一种基于等效孔隙理论的砂岩岩石物理建模方法与流程

文档序号:11229255
一种基于等效孔隙理论的砂岩岩石物理建模方法与流程

本发明属于油气地球物理勘探领域,勘探对象为砂岩油气藏,本发明具体涉及一种基于改进的等效孔隙理论构建砂岩岩石物理模型的方法。



背景技术:

岩石物理的主要任务在于如何将地下岩石的物性参数与弹性参数(如速度、密度)联系起来。岩石的矿物成分、孔隙度、含流体性甚至孔隙形状都会影响岩石的弹性模量,为了研究和模拟地下复杂的岩石与模量间的相互关系,人们发展了kt理论(kusterandtoksoz,1974),自相容模型(o’connellandbudiansky,1974),等效微分介质理论(cleary,1980;zimmerman,1991)。一些经典的岩石物理建模方法依赖于建立速度与孔隙度、泥质含量和其他一些物性参数之间的关系,如针对砂泥岩的han模型、xu-white模型、gassmann模型以及针对碳酸盐岩的xu-panye模型等。对于致密砂岩储层(孔隙度低于8%),往往具有较低的孔隙度和渗透率,目前国外已有的技术包括hudson模型、eshelby-cheng裂缝模型。

然而,这些基于颗粒接触理论的岩石物理模型对致密砂岩孔隙特征的描述不够精细,针对性不强,由此导致了这些模型对低孔隙度砂岩适用性不够。由岩石物理模型来进行地震流体检测困难,岩石骨架密度、粘土含量和粘土类型、真孔隙度和渗透率的确定存在困难,测井和地震资料进行储层评价存在问题。



技术实现要素:

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题,提供一种针对致密砂岩的岩石物理建模方法,针对低孔隙度低渗透率砂岩,用于致密砂岩气勘探领域。意在建立一种低孔隙度低渗透率砂岩岩石物理建模方法和流程,帮助更好的了解和刻画致密砂岩岩石物性对于弹性参数和力学参数的影响,指导致密砂岩气勘探。

本发明通过岩心微观结构分析得到岩心的矿物组分、孔隙类型、孔隙度参数,然后构建岩石物理模型。具体地,提供一种基于等效孔隙理论的砂岩岩石物理建模方法,包括以下步骤:构建岩心的基质模型;构建岩石的骨架模型;构建岩石的含流体模型;预测岩石的弹性属性。

进一步地,构建岩心的基质模型的步骤包括分析岩心的矿物组分,得到岩石矿物组分含量数据,基于岩石矿物组分含量数据获得岩石基质的模量。

优选地,通过reuss-voigt-hill平均计算多种矿物混合的岩石基质弹性模量:

其中

式中1,mvrh代表岩石基质弹性模量,mv代表voigt边界模量,mr代表reuss边界模量;fi和mi分别代表第i种矿物的比例和模量;n表示n种矿物。

进一步地,构建岩石的骨架模型的步骤包括分析岩心的孔隙结构,划分孔隙类型并统计孔隙比重;并以岩石基质的模量为输入,加入不同的类型孔 隙得到岩石骨架模型。

可选地,利用微分等效介质理论和自相容近似理论向岩石基质中依次加入不同形状的孔隙,计算得到含孔隙干岩石的等效体积模量k*和剪切模量μ*

进一步地,向岩石基质中加入孔隙计算等效体积模量k*和剪切模量μ*的dem表达式为:

初始条件为:k*(0)=k1,μ*(0)=μ1,k1和μ1为基质的体积和剪切模量;k2和μ2为加入的孔隙的体积模量和剪切模量,y为所加入的孔隙的体积比例,参数p和q用以刻画任意形状的孔隙对岩石的影响。p和q的值由孔隙的形态决定,先确定加入的孔隙的类型,然后确定p和q的值。

进一步地,构建岩石的含流体模型的步骤包括,在岩石的骨架模型中加入流体,得到岩石的含流体模型。

优选地,利用gassmann方程向岩石中加入流体,表达式为:

为干岩石刚度系数,为含流体岩石的刚度系数,k0为矿物体积模量,kfl为流体体积模量,φ为孔隙度;

其中

δkl与δij代表的是矩阵中的元素,δij下标ij与cij中的下标对应。

优选地,根据岩石的刚度系数,计算得到纵波和横波速度:

其中,vp0代表垂向的纵波速度,vs0代表垂向的横波速度,ρ代表密度。

优选地,向岩石中加入的流体为水、气、油或其任意比例的混合物。

本发明针对砂岩的矿物组分、孔隙结构进行微观分析,针对不同地区的砂岩划分出相应的孔隙类型,统计出不同孔隙类型的比例。在实验分析基础上构建砂岩岩石物理模型,并进行弹性属性预测,其预测结果可作为砂岩储层地震反演的输入参数或对反演结果进行约束和校正。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述,本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显,其中,在本公开示例性实施方式中,相同的参考标号通常代表相同部件。

图1显示了根据本发明实施例的砂岩岩石物理建模流程示意图。

图2显示了根据本发明一个实施例的孔隙类型示意图。

图3显示了根据本发明实施例的模型预测与岩心实测的纵波速度对比。

图4显示了根据本发明实施例的模型预测与岩心实测的横波速度对比。

图5显示了根据本发明实施例的模型预测与测井数据的纵波速度对比。

图6显示了根据本发明实施例的模型预测与测井数据的横波速度对比。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式,然而应该理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了使本公开 更加透彻和完整,并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明提供了一种针对致密砂岩的岩石物理模型构建方法,属于油气地球物理勘探领域。具体地,提供一种基于等效孔隙理论的砂岩岩石物理建模方法,包括以下步骤:构建岩心的基质模型;构建岩石的骨架模型;构建岩石的含流体模型;预测岩石的弹性属性。

可选地,构建岩心的基质模型的步骤包括分析岩心的矿物组分,得到岩石矿物组分含量数据,基于岩石矿物组分含量数据获得岩石基质的模量。

可选地,构建岩石的骨架模型的步骤包括分析岩心的孔隙结构,划分孔隙类型并统计孔隙比重;并以岩石基质的模量为输入,加入不同的类型孔隙得到岩石骨架模型。

可选地,利用微分等效介质理论和自相容近似理论向岩石基质中依次加入不同形状的孔隙,计算得到含孔隙干岩石的等效体积模量k*和剪切模量μ*

可选地,构建岩石的含流体模型的步骤包括,在岩石的骨架模型中加入流体,得到岩石的含流体模型。可选地,向岩石中加入的流体为水、气、油或其任意比例的混合物。

作为本发明的一种实施方式,如图1所示,本方法包括:第一步,收集岩心样品,进行成分分析,得到岩心的矿物组分数据;第二步,制作岩石薄片,在显微镜下进行孔隙特征分析,划分孔隙类型,统计每一孔隙类型的百分比;第三步,输入组成岩石矿物的比例和模量,计算得到多种矿物混合的岩石基质的弹性模量;第四步,向所述岩石基质中依次加入不同类型的孔隙得到干岩石,计算得到含孔隙干岩石的骨架模量;第五步,向所述干岩石中加入流体,计算得到整个岩石的弹性模量。

为便于理解本发明实施例的方案及其效果,以下给出一个具体应用示 例。本领域技术人员应理解,该示例仅为了便于理解本发明,其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

本发明的内容是针对砂岩的岩石物理建模方法,包括了岩心微观分析,多种矿物混合的岩石基质模量计算、含孔隙干岩石骨架模量计算和含流体岩石模量计算一整套建模流程。在该建模方法中,充分考虑了砂岩中发育的复杂孔隙对岩石模量带来的影响,为了更好的说明整个建模方法及流程思路,作者以鄂尔多斯盆地大牛地气田致密砂岩储层为例,结合图1来举例说明。

第一步,采集大牛地气田某钻井岩心进行分析,采样深度2550米至2600米,每隔8米采集1个岩心,共10个岩心。该地层为大牛地气田主力产气层,储层矿物通常包括:石英、钾长石和斜长石。

表1为岩心矿物组分分析结果。

第二步,制作岩石薄片,在显微镜下进行孔隙特征分析。在本实施例中,所观察的薄片为2cm×2cm大小,在100倍的放大倍数下进行分区块统计。在显微镜下对岩石薄片内部孔隙进行纵横比测量和分类,定量统计不同纵横比孔隙的数量和比例,得到岩芯中孔隙的分布情况。对于孔隙纵横比参数的求取,可以采用几何形态统计的方法,孔隙形态用椭圆来逼近,采用长轴(以a表示)和短轴(以b表示)来表征椭圆的形态。α为短轴b与长轴a的比值,即α=b/a。在同一个样品中,对不同大小的值进行分组统计。例如,如图2所示,α1为0-0.25范围内的孔隙比重,称为“针状”;α2为0.25-0.5的范围内的孔隙比重,称为“硬币状”;α3为0.5-0.75的范围内的孔隙比重,称为“盘状”;α4为0.75-1.0的范围内的比重,称为“球状”。最终,将该储层砂岩内部的孔隙分为4类,以不同几何形态给予近似和描述(参考图2)。

表2孔隙类型分析结果

第三步,由reuss-voigt-hill平均(式(1))计算多种矿物混合的岩石基质弹性模量:

其中

式中1,mvrh代表岩石基质弹性模量,mv代表voigt边界模量,mr代表reuss边界模量;fi和mi分别代表第i种矿物的比例和模量;n表示n种矿物。

第四步,利用微分等效介质理论(dem)和自相容近似理论(self-consistent)向岩石基质中依次加入不同形状的孔隙,孔隙的类型和比重由第二步的分析结果得出,计算得到含孔隙干岩石的模量(等效体积模量k*和剪切模量μ*)。

向基质中加入矿物或孔隙计算等效体积模量k*和剪切模量μ*的dem表 达式为(berryman,1992):

初始条件为:k*(0)=k1,μ*(0)=μ1,k1和μ1为基质(相1)的体积和剪切模量;k2和μ2为矿物(相2)的体积模量和剪切模量,y为所加入相2的体积比例。参数p和q用以刻画任意形状的包裹物(相2)对岩石的影响。p和q的值由孔隙的形态决定,先确定加入的孔隙的类型,然后根据下附表3确定p和q的值。

在本实施例中,总共向基质中加入4中不同类型的孔隙,每一种孔隙计算对体积模量和剪切模量的影响的表达式如表3所列:

表3体积模量和剪切模量计算公式

表3中pmi和qmi是由孔隙形态决定的两个几何因子,α、β、ζ是采用迭代方 法计算pmi和qmi时用到的中间量。

第五步,利用gassmann方程向岩石中加入流体(可以是水、气、油或任意比例的混合)。利用的表达式为(gassmann,1951):

为干岩石刚度系数(就是指第三步得到的含孔隙干岩石的骨架模量,包含了孔隙的岩石刚度系数),为含流体岩石的刚度系数(就是指第五步最终要求的整个砂岩的弹性模量),k0为矿物体积模量(可以从实验室中测量得到),kfl为流体体积模量(可以从实验室中测量得到),φ为孔隙度(孔隙度来自于岩芯测试结果)。其中,角标i和j是刚度系数矩阵中代表元素位置的角标,a、b、c分别表示水、气、油的刚度系数。

δkl与δij代表的是矩阵中的元素,下标ij与cij中的下标对应。

由此,可最终计算得到砂岩的刚度系数并计算得到纵波和横波速度:

其中,vp0代表垂向的纵波速度,vs0代表垂向的横波速度,ρ代表密度。

岩石物理模型并不是一种具体的物理模型,它侧重以一种数学的方式来描述物理模型,因此最后的结果即得到岩石的刚度矩阵,由公式(3)来表达,公式3的结果是以前面四步为基础的。

具体实施时,第一步进行岩心分析,得到矿物组分含量数据作为后续计算的输入数据;第二步进行孔隙特征分析,划分孔隙类型并统计孔隙比重, 作为后续计算的依据和输入参数;第三步输入组成岩石矿物的含量,输出的是岩石基质的模量;第四步以岩石基质模量为输入,加入不同的类型孔隙得到干岩石骨架模量;第五步以第四步结果作为输入,在岩石中加入流体,最终得到整个岩石的弹性模量和速度。

为验证岩石物理模型的有效性和应用性,首先利用该建模方法计算得到了岩心样品的纵波和横波速度(图3至图4),得出的结论与实验室测量结果有较好的一致性。然后,将模型应用于鄂尔多斯致密砂岩测井资料,预测结果与测井曲线吻合度较好(图5至图6)。

非常规油气藏,如致密砂岩油气藏,正日益成为我国重点勘探和开发的目标。由于对该类型的油气藏缺少足够的地球物理认识,因此,如何利用地球物理来对非常规油气藏进行定量刻画目前面临着巨大的挑战。本发明提出了一种新的包含不同孔隙特征的致密砂岩岩石物理模型,建立了矿物成分、孔隙度、孔隙类型及含流体性与岩石弹性参数之间的定量关系。该模型通过了基于岩芯和测井资料的标定,充分证明了其具有较好的应用前景。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式,对于本领域内的技术人员而言,在本发明公开了应用方法和原理的基础上,很容易做出各种类型的改进或变形,而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法,因此前面描述的方式只是优选的,而并不具有限制性的意义。

再多了解一些
当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1