路模型的建立，并基于岩心等效电路模型进行拟合得到电频谱曲线，以便与实测电频谱曲线进行对比验证本发明的电频谱特性分析精度。为标定岩心等效电路模型的结构参数，对岩样的不同电频谱数据进行了拟合分析，结合岩心其它测量数据，对毛管模型参数进行了刻度，重新拟合得到岩心虚部电频谱曲线，如图4b所示。对比图4a和图4b可知，采用本发明拟合的电频谱曲线与实测电频谱曲线的形态一致性较好，表明本发明适用于评价岩心电频散特性，且精度较高，而相较于实测方法，其成本更低，效率更高。图4a和图4b中横轴为外加电场频率，纵轴为岩样虚部阻抗，即ρx(ω)。
实施例2
本发明的实施例2提供了岩石电频散分析装置，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现实施例1提供的岩石电频散分析方法。
本发明实施例提供的岩石电频散分析装置，用于实现岩石电频散分析方法，因此，岩石电频散分析方法所具备的技术效果，岩石电频散分析装置同样具备，在此不再赘述。
实施例3
本发明的实施例3提供了计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现实施例1提供的岩石电频散分析方法。
本发明实施例提供的计算机存储介质，用于实现岩石电频散分析方法，因此，岩石电频散分析方法所具备的技术效果，计算机存储介质同样具备，在此不再赘述。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种岩石电频散分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
将岩心的孔隙网络等效为沿外加电场方向的多条毛管模型，每条毛管模型由多个大小一样的孔隙单元组成；
将所述孔隙单元内沿外加电场方向的流体等效为流体电阻，将所述孔隙单元沿外加电场的垂直方向的孔隙壁等效为平行板电容；
将所述孔隙单元等效为所述流体电阻与所述平行板电容并联的等效电路，基于所述孔隙单元的等效电路建立岩心等效电路模型；
基于所述岩心等效电路模型对待测岩心进行岩石电频散分析。
2.根据权利要求1所述的岩石电频散分析方法，其特征在于，所述孔隙单元包括孔隙体和喉道，所述孔隙体的两端分别连通一所述喉道，各所述孔隙单元依次连通形成所述毛管模型。
3.根据权利要求2所述的岩石电频散分析方法，其特征在于，将所述孔隙单元内沿外加电场方向的流体等效为流体电阻，具体为：
其中，Rwe为所述流体电阻的阻值，ρw为孔隙单元内水溶液的电阻率，Sw为孔隙单元内含水饱和度，Ae为孔隙单元导电路路径的截面积为，
Dt为喉道的直径，le为孔隙单元的长度，le＝lp+lt，lp为孔隙体的长度，lt为两个喉道的总长度。
4.根据权利要求2所述的岩石电频散分析方法，其特征在于，将所述孔隙单元沿外加电场的垂直方向的孔隙壁等效为平行板电容，具体为：
其中，Ce为所述平行板电容的容值，εwater为孔隙单元内水溶液的介电常数，εoil为孔隙单元内原油的介电常数，Dp为孔隙体的直径，Dt为喉道的直径，lp为孔隙体的长度，Sw为孔隙单元内含水饱和度。
5.根据权利要求1所述的岩石电频散分析方法，其特征在于，将所述孔隙单元等效为所述流体电阻与所述平行板电容并联的等效电路，具体为：
其中，Ze(ω)为所述孔隙单元的等效阻抗，Rwe为所述流体电阻的阻值，Ce为所述平行板电容的容值，ω为外加电场的频率。
6.根据权利要求1所述的岩石电频散分析方法，其特征在于，基于所述孔隙单元的等效电路建立岩心等效电路模型，具体为：
将所述毛管模型等效为多个所述孔隙单元串联形成的等效电路：
Zle(ω)＝neZe(ω)L
其中，Zie(ω)为所述毛管模型的等效阻抗，ne为单位长度的毛管模型所包含的孔隙单元的数量，ne＝1/le，le为孔隙单元的长度，L为所述毛管模型的长度，即岩心长度；
将所述岩心的孔隙网络等效为多个所述毛管模型并联形成的等效电路，得到岩心等效电路模型：
其中，Zcore(ω)为岩心的等效阻抗，A为岩心截面积,n0为单元面积的岩心所包含的毛管模型的数量，Rwe为所述流体电阻的阻值，Ce为所述平行板电容的容值，ω为外加电场的频率。
7.根据权利要求1所述的岩石电频散分析方法，其特征在于，基于所述岩心等效电路模型对待测岩心进行岩石电频散分析，具体为：
获取待测岩心的电频谱检测数据；
根据所述电频谱检测数据对所述岩心等效电路模型进行拟合得到模型参数；
基于所述模型参数得到描述所述待测岩心的电频散特性的等效电路模型；
基于所述待测岩心的等效电路模型对所述待测岩石的电频散特征进行分析。
8.一种岩石电频散分析装置，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-7任一所述的岩石电频散分析方法。
9.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-7任一所述的岩石电频散分析方法。
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