CN115079261B - 一种基于多参数定量解释模板的致密砂岩气储层评价方法 - Google Patents

一种基于多参数定量解释模板的致密砂岩气储层评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于油气地球物理勘探技术领域，提供了一种基于多参数定量解释模板的致密砂岩气储层评价方法，在明确致密砂岩微观孔缝结构特征的基础上建立岩石物理模型，针对关键物性参数建立多参数定量解释模板，由地震弹性反演数据定量预测总孔隙度、微裂缝孔隙度、含气饱和度等致密砂岩气储层关键物性参数，并通过岩性约束预测砂泥岩薄互层中致密砂岩的累积厚度，构建表征致密砂岩气储层品质的综合评价因子，由储层产能数据对其标定，应用于致密砂岩气储层精确评价。该方法能够有效提高致密砂岩气储层孔缝结构、含气性等关键物性参数的预测精度，适用于应用地震数据在较大空间范围进行致密砂岩气储层的综合评价。

Description

一种基于多参数定量解释模板的致密砂岩气储层评价方法
技术领域
本发明属于油气地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种基于多参数定量解释模板的致密砂岩气储层评价方法。
背景技术
致密砂岩具有低孔低渗、非均质强的特点，储层孔缝结构复杂，其孔渗特征与微裂缝发育程度有关，微裂缝的发育改善了致密储层的岩石物理性质，控制了油气聚集，并为油气成藏提供了运移路径。结合岩石物理，利用地质、测井、地震勘探等地球物理方法，对致密砂岩储层进行储层评价尤为重要。
准确描述复杂孔缝结构性质的储层特征是有效评估储层质量的关键因素，而岩石物理提供了弹性特性与储层微观结构属性联系的桥梁。Hudson于1986年研究了微裂缝密度与等效弹性性质之间的关系。Thomsen在1991年估计了含裂缝介质对弹性性质的影响。Smith等于2009年开展了致密砂岩储层中物性对弹性性质的研究，提出微裂缝可以解释致密砂岩储层中速度和孔隙度之间的复杂关系。Ruiz和Cheng在2010年通过在致密砂岩建模中引入了不同纵横比的孔隙空间描述孔缝结构。Wang等在2020年通过考虑致密砂岩中的孔缝结构，基于岩石物理模型进行了储层参数反演。基于定量解释模板的定量地震解释方法能够直观地建立储层物性参数和地震数据之间地关系。
然而，目前应用定量解释模板进行致密砂岩气储层孔缝结构、含气性预测以及综合评价的方法研究较少。因此，有必要在致密砂岩气储层微观结构分析及岩石物理建模的基础上，开发定量解释技术由地震弹性反演结果预测致密砂岩气孔缝结构及含气性等关键物性参数，为储层综合评价提供重要信息。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于多参数定量解释模板的致密砂岩气储层评价方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种基于多参数定量解释模板的致密砂岩气储层评价方法，包括以下步骤：
步骤1：在地质、岩心资料评价与地球物理测井数据分析的基础上，设计模块化的致密砂岩气储层岩石物理建模流程，建立复杂矿物组分、微观孔缝结构参数、含气饱和度Sg与弹性参数的定量关系。其中，岩石物理关键理论包括：基于Hashin-Shtrikman界限理论计算致密砂岩固体基质弹性模量；基于Domenico理论计算符合工区情况的气水流体混合物弹性模量；应用自相容近似SCA理论计算流体填充的粒间孔、微裂缝的致密砂岩弹性模量。
步骤2：根据研究区地质地球物理资料分析，设置总孔隙度φ、微裂缝孔隙度φf和含气饱和度Sg的变化范围，基于步骤1的岩石物理模型构建多参数定量解释模板，针对每个总孔隙度φ动态建立物性参数组合(Sg、φf)与岩石弹性参数组合(VP/VS、1/K)的定量解释模板，其中VP/VS为纵横波速度比，1/K为压缩率即体积模量倒数；
步骤3：基于测井资料分析，建立纵横波阻抗(IP，IS)与总孔隙度φ数据的拟合关系；
步骤4：通过步骤3建立的拟合关系，输入目标层地震纵、横波阻抗数据，由每一个空间位置处的纵横波阻抗(IP，IS)预测此处总孔隙度φ；
步骤5：将预测的目标层总孔隙度φ输入多参数定量解释模板，在每一个空间位置，应用与该处总孔隙度φ对应的定量解释模板，由弹性参数(VP/VS、1/K)动态预测(φf，Sg)，得到该位置致密砂岩气储层微裂缝孔隙度φf与含气饱和度Sg；
步骤6：根据上述定量解释结果，输出预测的描述目标储层孔缝结构的总孔隙度φ、微裂缝孔隙度φf，以及描述含气性的关键参数含气饱和度Sg，即关键参数(φ，φf，Sg)的空间分布；
步骤7：通过测井数据设计VP/VS阈值提取致密砂岩厚度，由目标层VP/VS地震数据进行岩性约束，计算砂岩累计厚度h的空间分布；
步骤8：根据上述储层参数预测结果(φ，φf，Sg，h)，构建致密砂岩气储层综合评价因子F＝φ×φf×Sg×h，应用于研究区内致密砂岩气储层精确定量描述。
进一步的技术方案，在步骤1中，针对致密砂岩复杂孔缝结构，建立总孔隙空间包含粒间孔隙与微裂缝的岩石物理模型，即总孔隙度φ＝φp+φf，其中φp为粒间孔的孔隙度，φf为微裂缝孔隙度，并且根据研究区致密砂岩中孔隙与微裂缝的形态特征，假设粒间孔纵横比为αp＝1，微裂缝纵横比为αf＝0.01。其中，粒间孔作为致密砂岩气的主要储集空间，直接关系到天然气的产量，而微裂缝作为气体运移的通道，能够改善储层品质，并有利于储层水力压裂效果与最终产能。因此，粒间孔的孔隙度(或总孔隙度)与微裂缝孔隙度预测对致密砂岩气储层评价具有重要意义。
进一步的技术方案，在步骤2中，建立动态多参数定量解释模板，即针对每个总孔隙度φ动态建立物性参数组合(φf，Sg)与岩石弹性参数组合(VP/VS、1/K)的定量解释模板。该方法充分考虑孔隙度随空间位置的变化，以孔隙度动态变化的方式建立反映物性参数(φf，Sg)与岩石弹性参数(VP/VS、1/K)耦合关系的定量解释模板，能够极大地提升致密砂岩气储层微裂缝孔隙度φf和含气饱和度Sg的预测精度。
进一步的技术方案，在步骤4中，建立基于测井纵横波阻抗(IP，IS)与总孔隙度φ数据的拟合关系，由地震纵横波阻抗数据预测孔隙度，为后续步骤5中通过多参数定量解释模板，在考虑孔隙度的情况下由岩石弹性参数(VP/VS、1/K)动态解释(φf，Sg)奠定实际数据应用的基础。
进一步的技术方案，在步骤5中，在目标层总孔隙度φ基础上，在每一个目标储层空间位置，应用与该处总孔隙度φ对应的定量解释模板，由弹性参数(VP/VS、1/K)动态预测(φf，Sg)，得到该位置致密砂岩气储层微裂缝孔隙度φf与含气饱和度Sg等关键物性参数。
进一步的技术方案，在步骤8中，以步骤6输出的描述目标储层孔缝结构的关键参数总孔隙度φ、微裂缝孔隙度φf，以及描述含气性的关键参数含气饱和度Sg，以及步骤7输出的由目标层VP/VS地震数据岩性约束预测的砂岩累计厚度h等关键物性参数的空间分布，构建致密砂岩气综合储层评价因子F＝φ×φf×Sg×h，应用于研究区大范围空间内致密砂岩气储层的综合评价，为致密砂岩气储层评价提供关键信息。
本发明实施例提供的一种基于多参数定量解释模板的致密砂岩气储层评价方法，其有益效果在于：
1)建立了复杂矿物组分以及微观孔缝结构的岩石物理模型，考虑了致密砂岩储层中总孔隙度、微裂缝孔隙度和含气饱和度等关键物性参数与弹性参数(纵横波速度比、弹性模量)之间的定量关系；
2)充分考虑孔隙度随空间位置的变化，以孔隙度动态变化的方式建立反映物性参数与弹性参数耦合关系的定量解释模板，提升致密砂岩气储层物性参数的预测精度；
3)本发明结合地质特征、多井资料分析和地震数据测试，建立了研究区目的层多参数定量解释模板，以此为基础的地震定量解释技术可以同时得到致密砂岩孔缝结构参数、含气性等关键物性参数的空间分布，适用于大面积地震数据的流体检测与裂缝性质预测；
4)本发明结合描述目标储层孔缝结构的关键参数总孔隙度、微裂缝孔隙度和含气饱和度，以及砂岩累计厚度等关键物性参数，构建致密砂岩气储层评价因子F，适用于致密砂岩气储层精确定量描述，为致密砂岩气储层综合评价提供了关键信息。
附图说明
图1是定量地震解释的反演流程图。
图2为致密砂岩岩石物理建模示意图。
图3是构建的多参数定量解释模板示意图。
图4是测井数据标定的定量解释模板示意图。
图5是地震总孔隙度数据分布图。
图6是工区目的层弹性参数空间分布的平面图。
图7是叠加地震数据的多参数定量解释模板俯视图。
图8是工区预测结果平面图。
图9是致密砂岩气储层评价因子F平面图。
图10是三口井内致密砂岩气储层综合评价因子。
图11是三口井实际产气量。
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。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1所示，本发明提出的一种基于地震岩石物理多参数定量解释模板的致密砂岩气储层评价方法包括如下具体步骤：
步骤1：在地质、岩心资料评价与地球物理测井数据分析的基础上，设计模块化的致密砂岩气储层岩石物理建模流程，建立复杂矿物组分、微观孔缝结构参数(总孔隙度φ、微裂缝孔隙度φf等)、含气饱和度Sg与弹性参数的定量关系。建模流程如图2所示，本发明基于Hashin-Shtrikman界限理论计算致密砂岩固体基质弹性模量，由Domenico理论计算符合工区情况的气水流体混合物弹性模量，应用自相容近似SCA理论计算流体填充的粒间孔、微裂缝的致密砂岩弹性模量。
首先，应用岩石物理HS(Hashin-Shtrikman)界限理论计算致密砂岩固体基质的体积模量和剪切模量，具体步骤如下：
步骤1.1：根据参考井测井资料中的岩石固体矿物组分及其含量、矿物弹性模量参数，使用推广后的Hashin-Shtrikman公式，得到致密砂岩固体基质的体积模量与剪切模量：
KHS＝(KHS++KHS-)/2
KHS+＝∧(μmax)
KHS--＝∧(μmin)
Figure BDA0003678924460000061
式中：KHS表示岩石等效体积模量，μmax和μmin是岩石固体基质各成分剪切模量的最大值和最小值；K(r)表示第r个组成成分的体积模量，括号<·>表示对各固体基质组成成分的平均，即对各固体基质成分按其体积含量求加权平均。
μHS＝(μHS++uHS-)/2
uHS+＝Γ(ζ(Kmax，μmax)|)
μHS-＝Γ(ζ(Kmin，μmin))
Figure BDA0003678924460000062
Figure BDA0003678924460000063
式中：μHS表示岩石等效剪切模量；Kmax和Kmin是岩石固体基质各成分体积模量的最大值和最小值，μmax和μmin是岩石固体基质各组成成分剪切模量的最大值和最小值；μ(r)表示第r个固体基质组成成分的剪切模量。
步骤1.2：根据致密砂岩的含气饱和度、流体性质参数，获取致密砂岩流体混合物等效弹性模量数据。
采用Domenico理论计算混合流体等效模量，公式如下所示：
Kfl＝SwKw+SgKg
式中，Kfl表示混合流体的等效体积模量，Sw和Sg分别表示水和气的体积分数，Kw和Kg表示水和气的体积模量。设定混合流体的等效剪切模量μfl为0。
步骤1.3：结合自相容近似SCA理论建立致密砂岩的流体饱和岩石物理模型。
设定致密砂岩中包含粒间孔与微裂缝，总孔隙空间为φ，φ＝φp+φf，φp是粒间孔的孔隙度，φf是微裂缝孔隙度。粒间孔的纵横比为ap＝1，微裂缝的纵横比为af＝0.01。
步骤1.4：采用自相容近似SCA理论将流体填充的粒间孔、微裂隙加入固体基质，计算致密砂岩的等效体积模量和剪切模量，计算公式如下：
Figure BDA0003678924460000071
Figure BDA0003678924460000072
Figure BDA0003678924460000073
和/>
Figure BDA0003678924460000074
表示基于自相容近似方法计算得到的致密砂岩等效体积模量和剪切模量。角标j表示第j相组分，xj为各组成成分的体积含量；Kj表示各组成成分的等效体积模量，Pj表示计算加入背景介质的包裹体体积模量的几何因子。μj表示各组成成分的等效剪切模量，Qj表示计算加入背景介质的包裹体剪切模量的几何因子。
Figure BDA0003678924460000075
Figure BDA0003678924460000081
Figure BDA0003678924460000082
Figure BDA0003678924460000083
Figure BDA0003678924460000084
Figure BDA0003678924460000085
KHS和μHS为岩石固体基质等效体积模量和剪切模量。Kfl和μfl表示混合流体的等效体积模量。pp和Qp为粒间孔体积模量和剪切模量的几何因子，Pf和Qf为微裂缝体积模量和剪切模量的几何因子。
步骤2：根据研究区地质地球物理资料分析，设置总孔隙度φ、微裂缝孔隙度φf和含气饱和度Sg的变化范围，基于步骤1的岩石物理模型构建多参数定量解释模板，针对每个总孔隙度φ动态建立物性参数组合(Sg、φf)与岩石弹性参数组合(VP/VS、1/K)的定量解释模板，其中VP/VS为纵横波速度比，1/K为压缩率即体积模量倒数。
在图3中，孔隙度数值的动态增加，使定量解释模板整体向纵横波速度比增加，剪切模量降低的方向移动。随着含气饱和度的增加，岩石的纵横波速度比降低，体积模量也同时降低；而随着微裂缝孔隙度的增加，岩石的纵横波速度比增加，体积模量也同时降低。
如图4所示，将目标层内孔隙度相同的多井测井数据(VP/VS、1/K)投影至对应孔隙度下的定量解释模板上，得到对应的物性参数(Sg、φf)，调整定量解释模板中各组成组分的弹性参数数值，直至输入的弹性参数数值可以满足定量解释模板与测井数据的分布规律一致的要求。
步骤3：基于测井资料分析，建立纵横波阻抗(IP，IS)与总孔隙度φ数据的拟合关系。
步骤4：通过步骤3建立的拟合关系，输入目标层地震纵、横波阻抗数据，由每一个空间位置处的纵横波阻抗(IP，IS)，依据拟合公式预测此处总孔隙度φ。预测的地震孔隙度数据如图5所示，箭头所示方向为总孔隙度数据增大的方向，数据变化特征与纵横波速度比与体积模量变化相关，符合物性规律，说明所预测孔隙度数据的可靠性。
步骤5：将预测的目标层总孔隙度φ输入多参数定量解释模板，在每一个空间位置，应用与该处总孔隙度φ对应的定量解释模板，由弹性参数(VP/VS、1/K)动态预测(φf，Sg)，得到该位置致密砂岩气储层微裂缝孔隙度φf与含气饱和度Sg。
如图6所示，其中(a)是纵横波速度比VP/VS，(b)是体积模量K，所述的地震数据是指将待反演目的层的多参数地震数据体(包括纵横波速度比、体积模量倒数)提取为均方根平面数据；图7为叠加地震数据的多参数定量解释模板俯视图，对于空间上每一点的地震数据φ、VP/VS和1/K，将纵横波速度比VP/VS和1/K地震数值投影到孔隙度φ数值对应的岩石物理弹性模板上，在模板的储层参数范围内，搜索使目标函数达到最小值对应的含气饱和度Sg和微裂缝孔隙度φf数值，进一步得到该平面储层物性参数的空间分布；
目标函数为：
f＝||(VP/VS)calculated-(VP/VS)measured||2+||Kcalculated-Kmeasured||2
其中，下角标calculated表示岩石物理模型计算的弹性参数，measured表示地震弹性参数。
步骤6：根据上述定量解释结果，输出预测的描述目标储层孔缝结构的总孔隙度φ、微裂缝孔隙度φf，以及描述含气性的关键参数含气饱和度Sg，即关键参数(φ，φf，Sg)的空间分布，如图8(a，b，c)所示，其中(a)总孔隙度φ、(b)微裂缝孔隙度φf和(c)含气饱和度Sg。
步骤7：通过测井数据设计VP/VS阈值提取致密砂岩厚度，由目标层VP/VS地震数据进行岩性约束，计算砂岩累计厚度h的空间分布，如图8(d)所示，图8(d)为砂岩累计厚度h预测结果平面图。
步骤8：根据上述储层参数预测结果(φ，φf，Sg，h)，构建致密砂岩气储层综合评价因子F＝φ×φf×Sg×h，应用于研究区内致密砂岩气储层精确定量描述。
图9为致密砂岩气储层综合评价因子平面分布图，图中显示A井相对B井与C井，综合评价因子数值更高，具备更好的致密砂岩气勘探潜力。如图10所示的三口井中致密砂岩气储层的综合评价因子，与如图11所示三口井实际产气量大小关系一致。因此，本发明提出的致密砂岩气储层综合评价因子可以为储层预测提供关键信息。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于多参数定量解释模板的致密砂岩气储层评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在地质、岩心资料评价与地球物理测井数据分析的基础上，设计模块化的致密砂岩气储层岩石物理建模流程，建立复杂矿物组分、微观孔缝结构参数、含气饱和度Sg与弹性参数的定量关系；
步骤2：根据研究区地质地球物理资料分析，设置总孔隙度φ、微裂缝孔隙度φf和含气饱和度Sg的变化范围，基于步骤1的岩石物理模型构建多参数定量解释模板，针对每个总孔隙度φ动态建立物性参数组合(Sg、φf)与岩石弹性参数组合(VP/VS、1/K)的定量解释模板，其中VP/VS为纵横波速度比，1/K为压缩率即体积模量倒数；
步骤3：基于测井资料分析，建立纵横波阻抗(IP,IS)与总孔隙度φ数据的拟合关系；
步骤4：通过步骤3建立的拟合关系，输入目标层地震纵、横波阻抗数据，由每一个空间位置处的纵横波阻抗(IP,IS)预测此处总孔隙度φ；
步骤5：将预测的目标层总孔隙度φ输入多参数定量解释模板，在每一个空间位置，应用与该处总孔隙度φ对应的定量解释模板，由弹性参数(VP/VS、1/K)动态预测(φf,Sg)，得到该位置致密砂岩气储层微裂缝孔隙度φf与含气饱和度Sg；
步骤6：根据上述定量解释结果，输出预测的描述目标储层孔缝结构的总孔隙度φ、微裂缝孔隙度φf，以及描述含气性的关键参数含气饱和度Sg，即关键参数(φ,φf,Sg)的空间分布；
步骤7：通过测井数据设计VP/VS阈值提取致密砂岩厚度，由目标层VP/VS地震数据进行岩性约束，计算砂岩累计厚度h的空间分布；
步骤8：根据上述储层参数预测结果(φ,φf,Sg,h)，构建致密砂岩气储层综合评价因子F＝φ×φf×Sg×h，应用于研究区内致密砂岩气储层精确定量描述。
2.根据权利要求1所述的基于多参数定量解释模板的致密砂岩气储层评价方法，其特征在于，在所述步骤1中，岩石物理关键理论包括：
基于Hashin-Shtrikman界限理论计算致密砂岩固体基质弹性模量；
基于Domenico理论计算符合工区情况的气水流体混合物弹性模量；
应用自相容近似SCA理论计算流体填充的粒间孔以及微裂缝的致密砂岩弹性模量。
3.根据权利要求2所述的基于多参数定量解释模板的致密砂岩气储层评价方法，其特征在于，在步骤1中，针对致密砂岩复杂孔缝结构，建立总孔隙空间包含粒间孔隙与微裂缝的岩石物理模型，即总孔隙度φ＝φp+φf，其中φp为粒间孔的孔隙度，φf为微裂缝孔隙度，并且根据研究区致密砂岩中孔隙与微裂缝的形态特征，假设粒间孔纵横比为αp＝1，微裂缝纵横比为αf＝0.01。
4.根据权利要求1所述的基于多参数定量解释模板的致密砂岩气储层评价方法，其特征在于，在步骤2中，建立动态多参数定量解释模板，即针对每个总孔隙度φ动态建立物性参数组合(φf,Sg)与岩石弹性参数组合(VP/VS、1/K)的定量解释模板。
5.根据权利要求1所述的基于多参数定量解释模板的致密砂岩气储层评价方法，其特征在于，在步骤4中，建立基于测井纵横波阻抗(IP,IS)与总孔隙度φ数据的拟合关系，由地震纵横波阻抗数据预测孔隙度，为后续步骤5中通过多参数定量解释模板，在考虑孔隙度的情况下由岩石弹性参数(VP/VS、1/K)动态解释(φf,Sg)奠定实际数据应用的基础。
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