CN111425193A - 一种基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价方法，该方法包括步骤：根据取芯资料的岩石力学参数测试结果和声波时差数据获取目标区块的脆性指数剖面；获取目标区块的岩石物理响应特征数据，获取目标区块的储层物性参数测井数据，根据目标区块的脆性指数剖面、岩石物理响应特征数据、储层物性参数测井数据，基于聚类分析方法，采用K邻近算法和核心代表指数，划分储层岩石物理相分类；根据储层岩石物理相分类结果进行目标井的可压性评价。本发明解决了现有技术可压性评价结果单一且不具有代表性的技术问题，基于聚类分析方法可以得到储层可压性定量分类分级结果。

Description

一种基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价 方法

技术领域：

本发明涉及非常规油气储层可压性评价技术领域，具体涉及一种基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价方法。

背景技术：

国内外目前普遍采用水平井体积压裂技术来实现致密油气资源的有效开发。岩石可压裂性是评价致密储层能否实现高效压裂的关键参数，可压裂性精准评价能够优选压裂层段和制定压裂施工方案提供技术支持。

目前表征致密储层可压裂性应用最广泛的方法均基于评价脆性指数、可压性指数、断裂韧性等参数来实现。由于脆性指数概念混杂，大多停留在半定量估算的水平，岩石可压性评价结果多数为可压/不可压，评价结果单一。可压性指数评价方法虽能给出多级评价结果，但由于分析影响因素不够全面常常导致评价效果不理想。而基于数值模拟给出的可压性评价结果，缺少实验数据支撑评价结果不具备代表性。

综上所述，现有的可压性评价方法存在许多不足，其适用性及准确度均存在较大的局限性。因此亟需建立一种能够综合考虑岩石力学特性、岩石物理测井响应特征、储层物性参数等影响因素的可压性评价方法。

发明内容：

本发明提供一种基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价方法，本发明综合考虑了岩石力学特性、岩石物理响应特征、储层物性参数等影响因素，解决了背景技术中评价结果单一且不具有代表性的技术问题。本方法基于聚类分析方法，能够将影响储层可压性的众多数据进行机器分类，并最终得到目标区块的储层可压性定量分类分级标准。

本发明提供的技术方案是：一种基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价方法，包括以下步骤：

(1)、获取目标区块的取芯资料和声波时差测井数据，根据取芯资料的岩石力学参数测试结果和声波时差数据获取目标区块的脆性指数剖面；

具体为：

A对目标区块进行取芯，利用取芯岩石进行三轴力学实验，获取取芯岩石的静态杨氏模量和静态泊松比；

B获取声波时差测井数据，利用纵横波时差转换模型计算横波时差变化剖面，利用纵横波时差数据，计算目标区块动态杨氏模量和动态泊松比剖面；

C基于岩石动、静态杨氏模量和泊松比数据，建立目标区块岩石力学参数动、静态转换关系计算模型；

D根据岩石力学参数动、静态转换关系计算模型，获取目标区块静态杨氏模量和静态泊松比变化剖面；

E根据目标区块静态杨氏模量和静态泊松比，获取目标区块的脆性指数剖面；

(2)、获取目标区块的岩石物理响应特征数据，所述岩石物理响应特征数据包括声波测井数据、中子测井数据、密度测井数据、伽玛测井数据以及电阻率测井数据；

(3)、获取目标区块的储层物性参数测井数据，所述储层物性参数测井数据包括渗透率测井数据；

(4)、根据目标区块的脆性指数剖面、岩石物理响应特征数据、储层物性参数测井数据，基于聚类分析方法，采用K邻近算法和核心代表指数KRI，划分储层岩石物理相分类后；包括利用核心代表指数KRI曲线上的突变确定最优分割数，并自动确定岩石物理相划分的最佳聚类数；还包括调整储层岩石物理相分类数量；

(5)、根据储层岩石物理相分类结果进行目标井的可压性评价。

上述获取目标区块的取芯资料包括对目标区块的典型井进行取芯，取芯数量≥10块。

上述调整储层岩石物理相分类数量为：岩石物理相分类数量为5类，分别为高脆-低渗、高脆-致密、低脆-低渗、低脆-致密、泥页岩。

上所述脆性指数计算公式为：

其中：BI—脆性指数，％；E—静态杨氏模量，GPa；E_max—目标层段内静态杨氏模量最大值，GPa；E_min—目标层段内静态杨氏模量最小值，GPa；γ—静态泊松比；γ_max—目标层段内静态泊松比最大值；γ_min—目标层段内静态泊松比最小值。

一种验证权利要求1或2或3或4所述的基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价方法的验证方法，包括：

(1)、确定验证储层的目标深度，并对目标深度进行取芯；

(2)、采用权利要求1-4任意一个所述的基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价方法，获取目标深度处的储层进行可压性评价结果；

(3)、通过取芯岩石进行室内实验测试，获取目标深度处的储层进行可压性测试结果；

(4)、对比目标深度处的储层进行可压性测试结果和可压性评价结果。

本发明具有如下有益效果：本发明通过综合分析岩石力学实验数据、测井原始数据和测井解释成果数据，确定了基于聚类大数据多参数指标分析的可压性评价方法，涵盖影响因素范围广，评价结果更具有代表性。本发明首次以岩石物理相为出发点，基于评价指标对应的测井岩石物理响应特征，通过聚类原则初步划分储层岩石物理相大类，并可对物理相大类进一步进行划分，通过筛选确定储层最终聚类评价指标。且通过取芯法分析论证了本发明的可压性评价方法在目标区块的应用效果。本发明提出的一种基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价方法具有很高的预测精度，可为目标区块后续优选压裂层段和制定压裂施工方案提供技术支持和科学依据。

附图说明：

图1目标区块动、静态杨氏模量转换计算模型；

图2目标区块动、静态泊松比转换计算模型；

图3 Y井杨氏模量、泊松比和脆性指数预测剖面；

图4调整前目标区块的岩石测井物理相划分结果(13类)；

图5调整后目标区块的岩石测井物理相划分结果(5类)；

图6 Y井基于岩石物理相划分的可压性预测剖面。

具体实施方式：

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

下面结合附图，对本申请实施例的具体实施方式作进一步的详细说明。

本申请提供一种基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价方法，包括以下步骤。

获取目标区块的取芯资料和声波时差测井数据，根据取芯资料的岩石力学参数测试结果和声波时差数据获取目标区块的脆性指数剖面；

选择目标区块的典型井进行取芯，为了保证取芯的结果具有代表性，应当满足一定的数量要求(数量越多，代表性越高)，一般要求岩石取芯数量≥10块。

利用岩心三轴试验机开展岩石力学参数测定实验，测试得到取芯岩石的静态杨氏模量和静态泊松比。

利用纵横波时差转换模型计算典型井横波时差Δt_s变化剖面，纵横波时差转换采用公式(1)进行计算：

其中：△t_s—横波时差，μs/m；△t_p—纵波时差，μs/m；ρ—岩石密度，g/cm³。

基于纵、横波时差数据，计算典型井动态杨氏模量和动态泊松比剖面。其中动态杨氏模量和动态泊松比计算公式如下所示：

其中：E_d—动态杨氏模量，GPa；γ_d—动态泊松比。

基于岩石动、静态杨氏模量和泊松比数据，建立目标区块岩石力学参数动、静态转换关系计算模型，通过该模型可以获取典型井静态杨氏模量和静态泊松比变化剖面。

基于静态杨氏模量和静态泊松比，可以计算典型井脆性指数变化剖面。本发明选择以下方法进行计算脆性指数，公式如下：

其中：BI—脆性指数，％；E—静态杨氏模量，GPa；E_max—目标层段内静态杨氏模量最大值，GPa；E_min—目标层段内静态杨氏模量最小值，GPa；γ—静态泊松比；γ_max—目标层段内静态泊松比最大值；γ_min—目标层段内静态泊松比最小值。

获取目标区块的岩石物理响应特征数据，所述岩石物理响应特征数据包括声波测井数据、中子测井数据、密度测井数据、伽玛测井数据以及电阻率测井数据。

获取目标区块的储层物性参数测井数据，所述储层物性参数测井数据包括渗透率测井数据。

根据目标区块的脆性指数剖面、岩石物理响应特征数据、储层物性参数测井数据，基于聚类分析方法，采用K邻近算法和核心代表指数，划分储层岩石物理相分类。

聚类分析方法的基本原理是依据测井岩石物理响应特征相似原则，采用聚类分析方法可以获得某类岩石物理相的核心值，对邻近数据点进行对比并进行聚类分析，以岩石物理相核心值突变作为分类的标准，最后自动确定最佳聚类数。

具体地，可以利用K邻近算法结合核心代表指数准则明确维数问题，利用递减有序KRI曲线上的突变确定最优分割数，自动确定岩石物理相划分的最佳聚类数。根据对不同类型岩石物理相的测井响应特征，确定测井岩石物理相划分种类。相应地在具体使用时，可以对划分种类数量进行调整对确定各个种类的评价指标。例如可以选取影响岩石物理相划分最重要的两个评价指标，并利用选取的指标的交会图对储层岩石物理相进一步精细划分，从而能够得到对应的划分图版。显然地，也可以选取影响岩石物理相划分最重要的三个评价指标进行划分，建立三指标情况下对应的岩石物理相划分标准。

为了使得可压性评价结果更加便捷、可视化程度更高，可以在Geolog软件中设置对应的岩石物理相划分标准，从而快速得到单井岩石可压性预测剖面。

进一步地，为了验证本发明中方法的适用性，可以采取取芯法、微地震监测法或产液剖面分析法与实际单井可压性预测剖面比对，验证本方法的应用效果。

取芯法是通过测定取芯岩石的渗透率、杨氏模量和泊松比，利用公式(4)计算各取芯岩石的脆性指数。选取评价指标，确定各个取芯岩石在不同深度处的可压性类别，并与储层可压性分类标准进行对比，评价新型可压性评价方法的应用效果。

微地震监测法是采用压裂施工作业后形成的裂缝形态特征来反映储层的可压裂性。基于此，通过综合分析压裂施工数据和微地震监测数据，可对比分析论证新型可压性评价方法应用效果。本发明中利用射孔层段处微地震时间个数与可压性分类评价结果对比，评价本发明中可压性评价方法的应用效果。

产液剖面分析法是利用压力施工作业后各层段产液剖面数据，从侧面反映出储层可压裂性。层段产液剖面贡献率大代表储层可压性强，反之则可压性差。基于此，可以结合压裂施工数据和产液剖面结果数据，对比本发明中可压性分类标准，评价本发明中可压性评价方法的应用效果。

为了对本申请中方法进行具体地阐释，选取某致密油区块典型取芯井Y作为研究对象，坐了实例计算。

(1)获取该典型井的脆性指数剖面：

①从典型井Y中选择10块代表性取芯岩石，利用岩心三轴试验机开展了岩石力学参数测定实验并获取了静态杨氏模量和静态泊松比。表1代表10块取芯岩石杨氏模量和泊松比测量结果。

表1取芯岩石杨氏模量和泊松比测量结果表

②利用纵、横波时差转换模型(公式1)计算给出了Y井取芯岩石不同深度条件下对应的横波时差，参见表2。

表2取芯岩石纵横波时差转换及动态岩石力学参数计算结果表

③基于表2中计算得到的纵横波时差数据，根据公式(2)和(3)计算了Y井取芯岩石不同深度条件下对应的动态杨氏模量和动态泊松比，参见表2。

④基于表1和表2中岩石动、静态杨氏模量和泊松比数据，建立了目标区块岩石力学参数动、静态转换关系计算模型，参见附图1和2。基于该模型结合测井曲系列数据，计算给出了Y井静态杨氏模量和静态泊松比预测剖面，参见附图3。

⑤基于确定的静态杨氏模量和静态泊松比预测剖面，利用公式(4)计算给出了Y井脆性指数变化剖面，参见附图3。

(2)基于聚类分析方法，筛选典型取芯井测井曲线系列，其中岩石物理响应特征曲线包含AC、CNL、DEN、GR、AT90测井曲线，储层物性参数测井曲线为PERM测井曲线。

利用K邻近算法结合核心代表指数(KRI)曲线上的突变明确最优分割数，自动确定岩石物理相划分的最佳聚类数。基于不同储层在不同测井系列上的岩石物理响应特征，利用脆性指数(BI)、岩石物理相应测井数据(AC、CNL、DEN、GR和AT90)以及岩石物性参数测井渗透率解释结果(PERM)将目标区块岩石测井物理相初步划分成13类，划分结果参见附图4。

由于聚类分析方法初步划分的岩石物理相达13类，在实际应用过程中比较繁琐，具有一定的局限性。因此从目标区块储层工程品质出发，调整储层岩石物理相分类数量，此时可以选择影响显著的脆性指数和储层渗透率这两个评价指标对储层岩石物理相进一步整合划分，岩石物理相分类数量为5类：高脆-低渗、高脆-致密、低脆-低渗、低脆-致密、泥页岩。

目标区块储层可压性分类标准参见表3，可压性聚类分析结果见附图5。根据建立的目标区块储层可压性分类标准(共5类)，利用Geolog软件给出了Y井基于岩石物理相划分的可压性预测剖面，参见附图6。

表3目标区块储层可压性分类标准

(3)为了评估本申请中致密储层可压性评价方法的适用性，本实施方案中选用取芯法与Y井可压性预测剖面进行比对，验证了本发明提出的新型可压性评价方法。

首先选择Y井7块取芯岩石，测定了其渗透率、杨氏模量和泊松比并计算给出了取芯岩石不同深度条件下的脆性指数及其对应的可压性类型，计算结果参见表4。通过与Y井可压性预测剖面(附图6)对比分析可知：有6块岩心实测可压性类型与预测可压性类型一致，其中1块岩心实测可压性类型(D型)与预测可压性类型(E型)虽有偏差，但二者类型比较接近，表明本发明提出的一种基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价方法具有很高的预测精度，可为目标区块后续优选压裂层段和制定压裂施工方案提供技术支持和科学依据。

表4目标区块储层取芯法可压性评价结果对比汇总表

虽然已经参考实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的步骤。尤其是，只要不存在方法冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (5)

1.一种基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价方法，包括以下步骤：

(1)、获取目标区块的取芯资料和声波时差测井数据，根据取芯资料的岩石力学参数测试结果和声波时差数据获取目标区块的脆性指数剖面；

具体为：

A对目标区块进行取芯，利用取芯岩石进行三轴力学实验，获取取芯岩石的静态杨氏模量和静态泊松比；

B获取声波时差测井数据，利用纵横波时差转换模型计算横波时差变化剖面，利用纵横波时差数据，计算目标区块动态杨氏模量和动态泊松比剖面；

C基于岩石动、静态杨氏模量和泊松比数据，建立目标区块岩石力学参数动、静态转换关系计算模型；

D根据岩石力学参数动、静态转换关系计算模型，获取目标区块静态杨氏模量和静态泊松比变化剖面；

E根据目标区块静态杨氏模量和静态泊松比，获取目标区块的脆性指数剖面；

(2)、获取目标区块的岩石物理响应特征数据，所述岩石物理响应特征数据包括声波测井数据、中子测井数据、密度测井数据、伽玛测井数据以及电阻率测井数据；

(3)、获取目标区块的储层物性参数测井数据，所述储层物性参数测井数据包括渗透率测井数据；

(4)、根据目标区块的脆性指数剖面、岩石物理响应特征数据、储层物性参数测井数据，基于聚类分析方法，采用K邻近算法和核心代表指数KRI，划分储层岩石物理相分类后；包括利用核心代表指数KRI曲线上的突变确定最优分割数，并自动确定岩石物理相划分的最佳聚类数；还包括调整储层岩石物理相分类数量；

(5)、根据储层岩石物理相分类结果进行目标井的可压性评价。

2.根据权利要求1所述基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价方法，所述获取目标区块的取芯资料包括对目标区块的典型井进行取芯，取芯数量≥10块。

3.根据权利要求1所述基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价方法，所述调整储层岩石物理相分类数量为：岩石物理相分类数量为5类，分别为高脆-低渗、高脆-致密、低脆-低渗、低脆-致密、泥页岩。

4.根据权利要求1所述基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价方法，所述脆性指数计算公式为：

其中：BI—脆性指数，％；E—静态杨氏模量，GPa；E_max—目标层段内静态杨氏模量最大值，GPa；E_min—目标层段内静态杨氏模量最小值，GPa；γ—静态泊松比；γ_max—目标层段内静态泊松比最大值；γ_min—目标层段内静态泊松比最小值。

5.一种验证权利要求1或2或3或4所述的基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价方法的验证方法，包括：

(1)、确定验证储层的目标深度，并对目标深度进行取芯；

(2)、采用权利要求1-4任意一个所述的基于聚类分析测井岩石物理相划分的储层可压性评价方法，获取目标深度处的储层进行可压性评价结果；

(3)、通过取芯岩石进行室内实验测试，获取目标深度处的储层进行可压性测试结果；

(4)、对比目标深度处的储层进行可压性测试结果和可压性评价结果。

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