CN113267438B - 基于全直径岩心的斯通利波渗透率测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于全直径岩心的斯通利波渗透率测量装置及方法，其中装置包括：人工试验水管柱设备、以及与人工试验水管柱连接的声波脉冲发射设备、声波脉冲接收设备、数据采集设备和计算机；人工试验水管柱设备包括一模拟井孔和设置在模拟井孔内的全直径岩心，全直径岩心居中放置在模拟井孔中；全直径岩心的外层覆盖有塑料薄膜，中央钻设有一井孔，井孔内设置有水听器，水听器与声波脉冲发射设备和声波脉冲接收设备通信连接；水听器的外层包裹有直径略大于井孔的可膨胀压缩的橡塑泡沫。本申请为斯通利波计算渗透率和产能预测提供可靠的实验依据，提高渗透率和产能预测模型的可信度与精度，以更好地为油气的勘探开发提供强有力的技术支撑。

Description

基于全直径岩心的斯通利波渗透率测量装置及方法

技术领域

本申请属于斯通利波实验测量技术领域，具体地讲，涉及一种基于全直径岩心的斯通利波渗透率测量装置及方法。

背景技术

利用斯通利波可以估算出随地层深度连续变化的渗透率曲线，该渗透率曲线为进一步的产能预测提供了便利。当前的现有技术均是通过数学方法对斯通利波进行反演获得渗透率，目前国内的专业人员也有将测井反演的斯通利波参数与岩心渗透率进行单参数或多参数的拟合，以进一步求取连续的底层渗透率。但是，声波测井是地层条件下获得的井周斯通利波，而岩心样品多是柱塞岩样，二者测量的对象和结果均不同；而在现有仪器测量技术条件下，岩样渗透率本身的测量也存在着较大误差，可靠性和精度都较低。

发明内容

本申请提供了一种基于全直径岩心的斯通利波渗透率测量装置及方法，以至少解决现有技术中缺乏通过实验对全直径岩心单偶极测量模式下实现斯通利波的提取以及对斯通利波反演渗透率进行验证和刻度的问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种基于全直径岩心的斯通利波渗透率测量装置，包括：

人工试验水管柱设备、以及与人工试验水管柱连接的声波脉冲发射设备、声波脉冲接收设备、数据采集设备和计算机；

人工试验水管柱设备包括一模拟井孔和设置在模拟井孔内的全直径岩心，全直径岩心居中放置在模拟井孔中；

全直径岩心的外层覆盖有塑料薄膜，中央钻设有一井孔，井孔内设置有水听器，水听器与声波脉冲发射设备和声波脉冲接收设备通信连接；

水听器的外层包裹有直径略大于井孔的可膨胀压缩的橡塑泡沫。

在一实施例中，全直径岩心的下部固定有岩心夹持器，用于将全直径岩心固定在模拟井孔内。

在一实施例中，全直径岩心与模拟井孔之间灌注有液体，并且，液面的高度大于全直径岩心顶面的最高处。

在一实施例中，全直径岩心包括：

一圆柱型塑料管以及设置在圆柱型塑料管中的岩心样本，岩心样本与圆柱型塑料管之间的空隙采用水泥浇筑。

在一实施例中，井孔钻设在岩心样本上。

在一实施例中，水听器包括：一发射换能器和一接收换能器，发射换能器固定在井孔内。

在一实施例中，接收换能器在井孔中可上下移动。

在一实施例中，全直径岩心的长度大于30厘米。

在一实施例中，圆柱型塑料管的直径大于40厘米。

另一方面，本申请还提供了一种基于全直径岩心的斯通利波渗透率测量方法，应用于上述测量装置，测量方法包括：

通过调整接收换能器在井孔中的位置调整源距，并设置激励源参数，使计算得到的声波在水中的传播速度在1500米/秒，以验证测量装置的正常工作状态；

利用发射换能器和接收换能器，通过调整源距，记录全波列阵列波形；

固定源距同时移动发射换能器和接收换能器，记录随测井深度变化的全波列测井剖面；

根据全波列阵列波形和全波列测井剖面获得底层视察和斯通利波波形；

根据斯通利波波形计算渗透率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的基于全直径岩心的斯通利波渗透率测量装置示意图。

图2为本申请实施例中井孔条件下单偶极声源在不同测量模式下的波形特征分析图。

图3为本申请实施例中获取的全直径岩心模拟井筒条件下的斯通利波图。

图4为本申请实施例中在有无裂缝岩心情况下的井孔共源矩阵列斯通利波对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

基于背景技术中存在的问题，本申请提供了一种基于全直径岩心的斯通利波渗透率测量装置，包括：

人工试验水管柱设备、以及与人工试验水管柱连接的声波脉冲发射设备、声波脉冲接收设备、数据采集设备和计算机；

人工试验水管柱设备包括一模拟井孔和设置在模拟井孔内的全直径岩心，全直径岩心居中放置在模拟井孔中；

全直径岩心的外层覆盖有塑料薄膜，中央钻设有一井孔，井孔内设置有水听器，水听器与声波脉冲发射设备和声波脉冲接收设备通信连接；

水听器的外层包裹有直径略大于井孔的可膨胀压缩的橡塑泡沫。

在一实施例中，全直径岩心的下部固定有岩心夹持器，用于将全直径岩心固定在模拟井孔内。

在一实施例中，全直径岩心与模拟井孔之间灌注有液体，并且，液面的高度大于全直径岩心顶面的最高处。

在一实施例中，全直径岩心包括：

一圆柱型塑料管以及设置在圆柱型塑料管中的岩心样本，岩心样本与圆柱型塑料管之间的空隙采用水泥浇筑。

在一实施例中，井孔钻设在岩心样本上。

在一实施例中，水听器包括：一发射换能器和一接收换能器，发射换能器固定在井孔内。

在一实施例中，接收换能器在井孔中可上下移动。

在一实施例中，全直径岩心的长度大于30厘米。

在一实施例中，圆柱型塑料管的直径大于40厘米。

在一具体实施例中，如图1所示，全直径岩心的长度在30cm以上，实验管柱内的液面高度要大于全直径岩心顶面最高处，以保障模拟井孔内被完全充液。测量装置主要包括人工实验水管柱装置、声波脉冲发射和接收装置(单/偶极子水听器)和测井控制及采集模块。全直径岩心制备的关键在于沿岩心轴向模拟井孔的钻取。将全直径岩心居中放置直径大于40cm的圆形塑料管/桶内，用塑料薄膜将全直径岩心的圆柱面全部包裹好，用固井水泥或高强度水泥将岩心外壁与圆形塑料管内壁之间的空间全部填满固封，之后用直径2.5cm、长度50cm的金刚钻头沿岩心轴向进行模拟井孔的钻取，同时要保证钻头在岩心端面的居中钻取。单/偶极水听器的居中问题，由于本次实验岩心钻孔直径要大于水听器的直径，在垂直放置岩心的测量环境下，简易的发射换能器和接收换能器(即水听器)容易偏心，而大量研究表明，井孔偏心声源无法激发出纯的井孔模式波，而是不同阶数模式波的叠加。根据傅里叶级数，可以将偏心声源的总声场表示为无穷多的不同幅度和不同频率的正弦波的叠加，即代表了所有阶数模式波。具体而言，偏心测量无法采集到纯的单极子/偶极子模式波，因此考虑到实验环境和实验要求，在确保全直径岩心垂直居中放置的情况下，使用略大于井孔直径的可膨胀压缩的圆柱形橡塑泡沫对水听器进行包裹处理，固定其位置，来实现纯的模式波激发和采集，这对于井孔全波波形的采集至关重要，直接决定了实验数据的正确性和可靠性。

对于声波脉冲发射和接收装置的间距问题，本申请采用了两种处理方式：

1、固定发射换能器，沿岩心井孔上拉移动接收换能器的位置，以实现不同源距的测量。

2、固定发射、接收装置的源距，上下移动测量装置的位置，现实不同深度点的测量，同时还可根据实验需求任意调整改变源距，以实现不同源距下不同深度点的测量(一次测量源距不变，变源距只是为了实现不同源距下的多次测量，以便对比分析研究)。

为了保障该实验装置的设计合理可靠，还需要结合数值模拟开展井孔条件下单偶极声源在不同源距下的波形特征分析。数值分析表明，在全直径岩心充液井孔内，可以实现全波波速和振幅的测量，进而实现斯通利波波幅、频率和到时的提取，解决实验测量的理论依据问题。

根据另一个方面，基于上述的测量装置，本申请还提供了一种应用于该测量装置的斯通利波渗透率测量方法，测量方法包括：

S101通过调整接收换能器在井孔中的位置调整源距，并设置激励源参数，使计算得到的声波在水中的传播速度在1500米/秒，以验证测量装置的正常工作状态；

S102利用发射换能器和接收换能器，通过调整源距，记录全波列阵列波形；

S103固定源距同时移动发射换能器和接收换能器，记录随测井深度变化的全波列测井剖面；

S104根据全波列阵列波形和全波列测井剖面获得底层视察和斯通利波波形；

S105根据斯通利波波形计算渗透率。

在一具体实施例中，应用于该测量装置的斯通利波渗透率测量方法具体包含以下步骤：

步骤1：在全直径岩心上钻孔(选取有代表性的岩心，不同层位、不同物性、不同孔隙类型，最好有天然裂缝或孔洞的岩心)，其关键在于沿岩心轴向模拟井孔的钻取；将全直径岩心居中放置直径大于40cm的圆形塑料管或桶内，用塑料薄膜将全直径岩心的圆柱面全部包裹好，用固井水泥或高强度水泥将岩心外壁与圆形塑料管或桶内壁之间的空间全部填满固封，之后用直径3.0cm、长度50.0cm的金刚钻头沿岩心轴向进行模拟井孔的钻取，同时要保证钻头在岩心端面的居中钻取。

步骤2：从每一块全直径岩心中获取若干柱塞岩样(岩样要有代表性)，完成柱塞岩样的制作(钻取、切割、打磨、烘干等)和基础数据测量及计算(长度、直径、体积等)。

步骤3：分别完成常温常压和地层条件下孔隙度、渗透率的测定，具体原理和步骤可参见中华人民共和国石油天然气行业标准覆压下岩石孔隙度和渗透率测定方法(SY/T6385-1999\SY/T 5336-1996\SY/T 5815-93)。

步骤4：建立全直径岩样模拟井孔全波测量环境，用以充液井孔的全直径岩样井孔单极/偶极全波的测量；主要包括声波发射和采集系统、测量水管柱装置、水听器，见图1。

步骤5：通过改变源距和激励源设置参数，使计算得到的声波在水中的传播速度约1500m/s，验证实验测量系统中声源和接收器的正常工作状态，以确保测量结果的可靠性。

步骤6：结合数值模拟开展井孔条件下单偶极声源在不同测量模式下的波形特征分析。根据数值分析结果(如图2所示)确定地层速度类型，以准确实现全波波速和振幅的测量。

步骤7：全波测量实验系统采用“单发单收”的成对单/偶极换能器，分别为单/偶极发射换能器和单/偶极接收换能器。通过改变源距记录全波列阵列波形，固定源距同时移动换能器，可记录随测井深度变化的全波列测井剖面。通过时间域的波场分离，分别可以计算获得地层时差和所需的斯通利波波形。根据研究需要，既可以采用单发双收共源距的方式获取阵列波形，也可采用单发单收共接收的方式获取阵列波形，以获得不同测量模式的全波波形。

步骤8：全波数据的采集及处理分析：具体由定位系统、功率源、示波器和计算机组成四部分组成。模型井上垂直放置，由定位系统控制并记录声波探头所在位置和移动距离，定位系统提供最小0.5mm步长定位控制，通过连接臂带动接收换能器在钻孔中移动，功率源采用脉冲激励方式激励偶极发射换能器工作，单极/偶极接收换能器信号输出连接至示波器观察和存储，示波器采用虚拟示波器，其控制和波形处理全部在计算机上通过软件进行，定位系统控制通过计算机中软件控制。

步骤9：在柱塞样与全直径岩心测量点深度匹配的基础上，将柱塞岩渗透率与全直径岩心充液井筒获得的斯通利波时差进行交会分析，建立斯通利波计算渗透率模型，进而为储层产能预测提供理论依据。

图3为利用本申请提供的测量装置和测量方法获取的全直径岩心模拟井筒条件下的斯通利波图，可以看出，图3中的斯通利波幅度显著，可作为裂缝、裂隙或者渗透率估算的基础数据。

图4为在有无裂缝岩心情况下的井孔共源矩阵列斯通利波对比图，由图4可知，当岩心存在裂缝时(左图)，岩石声速降低，井孔声场衰减，斯通利波幅度显著降低(见左图菱形框)；井旁连通裂缝会引起斯通利波的大幅衰减(左图上部)，波形周期减少，伪瑞利波大幅变弱。说明斯通利波可很好指示岩石渗透性。

本申请提供的一种基于全直径岩心的斯通利波渗透率测量装置及方法，对斯通利波反演渗透率进行验证和刻度，为斯通利波计算渗透率和产能预测提供可靠的实验依据，提高渗透率和产能预测模型的可信度与精度，以更好地为油气的勘探开发提供强有力的技术支撑。

在本说明书的描述中，参考术语“在一实施例中”、“在一具体实施例中”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种基于全直径岩心的斯通利波渗透率测量装置，其特征在于，包括：

人工试验水管柱设备、以及与所述人工试验水管柱连接的声波脉冲发射设备、声波脉冲接收设备、数据采集设备和计算机；

所述人工试验水管柱设备包括一模拟井孔和设置在所述模拟井孔内的全直径岩心，所述全直径岩心居中放置在所述模拟井孔中；

所述全直径岩心的外层覆盖有塑料薄膜，中央钻设有一井孔，所述井孔内设置有水听器，所述水听器与所述声波脉冲发射设备和所述声波脉冲接收设备通信连接；

所述水听器的外层包裹有直径略大于所述井孔的可膨胀压缩的橡塑泡沫；

所述全直径岩心的下部固定有岩心夹持器，用于将所述全直径岩心固定在所述模拟井孔内；

所述全直径岩心与所述模拟井孔之间灌注有液体，并且，液面的高度大于所述全直径岩心顶面的最高处；

所述水听器包括：一发射换能器和一接收换能器，所述发射换能器固定在所述井孔内；

所述全直径岩心包括：一圆柱型塑料管以及设置在所述圆柱型塑料管中的岩心样本，所述岩心样本与所述圆柱型塑料管之间的空隙采用水泥浇筑。

2.根据权利要求1所述的基于全直径岩心的斯通利波渗透率测量装置，其特征在于，所述井孔钻设在所述岩心样本上。

3.根据权利要求1所述的基于全直径岩心的斯通利波渗透率测量装置，其特征在于，所述接收换能器在所述井孔中可上下移动。

4.根据权利要求1所述的基于全直径岩心的斯通利波渗透率测量装置，其特征在于，所述全直径岩心的长度大于30厘米。

5.根据权利要求1所述的基于全直径岩心的斯通利波渗透率测量装置，其特征在于，所述圆柱型塑料管的直径大于40厘米。

6.一种基于全直径岩心的斯通利波渗透率测量方法，应用于权利要求1至5中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述测量方法包括：

通过调整接收换能器在井孔中的位置调整源距，并设置激励源参数，使计算得到的声波在水中的传播速度在1500米/秒，以验证所述测量装置的正常工作状态；

利用发射换能器和接收换能器，通过调整源距，记录全波列阵列波形；

固定源距同时移动所述发射换能器和所述接收换能器，记录随测井深度变化的全波列测井剖面；

根据所述全波列阵列波形和所述全波列测井剖面获得地层时差和斯通利波波形；

根据所述斯通利波波形计算渗透率。

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