一种针对富含有机质页岩的各向异性岩石物理建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于油气地球物理勘探领域，勘探对象为页岩气，具体涉及一种针对富含 有机质页岩的各向异性岩石物理建模方法。
【背景技术】
[0002] 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（Kuster and Toksoz，1974)，自相容模型（O'Connell and Budiansky，1974)，等效微分介质理论 (Cleary, 1980 ;Zimmerman，1991a)。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，这种方法在砂岩储层和灰岩储层中取得了 巨大的成功，如针对砂泥岩的Han模型，Xu-Whi te模型，Gassmann模型以及针对碳酸盐岩的 Xu-Panye模型等。
[0003] 对于致密砂岩储层，往往具有较低的孔隙度和渗透率并发育有较强的裂缝，目前 国外已有的技术包括Hudson模型，Eshelby-Cheng裂缝模型。然而对于富含有机质的页岩， 这些模型都显得苍白无力。页岩中复杂的岩性（常包括砂岩、石灰石、泥质-硅质混合物） 和强非均匀性给建模过程带来了巨大的麻烦。此外，页岩中所富含的有机质以及应力非均 匀性还会带来较强的各向异性。因此，在针对有机页岩的岩石物理建模过程中不得不考虑 这些因素的影响。目前，我国尚不具备一套完整的针对有机质页岩的各向异性岩石物理建 模方法与流程。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种针对富含有机质页 岩的各向异性岩石物理建模方法，针对富含有机质的页岩，用于页岩气勘探领域。意在建立 一种富含有机质的各向异性页岩岩石物理建模方法和流程，帮助更好的了解和刻画页岩岩 石物性对于弹性参数和力学参数的影响，指导页岩气勘探甜点预测。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0006] -种针对富含有机质页岩的各向异性岩石物理建模方法，包括：
[0007] 第一步，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；
[0008] 第二步，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；
[0009] 第三步，向所述干岩石中加入干酪根得到含有机质干岩石，计算得到含干酪根的 干岩石刚度矩阵；
[0010] 第四步，向所述含有机质干岩石中加入流体，计算得到整个有机页岩的弹性模量。
[0011] 所述第一步是这样实现的： (1)
[0012] 由公式（1)计算多种矿物混合的岩石基质弹性模量：
[0016] 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。
[0017] 所述第二步是这样实现的：
[0018] 基于第一步得到的多种矿物混合的岩石基质的弹性模量，利用各向同性等效微分 介质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骨架模量：等 效体积模量矿和剪切模量;
[0019] 不同的形状是通过孔隙的宽长比来刻画的；
[0020] 计算得到含孔隙干岩石的模量是这样实现的：
[0021] 每加入一种孔隙，计算一次含孔隙干岩石的模量，具体如下：加入第一种孔隙，计 算得到第一次含孔隙干岩石的模量，然后在此基础上加入第二种孔隙，计算得到第二次含 孔隙干岩石的模量，以此类推，直到加入最后一种孔隙，然后计算得到最后的含孔隙干岩石 的模量。
[0022] 所述第三步是这样实现的：
[0023] 基于第二步得到的含孔隙干岩石的模量，利用各向异性等效微分介质理论向干岩 石中加入干酪根，计算得到含干酪根的干岩石刚度矩阵。
[0024] 所述第四步是这样实现的：
[0025] 利用各向异性Gassmann方程向含有机质干岩石中加入流体，计算得到整个有机 页岩的弹性模量。
[0026] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用介质平均理论、微分等效介 质理论、各向异性等效介质理论及各向异性流体替代方程成功建立了页岩岩石物理建模流 程，考虑了不同矿物含量、孔隙度、孔隙形状及干酪根有机质对于页岩岩石弹性模量的影 响。可用于分析不同的岩石物性参数对弹性参数及地震响应的影响，有效指导和支持页岩 气勘探的甜点圈闭工作。
【附图说明】
[0027] 图1有机质页岩岩石物理建模流程示意图
[0028] 图2-1预测速度随干酪根含量的变化图
[0029] 图2-2各向异性参数e随干酪根含量的变化图
[0030] 图2-3各向异性参数Y随干酪根含量的变化图
[0031] 图2-4各向异性参数S随干酪根含量的变化图
[0032] 图3-1岩石杨氏模量随粘土含量和T0C的变化
[0033]图3-2泊松比随粘土含量和TOC的变化
[0034]图4-1利用测井及岩芯资料来进行的岩石物理标定中的伽马值
[0035] 图4-2利用测井及岩芯资料来进行的岩石物理标定中的井径
[0036] 图4-3利用测井及岩芯资料来进行的岩石物理标定中的纵波速度
[0037] 图4-4利用测井及岩芯资料来进行的岩石物理标定中的横波速度
[0038] 图5-1基于页岩气各向异性岩石物理模型对矿物含量的反演结果中的石英含量
[0039] 图5-2基于页岩气各向异性岩石物理模型对矿物含量的反演结果中的粘土含量
[0040] 图5-3基于页岩气各向异性岩石物理模型对矿物含量的反演结果中的长石含量
[0041] 图5-4基于页岩气各向异性岩石物理模型对矿物含量的反演结果中的干酪根含 量
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
[0043] 发明的内容为针对有机质页岩的各向异性岩石物理建模方法，即包括多种矿物混 合的岩石基质模量计算、含孔隙干岩石骨架模量计算、干酪根有机质的植入和含流体岩石 模量计算一整套建模流程。页岩岩石物理之所以区别于常规油气藏，一方面是因为岩石中 发育的复杂孔隙，另一方面是由于应力和有机质带来的各向异性，在该建模方法中，分别考 虑了不同孔隙和有机质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，下面结合图1来展示说明。
[0044] 第一步，由Reuss-Voigt-Hill平均（（1)式）计算多种矿物混合的岩石基质弹性 模量：
【主权项】
1. 一种针对富含有机质页岩的各向异性岩石物理建模方法，其特征在于：所述方法包 括： 第一步，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； 第二步，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； 第三步，向所述干岩石中加入干酪根得到含有机质干岩石，计算得到含干酪根的干岩 石刚度矩阵； 第四步，向所述含有机质干岩石中加入流体，计算得到整个有机页岩的弹性模量。
2. 根据权利要求1所述的针对富含有机质页岩的各向异性岩石物理建模方法，其特征 在于：所述第一步是这样实现的： 由公式（1)计算多种矿物混合的岩石基质弹性模量：
fi和％分别代表第i种矿物的比例和模量；N表示N种矿物。
3. 根据权利要求2所述的针对富含有机质页岩的各向异性岩石物理建模方法，其特征 在于：所述第二步是这样实现的： 基于第一步得到的多种矿物混合的岩石基质的弹性模量，利用各向同性等效微分介质 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模量：等效体积模 量矿和剪切模量; 不同的形状是通过孔隙的宽长比来刻画的； 计算得到含孔隙干岩石的模量是这样实现的： 每加入一种孔隙，计算一次含孔隙干岩石的模量，具体如下：加入第一种孔隙，计算得 到第一次含孔隙干岩石的模量，然后在此基础上加入第二种孔隙，计算得到第二次含孔隙 干岩石的模量，以此类推，直到加入最后一种孔隙，然后计算得到最后的含孔隙干岩石的模 量。
4. 根据权利要求3所述的针对富含有机质页岩的各向异性岩石物理建模方法，其特征 在于：所述第三步是这样实现的： 基于第二步得到的含孔隙干岩石的模量，利用各向异性等效微分介质理论向干岩石中 加入干酪根，计算得到含干酪根的干岩石刚度矩阵。
5. 根据权利要求4所述的针对富含有机质页岩的各向异性岩石物理建模方法，其特征 在于：所述第四步是这样实现的： 利用各向异性Gassmann方程向含有机质干岩石中加入流体，计算得到整个有机页岩 的弹性模量。
【专利摘要】本发明提供了一种针对富含有机质页岩的各向异性岩石物理建模方法，属于油气地球物理勘探领域。本方法包括：第一步，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；第二步，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；第三步，向所述干岩石中加入干酪根得到含有机质干岩石，计算得到含干酪根的干岩石刚度矩阵；第四步，向所述含有机质干岩石中加入流体，计算得到整个有机页岩的弹性模量。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104573150
【申请号】CN201310492416
【发明人】滕龙, 胡华锋, 王世星
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月18日