CN116146176A - 基于地质-工程因素的深部煤层气储层测井定量分类方法 - Google Patents
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Abstract
基于地质‑工程因素的深部煤层气储层测井定量分类方法，利用测井资料确定有机碳含量、煤体结构指数、含气量和裂缝孔隙度地质因素四参数，脆性指数、断裂韧性、水平应力差异系数、围岩与煤储层弹性模量比等工程因素四参数，并以此归一化后的八个评价指标对深部煤层气储层类型进行评价，在提高深部煤层气储层类型评价精度的同时，将为其压裂层位优选提供了测井技术支撑，开辟了基于地质‑工程因素的测井资料评价深部煤层气储层类型的新途径，具有方法简单、实用的特点，也具有良好的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及测井评价技术领域，特别涉及一种基于地质-工程因素的深部煤层气储层测井定量分类方法。
背景技术
深部煤层气开发过程中常采用压裂等增产措施，基于地质和工程双因素的深部煤层气储层类别分析评价成为压裂层位优选的一项重要工作。地球物理测井资料隐含着深部煤层气岩石力学、地应力、三压力、富集规律等诸多可靠信息，据此，可利用测井资料来评价深部煤层气的储层类别。
现有煤层气储层分类的测井评价方法多样，常用脆性指数、断裂韧性等单一参数的数值大小来划分储层类型。然而，深部煤层气储层不同于浅层，其地质条件、地层压力、富集规律更为复杂，单一参数无法全面准确地划分储层类型，尤其是只考虑地质或工程因素中的几个参数时根本无法反映出深部煤层气储层的特殊性和复杂性，其结果与实际差别较大。例如，专利号为CN202010106873.6，名称为“一种煤层气-致密气储层合压性的测井定量评价方法”，公布了利用地球物理测井资料评价煤层气-致密气储层的合压性技术，就是一种利用砂层与煤岩的最小水平地应力差、砂岩与煤岩的杨氏模量差，砂层与煤层的脆性指数差、砂岩与煤岩的抗拉强度差等4个地球物理测井资料评价煤层气-致密气储层的合压性方法，但是存在测井资料因素单一，只能反映储层地质属性，而不能反映工程属性的缺点。又如，专利号为CN202010777648.5，名称为“基于力学性质的多参数综合定性致密砂岩储层分类方法”，公布了建立准确的致密砂岩储层的综合评价标准，就是一种基于储层力学性质的分类，能够实现地质与工艺有机结合的方法，但是存在致密砂岩储层分类与储层力学性质结合不紧密，影响后期压裂改造效果评价等缺点。再如，专利号为CN201610855626.X，名称为“致密储层分类模型建立方法及致密储层分类方法”，公布了对砂岩油气藏的储层分类标准，就是一种对特低孔隙度特低渗透率储层和非储集层详细分类且简单实用的方法，但是存在分类结果实用性较差，分类方法考虑因素较多的缺点。如何将地质与工程因素结合起来作为一个系统来评价深部煤层气的储层类型目前尚无研究进展，这给深部煤层气储层的开发过程中压裂层位优选带来不便。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于地质-工程因素的深部煤层气储层测井定量分类方法，利用测井资料确定地质因素四参数即有机碳含量、煤体结构指数、含气量和裂缝孔隙度、工程因素四参数即脆性指数、断裂韧性、水平应力差异系数、围岩与煤储层弹性模量比，并以此归一化后的八个评价指标对深部煤层气储层类型进行评价，在提高深部煤层气储层类型评价精度的同时，为其压裂层位优选提供了测井技术支撑，具有方法简单、实用的特点。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
基于地质-工程因素的深部煤层气储层测井定量分类方法，包括以下步骤：
步骤一、计算深部煤层气储层地质因素四参数，包括有机碳含量、煤体结构指数、含气量、裂缝孔隙度：
①有机碳含量Toc
其计算如式(1)所示：
Toc＝0.083×NGR-1.244×DTC-18.24×ρb-0.072×logRt+69.94 (1)
式中：Toc为煤储层有机碳含量，％；NGR为自然伽马，API；DTC为纵波时差，μs/ft；ρb为地层密度，g/cm3；Rt为原装地层电阻率，Ω·m；
②煤体结构指数Ics
建立测井资料与不同煤体结构之间的关系，采用式(2)确定煤体结构指数：
式中：Ics为煤体结构指数，无量纲；Cal为井径，in；
③含气量Vg
采用式(3)确定含气量：
Vg＝0.019×Dep+0.022×DTC+0.06×Cnl-14.399×ρb-0.113×NGR+1.064×LnRt-3.468 (3)
式中：Dep为煤层气储层斜深，m；Cnl为补偿中子，％，
④裂缝孔隙度φf
采用式(4)、式(5)确定裂缝孔隙度：
当Rt＞Rxo时：
当Rt≤Rxo时：
式中：φf为煤储层裂缝孔隙度，％；Rxo为裂缝冲洗带电阻率，Ω·m；Rmf为泥浆滤液电阻率，Ω·m；Rw为地层水电阻率，Ω·m；mf为裂缝胶结指数，无量纲；
步骤二、计算深部煤层气储层工程因素四参数，分别为：脆性指数、断裂韧性、水平应力差异系数、围岩与煤储层弹性模量比：
①脆性指数BI
脆性指数根据归一化的杨氏模量和泊松比求取，计算模型如式(6)所示：
式中：E为岩石杨氏模量，MPa；μ为岩石泊松比，无量纲；
②断裂韧性Kic
断裂韧性根据其与煤储层抗拉强度的关系建立回归模型，采用式(7)确定断裂韧性：
Kic＝0.0059×St 3-0.0923×St 2+0.517×St-0.3322 (7)
式中：Kic为煤储层断裂韧性，MPa·m1/2；St为煤储层抗拉强度，MPa；
③水平地应力差异系数Kh
水平应力差异系数根据最大主应力与最小主应力求取，采用式(8)确定计算水平地应力差异系数：
式中：Kh为水平应力差异系数，无量纲；σH为煤储层最大水平主应力，MPa，σh为煤储层最小水平主应力，MPa；
④围岩与煤储层弹性模量比EK
围岩与煤储层弹性模量比根据煤储层及其顶底板的杨氏模量求取，采用式(9)确定围岩与煤储层弹性模量比:
式中：ρb为密度，g/cm3，EMLT煤顶板为煤层顶板的杨氏模量，MPa；EMLB煤底板为煤层底板的杨氏模量，MPa；
步骤三：将上述步骤一和步骤二中涉及的八个参数全部归一化处理，其中有机碳含量、煤体结构指数、含气量、裂缝孔隙度、围岩与煤储层弹性模量比、脆性指数进行正向归一化处理；水平应力差异系数、断裂韧性进行反向归一化处理，具体为：
(1)有机碳含量归一化
(2)煤体结构指数归一化
(3)含气量归一化
(4)裂缝孔隙度归一化
(5)围岩与煤储层弹性模量比归一化
(6)脆性指数归一化
(7)水平应力差异系数归一化
(8)断裂韧性归一化
式中：Toci为煤储层归一化的有机碳含量，％；TocMAX、TocMIN分别为煤储层有机碳含量的最大、最小值，％；Icsi为煤储层归一化的媒体结构指数，无量纲；IcsMAX为煤储层煤体结构指数的最大值，无量纲；IcsMIN为煤储层煤体结构指数的最小值，无量纲；Vgi为归一化的含气量，无量纲；VgMAX、VgMIN分别为煤储层含气量的最大、最小值，无量纲；φfi为煤储层归一化的裂缝孔隙度，％；φfMAX、φfMIN分别为煤储层裂缝孔隙度的最大、最小值，％；BIi为煤储层归一化的脆性指数，无量纲；BIMAX、BIMIN分别为煤储层脆性指数的最大、最小值，％；Kici为煤储层归一化的断裂韧性，MPa·m1/2；KicMAX分别为煤储层断裂韧性的最大、最小值，MPa·m1/2；Khi为煤储层归一化的水平应力差异系数，无量纲；KhMAX、KhMIN分别为煤储层水平应力差异系数的最大、最小值，无量纲；EKi为归一化的杨氏模量差，MPa；EKMAX、EKMIN分别为煤储层杨氏模量差的最大、最小值，MPa；
步骤四：根据八个参数对煤储层优质程度的贡献量分别赋予其相应的权重范围，然后建立深部煤层气储层类型综合判别指数，采用式(18)确定深部煤层气储层类型综合判别指数，八个参数对应的权重范围如下：
地质因素四参数：有机碳含量0.06-0.10；煤体结构指数0.04-0.08；含气量0.20-0.24；裂缝孔隙度0.08-0.12；工程因素四参数：脆性指数0.18-0.24；断裂韧性0.08-0.12；水平应力差异系数0.12-0.16；围岩与煤储层弹性模量比0.15-0.18；
式中：Crci为深部煤层气储层类型综合判断指数，无量纲；xi为归一化参数对应的权重，包括：有机碳含量、煤体结构指数、含气量、裂缝孔隙度、脆性指数、断裂韧性、水平应力差异系数、围岩与煤储层弹性模量比，无量纲；Yi为各归一化参数包括；Toci归一化的有机碳含量、Icsi归一化的煤体结构指数、Vgi归一化的含气量、φfi归一化的裂缝孔隙度、BIi归一化的脆性指数、Kici归一化的断裂韧性、Khi归一化的水平应力差异系数、EKi归一化的围岩与煤储层弹性模量比，无量纲；
步骤五：深部煤层气储层的测井分类评价划分标准
依据以上步骤的结果，得出了下表所示的深部煤层气储层的归一化测井定量分类评价划分标准：
将深部煤层气储层归一化的测井分类评价划分为三类：Ⅰ类表示煤储层类型最好，煤层气富集程度最高、可压性最好；Ⅱ类表示煤储层类型中等，煤层气富集程度较好、可压性一般；Ⅲ类表示煤储层类型较差，煤层气富集程度较差、可压性最差。
步骤一中，裂缝胶结指数mf采用迭代法求解，设煤储层被切割成边长为x的立方块，则煤储层立方体裂缝孔隙度模型和地层因子如下：
φf＝1-x3
根据阿尔奇公式可推导出mf表达式如下：
利用迭代法计算mf的具体步骤为：首先令mf＝1，代入式(4)或式(5)中计算出φf1，然后将φf1代入立方体裂缝孔隙度模型中计算出φf2，以此顺序迭代，若前后两次裂缝孔隙度结果达到了需要的精度时即可停止迭代；
式中：φ为地层因子，无量纲；其他参数意义同上。
步骤二中，St为煤储层抗拉强度，St＝0.00375×E(1-0.78×Vsh)。
步骤二中，σH为煤储层最大水平主应力，MPa，σh为煤储层最小水平主应力，MPa，其计算如下：
其中
Cb＝1/Kb
式中：σv为上覆岩层压力，MPa；Cma、Cb为岩石骨架压缩、岩石体积压缩系数，无量纲；Pp为地层孔隙压力，MPa；Vsh为煤储层泥质含量，％；ρaver为地层平均密度g/cm3；H0为目的层顶界面深度，m；H为目的层底界面深度，m；ρ(h)为密度随深度的变化函数，g/cm3；g重力加速度，m/s2；DTS为横波时差，μs/ft；ρma为岩石骨架密度，g/cm3；Δtcm、Δtsm为岩石骨架的纵波、横波时差，μs/ft；Kb为剪切模量，MPa；μg为水平应力平衡因子，无量纲；dmin、dmax分别为测点井眼直径的最小、最大值，in；Eb、Ema分别为岩石、岩石骨架的杨氏模量，MPa；k为刻度系数，无量纲。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明基于地质-工程因素的深部煤层气储层测井定量分类方法，能够有效地利用测井资料进行深部煤层气储层分类评价，将地质因素四参数(包括有机碳含量、煤体结构指数、含气量、裂缝孔隙度)和工程因素四参数(包括脆性指数、断裂韧性、水平应力差异系数、围岩与煤储层弹性模量比)等八个评价指标有机结合在一起，在提高深部煤层气储层类型评价精度的同时，将为其压裂层位优选提供了测井技术支撑，开辟了基于地质-工程因素的测井资料评价深部煤层气储层类型的新途径，具有方法简单、实用的特点，也具有良好的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明中的深部煤层气储层测井定量分类评价方法流程图。
图2为本发明的深部煤层气储层测井定量分类定量评价成果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
参照图1，基于地质-工程因素的深部煤层气储层测井定量分类方法，包括以下步骤：
步骤一：计算深部煤层气储层地质因素四参数即有机碳含量、煤体结构指数、含气量和裂缝孔隙度。
有机碳含量是深部煤层气评价的重要参数，反映了煤储层生烃能力的大小。由于取心限制，使用地球物理方法对有机碳评价有一定局限性。因此利用测井资料评价深部煤层气储层的有机碳含量，常规测井资料在纵向上连续性好，分辨率高，为煤储层生烃能力评价提供了更加合理、准确的结果，采用式(1)确定有机碳含量：
Toc＝0.083×NGR-1.244×DTC-18.24×ρb-0.072×logRt+69.94 (1)
式中：Toc为煤储层有机碳含量；％；NGR为自然伽马，API；DTC为纵波时差，μs/ft；ρb为地层密度，g/cm3；Rt为原装地层电阻率，Ω·m。
煤体结构是影响煤层气压裂产能的主要地质因素。构造破碎煤机械强度低、煤体结构松散，不易脆性开裂，难以形成裂缝，同时压裂崩离剥落的大量煤粉会堵塞缝道，导致煤层的渗透性能得不到改善。常规测井资料在纵向上连续性好，分辨率高，能够对煤储层的煤体结构进行准确地判别和计算，采用式(2)确定煤体结构指数：
式中：Ics为煤体结构指数，无量纲；Cal为井径，in；其余参数同上。
煤层气储层含气量测井评价是煤层气压裂产气的关键参数之一。煤储层含气量是压裂后气井产能的物质基础，一般含气量越大表明对天然气的吸附能力越强，则煤层气井的供气能力越强，稳产期达到的最大的产气量越大，稳产期时间越长，采用式(3)确定含气量：
Vg＝0.019×Dep+0.022×DTC+0.06×Cnl-14.399×ρb-0.113×NGR+1.064×LnRt-3.468 (3)
式中：Dep为煤层气储层斜深，m；Cnl为补偿中子，％；其余参数同上。
煤层的孔隙结构较为复杂，既有基质孔隙又有裂缝孔隙，其中基质孔隙主要用于储集气体，裂缝孔隙则是气体流动的通道，故裂缝孔隙度能够直接反映储层气体流动的难易程度。煤层裂缝孔隙度的计算主要依据深侧向、浅侧向电阻率，根据阿尔奇公式，建立深、浅侧向电阻率与煤层裂缝孔隙度的关系，采用式(4)、式(5)确定裂缝孔隙度：
①当Rt＞Rxo时：
②当Rt≤Rxo时：
式中：φf为煤储层裂缝孔隙度，％；Rxo为裂缝冲洗带电阻率，Ω·m；Rmf为泥浆滤液电阻率，Ω·m；Rw为地层水电阻率，Ω·m；mf为裂缝胶结指数(由于煤层裂缝宽度很小，故胶结指数通常小于1.8)，无量纲。
其中mf采用迭代法求解，设煤储层被切割成边长为x的立方块，则煤储层立方体裂缝孔隙度模型和地层因子如下：
φf＝1-x3
根据阿尔奇公式可推导出mf表达式如下：
利用迭代法计算mf的具体步骤为：首先令mf＝1，代入式(4)或式(5)中计算出φf1，然后将φf1代入立方体裂缝孔隙度模型中计算出φf2，以此顺序迭代，若前后两次裂缝孔隙度结果达到了需要的精度时即可停止迭代。
式中：φ为地层因子，无量纲；其他参数意义同上。
步骤二：计算深部煤层气储层工程因素四参数，包括脆性指数、断裂韧性、水平应力差异系数、围岩与煤储层弹性模量比。
脆性岩石在压裂时容易破碎而形成复杂裂缝，而塑性煤岩则会发生塑性变形，不易产生裂缝，即使形成了人工裂缝，在裂缝闭合阶段也会发生支撑剂嵌入的情况，使人工裂缝的导流能力严重下降，大大降低增产效果。煤岩中大量发育的微裂隙及钻井造成的裂缝发育均极大地降低了岩石的模量，岩石杨氏模量的降低使得计算的脆性指数降低明显，煤岩质地软增加了压裂的难度，而微裂隙的发育又使得裂缝起裂及扩展更加容易，采用式(6)确定脆性指数：
式中：E为岩石杨氏模量，MPa；μ为岩石泊松比，无量纲。
断裂韧性反映的是岩石本身的性质，是一项表征储层改造难易程度的重要因素，裂缝形成后维持裂缝向前延伸的能力，它的大小关系到裂缝延伸的难易。地层断裂韧性值越小，水力裂缝对地层岩石的穿透能力越强，储层改造体积越大。因此，地层的断裂韧性值越小，地层的可压性程度越高，采用式(7)确定断裂韧性：
Kic＝0.0059×St 3-0.0923×St 2+0.517×St-0.3322 (7)
式中：Kic为煤储层断裂韧性，MPa·m1/2；St为煤储层抗拉强度，MPa。
水平应力差异系数是最大水平主应力与最小水平主应力之差与最小水平主应力之间的比值。当地应力差异系数较小时，人工裂缝沿着天然裂缝方向延伸，将原有天然裂缝沟通并形成网络裂缝。当地应力差异系数较大时，天然裂缝发生膨胀，水力裂缝在交汇点处直接穿过天然裂缝，继续沿着原来的最大水平主应力方向扩展，形成两条主裂缝。目前经验来说，地应力差异系数越小则越容易形成复杂裂缝网络，采用式(8)确定水平应力差异系数：
式中：Kh为水平应力差异系数，无量纲；σH为煤储层最大水平主应力，MPa；σh为煤储层最小水平主应力，MPa。
其中
Cb＝1/Kb
式中：σv为上覆岩层压力，MPa；Cma、Cb为岩石骨架压缩、岩石体积压缩系数，无量纲；Pp为地层孔隙压力，MPa；Vsh为煤储层泥质含量，％；ρaver为地层平均密度g/cm3；H0为目的层顶界面深度，m；H为目的层底界面深度，m；ρ(h)为密度随深度的变化函数，g/cm3；g重力加速度，m/s2(取值为0.00981)；DTS为横波时差，μs/ft；ρma为岩石骨架密度，g/cm3；Δtcm、Δtsm为岩石骨架的纵波、横波时差，μs/ft；Kb为剪切模量，MPa；μg为水平应力平衡因子，无量纲；dmin、dmax分别为测点井眼直径的最小、最大值，in；Eb、Ema分别为岩石、岩石骨架的杨氏模量，MPa；k为刻度系数，无量纲。
围岩与煤储层弹性模量比反映了顶底板与煤储层杨氏模量的差异，其比值越大，裂缝越易于控制在煤层内部，采用式(9)确定围岩与煤储层弹性模量比：
式中：ρb为密度，g/cm3，EMLT煤顶板为煤层顶板的杨氏模量，MPa；EMLB煤底板为煤层底板的杨氏模量，MPa；E煤为煤储层的杨氏模量，MPa。
步骤三：将上述步骤一和步骤二中涉及的八个参数(深部煤层气储层地质因素四参数和工程因素四参数)全部归一化处理，采用式(10)到式(17)进行有机碳含量、煤体结构指数、含气量、裂缝孔隙度、脆性指数、断裂韧性、水平应力差异系数、围岩与煤储层弹性模量比等8个参数的归一化：
式中：Toci为煤储层归一化的有机碳含量，％；TocMAX、TocMIN分别为煤储层有机碳含量的最大、最小值，％；Icsi为煤储层归一化的媒体结构指数，无量纲；IcsMAX为煤储层煤体结构指数的最大值，无量纲；IcsMIN为煤储层煤体结构指数的最小值，无量纲；Vgi为归一化的含气量，无量纲；VgMAX、VgMIN分别为煤储层含气量的最大、最小值，无量纲；φfi为煤储层归一化的裂缝孔隙度，％；φfMAX、φfMIN分别为煤储层裂缝孔隙度的最大、最小值，％；BIi为煤储层归一化的脆性指数，无量纲；BIMAX、BIMIN分别为煤储层脆性指数的最大、最小值，％；Kici为煤储层归一化的断裂韧性，MPa·m1/2；KicMAX分别为煤储层断裂韧性的最大、最小值，MPa·m1/2；Khi为煤储层归一化的水平应力差异系数，无量纲；KhMAX、KhMIN分别为煤储层水平应力差异系数的最大、最小值，无量纲；EKi为归一化的杨氏模量差，MPa；EKMAX、EKMIN分别为煤储层杨氏模量差的最大、最小值，MPa。
步骤四：根据八个参数(深部煤层气储层地质因素四参数和工程因素四参数)对煤储层优质程度的贡献量分别赋予其相应的权重范围(计算时根据不同区块的实际条件取准确值)，然后建立深部煤层气储层类型综合判别指数，采用式(18)确定深部煤层气储层类型综合判别指数。八个参数对应的权重范围如表1所示：
表1深部煤层气储层地质因素四参数和工程因素四参数的权重范围
式中：Crci为深部煤层气储层类型综合判断指数，无量纲；Xi为归一化参数对应的权重，包括：有机碳含量、煤体结构指数、含气量、最小水平主应力、脆性指数、断裂韧性、水平应力差异系数、围岩与煤储层弹性模量比，无量纲；Yi为各归一化参数，包括：Toci归一化的有机碳含量、Icsi归一化的煤体结构指数、Vgi归一化的含气量、φfi归一化的裂缝孔隙度、BIi归一化的脆性指数、Kici归一化的断裂韧性、Khi归一化的水平应力差异系数、EKi归一化的围岩与煤储层弹性模量比，无量纲。
步骤五：深部煤层气储层的测井定量分类评价
依据以上步骤的结果，得出了表2所示的深部煤层气储层的归一化测井定量分类评价划分标准：
表2深部煤层气储层的归一化测井定量分类评价划分标准表
由表2可知，将深部煤层气储层的测井定量分类评价划分为三类：Ⅰ类表示煤储层类型最好，煤层气富集程度最高、可压性最好；Ⅱ类表示煤储层类型中等，煤层气富集程度较好、可压性一般；Ⅲ类表示煤储层类型较差，煤层气富集程度较差、可压性最差。
基于上述深部煤层气储层测井定量分类评价标准中各个评价指标的测井计算模型，在编写测井解释程序的基础上，对研究区块各井主力煤储层进行了测井精细处理解释。
图2是关于X井深部煤层气储层测井解释的定量评价成果图。该井主力煤层8#煤深度段为2255-2264m，厚度为9m。上部煤储层深度段为2255-2260.5m，厚度为5.5m；其归一化的煤体结构指数为0.36，归一化的有机碳含量为0.65，归一化的含气量为0.67，归一化的裂缝孔隙度为0.72，归一化的脆性指数为0.41，归一化的断裂韧性为0.38，归一化的水平应力差异系数为0.12，归一化的煤层与围岩的模量比为0.60，最终预测的储层类型综合判别指数为0.77，深部煤层气储层测井分类综合评价为Ⅰ类储层，表明储层类型最好，煤层气富集程度最高、可压性最好。下部煤储层深度段为2260.5-2264m，厚度为3.5m；其归一化的煤体结构指数为0.21，归一化的有机碳含量为0.40，归一化的含气量为0.45，归一化的裂缝孔隙度为0.39，归一化的脆性指数为0.27，归一化的断裂韧性为0.50，归一化的水平应力差异系数为0.33，归一化的煤层与围岩的模量比为0.44，最终预测的储层类型综合判别指数为0.65，深部煤层气储层测井分类综合评价为Ⅱ类储层。该深部煤层气储层进行压裂后微地震监测结果表明，上部煤储层形成了径向长、纵向宽的复杂压裂缝网络；下部煤储层形成了径向长、纵向窄的对称性压裂缝，整个8#煤储层压裂施工后日产气量达到1万方。这充分说明本研究所划分的深部煤层气储层类型与实际压裂监测、排采结果均较为吻合，同时也进一步表明储层分类评价的精准与否对深部煤层气压裂层段的优选起到关键核心作用。该方法充分挖掘了测井资料中所蕴藏的深部煤层气储层可用于储层分类的响应信息，评价结果能够满足深部煤层气储层压裂层位优选的要求。
本领域的技术人员应当理解，由于煤层气测井受环境因素的影响较为严重，为了保证该方法的有效可行性，必须保障测井资料的环境影响校正效果较好，有机碳含量、煤体结构指数、含气量、裂缝孔隙度、脆性指数、断裂韧性、水平应力差异系数、围岩与煤储层弹性模量比等八个评价指标计算较为准确，深部煤层气储层分类的测井定量评价结果才具有较高的精度。
Claims (4)
1.基于地质-工程因素的深部煤层气储层测井定量分类方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、计算深部煤层气储层地质因素四参数，包括有机碳含量、煤体结构指数、含气量、裂缝孔隙度：
①有机碳含量Toc
其计算如式(1)所示：
Toc＝0.083×NGR-1.244×DTC-18.24×ρb-0.072×logRt+69.94 (1)
式中：Toc为煤储层有机碳含量；％；NGR为自然伽马，API；DTC为纵波时差，μs/ft；ρb为地层密度，g/cm3；Rt为原装地层电阻率，Ω·m；
②煤体结构指数Ics
建立测井资料与不同煤体结构之间的关系，采用式(2)确定煤体结构指数：
式中：Ics为煤体结构指数，无量纲；Cal为井径，in；
③含气量Vg
采用式(3)确定含气量：
Vg＝0.019×Dep+0.022×DTC+0.06×Cnl-14.399×ρb-0.113×NGR+1.064×LnRt-3.468(3)
式中：Dep为煤层气储层斜深，m；Cnl为补偿中子，％；
④裂缝孔隙度φf
采用式(4)、式(5)确定裂缝孔隙度：
当Rt＞Rxo时：
当Rt≤Rxo时：
式中：φf为煤储层裂缝孔隙度，％；Rxo为裂缝冲洗带电阻率，Ω·m；Rmf为泥浆滤液电阻率，Ω·m；Rw为地层水电阻率，Ω·m；mf为裂缝胶结指数，无量纲；
步骤二、计算深部煤层气储层工程因素四参数，分别为：脆性指数、断裂韧性、水平应力差异系数、围岩与煤储层弹性模量比：
①脆性指数BI
脆性指数根据归一化的杨氏模量和泊松比求取，计算模型如式(6)所示：
式中：E为岩石杨氏模量，MPa；μ为岩石泊松比，无量纲；
②断裂韧性Kic
断裂韧性根据其与煤储层抗拉强度的关系建立回归模型，采用式(7)确定断裂韧性：
Kic＝0.0059×St 3-0.0923×St 2+0.517×St-0.3322 (7)
式中：Kic为煤储层断裂韧性，MPa·m1/2；St为煤储层抗拉强度，MPa；
③水平地应力差异系数Kh
水平应力差异系数根据最大主应力与最小主应力求取，采用式(8)确定计算水平地应力差异系数：
式中：Kh为水平应力差异系数，无量纲；σH为煤储层最大水平主应力，MPa，σh为煤储层最小水平主应力，MPa；
④围岩与煤储层弹性模量比EK
围岩与煤储层弹性模量比根据煤储层及其顶底板的杨氏模量求取，采用式(9)确定围岩与煤储层弹性模量比：
式中：ρb为密度，g/cm3，EMLT煤顶板为煤层顶板的杨氏模量，MPa；EMLB煤底板为煤层底板的杨氏模量，MPa；
步骤三：将上述步骤一和步骤二中涉及的八个参数全部归一化处理，其中有机碳含量、煤体结构指数、含气量、裂缝孔隙度、围岩与煤储层弹性模量比、脆性指数进行正向归一化处理；水平应力差异系数、断裂韧性进行反向归一化处理，具体为：
(1)有机碳含量归一化
(2)煤体结构指数归一化
(3)含气量归一化
(4)裂缝孔隙度归一化
(5)围岩与煤储层弹性模量比归一化
(6)脆性指数归一化
(7)水平应力差异系数归一化
(8)断裂韧性归一化
式中：Toci为煤储层归一化的有机碳含量，％；TocMAX、TocMIN分别为煤储层有机碳含量的最大、最小值，％；Icsi为煤储层归一化的媒体结构指数，无量纲；IcsMAX为煤储层煤体结构指数的最大值，无量纲；IcsMIN为煤储层煤体结构指数的最小值，无量纲；Vgi为归一化的含气量，无量纲；VgMAX、VgMIN分别为煤储层含气量的最大、最小值，无量纲；φfi为煤储层归一化的裂缝孔隙度，％；φfMAX、φfMIN分别为煤储层裂缝孔隙度的最大、最小值，％；BIi为煤储层归一化的脆性指数，无量纲；BIMAX、BIMIN分别为煤储层脆性指数的最大、最小值，％；Kici为煤储层归一化的断裂韧性，MPa·m1/2；KicMAX分别为煤储层断裂韧性的最大、最小值，MPa·m1/2；Khi为煤储层归一化的水平应力差异系数，无量纲；KhMAX、KhMIN分别为煤储层水平应力差异系数的最大、最小值，无量纲；EKi为归一化的杨氏模量差，MPa；EKMAX、EKMIN分别为煤储层杨氏模量差的最大、最小值，MPa；
步骤四：根据八个参数对煤储层优质程度的贡献量分别赋予其相应的权重范围，然后建立深部煤层气储层类型综合判别指数，采用式(18)确定深部煤层气储层类型综合判别指数，八个参数对应的权重范围如下：
地质因素四参数：有机碳含量0.06-0.10；煤体结构指数0.04-0.08；含气量0.20-0.24；裂缝孔隙度0.08-0.12；工程因素四参数：脆性指数0.18-0.24；断裂韧性0.08-0.12；水平应力差异系数0.12-0.16；围岩与煤储层弹性模量比0.15-0.18；
式中：Crci为深部煤层气储层类型综合判断指数，无量纲；xi为归一化参数对应的权重，包括：有机碳含量、煤体结构指数、含气量、裂缝孔隙度、脆性指数、断裂韧性、水平应力差异系数、围岩与煤储层弹性模量比，无量纲；Yi为各归一化参数包括；Toci归一化的有机碳含量、Icsi归一化的煤体结构指数、Vgi归一化的含气量、φfi归一化的裂缝孔隙度、BIi归一化的脆性指数、Kici归一化的断裂韧性、Khi归一化的水平应力差异系数、EKi归一化的围岩与煤储层弹性模量比，无量纲；
步骤五：深部煤层气储层的测井分类评价划分标准
依据以上步骤的结果，得出了下表所示的深部煤层气储层的归一化测井定量分类评价划分标准：
将深部煤层气储层归一化的测井分类评价划分为三类：Ⅰ类表示煤储层类型最好，煤层气富集程度最高、可压性最好；Ⅱ类表示煤储层类型中等，煤层气富集程度较好、可压性一般；Ⅲ类表示煤储层类型较差，煤层气富集程度较差、可压性最差。
2.根据权利要求1所述的基于地质-工程因素的深部煤层气储层测井定量分类方法，其特征在于，步骤一中，裂缝胶结指数mf采用迭代法求解，设煤储层被切割成边长为x的立方块，则煤储层立方体裂缝孔隙度模型和地层因子如下：
φf＝1-x3
根据阿尔奇公式可推导出mf表达式如下：
利用迭代法计算mf的具体步骤为：首先令mf＝1，代入式(4)或式(5)中计算出φf1，然后将φf1代入立方体裂缝孔隙度模型中计算出φf2，以此顺序迭代，若前后两次裂缝孔隙度结果达到了需要的精度时即可停止迭代，式中：φ为地层因子，无量纲。
3.根据权利要求1所述的基于地质-工程因素的深部煤层气储层测井定量分类方法，步骤二中，St为煤储层抗拉强度，St＝0.00375×E(1-0.78×Vsh)。
4.根据权利要求1所述的基于地质-工程因素的深部煤层气储层测井定量分类方法，步骤二中，σH为煤储层最大水平主应力，MPa，σh为煤储层最小水平主应力，MPa，其计算如下：
其中
Cb＝1/Kb
式中：σv为上覆岩层压力，MPa；Cma、Cb为岩石骨架压缩、岩石体积压缩系数，无量纲；Pp为地层孔隙压力，MPa；Vsh为煤储层泥质含量，％；ρaver为地层平均密度g/cm3；H0为目的层顶界面深度，m；H为目的层底界面深度，m；ρ(h)为密度随深度的变化函数，g/cm3；g重力加速度，m/s2；DTS为横波时差，μs/ft；ρma为岩石骨架密度，g/cm3；Δtcm、Δtsm为岩石骨架的纵波、横波时差，μs/ft；Kb为剪切模量，MPa；μg为水平应力平衡因子，无量纲；dmin、dmax分别为测点井眼直径的最小、最大值，in；Eb、Ema分别为岩石、岩石骨架的杨氏模量，MPa；k为刻度系数，无量纲。
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|---|---|---|---|---|
| CN117872506A (zh) * | 2024-03-13 | 2024-04-12 | 中海石油(中国)有限公司 | 一种基于测井资料进行变质岩储层有效性快速评价的方法 |
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2022
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