陣列聲波測井多孔介質模型定量計算裂縫孔隙度方法與流程
2023-10-11 19:03:39 1
本發明涉及儲層評價領域，巖石物理研究領域，特別涉及利用陣列聲波測井資料建立多孔介質模型定量計算儲層裂縫孔隙度的方法。
背景技術：
裂縫孔隙度定量評價長期以來一直是複雜儲層評價中的難點，它直接或間接的影響到儲層劃分、參數計算精度，是複雜儲層儲量評價的一個關鍵參數。目前裂縫孔隙度評價大多為定性評價，定量計算主要包括雙側向法、電成像法、雙孔介質等效模量法。
雙側向法裂縫孔隙度計算應用於裂縫性儲層，地層導電性由裂縫與巖石基塊並聯導電，油、氣層裂縫孔隙度為：
水層裂縫孔隙度為：
Cd、Cs、Cm、Cw分別為深側向、淺側向、泥漿和地層水電導率，S/m；
mf為裂縫孔隙度指數，f；
Kr為裂縫畸變係數，通常取1～1.3，水平縫取1.3，垂直縫取1；
電成像法通過貼井壁高解析度、高覆蓋率測量，獲取井壁巖石電阻率差異，形成井壁偽巖心圖像，通過圖像對裂縫孔隙定性識別，獲取裂縫參數，根據裂縫面孔率近似替代裂縫孔隙度，其計算公式為：
FVPA＝∑Wi·Li/L·π·D
FVPA為裂縫面孔率，f；
Wi為電成像圖像上第i條裂縫的寬度，mm；
Li為電成像圖像上第i條裂縫的長度，m/m2；
D為井徑，in。
Budiansky等提出雙孔介質等效模量法，將裂隙參數引入到Biot理論中，通過Biot相洽理論計算裂縫孔隙度，其計算公式如下：
K為等效巖石體積模量，GPa；
Km、Kr分別為骨架、流體體積模量，GPa；
φ、φr分別為總孔隙度和裂縫孔隙度，f；
A、a為巖石特徵參數，f；
αr為裂縫縱橫比，f。
雙側向法計算裂縫孔隙度影響因素較多，需要對深、淺側向測井進行非裂縫影響校正，模型參數一般採用經驗法標定，裂縫孔隙度精度相對較差。電成像測井裂縫參數信息反映井壁成像圖像特徵，對於井壁以外地層裂縫信息難以精確描述，計算的裂縫面孔率只能近似作為裂縫孔隙度。雙孔介質等效模量法採用固定孔隙縱橫比進行計算，只能反映該孔隙縱橫比下裂縫信息，計算精度較差。
技術實現要素：
為了解決現有技術在裂縫孔隙度計算中的不足，本發明提供了一種定量確定裂縫孔隙度的方法，通過改進的多孔介質模型，提升陣列聲波測井在裂縫孔隙度計算中的應用潛力，用於不同類型儲層裂縫孔隙度的計算，提高儲層劃分、參數計算精度，為儲量評價奠定基礎。
本發明的陣列聲波測井多孔介質模型定量計算裂縫孔隙度方法包括以下步驟：
步驟一：建立孔隙縱橫比譜分布，確定孔隙分布區間；
步驟二：根據建立的孔隙縱橫比譜分布，建立陣列聲波測井多孔介質模型；
步驟三：根據建立的陣列聲波測井多孔介質模型和陣列聲波測井計算的巖石模量，建立目標函數，並反演確定孔隙縱橫比譜分布形態；
步驟四：確定裂縫截止值，定量計算裂縫孔隙度。
其中，步驟一中的所述孔隙縱橫比譜分布將孔隙結構分成孔隙、裂縫及過渡帶三個區域，每一個區域包含不同孔隙縱橫比範圍，其中孔隙對應的孔隙縱橫比為0.1～1，過渡帶對應的孔隙縱橫比為0.1～0.01，裂縫對應的孔隙縱橫比為0.01～0.001。
孔隙縱橫比譜分布採用如下組合高斯分布函數模擬其分布形態特徵：
SPECi為孔隙縱橫比譜分布，且
i為多重孔隙中每一種孔隙類型序號；
αi為不同類型孔隙縱橫比，採用對數布點，分布範圍為0.001～1；
A1、A2、A3分別為裂縫、過渡帶、孔隙區間最大孔隙百分比，反演確定；
μ1、μ2、μ3分別為裂縫、過渡帶、孔隙區間最大孔隙百分比分布位置，反演確定；
σ1、σ2、σ3分別為裂縫、過渡帶、孔隙區間分布寬度，反演確定。
步驟二包括：將步驟一中建立的孔隙縱橫比譜分布以包裹體形式加入到微分等效介質理論中，形成包含孔隙與裂縫條件下的陣列聲波多孔介質模型：
K*(φ)、G*(φ)分別為巖石等效體積模量與剪切模量，GPa；
Ki、Gi分別為包裹物體積模量與剪切模量，GPa；
Km、Gm分別為巖石骨架體積模量與剪切模量，GPa；
φ為孔隙度，f；
βm為骨架參數，表達式為βm＝Gm(3Km+Gm)/(3Km+4Gm)。
步驟三中的所述目標函數採用如下公式計算：
E＝|K-K*(φ)|2+|G-G*(φ)|2
E為目標函數值，取最小值；
K、G分別為巖石體積模量與剪切模量，GPa。
步驟四中的所述裂縫截止值為能夠反映孔隙裂縫特徵的最大孔隙縱橫比，小於該裂縫截止值的孔隙縱橫比對應的孔隙均屬於裂縫，該裂縫截止值可根據巖心鑄體薄片觀察確定或根據非裂縫層段孔隙縱橫比譜開始大於0的位置確定。
步驟四中的所述裂縫孔隙度按照下式計算：
φf為裂縫孔隙度，f；
dmaxi為裂縫截止值對應的孔隙縱橫比序號。
相對於現有技術，本發明的有益效果為：該方法依據陣列聲波測井資料，建立多孔介質模型，通過反演定量計算孔隙縱橫比譜分布，實現裂縫孔隙度定量計算。本發明所述模型更加接近儲層巖石實際特徵，計算的裂縫孔隙度更加準確、可靠，為儲層評價提供有力保障。
下面結合附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
附圖說明
為了更清楚的說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖做簡單介紹，顯而易見，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些圖獲得其它的附圖。
圖1為本發明的陣列聲波測井多孔介質模型定量計算裂縫孔隙度方法的流程圖；
圖2為本發明實施例提供的孔隙縱橫比譜分布特徵示意圖；
圖3為本發明實施例提供的多孔介質模型示意圖；
圖4為本發明實施例提供的一種孔隙型儲層對應的孔隙縱橫比譜分布圖；
圖5為本發明實施例提供的一種裂縫型儲層對應的孔隙縱橫比譜分布圖；
圖6為本發明實施例提供的一種孔隙-裂縫型儲層對應的孔隙縱橫比譜分布圖；
圖7為本發明實施例提供的圖4中孔隙型儲層對應的巖石模量與流體性質變化關係圖；
圖8為本發明實施例提供的圖5中裂縫型儲層對應的巖石模量與流體性質變化關係圖；
圖9為本發明實施例提供的圖6中孔隙-裂縫型儲層對應的巖石模量與流體性質變化關係圖；
圖10為本發明實施例提供的孔隙縱橫比譜分布確定裂縫孔隙度示意圖；
圖11為本發明實施例提供的某井裂縫孔隙度計算效果圖；
圖12為本發明實施例提供的裂縫孔隙度計算結果與刻度後雙側向法計算的結果對比圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本發明實施方式做進一步詳細描述。
參見圖1，本發明的陣列聲波測井多孔介質模型定量計算裂縫孔隙度方法按照如下步驟進行操作：
步驟一：建立孔隙縱橫比譜分布，確定孔隙分布區間。
孔隙可定性的看做類球形結構，其中短軸與長軸的比值即為孔隙縱橫比。孔隙縱橫比根據孔隙中不同孔隙形狀進行分類，孔隙縱橫比越大，孔隙越發育，孔隙縱橫比越小，裂縫越發越，因此巖石孔隙是由一系列不同孔隙縱橫比組合而成，每種孔隙縱橫比佔據一定比例，形成孔隙縱橫比譜分布。
如圖2所示，孔隙縱橫比譜分布將孔隙結構分成孔隙、裂縫及過渡帶三個區域，每一個區域包含不同孔隙縱橫比範圍，其中孔隙對應的孔隙縱橫比為1～0.1，過渡帶對應的孔隙縱橫比為0.1～0.01，裂縫對應的孔隙縱橫比為0.01～0.001。
孔隙縱橫比譜分布採用如下組合高斯分布函數模擬其分布形態特徵：
SPECi為孔隙縱橫比譜分布，且
i為多重孔隙中每一種孔隙類型序號；
αi為不同類型孔隙縱橫比，採用對數布點，分布範圍為0.001～1；
A1、A2、A3分別為裂縫、過渡帶、孔隙區間最大孔隙百分比，反演確定；
μ1、μ2、μ3分別為裂縫、過渡帶、孔隙區間最大孔隙百分比分布位置，反演確定；
σ1、σ2、σ3分別為裂縫、過渡帶、孔隙區間分布寬度，反演確定。
步驟二：建立陣列聲波測井多孔介質模型。
儲層巖石中包含骨架與孔隙，孔隙類型多樣，因此根據陣列聲波測井資料，採用巖石物理技術建立陣列聲波測井多孔介質模型，如圖3所示，用來描述包含不同類型孔隙條件下巖石的聲學、力學響應特徵。將步驟一所述孔隙譜分布以包裹體形式加入到微分等效介質理論中，形成包含孔隙與裂縫條件下的陣列聲波多孔介質模擬：
K*(φ)、G*(φ)分別為巖石等效體積模量與剪切模量，GPa；
Ki、Gi分別為包裹物體積模量與剪切模量，GPa；
Km、Gm分別為巖石骨架體積模量與剪切模量，GPa；
φ為孔隙度，f；
βm為骨架參數，表達式為βm＝Gm(3Km+Gm)/(3Km+4Gm)。
如圖4、圖5和圖6所示，儲層巖石孔隙類型可分為三類：孔隙型、裂縫型、孔隙-裂縫型。根據陣列聲波測井多孔介質模型對不同類型孔隙進行正演分析，該模倒具有以下特徵：不同類型孔隙對應不同巖石模量，同一巖石類型條件下不同流體性質對應不同巖石模量，流體性質確定前提下，孔隙類型與巖石模量一一對應，如圖7、圖8和圖9所示。
步驟三：構建目標函數，反演孔隙縱橫比潛分布。
根據建立的多孔介質模型與陣列聲波測井計算的巖石模量建立目標函數，反演確定孔隙縱橫比譜分布形態，即確定孔隙縱橫比譜分布函數係數。
所述目標函數採用如下公式計算：
E＝|K-K*(φ)|2+G-G*(φ)|2
E為目標函數值，取最小值；
K、G分別為巖石體積模量與剪切模量，GPa；
目標函數中涉及的巖石體積模量與剪切模量通過陣列聲波測井縱、橫波時差計算，流體性質通過測井解釋或測試手段確定，多孔介質模型採用四階龍格-庫塔(Runge-Kutta)算法迭代求解計算等效巖石模量。目標函數採用模擬退火算法最優化求解，反演過程根據孔隙特徵約束計算，降低反演參數個數，得到目標函數值最小時對應的孔隙縱橫比譜分布。
步驟四：確定裂縫截止值，定量計算裂縫孔隙度。
裂縫截止值定義為能夠反映孔隙裂縫特徵的最大孔隙縱橫比，小於該值的孔隙縱橫比對應的孔隙均屬於裂縫，如圖10所示，該值根據巖心鑄體薄片觀察確定，也可根據非裂縫層段孔隙縱橫比譜開始大於0的位置確定，裂縫孔隙度按照下式計算：
φf為裂縫孔隙度，f；
αmaxi為裂縫截止值對應的孔隙縱橫比序號。
另外，按照以上思路，可對該方法進行程序化代碼編寫，形成處理軟體，實現測井資料自動處理。圖11為渤海油田某井實際資料處理效果圖，效果如下：
圖中第一道為CAL(井徑曲線)和GR(自然伽馬曲線)；第二道為深度；第三道為RD(深電阻率曲線)、RS(淺電阻率曲線)及RMLL(微側向電阻率曲線)；第四道為DT(縱波時差)、ZDEN(密度曲線)及CN(中子曲線)；第五道中PHIF為利用本發明計算的裂縫孔隙度曲線，PORF為經過電成像測井標定後利用深、淺電阻率計算的裂縫孔隙度曲線。從圖中可以看出，裂縫孔隙度較發育層段，如1820～1825m、1840～1850m、1855～1880m，中子、密度交會較明顯，聲波時差較大，電阻率曲線分開明顯，均顯示裂縫特徵，裂縫孔隙度值較高；裂縫孔隙度不發育層段，如1805～1820m、1825～1835m、1900～1930m，密度較大，時差較低，電阻率曲線分開較小，微側向電阻率出現毛刺現象，均顯示緻密特徵，裂縫孔隙度值較低。同時本發明計算的裂縫孔隙度曲線與已有技術計算的裂縫孔隙度曲線吻合較好，在1880～1890m，微側向電阻率較高，出現毛刺現象，聲波時差較低，顯示緻密特徵，相比PORF曲線，PHIF曲線更能反映裂縫不發育的特徵。
利用本發明的方法，對渤海四個地區不同油田裂縫孔隙度進行了計算，並將計算結果與電成像、巖心等刻度後的裂縫孔隙度曲線進行對比，如圖12所示，圖中兩條邊界線分別是以±0.3％為誤差分界線，從圖中可以看出本發明方法效果與現有技術結果匹配較好。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改、等同替換、改進，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。