CN116223338A - 基于平板模型实验的裂缝渗透率评价方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于平板模型实验的裂缝渗透率的评价方法，制作含水平单裂缝的平板岩心模型，获取不同裂缝宽度下的裂缝处测量的裂缝渗透率，建立裂缝渗透率与裂缝宽度和裂缝孔隙度之间的实验关系表达式；制作单裂缝柱塞样岩心，获取不同倾角下的裂缝处测量的裂缝渗透率，结合裂缝渗透率与裂缝宽度和裂缝孔隙度之间的实验关系表达式，建立裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度及裂缝倾角的综合实验关系表达式，即裂缝渗透率评价表达式。本发明依托全直径岩心，制作了不同裂缝宽度、不同裂缝倾角的岩样，通过渗透率的实验测量，研究了裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝倾角等的实验关系，给出了裂缝渗透率新的评价公式，其计算结果更符合地层实际。

Description

基于平板模型实验的裂缝渗透率评价方法及系统

技术领域

本发明涉及油气藏储层评价技术领域，具体是有一种基于平板模型实验的裂缝渗透率评价方法及系统。

背景技术

裂缝是双孔介质储层重要的储集空间类型，天然裂缝系统不仅控制了有效储层发育程度和油气储量规模，同时也是油气开采过程中的重要运移通道。裂缝渗透率是表征裂缝渗流能力的重要参数，其计算结果的精度决定了双孔介质储层产能预测结果的可靠性，因此，准确、有效地预测裂缝渗透率是双孔介质油气藏勘探、开发的难点。

目前，求取双孔介质储层裂缝渗透率的方法主要分为两类，一类是测井方法或油藏工程方法(间接法)，测井方法主流思路是从阵列声波测井资料中提取斯通利波时差及幅度衰减系数，构建表征裂缝渗透性的测井参数，然后建立试井渗透率与裂缝表征参数之间的统计模型；肖承文等(2018)提出了一种利用测井资料评价裂缝渗透率的方法，构建了试井渗透率与裂缝孔隙度、流体移动指数的统计模型，其中裂缝孔隙度由电成像或双侧向测井计算获取，流体移动指数通过实测斯通利波时差与理论斯通利波时差相减计算得到。

信毅等(2021)提出了一种低孔裂缝性砂岩储层裂缝渗透率方法，该方法首先通过测井方式获取低孔裂缝性砂岩储层的斯通利波幅值和裂缝的倾斜角度，进而根据斯通利波幅值计算得到斯通利波衰减系数，最后建立试井渗透率与斯通利波衰减系数、裂缝倾角的统计模型。另一种方法是以平板模型理论为基础的实验测定方法(直接法)，裂缝性储层岩石可简化为四种裂缝平板模型，即片状裂缝、柱状组合裂缝、具有一个不渗透面的立方体裂缝和立方体裂缝模型。

这四种模型的裂缝渗透率都与裂缝宽度、裂缝密度、裂缝粗糙程度及裂缝倾角有关。张晓明等(2021)提出了一种基于平板模型实验的页岩裂缝渗透率评价方法，首先制作具有不同粗糙度、不同裂缝条数、不同裂缝宽度的柱塞岩样，然后对不同裂缝类型的岩样进行渗透率实验测量，分别找出裂缝粗糙度、裂缝条数、裂缝宽度及有效压力与裂缝渗透率之间的定量关系，最后建立了考虑有效压力、裂缝宽度和裂缝粗糙度的页岩裂缝渗透率表征方程。

以上方法在计算裂缝渗透率方面都存在不足。对于肖承文、信毅等人提出的方法而言，从阵列声波测井全波中提取斯通利波响应参数(流体移动指数、衰减系数)，是一间接参数，参数提取时受测井曲线质量及人为因素影响，误差一般较大，且该方法本质上是统计模型，应用上存在区域局限性。Reiss和Teng等人依据四种裂缝平板理论模型，推导了裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度的四种理论表达式，该表达式为利用裂缝宽度、裂缝孔隙度等参数评价裂缝渗透率提供了理论依据，但缺乏实验验证，张晓明等人通过物理实验，研究了裂缝宽度、裂缝粗糙度等参数与裂缝渗透率的响应关系，并基于此建立了裂缝渗透率的实验关系式，但张晓明的模型没有考虑裂缝倾角对岩石裂缝渗透率的影响。

综上，需要一种综合考虑裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝倾角等的评价方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于平板模型实验的裂缝渗透率评价方法及系统，以解决上述背景技术中裂缝渗透率考虑因素不全面且误差大的问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明提供的一种基于平板模型实验的裂缝渗透率评价方法，包括如下步骤：

制作含水平单裂缝的平板岩心模型，获取不同裂缝宽度下的裂缝处测量的裂缝渗透率，建立裂缝渗透率与裂缝宽度和裂缝孔隙度之间的实验关系表达式；

制作单裂缝柱塞样岩心，获取不同倾角下的裂缝处测量的裂缝渗透率，结合裂缝渗透率与裂缝宽度和裂缝孔隙度之间的实验关系表达式，建立裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度及裂缝倾角的综合实验关系表达式，即裂缝渗透率评价表达式。

所述的裂缝渗透率评价方法，优选地，所述裂缝渗透率评价表达式为：

K_f＝0.0066(φ_fW²)^1.0024e^3.9308cosθ (1)

式中，K_f为裂缝渗透率；е为指数符号；θ为裂缝倾角；W为裂缝宽度；Φ_f为裂缝孔隙度。

所述的裂缝渗透率评价方法，优选地，所述裂缝倾角、裂缝宽度及裂缝孔隙度的获得的方法为：通过电成像测井动静态图拾取裂缝，进而计算得出所述裂缝倾角、裂缝宽度及裂缝孔隙度。

所述的裂缝渗透率评价方法，优选地，所述的裂缝渗透率与裂缝宽度之间的实验关系表达式为：

K_{f_0°}＝3×10^-5W^3.0071 (2)

式中，K_f_0°为倾角等于0°时的裂缝渗透率；W为裂缝宽度。

所述的裂缝渗透率评价方法，优选地，所述的裂缝渗透率与裂缝宽度和裂缝孔隙度之间的实验关系表达式为：

K_{f_0°}＝0.2883(φ_fW²)^1.0024 (3)

式中，K_f_0°为倾角等于0°时的裂缝渗透率；W为裂缝宽度；Φ_f为裂缝孔隙度。

所述的裂缝渗透率评价方法，优选地，所述的建立裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度及裂缝倾角的综合实验关系表达式，具体步骤如下：

获取裂缝宽度和裂缝孔隙度；

利用式(2)计算出裂缝渗透率，此时，裂缝倾角等于0°；

建立K_f/K_f_0°与倾角的实验关系式：

将式(3)代入式(4)即可得到裂缝渗透率评价表达式。

第二方面，本发明提供的一种基于平板模型实验的裂缝渗透率评价系统，包括：

第一处理单元，用于制作含水平单裂缝的平板岩心模型，获取不同裂缝宽度下的裂缝处测量的裂缝渗透率，建立裂缝渗透率与裂缝宽度和裂缝孔隙度之间的实验关系表达式；

第二处理单元，用于制作单裂缝柱塞样岩心，获取不同倾角下的裂缝处测量的裂缝渗透率，结合裂缝渗透率与裂缝宽度和裂缝孔隙度之间的实验关系表达式，建立裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度及裂缝倾角的综合实验关系表达式，即裂缝渗透率评价表达式。

第三方面，本发明提供的一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的裂缝渗透率评价方法的步骤。

第四方面，本发明提供的一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的裂缝渗透率评价方法的步骤。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

本发明依托全直径岩心，制作了不同裂缝宽度、不同裂缝倾角的岩样，通过渗透率的实验测量，研究了裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝倾角等的实验关系，给出了裂缝渗透率新的评价公式，其计算结果更符合地层实际。

附图说明

图1为本发明实施例中不同缝宽情况下的平板岩心裂缝渗透率扫描结果；

图2为裂缝渗透率与裂缝宽度实验关系图；

图3为裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度实验关系图；

图4为本发明实施例中不同造缝后岩心CT扫描结果；

图5为K_f/K_f_0°与倾角的实验关系图；

图6为本发明实际应用在渤海潜山A井电成像测井处理成果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。

本发明提供的一种基于平板模型实验的裂缝渗透率评价方法，通过制作含水平单裂缝的平板岩心模型，获取不同裂缝宽度下的裂缝处测量的渗透率，建立裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度的实验关系；通过制作单裂缝柱塞样岩心，获取不同倾角下的裂缝处测量的渗透率，建立裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度及裂缝倾角的实验关系。本发明依托全直径岩心，制作了不同裂缝宽度、不同裂缝倾角的岩样，通过渗透率的实验测量，研究了裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝倾角等的实验关系，给出了裂缝渗透率新的评价公式，其计算结果更符合地层实际。

下面以渤海潜山A井为例详细阐述整个技术流程。

实施例1

一种基于平板模型实验的裂缝渗透率评价方法，具体如下：

S1、建立裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度的实验关系

(1)不同宽度平板水平裂缝的制作

钻取一块全直径岩心，将岩心切割、打磨，制作成含水平单裂缝的平板岩心模型。依据两种型号的垫片(100μm和20μm)来设置不同裂缝宽度，共设计尺寸为90μm、140μm、200μm、250μm、300μm的五种缝宽。

(2)裂缝渗透率测量

将步骤(1)中的五种缝宽的平板岩心围绕裂缝画出长为2.7cm、宽为1.2cm的区域作为测量区域，利用AUTOSCAN-Ⅱ岩心多功能扫描仪，采用平行于裂缝方向间隔1mm、垂直于裂缝方向间隔2mm进行布点扫描，以满足扫描仪探头的内径2mm的扫描要求，准确观测裂缝的渗透率响应。逐一分别对90μm、140μm、200μm、250μm、300μm五种缝宽情况下的平板岩心进行了渗透率扫描测量，其测量结果如图1所示。

(3)建立裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度的实验关系

如图1中，裂缝渗透率是以一个面的形式显示，即在裂缝周围进行了不同布点进行测量，为了研究裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度的实验关系，将裂缝处测量的渗透率取平均值作为岩样的裂缝渗透率，由于裂缝是光滑、规则裂缝，裂缝孔隙度可以由裂缝宽度直接计算得到，即裂缝孔隙度-实测裂缝宽度(单位转换为mm)×2.7/1.2×2.7。

图2为裂缝渗透率与裂缝宽度的实验关系，从图1可以明显看出：两者有明显的乘幂关系，其表达式如下：

K_{f_0°}＝3×10^-5W^3.0071 (2)

式中，K_f_0°为倾角等于0°时的裂缝渗透率，mD；

W为裂缝宽度，μm。

图3为裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度的实验关系，其表达式如下：

K_{f_0°}＝0.2883(φ_fW²)^1.0024 (3)

式中，K_f_0°为倾角等于0°时的裂缝渗透率，mD；

W为裂缝宽度，μm；

Φ_f为裂缝孔隙度，％。

S2、考虑裂缝倾角影响的裂缝渗透率模型

(1)人造裂缝，制作不同倾角的单裂缝柱塞样岩心

首先钻取、切割五块柱塞样岩心，然后对五块柱塞样岩心人工制作了5种不同倾角裂缝，具体方法为：采用台钳巴西劈裂造缝，通过人工施加应力，更容易控制岩心裂而不碎，且通过垫入棍状金属进行起裂方向诱导。

(2)含裂缝岩心CT扫描与裂缝渗透率测量

将造缝后的柱塞样岩心采用GE公司的V|Tome|X S 180&240双射线管岩心CT扫描系统进行实验测量，获取五块造缝后岩心的CT扫描数据，并通过数字岩心技术提取裂缝的平均宽度、倾角及裂缝孔隙度(图4)；同时，对五块造缝后岩心利用高温高压多参数测试装置进行渗透率测量，获取了五块造缝后岩心的裂缝渗透率。

(3)建立裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度及裂缝倾角的实验关系

首先通过CT技术获取的裂缝宽度和裂缝孔隙度，利用公式(3)计算出五块岩心裂缝倾角等于0°时的裂缝渗透率，然后将多参数测试装置测量的岩心裂缝渗透率除以裂缝倾角等于0°时的裂缝渗透率，即K_f/K_f_0°，最后建立K_f/K_f_0°与倾角的实验关系式(图5)：

将公式(3)代入公式(4)，可得到裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度及裂缝倾角的表达式：

K_f＝0.0066(φ_fW²)^1.0024e^3.9308cosθ (1)

式中，K_f为裂缝渗透率，mD；

е为指数符号；

θ为裂缝倾角，°；

K_f_0°为倾角等于0°时的裂缝渗透率，mD；

W为裂缝宽度，μm；

Φ_f为裂缝孔隙度，％。

在评价时，电成像测井具有高分辨率且连续测量的特点，能够直观地反映裂缝信息，该技术在碎屑岩、碳酸盐岩、混积岩、火山岩和变质岩地层的解释评价中得到了相对广泛的应用。由于电成像测井动静态图可以有效拾取裂缝，进而计算出裂缝倾角、裂缝宽度及裂缝孔隙度，因此可以用来进行裂缝渗透率的评价，将电成像计算的裂缝倾角、裂缝宽度及裂缝孔隙度代入式(1)即可计算出目的层段的裂缝渗透率。

如图6所示为渤海潜山一口电成像测井处理成果图，图中第5道为电成像测井静态图，第6道为电成像测井动态图，第7道为裂缝拾取后计算的倾角，第8道为计算的裂缝宽度，第9道为计算的裂缝孔隙度，第10道为公式(1)计算的裂缝渗透率。从图4中可以看出，计算的裂缝宽度范围在10-200μm，裂缝渗透率0.1-100mD，该计算范围符合研究区块地层裂缝的实际情况。

实施例2

上述实施例1提供了一种基于平板模型实验的裂缝渗透率评价方法，与之相对应地，本实施例提供一种基于平板模型实验的裂缝渗透率评价系统。本实施例提供的基于平板模型实验的裂缝渗透率评价系统可以实施实施例1的基于平板模型实验的裂缝渗透率评价方法，该裂缝渗透率评价系统可以通过软件、硬件或软硬结合的方式来实现。例如，该裂缝渗透率评价系统可以包括集成的或分开的功能模块或功能单元来执行实施例1各方法中的对应步骤。由于本实施例的基于平板模型实验的裂缝渗透率评价系统基本相似于方法实施例，所以本实施例描述过程比较简单，相关之处可以参见实施例1的部分说明即可，本实施例的基于平板模型实验的裂缝渗透率评价系统仅仅是示意性的。

本实施例提供的基于平板模型实验的裂缝渗透率评价系统，该裂缝渗透率评价系统包括：

第一处理单元，用于制作含水平单裂缝的平板岩心模型，获取不同裂缝宽度下的裂缝处测量的裂缝渗透率，建立裂缝渗透率与裂缝宽度和裂缝孔隙度之间的实验关系表达式；

第二处理单元，用于制作单裂缝柱塞样岩心，获取不同倾角下的裂缝处测量的裂缝渗透率，结合裂缝渗透率与裂缝宽度和裂缝孔隙度之间的实验关系表达式，建立裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度及裂缝倾角的综合实验关系表达式，即裂缝渗透率评价表达式。

实施例3

本实施例提供一种实现本实施例1所提供的基于平板模型实验的裂缝渗透率评价方法的处理设备，处理设备可以是用于客户端的处理设备，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、台式机电脑等，以执行实施例1的三维刻画方法。

所述处理设备包括处理器、存储器、通信接口和总线，处理器、存储器和通信接口通过总线连接，以完成相互间的通信。存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行本实施例1所提供的裂缝渗透率评价方法。

优选地，存储器可以是高速随机存取存储器(RAM：Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

优选地，处理器可以为中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)等各种类型通用处理器，在此不做限定。

实施例4

本实施例1的基于平板模型实验的裂缝渗透率评价方法可被具体实现为一种计算机程序产品，计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本实施例1所述的三维刻画方法的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于平板模型实验的裂缝渗透率评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

制作含水平单裂缝的平板岩心模型，获取不同裂缝宽度下的裂缝处测量的裂缝渗透率，建立裂缝渗透率与裂缝宽度和裂缝孔隙度之间的实验关系表达式；

制作单裂缝柱塞样岩心，获取不同倾角下的裂缝处测量的裂缝渗透率，结合裂缝渗透率与裂缝宽度和裂缝孔隙度之间的实验关系表达式，建立裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度及裂缝倾角的综合实验关系表达式，即裂缝渗透率评价表达式。

2.根据权利要求1所述的裂缝渗透率评价方法，其特征在于，所述裂缝渗透率评价表达式为：

K_f＝0.0066(φ_fW²)^1.0024e^3.9308cosθ (1)

式中，K_f为裂缝渗透率；е为指数符号；θ为裂缝倾角；W为裂缝宽度；Φ_f为裂缝孔隙度。

3.根据权利要求2所述的裂缝渗透率评价方法，其特征在于，所述裂缝倾角、裂缝宽度及裂缝孔隙度的获得的方法为：通过电成像测井动静态图拾取裂缝，进而计算得出所述裂缝倾角、裂缝宽度及裂缝孔隙度。

4.根据权利要求3所述的裂缝渗透率评价方法，其特征在于，所述的裂缝渗透率与裂缝宽度之间的实验关系表达式为：

K_{f_0°}＝3×10^-5W^3.0071 (2)

式中，K_f_0°为倾角等于0°时的裂缝渗透率；W为裂缝宽度。

5.根据权利要求4所述的裂缝渗透率评价方法，其特征在于，所述的裂缝渗透率与裂缝宽度和裂缝孔隙度之间的实验关系表达式为：

K_{f_0°}＝0.2883(φ_fW²)^1.0024 (3)

式中，K_f_0°为倾角等于0°时的裂缝渗透率；W为裂缝宽度；Φ_f为裂缝孔隙度。

6.根据权利要求5所述的裂缝渗透率评价方法，其特征在于，所述的建立裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度及裂缝倾角的综合实验关系表达式，具体步骤如下：

获取裂缝宽度和裂缝孔隙度；

利用式(2)计算出裂缝渗透率，此时，裂缝倾角等于0°；

建立K_f/K_f_0°与倾角的实验关系式：

将式(3)代入式(4)即可得到裂缝渗透率评价表达式。

7.一种基于平板模型实验的裂缝渗透率评价系统，其特征在于，包括：

第一处理单元，用于制作含水平单裂缝的平板岩心模型，获取不同裂缝宽度下的裂缝处测量的裂缝渗透率，建立裂缝渗透率与裂缝宽度和裂缝孔隙度之间的实验关系表达式；

第二处理单元，用于制作单裂缝柱塞样岩心，获取不同倾角下的裂缝处测量的裂缝渗透率，结合裂缝渗透率与裂缝宽度和裂缝孔隙度之间的实验关系表达式，建立裂缝渗透率与裂缝宽度、裂缝孔隙度及裂缝倾角的综合实验关系表达式，即裂缝渗透率评价表达式。

8.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的裂缝渗透率评价方法的步骤。

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任意一项所述的裂缝渗透率评价方法的步骤。

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