CN112800646B - 一种修正阿尔奇模型中岩电参数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种修正阿尔奇模型中岩电参数的方法，所述方法通过将逾渗网络模型与阿尔奇模型相结合，通过逾渗网络模型构建的模拟电路计算相应的电阻率，从而能够得到不同储层特性下的岩电参数值，并拟合得到该岩电参数值的修正模型，从而能够解决水合物层岩电参数取值困难的问题，实现了变阿尔奇参数的水合物饱和度的计算。
Description
技术领域
本发明涉及矿物勘探技术领域，尤其涉及一种修正阿尔奇模型中岩电参数的方法。
背景技术
天然气水合物因蕴藏量十分丰富而成为人类未来的重要能源资源。天然气水合物资源量的准确评估是实现水合物矿藏工业开采的物质基础，而水合物饱和度的准确计算又是水合物资源量评估的前提和保障。目前获取水合物饱和度的方法主要有现场取芯测试和测井曲线计算法，但原位取芯测试目前存在着成本较高、技术复杂、周期较长、数据量偏少等一系列缺陷；而测井参数计算则具有成本较低、数据连续等优点，但目前针对电阻率计算水合物饱和度仍存在着公式适应性差、参数选取困难等一系列问题，导致计算误差较大。
目前国内外学者也主要针对电阻率计算饱和度的阿尔奇公式的适用性及参数如何选取等方面做了大量的研究工作。
2010年王秀娟等利用密度反演的地层孔隙度与地层因子交会图，计算阿尔奇岩电参数，实现对水合物饱和度的计算(参见“基于电阻率测井的天然气水合物饱和度估算及估算精度分析”，王秀娟等，现代地质，第24卷第5期，第993-999页)。
2012年莫修文等也采用了纯水层的方法利用阿尔奇公式反算岩电参数，从而提高阿尔奇公式的计算精度(参见“确定天然气水合物饱和度的测井解释新方法”，莫修文等，吉林大学学报(地球科学版)，第42卷第4期，第921-927页)。
2011年Uma Shankar等采用阿尔奇公式计算水合物饱和度，但仍存在岩电参数如何取值问题(参见“Gas hydrate saturation in the Krishnae Godavari basin from P-wave velocity and electrical resistivity logs”,Uma Shankar等，Marine andPetroleum Geology，第28卷，第1768-1778页)。
此外，对于含泥质较重的砂泥岩地层也有一些学者尝试了针对泥质砂岩储层的双水模型、印度尼西亚公式、修正公式、Waxman-Smits模型等一系列阿尔奇变形公式来计算水合物饱和度。
虽然这些方法在纯阿尔奇公式的基础上进行了一定的经验取值或适用性改进，但对水合物的存在导致的储层导电机理以及对岩电参数的影响仍然缺乏深入的分析，导致阿尔奇参数选取上表现出一定的盲目性和经验性。
因此，需要开发一种能够更准确的对阿尔奇参数进行选取的方法，并提高对水合物饱和度计算的准确性。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种修正阿尔奇模型中岩电参数的方法，所述方法将逾渗理论与网络模型结合，通过利用抽象网络描述实际地层复杂的孔道结构以进行多孔介质电流特性研究，模拟不同地层孔隙条件下电阻率随水合物饱和度的变化规律，建立岩电参数与多种地层属性之间的关系，进而可利用测井资料连续计算岩电参数，解决了水合物层岩电参数取值困难的问题，实现了变阿尔奇参数的水合物饱和度的计算。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种修正阿尔奇模型中岩电参数的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)构建不同储层特性下的逾渗网络模型，并计算基于所述逾渗网络模型构建的电路的电阻率；
(2)根据不同储层结构的电阻率以及储层特征数据，计算得到阿尔奇模型中的岩电参数值；
(3)根据不同储层结构的储层特征数据以及岩电参数值，拟合并构建岩电参数的修正函数。
本发明提供的修正阿尔奇模型中岩电参数的方法仅需利用少部分已有储层结构的数据，并构建与其类似的不同储层特性下的逾渗网络模型，从而可根据电路的电阻率计算得到岩电参数值，并拟合得到岩电参数的修正函数，针对特定储层仅需少量资料数据即可选取计算更加准确的岩电参数值，从而提高了水合物饱和度的计算准确度，为天然气水合物的资源利用提供更准确的基础数据。
优选地，步骤(1)中所述储层特性包括水合物饱和度、矿物含量和孔隙度。
本发明可在构建逾渗网络模型时设置不同的水合物饱和度、矿物含量和孔隙度，从而计算得到储层不同矿物含量和孔隙度对岩电参数变化的影响。
优选地，所述矿物含量包括粘土矿物含量和/或石英矿物含量。
该矿物含量中主要考察附加导电的粘土矿物含量和不导电的石英矿物含量的影响。
优选地，步骤(1)中所述电阻率包括逾渗网络模型中地层水电阻率和地层电阻率。
优选地，所述逾渗网络模型为三维网络模型。
优选地，所述逾渗网络模型中每一维的节点数量≥2n-1个，其中n≥20，其中n例如可以是20、21、22、23、24、25、30、50、60或100等。
由于逾渗理论服从概率统计，统计样本必须达到一定规模，统计结果才是可靠的，所以三维网络模型的孔隙节点数量至少达到20×20×20。
优选地，步骤(1)所述逾渗网络模型的构建包括：建立三维网络模型，在相邻节点间随机设置连通的喉道，并随机在喉道中填充地层水和天然气水合物，随机在模型中填充矿物，得到逾渗网络模型。
优选地，步骤(1)所述计算包括根据欧姆定律和基尔霍夫定律，计算得到所述逾渗网络模型构建的电路的电阻率。
优选地，步骤(2)中所述储层特征数据包括水合物饱和度值、矿物含量值和孔隙度值。
优选地，步骤(2)中所述岩电参数包括胶结指数和/或饱和度指数。
优选地，步骤(3)中所述岩电参数的修正函数均为二元线性函数。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括如下步骤：
(1)构建正六面体的三维网络模型，设置每一维方向上的节点数为2n-1个，n≥20，设置总体上的连通概率为P；在程序中，利用随机数发生器确定网络中相邻孔隙节点之间是否有喉道连通，当有喉道连通时，给网络中代表孔隙的节点赋初值为1；当无喉道连通时，则为代表孔隙的节点赋值为0；只有相互连通的孔隙才能通过电流，从而建立起导通的逾渗网络模型；
孔隙的节点只起到电流网络枢纽作用，喉道的节点起到电流的导通作用，设定的水合物饱和度、矿物含量和孔隙度，并随机设置孔隙的节点尺寸，并随机在喉道中填充地层水和天然气水合物，随机在模型中填充矿物，使其满足设定的水合物饱和度、矿物含量和孔隙度，得到逾渗网络模型；
(2)根据电路中的基尔霍夫第一定律：在任何瞬间流入任一节点的电流的代数和为0，再根据基尔霍夫连续性方程以及每个节点和连线的传导率，构建得到方程组；通过平方根法(Cholesky分解算法)进行求解，从而计算得到电流参数；
设定模型两端电压分别为V1和V2，通过模型的电流为I，则通过欧姆定律，如式(1)所示，就求出模型的电阻率为R为：
式(1)中，ΔV为电压差，V；V1第一端的电压，V；V2第二端的电压，V；I为电流大小，A；R为电阻，Ω；
根据该步骤可计算得到地层电阻率和地层水电阻率；
将所述电阻率和步骤(1)中设定的水合物饱和度和孔隙度以及计算得到的地层电阻率和地层水电阻率，代入阿尔奇公式(式(2))中计算得到岩电参数胶结指数m和饱和度指数n的值；
Sw＝(aRw/Rtφm)1/n 式(2)
式(2)中：Sw：含水饱和度；孔隙度；a：阿尔奇系数；m：胶结指数；n：饱和度指数；Rw—地层水电阻率，Ω·m；Rt：地层电阻率，Ω·m；
(3)根据不同矿物含量和孔隙度条件下的岩电参数值，采用二元线性拟合并构建岩电参数的修正函数。
第二方面，本发明提供一种计算天然气水合物饱和度的方法，所述方法采用第一方面所述的修正阿尔奇模型中岩电参数的方法修正后的阿尔奇模型进行。
本发明第二方面提供的计算天然气水合物饱和度的方法由于采用修正后的阿尔奇模型进行，能够更为准确的选择岩电参数数值，可直接根据测井数据得到相关数据，计算更为准确和方便，克服了原有岩电参数数值选择的盲目性缺陷。
优选地，所述方法包括：测量储层的地层电阻率、地层水电阻率、孔隙度和粘土矿物含量，并依据修正后的阿尔奇模型中，计算得到天然气水合物饱和度。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的修正阿尔奇模型中岩电参数的方法通过将逾渗网络模型与阿尔奇模型结合，采用数值模拟的方式，减少了岩电参数选取的盲目性；
(2)本发明提供的修正阿尔奇模型中岩电参数的方法计算结果的相对误差≤22.5％，计算的准确度有所提高。
附图说明
图1是实施例1中逾渗网络模型构建过程示意图。
图2是实施例1中逾渗网络模型模拟天然气水合物饱和度为10％时的示意图。
图3是实施例1中逾渗网络模型模拟天然气水合物饱和度为30％时的示意图。
图4是实施例1中逾渗网络模型模拟天然气水合物饱和度为50％时的示意图。
图5是实施例1中逾渗网络模型模拟天然气水合物饱和度为70％时的示意图。
图6是实施例1中逾渗网络模型模的单个节点的基尔霍夫电流定律示意图。
图7是实施例1计算得到的胶结指数m与粘土矿物含量的关系图。
图8是实施例1计算得到的胶结指数m与孔隙度的关系图。
图9是实施例1计算得到的饱和度指数n与粘土矿物含量的关系图。
图10是实施例1计算得到的饱和度指数n与孔隙度的关系图。
图11是实施例1中改正后阿尔奇公式计算与岩心饱和度的结果图。
图12是改正前阿尔奇公式计算与岩心饱和度的结果图。
图13是实施例1中改正后阿尔奇公式计算得到的饱和度与岩心分析得到的天然气水合物饱和度的对比图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
一、实施例
实施例1
本实施例提供一种修正阿尔奇模型中岩电参数的方法，针对中国南海北部神狐海域GMMS-3航次中W18井进行测试，所述方法包括如下步骤：
(1)建立一个正六面体的三维网络模型，考虑三个方向的岩性对每个节点的电压分布影响，设置每个方向的节点数为2n-1个，每两个节点间的间距均为L，奇数节点代表孔隙，偶数节点代表吼道，由于逾渗理论服从概率统计，统计样本必须达到一定规模，统计结果才是可靠的，所以三维网络模型的孔隙节点数量至少达到20×20×20，本次模拟采用n＝20；设置总体上的连通概率为P。在程序中，利用随机数发生器确定网络中相邻孔隙节点之间是否有喉道连通，当有喉道连通时，给网络中代表孔隙的节点赋初值为1；当无喉道连通时，则为代表孔隙的节点赋值为0；只有相互连通的孔隙才能通过电流，从而建立起导通的逾渗网络模型；
逾渗网络模型采用点和线表征多孔介质中孔隙和喉道构成的储集空间，其模拟过程如图1所示。
孔隙节点只起到电流网络枢纽作用，喉道节点起到电流的导通作用，用随机发生器随机设置孔隙节点尺寸，使模拟模型与实际地层宏观孔隙特征相同；为模拟水合物地层中的各种组分，利用随机发生器，在中部的喉道部分随机充填地层水和天然气水合物，骨架部分随机分布模拟的泥质含量及导电矿物，得到逾渗网络模型；
利用所述逾渗网络模型模拟天然气水合物储层中天然气水合物逐渐生产的过程如图2～5所示；
并设定模型中孔隙喉道尺寸、水合物饱和度、粘土矿物和石英矿物含量来对对逾渗网络模型进行模拟；
(2)根据电路中的基尔霍夫第一定律(如图6所示)：在任何瞬间流入任一节点的电流的代数和为0，因此图6中的电流满足：I1+I3-I2-I4＝0；
再根据基尔霍夫连续性方程以及每个节点和连线的传导率，构建得到方程组；通过平方根法(Cholesky分解算法)进行求解，从而计算得到电流参数；
设定模型两端电压分别为V1和V2，通过模型的电流为I，则通过欧姆定律，如式(1)所示，就求出模型的电阻率为R为：
式(1)中，ΔV为电压差，V；V1第一端的电压，V；V2第二端的电压，V；I为电流大小，A；R为电阻，Ω；
根据该步骤可计算得到地层电阻率和地层水电阻率；
将所述电阻率和步骤(1)中设定的水合物饱和度和孔隙度以及计算得到的地层电阻率和地层水电阻率，代入阿尔奇公式(式(2))中计算得到岩电参数胶结指数m和饱和度指数n的值；
Sw＝(aRw/Rtφm)1/n式(2)
式(2)中：Sw：含水饱和度；孔隙度；a：阿尔奇系数，取1.1；m：胶结指数；n：饱和度指数；Rw—地层水电阻率，Ω·m；Rt：地层电阻率，Ω·m；
(3)根据不同矿物含量和孔隙度条件下的岩电参数值，采用二元线性拟合并构建岩电参数的修正函数；其中胶结指数m与粘土矿物含量的关系如图7所示，胶结指数m与孔隙度的关系如图8所示；饱和度指数n与粘土矿物含量的关系如图9所示，饱和度指数n与孔隙度的关系如图10所示，拟合得到的修正函数分别如式(3)和式(4)所示：
m＝2.570×φ+1.305 式(3)
n＝-2.952×Vc1+4.221 式(4)
因此，针对中国南海北部神狐海域GMMS-3航次中W18井，修正后的阿尔奇模型如式(5)所示：
式(5)中Vcl：粘土矿物的含量；
可根据式(6)计算得到该井中的水合物饱和度Sh：
Sh＝1-Sw式 (6)
本实施例修正后的阿尔奇公式计算得到的水合物饱和度针对W18井的计算结果如图11所示，根据王秀娟(2010)对南海神狐海域相关参数的研究(参见“基于电阻率测井的天然气水合物饱和度估算及估算精度分析”，王秀娟等，现代地质，第24卷第5期，第993-999页)：Rw＝0.25Ω·m、a＝1.1、m＝2.07以及n＝1.94，利用该参计算得到的饱和度结果如图12所示，从图11和图12可以看出，本实施例修正前阿尔奇公式计算结果的相对误差为33.2％，修正后阿尔奇公式计算结果的相对误差为22.5％，修正后的阿尔奇公式计算得到的水合物饱和度更加准确。
将本实施例计算得到的饱和度与根据岩心分析得到的天然气水合物饱和度进行对比，其结果如图13所示，图中从左到右分别为伽马曲线、密度、粘土矿物含量、孔隙度和电阻率等曲线，最右边一道为计算的水合物饱和度与分析的水合物饱和度对比图。图中最右道的岩心分析饱和度主要分布在145-165米之间，取芯分析饱和度值分布在12％-59％之间，平均为23.7％。由此可以看出，利用修正后的阿尔奇公式计算出的水合物饱和度与岩心天然气水合物的饱和度吻合度较好。
该方法还可适用于其他天然气储层，对此不做特殊限制。
综上所述，本发明提供的修正阿尔奇模型中岩电参数的方法，不仅能够直接根据少量测井数据选取合适的岩电参数值，而且其计算得到的水合物饱和度更加准确，应用前景广阔。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (4)
1.一种修正阿尔奇模型中岩电参数的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)构建不同储层特性下的逾渗网络模型，并计算基于所述逾渗网络模型构建的电路的电阻率；所述储层特性包括水合物饱和度、矿物含量和孔隙度；
所述矿物含量包括粘土矿物含量和/或石英矿物含量；所述电阻率包括逾渗网络模型中地层水电阻率和地层电阻率；所述逾渗网络模型为三维网络模型；所述逾渗网络模型中每一维的节点数量≥2n-1个；
所述逾渗网络模型的构建包括：建立三维网络模型，在相邻节点间随机设置连通的喉道，并随机在喉道中填充地层水和天然气水合物，随机在模型中填充矿物，得到逾渗网络模型；
(2)根据电路中的基尔霍夫第一定律：在任何瞬间流入任一节点的电流的代数和为0，再根据基尔霍夫连续性方程以及每个节点和连线的传导率，构建得到方程组；通过平方根法进行求解，从而计算得到电流参数；
设定模型两端电压分别为V1和V2，通过模型的电流为I，则通过欧姆定律，如式(1)所示，就求出模型的电阻率为R为：
式(1)中，ΔV为电压差，V；V1第一端的电压，V；V2第二端的电压，V；I为电流大小，A；R为电阻，Ω；
根据该步骤计算得到地层电阻率和地层水电阻率；
将电阻率和步骤(1)中设定的水合物饱和度和孔隙度以及计算得到的地层电阻率和地层水电阻率，代入阿尔奇公式(式(2))中计算得到岩电参数胶结指数m和饱和度指数n的值；
Sw＝(aRw/Rtφm)1/n 式(2)
式(2)中：Sw：含水饱和度；孔隙度；a：阿尔奇系数；m：胶结指数；n：饱和度指数；Rw—地层水电阻率，Ω·m；Rt：地层电阻率，Ω·m；
(3)根据不同储层结构的储层特征数据以及岩电参数值，拟合并构建岩电参数的修正函数；
提供的修正阿尔奇模型中岩电参数的方法计算结果的相对误差≤22.5％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述岩电参数的修正函数均为二元线性函数。
3.一种计算天然气水合物饱和度的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1或2所述的修正阿尔奇模型中岩电参数的方法修正后的阿尔奇模型进行。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法包括：测量储层的地层电阻率、地层水电阻率、孔隙度和粘土矿物含量，并依据修正后的阿尔奇模型中，计算得到天然气水合物饱和度。
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2021
- 2021-01-08 CN CN202110025755.7A patent/CN112800646B/zh active Active
Patent Citations (6)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于逾渗模型的泥页岩导电机理模拟;赵军等;《地球物理学报》;第60卷(第5期);第2022-2028页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112800646A (zh) | 2021-05-14 |
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