確定混合體中成分參數的方法
2023-12-08 10:36:11
專利名稱：確定混合體中成分參數的方法
本專利涉及一種確定由多種成份構成的混合體中一種成分的電導率和體積比參數的方法。本發明特別有利於確定地層中一種成分的體積比，例如確定含烴地層中油氣的成分。截止目前，已有許多確定這些油氣方法被應用，它們一般都是以經驗模型為基礎的。
這類已知的方法被描述為「含油泥質砂巖中的導電性」。1967年10月1～4日在德克薩茲州休斯頓舉行SPE第42屆秋季年會上，Waxman M.H.和Smits L.J.M.提出上述觀點。
他們的論文提出了確定由多種成分構成的混合體中一種成分的導電率和體積比參數方法，其中包括混合體的電傳導性的測量和混合體傳導性和一種成分傳導性關係的選擇。
這種已知方法採用下面關係式，通常稱之為Waxman-Smits模型Co＝Cw/F*+BQv/F*其中Co＝完全被鹽水浸透巖石的導電性Cw＝地層中鹽水的導電性F*＝地層係數B＝鈉粘土-交換陽離子作為Cw的函數的等價導電性Qv＝單位孔隙體積陽離子交換量。
這種方法所得出的結果並非總是十分精確的，可能是由於Waxman-Smits模型的經驗性質，它僅提供了地層導電率和其它多種參數之間一種關係。
本發明的目的在於提供一種比較精確的方法確定由多種成分構成的混合體(composition)中一種成分的導電率和體積比參數方法。
根據本發明的方法包括以下內容-測量混合體的導電性；-選擇混合體導電性和各種混合體參數的一種關係，對於每一種成分包括代表該成分的導電性和體積比例的物理參數，這些成分實際上在所述關係中運用所述物理參數被等同地表示。
-從所述關係和混合體的所測導電性中確定所述被選擇參數。
顯然地，用導電率可以表示它自己或由它所推導的任何數量，諸如電阻率。而且，在這種關係中，成分實際上等同地代表成分特徵暗示在這種關係中每一種成分可以實際上用與其它任何成分一樣的方法表示。
根據這個發明的方法能夠實現結果的精度的提高。這種選擇的關係精確地說明各成分分別對混合體的傳導性的貢獻。據此發明的方法中所應用的關係在成分上是對稱的，即任何成分都不較其它成分佔優勢。而且，已經發現據此發明的方法為成分的任何滲濾門限提供理想的精度。在這方面已被認識到一種成分的滲濾量取決於這種成分在混合體的連續程度。例如，一種成分突然停止滲濾則意味著這種成分在混合體中完地被驅散，同樣一種成分完全滲濾則表明該成分在整個混合體中是連續的。
所述有利的各種混合體參數包括至少一種適當的參數，其中每一適合的參數由運用所述關係到一個資料庫來決定，該資料庫由測量代表所述混合體的至少一個所述參數的各種值的至少一個樣品的導電所獲得。
所述優選各種參數包括一個輔助參數，它取決於該成分在混合體中的幾體結構。
如果所述輔助參數被選作各種變量的函數，用輔助成分的精確幾何表示可以實現。每個變量取決於所述成分之一的傳導率和一個混合係數，這個混合係數取決該成分在混合體的幾何結構。
確定每一個適合的參數的有利步驟是將所述關係輸入到這個成分的資料庫中且反覆地進行此過程。這個重複過程包括採用最小化方案反覆地運行所述關係。這種最小化方案優先應用利所述成分所測得導電率和通過所述關係確定的成分的導電率之間鬆散關係。
本發明將在之後用下面實例和對比例子詳細地描述。
例子假定地層中內含主要球狀成分的均質體系統，其成分主要由四種物質組成非傳導性的孔隙巖石介質，非傳導性烴流體，傳導性粘土，和傳導性鹽水。地層的傳導性取決於孔隙空間中部分鹽水的飽和度，烴流體成分與巖石介質結合，兩者均為非導體。因此，烴成分和巖石介質成分僅以它們的體積比代入下面方程。這個地層的有效傳導率Seff可以通過下面公式進行評價(δeff-δo)·(Lδeff+(1-L)δo)-1＝∑φk(δk-δo)·(Lδk+(1-L)δo)-1其中δo是以傳導張量形式表示的輔助參數。
k＝1…N，N是成分的數目。
δeff表示這個樣品的傳導張量。
δk表示成分k的傳導張量。
φk表示成分k的體積比。
L表示去極化張量(形態張量)。
通常去極化張量是正值且有單元量。在實施過程中去極化張量是單位張量的1/3。
術語δo表示一種輔助參數，它能夠被認為是一種主導體，成分增加進入主導體中，正到主導體完全被該成分所取代，以至於體積比例與主導體無關。主導體的存在能使該模型在所有的成分是對稱的模型的任何成分巖石，粘土或鹽水都不較其它任何成分佔優勢。δo對已確定的各種參數的依賴性控制了模型的滲濾作用。設定δo＝δbrine產生已知平均T-矩陣近似值，也被稱之為簡化的Clausius-Mossotti方程。由於只有鹽水發生滲濾不考慮其體積比例，該模型的鹽水成分和其它成分存在明顯的不對稱性。選擇一種連續的主導體的傳導率，即δo＝δeff，則產生已知連貫可能的近似值，也被稱作為簡化的Bruggeman方程。該模型對於所有成分是對稱的，但也存在不實際地需要每個成分重的滲濾門限。
在適當的實施中，輔助參數δo被選作如下值δo＝∑hkδk；對於k＝1，2，3其中hk代表與成分k有關的混合係數張量。此張量包含了代表地層中該成分的空間分布的幾何信息的混合係數。這些係數決定連通性，即單個成分滲濾量。該係數是非負數且實現了標準化條件∑hk＝1；對於k＝1，2，3
標準化關係確保所得的有效傳導率δeff滿足Hashin-Shtrikman條件，它是該領域技術人員所熟知的。
而且，已經消失小的體積部分的成分不能滲濾，因此對應的連通率參數也應當消失lim hk＝0；對於φk0一般地，混合係數張量被定義為hk＝λkφkVk(∑λnφnVn)-1其中k，n＝1…N，N是所述許多成分中的成分數量。
λk代表與成分k相關的滲濾率張量。
φ代表成分k的體積比。
V表示與成分k相關的滲濾指數。
通常hk，λk和V至少有一個形成一個適當的參數。
包含27個泥質砂巖巖芯樣的資料庫已被用於測試本發明，該資料庫是上面提及的SPE論文中所描述。該論文提供Co-Cw曲線，巖芯樣品範圍從幾乎純淨砂巖(Qv＝0.017eq/l)到極端的泥質砂巖(Qv＝1.47eq/l)。這些樣品包含高嶺土、蒙脫石和伊利石，每個樣品或是幾個礦物的混合物或者分離的礦物。每個樣品的特徵巖石物理資料被列在附表中，其中φ表示樣品的孔隙度，k表示樣品的滲透率，Qv表示樣品單位孔隙體積陽離子的交換量。每個樣品在完全鹽水飽和條件的傳導測定鹽水8至10個鹽度。而且，還作了樣品匯集薄膜潛力測量。
該模型所選參數如下1)鹽水；鹽水體積部分φb是由孔隙度，粘土附著水量和水飽和度所決定的。鹽水傳導率δb(＝Cw)是鹽水的鹽度和鹽水的溫度所決定。兩個滲濾參數，λb和v是自由參數。
2)巖石/烴烴的體積φhc是由總孔隙度，粘土吸附水量和烴飽和度I-Sw所決定，而巖石介質的體積φr可用總的規則和體積比求得。巖石和烴都有減弱的傳導性。兩個成分的滲濾參數λr和λhc被設為值1。與巖石/烴比hr/hc的混合係數緊跟在條件∑hk＝1之後。
3.粘土粘土φc體積和粘土傳導性δc是自由適合參數。滲透率λc被設值為0，它適合於非層狀粘土。而且顯示出增加自由參數並沒有對適合該資料庫模型產生重大的改進。
大範圍的鹽度範圍的Co-Cw測量已做，即鹽水鹽度範圍介於1-300之間。對於給定樣品，鹽水體積比在整個鹽度範圍僅有稍稍的變化。由此，滲透參數V在測試中被設等於整體的值，因此，簡化滲透參數hb為一個常數，且簡化自由參數的個數為3。
對於每個樣品，Co-Cw曲線上一系列值被簡化為相對離散值，其定義如下
其中Co，計算＝完全鹽水飽和的巖石樣品所計算出的傳導率Co，實測＝完全鹽水飽和的巖石樣品所實測的傳導率。∑＝所有鹽度的總和。
附表中給出了三種相對的參數φc，δc和hb以及相對鬆散度的結果。
而且，該表給出了由本發明的方法計算的薄膜潛量(ψcale)和實測的薄膜潛量(ψmeas)之間的鬆散度
薄膜潛量是一個特別有意義的值，它是粘土對整個傳導性的貢獻直接的和非破壞性度量，總的傳導性還未被用於確定適合的參數。
為了更加具體地說明本發現，下面的對比實例可以作為參考。
對比實例如上所述，參考實例1除了說明了27個巖芯樣的資料庫之外，而且進一步揭示了一個經驗模型，即通常所指的Waxman-Smits模型。為了對比據本發明的方法與Waxman-Smits模型，實測的傳導性和據Waxman-Smits模型推導的傳導性之間的的相對非相關性，實測的聚集薄膜潛量和由Waxman-Wmits模型推導的聚集薄膜潛量之間的相對非相關性被確定。所有27樣品的相對非相關係數被列於表中。在運用Waxman-Smits模型中，下面著名的公式被採用Co＝Cw/F*+BQv/F*其中F*＝φ-m當m是一個自由參數(它由被作為膠結指數)，Qv取決於樣品的測定，正如孔隙度φ，和標準B圖表也被用於計算鹽度和溫度對傳導率測量的影響。
從據本發明的方法推導的非相關值和用Waxman-Smits模型的非相關值之間對比，顯然，據本發明的方法改進了計算結果。特別是聚集薄膜潛量的極低非相關值，而且該值在整個Qv範圍變化不大，表明據本發明的方法提高了結果的粘度。
據本發明的方法一般能運用於確定地層中的鹽水或烴的體積比，據此代表地層導電率的測井曲線被提供。例如，這樣運用下面方式進行。地層中導電率測井是採用測井工具在穿過地層的井中進行。對於包含鹽水(以B表示)，粘土(以C表示)，和非導電的巖石十烴(表示為R/HC)成分的均質地層，巖石和烴由於它們消失的傳導性因而聚集在一起。所選擇的關係式如下eff-oeff+2o=k=13kk-ok+2o]]>其中δo＝∑hkδkhk＝λkφkvk(∑λnφnvn)-1其中δo表示輔助參數kn＝1…N，N是成分編號δeff表示地層的傳導率δk表示成分k的傳導率hk表示與成分k相關的混合係數λk表示與成分k相關的滲透係數vk，n表示與成分k，n相差的滲透指數每個分組k有4個參數φk，δk，λk和vk，其中φB，δB和δR/HC是直接測量所得。而且，對於分散狀粘土，λc＝0。從總體上，接著確定hR/HC和φR/HC。還未確定的參數是δc，λB，VB和φc。這些參數通過試驗資料進一步模擬確定。δc，λB和VB在整個地層中是常量，而φB取決於深度。確定參數的實驗資料由含鹽水帶的測井資料，實驗地層電阻係數(FRF)測量和鹽水飽和度試驗。正如測井技術專業人員所熟知，從含鹽水帶的測井信息可以用於將當地的參數φc對照標準的多種測井或一種測井曲線。δc，λB和φB和φC與標準測井曲線的相關係數可以應用於含油氣地層。從測井曲線，上述關係和所述參數以及鹽水的體積比，因此，油氣(烴)的體積比作為深度的函數也可以確定。
表
權利要求
1.確定含有多種成分混合體中一種成分的導電率和體積比參數的方法。該方法包括-測量混合體的導電率；-選擇混合體的導電率和許多混合體參數之間的一種關係，對於每一種成分，包括表示該成分的導電率和體積比的物理參數，這種成分在所述的關係中通過所述物理參數實際上被等同地表示，-從所述的關係和混合體所測量的導電率決定所述所選取參數。
2.要求1的方法，其中所述混合體多種參數包括至少一個適當的參數，且其中每個適當的參數由將所述關係輸入資料庫來確定，此資料庫通過測量至少一個樣品的導電率所獲得，這類樣品代表混合體的至少一個所述參數的各種量值。
3.權利要求1或2的方法，其中所述各種參數包括取決於混合體中成分的幾何結構的一種輔助參數。
4.權利要求3的方法，其中所選擇的所述關係是(δeff-δo)·(Lδeff+(1-L)δo)-1＝∑φk(δk-δo)·(Lδk+(1-L)δo)-1其中δo代表以傳導張量形式表示的輔助參數。k＝1…N，N是成分的個數，δeff表示樣品的傳導張量，δk表示成分k的傳導張量，φk表示成分k的體積比。L表示去極化張量。
5.權利要求3或4的方法，其中所述輔助參數被選作各種變量的一種函數，每一個變量取決於所述的一種成分的傳導率和混合係數，因此這個混合係數取決於混合體中該成分的幾何結構。
6.權利要示3-5中任何一條的方法，其中所述輔助參數被選作為δo＝∑hkδk其中δo表示以傳導張量形式表示的輔助參數，此張量表示了三個方向的傳導率；k＝1…N，N是成分的數量；δk表示成分k的傳導率張量；hk表示與成分k相關的混合係數張量；
7.權利要求5或6方法，其中所述混合係數被選以至於混合係數的總和實際上等於整體。
8.權利要求5-7條中任何一條的方法，其中所述混合係數是非負值。
9.權利要求5-8中的任何一條的方法，其中每一混合係數被選作與所述混合係數有關的成分的體積比的一個函數。
10.權利要求9的方法，其中所述函數在與混合係數有關的成分的體積比是單調增加函數。
11.權利要求9或10條的方法，其中所述函數被選取以致於與混合係數有關的成分中體積的消失，混合係數也已不存在。
12.權利要求5-11中任何一條的方法，其中每個混合係數被選作hk＝λkφkVk(∑λnφnVn)-1其中k，n＝1…N，N是所述多種成分中成分的數目，λk表示與成分k相關的滲透率張量，φk表示成分k的體積比，Vk，n表示與成分k，n相關的滲透指數。
13.權利要求12的方法，其中hk，λk和V中至少一個形成一個適當的參數。
14.權利要求4-13中任何一條的方法，其中去極化張量是正值。
15.權利要求4-14中任何一條的方法，其中去極化張量有單位跡量(trace)。
16.權利要求4-15中任何一條的方法，其中去極化張量等於單位張量的1/3。
17.權利要求1-16中任何一條的方法，其中通過將所述關係輸入到資料庫中來確定每個適當參數的步驟需要反覆進行。
18.權利要求17條中的方法，其中反覆運算過程包括在最小化方案中重複地運用所述關係。
19.權利要求18條中的方法，其中最小化方案被運用於所述成分測量的導電率與通過所述關系所推導的成分的導電率之間不匹配情形。
20.權利要求1-19中任何一條中的方法，其中所述混合體包括地層。
21.權利要求20條中方法，其中所述地層至少包括巖石，鹽水，烴流體和粘土中之一。
22.權利要求21條中方法，其中所確定的所述參數形成烴流體和鹽水中之一的體積比。
全文摘要
本發明提出一種確定包含多種成分的混合體中一種成分的導電率和體積比參數的方法。這種方法包括測量混合體的導電性,選擇一種混合體的傳導率和多種混合體參數之間的關係。對於一種成分,參數包括代表傳導性和體積比例,所述關係是指那些成分在這種關係中通過所述物理參數實際上等同地被表示。混合體中的成分所選取的參數取決於所述的關係和混合體所測量的傳導性。
文檔編號G01V3/38GK1179214SQ96192729
公開日1998年4月15日 申請日期1996年3月19日 優先權日1996年3月19日
發明者約翰尼斯·馬裡·維安內·安東紐斯·克爾曼, 安德列·德·奎樸 申請人:國際殼牌研究有限公司