专利名称：确定物理系统中的参数的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种确定物理系统的参数的方法，该物理系统代表一种组分的电特性。这个方法例如可用在测井(well logging)上，测井的目的是确定一种地层中流体如水、盐水或碳氢化合物的量以便估计这样的流体是否可被有经济价值地开采。在测井技术中一般用物理模型来代表地层的电特性。根据测井结果及物理模型，可确定地层中一种组份的含量。
由waxman M.H，及Smits L.J.M.提交给1967年10月1-4日在Houston举办的第42次秋季年会的论文“含油页岩砂中的电导率”中披露了一种确定这样的物理模型的参数的已知方法。这个论文披露了一种确定物理模型的参数的方法，该物理模型代表一种地层的电特性，这种方法的构成有通过地层的电导率，地层多个物理变量及所说参数之间的关系来定义所说模型，选择代表所说地层的样品并对物理变量的各个数量测量样品的电导率，通过向被测量的样品电导率施用所选择的关系确定所说参数。
在这个已知方法中一般被称作Waxman-Smits模型的模型由关系式Ct=1G*(Cw+BQvSw)]]>来定义，其中Ct＝样品所代表的部分盐水饱和地层的电导率；Cw＝在地层中出现的盐水的电导率；Sw＝孔隙中水的饱和度(0……1)，它等于1-S0，其中S0代表碳氢化合物饱和度；B＝作为Cw与温度的函数的钠的粘土交换阳离子(sodium clay-exchange cation)的等效电导率；Qv＝每单位孔隙体积的阳离子交换容量；G*＝样品所代表的地层的地层因子；
G*由G*=φ-m*Sw-n*]]>来代表其中φ＝地层中的孔隙；m*＝以粘结性(cementation)指数形式的要被确定的参数，n*＝以饱和度指数形式的被确定参数。
参数m*及n*的特征为地层的电导率响应物理变量如φ及Sw的变化。在这个已知方法中这些参数是以相互独立的方式确定的，即-通过使用地层中不合碳氢化合物区域的电导率测量值或使用对多个完全盐水饱和样品的实验室电导率测量值，m*可分别从log(Ct-1)与log(φ)或log(Cw·Ct-1)与log(φ)的关系式中确定；并且-通过使用对多个部分盐水饱和样品的实验室电导率测量值，n*可从log(Ct(Sw≡1)Ct(Sw)(Cw+BQv/Sw)(Cw+BQv))]]>及log(Sw)之间的关系式来确定。
用这个已知方法取得的结果并不总是充分地精确，可能是因为参数没有用最佳方式来确定。
本发明的目标是提供一种改善的方法，以此确定代表组份(composition混合体)的电特性的物理模型的参数。
根据本发明的方法，其构成为-用组份的至少一个电特性，组份的多个物理变量及所说参数之间的关系来定义所说模型；-测量组份的第一电特性；-选择代表所说组份的样品并对所说至少一个物理变量的各个数量测量样品的第二电学特征；-选择一个非相干函数(incoherece function)，它定义了所测量电特性与从所说关系式中确定的电特性之间的差，所说离散函数是这样的即被测量值根据它们的精确度被加权；而且-用求所说非相干函数的极小值来确定所说参数。应理解到第一和第二电特性可以是同样的特性。
通过求非相干函数的极小值来确定每个参数，方式是用加权的方法即根据其各个精确度计及所有实验数据，不仅组份的原位测量值而且包括对代表组份的样品的实验室测量值。例如，在一种组份形成地层的场合，用小于精确的样品测量值的权重在非相干函数中计及不太精确的测井测量值。由此取得了具有在物理模型中得到的被增加的精确度的参数的确定以及具有被增加的精确度的参数应用。
用求非相干函数的极小值来确定所说参数的步骤适当地包括一个迭代过程(iterative process)。
最好在求所说非相干函数的极小值中同时确定多个所说参数，每个参数被表示在所说关系式中。
可以适当地这样选择非相干函数即在其中基本相同地表示精确度基本相同的独立测量值。
此外，非相干函数取最好是单调增加的，其具有的偏差在所测量电特性与所计算电特性之间。
例如，非相干函数可以是这种形式Σi=1NwiFG(Xi)-G(Yi)H(Xi)]]>其中i＝1…N，N是物理测量值的数目Xi代表被测量的电特性Yi代表被计算的电特性G及H代表电特性的函数(H(Xi)＞0)F代表具有X＝0〔F(x)＞F(0)〕的一个函数，wi代表对物理测量值(wi≥0)的权重。函数F，G，H可以选择如下F(x)＝|x|α，α∈R，α＞0G(x)＝Xβ，β∈R，β＝0H(x)＝1或H(x)＝G(x)非相干函数的另一个适当形式是Σi=1Nwi[Xi-Yi]2]]>其中i＝1…N，N是物理测量值的数目，Xi代表被测量电特性，Yi代表被计算的电特性，wi代表对物理测量值的权重(wi≥0)。
此外，非相干函数可以是形为Σi=1Nwi(Xi-YiXi)2]]>其中，i＝1…N，N是物理测量值的数目，Xi代表所测量电特性，Yi代表被计算的电特性，wi代表对物理测量值的权重(wi≥0)。在本发明的一个实际实施例中组份的由所说关系式中定义的至少一个电特性与所测量的样品的第二个电特性是从电导率，电阻率及薄膜电势(membrane potential)中选择的。
此外，从电导率及电阻率中选择组份的所测量第一电特性是适当的。
组份可以包括例如一个流体以及由此模型对组份中的流体形成饱和度模型。
当在钻井测井(wellbore logging)技术中应用本发明时，所说组份由一种地层构成并且模型对从包含在地层中的盐水及碳氢化合物所选之一形成饱和度模型。
在选择所说关系式中，最好在其中包括组份的电导率及多个组份参数，多个组份参数包括对于组份中每个组分的代表组分的电导率及体积比(volumn fraction)的物理参数，所说关系式是这样的即在所说关系式中用所说物理参数基本相同地表示组分。
用于应用本发明的模型可以是例如Waxman-Smits模型，Archie模型，Poupor-Leveaux模型，Simandoux模型，Clavier-Coates-Dumanoir的二元水(Dual-Water)模型或是Spalburg的有效介质(effective medium)模型。
适当地选择所说关系式使其包括组份的电导率及多个组份参数，多个组份参数包括对于组份中每一个组分的代表组分的电导率及体积比的物理参数，所说关系式是这样的即用所说物理参数在所说关系式中基本相同地表示组分。应理解到在关系式中以与其它任何一个组分基本相同的方式表示每一个组分。
例如可以选择关系式为(σeff-σ0)·(Lσeff+(1-L)σ0)-1＝∑φk(σk-σ0)·(Lσk+(1-L)σ0)-1其中σ0代表电导率张量的辅助参数k＝1…N，N是组份中组分的数目σeff代表样品电导率张量σk代表组分k的电导率张量φk代表组分k的体积百分比L代表去极化(depolarisation)张量最好将所说辅助参数选择为σ0＝∑hkσk其中hk代表关于组分k的混合系数张量。每一个混合张量最好选为hk＝λkφkν(∑λnφnν)-1其中k，n＝1…N，N是所说多个组分的组分数目λk代表关于组分k的渗透率张量，φk代表组分k的体积比Vk.n代表关于组分k，n的渗透指数。在这之后将以例子的方式更详细地描述本发明。考虑一组在基本由岩石，盐水，粘土，及碳氢化合物组成的地层上做出的测量值。测量值包括A)在地层内含水间隙上的测井数据，这个数据基本由在已知Cw、Sw(＝1)及T的条件下的电导率及孔隙度测量值构成；B)在所说地层的可以含有碳氢化合物的一个间隙上的测井数据，这个数据基本由在已知Cw′和T条件下的电导率及孔隙度测量值构成；并且C)在代表所说地层的岩芯颈(Core plugs)上的测井数据，数据基本由在被控制的Cw′Sw′及T条件下的电导率，孔隙度及Qv测量值构成。
然后，由这个实验数据，可以得到孔隙度与Qv之间的标准相互关系，提供Qv信息及测井数据。在以前工艺方法的描述被提到的Waxman-Smixs模型作为饱和度模型，将被使用，即Ct=1G*(Cw+BQvSw).]]>对于在A)及C)中提到的数据，将一个非相干函数P(m*·n*)定义如下P(m*,n*):=Σi=1Nwi(Kt,i-Ct,iKt,i)2+Σj=1Mwj(Kt,j-Ct,jKt,j)2]]>其中i＝1…N，N＝涉及A)的独立测量值的总数；Wi＝对第i个所测量岩石电导率的权重；Ct，i＝岩石的第i个所计算的电导率，其值依靠于m*及n*；kt，i＝岩石的第i个被测量电导率；j＝1…M，M＝涉及C，的测量值总数；Wj＝对岩石第j个所测量电导率；Ct，j＝岩石的第j个所计算电导率，其值依赖于m*及n*；Kt，j＝岩石的第j个所测量电导率；m*＝以粘结性指数形式的要测量的参数；n*＝以饱和度指数形式的要测量的参数。
选择权重与测量值被估计的精确度偏差(variation)的倒数成比例。使用多维下坡单纯形方法(down-hill-simplex method)，这是在本领域受到训练的人熟知的一种迭代数学方法，通过求P(m*，n*)的极小值确定m*和n*的值。
然后给出涉及B)的数据，所产生的m*及n*值可以用在Waxman-Smits模型中求出Sw，因而在地层中提供了水饱和度(因此也是碳氢化合物饱和)。
权利要求
1.一种确定物理模型的参数的方法，该物理模型代表一种组分的电特性，这种方法包括-通过组分的至少一个电特性，组分的多个物理变量及所说参数之间的关系来定义所说模型；-测量组份的第一电特性；-选择代表所说组份的样品并对至少一个所说物理变量的各个数量测量样品的第二电特性；-选择一非相干函数，它定义所测得电特性与由所说关系式确定的电特性之间的差值，所说非相干函数是这样的即被测量值根据它们的精确度被加权；并且-由求所说非相干函数的极小值来确定所说参数。
2.如权利要求1的方法，其中通过求所说非相干函数的极小值确定所说参数的步骤包括一个迭代过程。
3.如权利要求1或2的方法，其中通过求非相干函数的极小值同时确定多个所说参数，每一个参数在所说关系式中都被表示。
4.如权利要求1-3的任何一个的方法，其中所说非相干函数是被选择成使得有基本相等精度的独立测量值被基本相同地表示在其中。
5.如权利要求1-4的任何一个的方法，其中由所说关系式定义的组分的至少一个电特性及所测量的样品的第二电特性是从电导性，电阻率及薄膜电势中选择的。
6.如权利要求1-5的任何一个的方法，其中组分的测得的第一电特性是从电导性及电阻率中选择的。
7.如权利要求1-6的任何一个的方法，其中所说组分包括流体并且模型形成组分中流体的饱和度模型。
8.如权利要求7的方法，其中所说组分构成一种地层，模型对从地层中所含的盐水及碳氢化合物流体所选之一形成一个饱和度模型。
9.如权利要求1-8的任何一个的方法，其中选择所说关系式使其包括组分的电导性及多个组分参数，组分参数包括对于组分中每一个组分的代表该组分的电导率及体积比的物理参数，所说关系式是这样的用所说物理参数在所说关系式中基本相同地表示组分。
10.如权利要求9的方法，其中关系式的选择为(σeff-σ0)·(Lσeff+(1-L)σ0)-1＝∑φk(σk-σ0)·(Lσk+(1-L)σ0)-1其中σ0是代表电导率张量形式的一个辅助参数k＝1…N，N是组分中组分的数目σeff代表样品电导率张量σk代表组分k的电导率张量φk代表组分k的体积比L代表去极化张量。
11.如权利要求1-8的任何一个的方法，其中所说模型形成Waxman-Smits模型，Archie模型，Doupon-Leveaux模型。Simandoux模型，Clavier-Coates-Dumanoir的二元-水模型，及Spalburg的有效介质模型之一。
12.如权利要求1-11的任何一个的方法，其中通过求所说非相干函数的极小值确定所说参数的步骤是用求极小值算法进行的。
13.如权利要求1-12的任何一个的方法，其中所说非相干函数是随测得的电特性与计算的电特性的偏差而单调增加的。
14.如权利要求1-13的任何一个的方法，其中所说非相干函数形式是Σi=1NwiFG(Xi)-G(Yi)H(Xi)]]>其中i＝1…N，N是物理测量值的数目，Xi代表测量电特性，Yi代表所计算的电特性，G及H代表电特性的函数(H(Yi)＞0)F代表具有X＝0〔F(x)＞F(0)〕，wi代表对物理测量值的加权(wi≥0)。
15.如权利要求14的方法，其中F(x)＝|x|α，α∈R，α＞0G(x)＝Xβ，β∈R，β≠0H(x)＝1或H(x)＝G(x)
16.如权利要求1-13的任何一个的方法，其中所说非相干函数形式为Σi=1Nwi[Xi-Yi]2]]>其中i＝1…N，N是物理测量值的数目，Xi代表被测量电特性，Yi代表计算出的电特征，wi代表对物理测量值的加权(wi≥0)。
17.如权利要求1-13的任何一个的方法，其中所说非相干函数形式为Σi=1Nwi(Xi-YiXi)2]]>其中，i＝1…N，N是物理测量值的数目，Xi代表所测量电特征，Yi代表被计算的电特征，wi代表对物理测量值的加权(wi≥0)。
全文摘要
提供一种确定物理模型的参数的方法,该物理模型代表组分的电学特性。该方法包括通过在组分的至少一个电特性,组分的多个物理变量及所说参数之间的关系式来定义所说模型并测量组分的第一电学特性。选择代表所说组分的样品并对于所说物理变量中至少一个的各种数量测量该样品的第二电学特性。选择一非相干函数,它定义所测量电特性与从所说关系式中计算来的电特性之差值,所说非相干函数是这样的即根据其各自的精确度将独立的测量值加权。通过求非相干函数的极小值来确定所说参数。第一与第二特性可以是同样的特性。
文档编号G01V3/38GK1179213SQ96192728
公开日1998年4月15日 申请日期1996年3月19日 优先权日1996年3月19日
发明者约翰尼斯·马里·维安内·安东纽斯·克尔曼, 安德列·德·奎朴, 罗伯特·卡尔·约瑟福·山道 申请人:国际壳牌研究有限公司