用于对岩层的组分和纹理结构同时执行岩石物理分析的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上关于用于分析岩层的系统和方法，并且具体说来，关于用于同时分析地下岩层的组分和纹理结构的系统和计算机实现方法。
【背景技术】
[0002]测井记录和岩心数据被岩石物理学家例行地用于分析油气储集层的岩性、孔隙度以及饱和度。测井记录和岩心数据可以采用岩性或矿物组分的体积占比、孔隙度、存在于岩层中的流体的相对占比的形式来递送结果。然而，该体积和组分分析不致力于矿物组分的几何分布。
[0003]图1描绘了示出针对砂粒、页岩、孔隙度以及流体饱和度的常规岩石物理分析解答的各种图形。图1标绘的数据根据简单测井系列导出，包括电阻率、伽马射线、密度以及热中子测井记录。该标绘结果在图1的第四屏面(PANEL4)中，是随深度标绘的砂粒和页岩的体积占比，在图1的第一屏面(PANELl)中，是随深度标绘的油基泥浆(OBM)滤液饱和度，在图1的第一屏面(PANELl)中，是随深度标绘的侵入带中的原生水和气体饱和度，而在图1的第二屏面(PANEL2)中，是随深度标绘的未扰动区域气体饱和度。该测井系列中的四个单个测井记录的响应方程，加上指定该岩石和流体占比共计为一的暗指“单位”方程涉及岩石和侵入区域流体，以使可以量化多达五种岩石和流体组分。通过求解所确定或超定的一组响应方程来递送结果的诸如斯伦贝谢的ELAN的程序被频繁地用于该任务。图1的第三屏面(PANEL3)中的随深度标绘的总孔隙度表示存在于地层中的所有流体，同时有效孔隙度考虑了孔隙空间，其中，孔隙和孔喉足够大，以允许流体流动，烃类安置和生产。如可以清楚，术语“饱和度”被用于孔隙度内的流体的相对占比。术语“体积、占比或体积占比”涉及针对整个地层的组分，即，岩石加流体。
[0004]图2A-2D描绘了纯砂岩和因存在结构性、分散状或层状页岩而改性的砂岩的示意性常规表示。在纯砂岩中，离散砂粒组成刚性包并由此形成其间的孔隙，如图2A中所绘。在因存在页岩而改性的砂岩中，如在许多碎屑储集层序列中的情况下，因存在页岩而改性的砂岩可以包括薄层状砂粒和页岩地层的间隔(如图2D所示)，和在由填砂柱形成的孔隙空间内的具有均匀分布的页岩的“页岩质砂体”间隔，如图2C所示。然而，对于“页岩质砂体”的情况来说，页岩还可以存在为结构性颗粒或“碎屑”或形成砂质颗粒旁边的部分充填颗粒，如图2B中所示。
[0005]图1中标绘的常规结果仅提供了有关砂粒和页岩的总体比例的信息，但未提供对砂粒内的页岩分布的任何指示，因为所列出测井记录仅敏感于岩石的总体积占比，而不敏感于它们的纹理结构分布。将这称为“组分分析”。
[0006]假定地层特性中的变化按精细的垂直标度出现，因而测井记录响应于在垂直分辨率(其对许多公共测井记录来说大约为两英尺)上平均化的地层特性。该分辨率由在该测井记录中使用的设备或装置或测量系统(如伽马射线Compton散射或者高能量中子的慢化长度)来限定。
[0007]如可以看出，在图2B-2D中，可以考虑砂岩内的粘土或页岩的三类分布。粘土分布对该地层的岩石物理特性具有显著影响。结构性页岩碎屑(图2B所示)替换砂粒而维持孔隙度和渗透性基本上无变化。分散页岩，或等同的自生粘土(图2C所示)填充该孔隙空间，因而，相对较小量缩减了孔隙空间，导致渗透性、孔隙尺寸以及烃类体积占比显著降低。按图2D所示层积序列，岩石的砂质部分的固有特性无变化。垂直渗透性为零，而地层的单位立方体的水平渗透性与乘以砂粒占比的纯砂岩相同。类似的是，按层积序列，有效孔隙度等于纯砂粒孔隙度乘以砂粒占比。
[0008]这些观察导致诸如Thomas和Stieber (TS)的标绘图或构造(参见ThomasE.C.和 Stieber S.J.的“The Distribut1n of Shale in Sandstones and its effecton Porosity”，1975, SPffLA 16th Annual Logging Symposium and its Effect onPorosity, Paper T)。图3描绘了按有效孔隙度格式标绘的TS构造的示例，其使用孔隙度与页岩占比之间的关系来暗示页岩分布。y轴表示有效孔隙度，而X轴表示总页岩占比。总页岩占比是页岩体积除以总体积(该总体积等于砂粒体积、孔隙体积以及页岩体积之和)。该类型构造在此被称为“纹理结构”分析。如可以清楚，理解岩石纹理结构补充和添加针对组分分析的值。
[0009]根据诸如图1所示计算结果的计算孔隙度和页岩占比对在网格(如图3所示的TS网格)上标绘。图3例示了针对具有0.3的纯砂粒孔隙度(在y轴上)的地层的示例，如图3上的点M所示。零孔隙度表示大致具有所有页岩的结构，即，总页岩占比(在X轴上)等于1.0或100%。具有等于零的孔隙度的点和等于1.0的总页岩占比被指示为图3上的点Z。位于从“纯砂粒”最大孔隙度点“M”至零孔隙度的虚线“L”上的点，100%页岩点“Z”表示层状地层，其中，在砂粒地层中保持纯砂粒孔隙度。层状页岩占比沿线“L”线性增加。
[0010]形成嵌套倾斜V字形“V”图案的实线是恒定层状页岩占比的线。点“D”是其中所有孔隙空间充满分散页岩的点。在点“D”，分散页岩占比为0.3(30%)，并且有效孔隙度为零(孔隙空间中存在的页岩将孔隙度缩减至零)。点“D”处的分散页岩占比等于点“M”处的最大孔隙度(即，0.3)。图2B所描绘的结构性页岩被假定成替换砂粒而不改变孔隙度，因为结构性页岩简单地替换砂岩中某些粒度的砂粒，而砂岩内的孔隙保持不变。最大理论结构性页岩孔隙度由此用点“S”表示，其中，所有砂粒已经被结构性页岩替换。点“S”的X轴值等于I减点“M”处的孔隙度。恒定分散状和结构性页岩的线与线“L”平行定位。
[0011]TS构造下潜在的许多特定假定和限制:
[0012](a)第一假定是，纯砂层保持相同孔隙度，而不管砂粒与层状页岩的背景。然而，根据岩心的反证指示，随着砂粒-页岩比率的缩减，砂粒变得更细粒化、分类更差，并且具有比更厚砂层更低的孔隙度；
[0013](b)第二假定是，三种页岩类型(即，结构性页岩、分散页岩以及层状页岩)具有相同特性。然而，考虑到(例如)深水浊积岩序列的沉积条件，结构性页岩碎屑在高能量条件下与砂粒同时沉积，而层状页岩在更加静态的时段期间沉积。被视为分散页岩的物质可以是来自包含粘土矿物和其它精细粒化碎屑物质的页岩的、具有十分独特特性的自生粘土矿物。存在用于量化几种粘土类型的技术，但在这个示例中，需要不止有限的测井记录系列，并且在任何情况下，更完整的矿物解释不能按其常规格式馈送到Thomas-Stieber(TS)构造中O
[0014](c)第一限制是，TS构造未解释结构性和分散页岩共存的可能性。例如，位于层状砂线“L”上的点可以等同地具有宽范围的分散页岩和结构性页岩的平衡化占比。
[0015]岩心描述和图像测井记录可以提供层状砂粒和页岩占比的另选独立估算。该岩心描述和图像测井记录通常被认为十分可靠。然而，一般来说，它们不同于来自TS构造的结果，并且不能容易地协调。
[0016]尽管有这些可确认的缺点，但TS构造仍通常用于其中纹理结构分析跟随组分分析的序列工作流程。因此，需要一种或多种致力于解决常规方法中的这些和其它缺陷的方法。
【发明内容】
[0017]本发明的一个方面是，提供一种用于对岩层的组分和纹理结构同时执行岩石物理分析的计算机实现方法。该方法包括以下步骤:将针对存在于所述岩层中的砂粒、页岩以及流体的一组响应方程输入到计算机中，其中，所述页岩包括层状页岩、分散页岩以及结构性页岩；通过计算机同时确定该组响应方程的解，所述解描述所述岩层的组分和纹理结构；以及根据所述解，通过计算机确定针对砂粒、页岩以及流体的组分体积占比，和所述页岩的纹理结构，包括层状页岩、分散页岩以及结构性页岩占比。
[0018]本发明的另一方面是，提供一种用于对岩层的组分和纹理结构同时执行岩石物理分析的计算机系统。该计算机系统包括:存储器，该存储器被配置成存储针对存在于所述岩层中的砂粒、页岩以及流体的一组响应方程，其中，所述页岩包括层状页岩、分散页岩以及结构性页岩。所述计算机系统还包括处理器，该处理器被设置成，同时确定该组响应方程的解，所述