一种获取岩石地层因素的方法与流程

本发明涉及地质勘探领域，具体说涉及一种获取岩石地层因素的方法。

背景技术：

确定岩石地层因素是石油测井解释饱和度评价中的一项重要内容。在现有技术中，确定岩石地层因素通常采用美国测井工程师G.E.Archie在1942发表的成果(被称为阿尔奇公式)。

G.E.Archie通过大量的岩电实验数据分析发现：在双对数坐标下，“纯净”砂岩岩石地层因素与孔隙度呈线性关系，可表示为式(1)：

$F=\frac{R_0}{R_w}=\frac{a}{{\mathrm{\φ}}^m}---\left(1\right)$

其中：F为岩石地层因素，无量纲；

R₀为岩样100％含水时的电阻率，单位为欧姆·米；

R_w为孔隙水电阻率，欧姆·米；

φ为岩石孔隙度，小数；

a、m为与岩石性质有关的常数。

G.E.Archie的研究成果主要基于取自美国海湾地区的岩心样本孔隙度、电阻率测量结果，岩样孔隙度范围介于10％～40％。近年来，随着针对致密砂岩(以孔隙度小于10％为主)的岩石物理实验研究增多，大量的实验数据表明：在双对数坐标下，砂岩岩石地层因素与孔隙度不再是单一线性关系，而是呈现分段线性。在某些情况下，阿尔奇公式并不能很好的适用于致密砂岩储层测井解释。

为此，国内外学者对致密砂岩岩石地层因素计算方法进行了探索，提出了取得了相应的成果，例如：

毛志强(1997)、张明禄(2005)、郑庆林(2006)、伍泽云(2009)等分析了不同盆地致密砂岩油气区孔隙度-电阻率关系，依据孔隙度分段拟合阿尔奇公式参数，或用二次函数建立孔隙度与岩石地层因素关系，来提高岩石地层因素计 算精度；

李霞等(2012)将致密砂岩电阻视为自由水和微孔隙水两部分电阻的并联，提出了考虑孔隙结构的双孔隙饱和度计算模型；

Changxi Li等(2011)通过模型分析与岩心实验，建立了包含孔隙度、渗透率、平均孔喉半径的致密砂岩岩石地层因素计算模型。

综合来看，上述新的岩石地层因素计算方法/计算模型考虑因素较多，形式较阿尔奇公式复杂，在实际测井资料处理解释应用中有一定的局限性。

因此，针对现有技术中岩石地层因素的获取问题，需要一种相对简便的新方法以获取更为准确的岩石地层因素。

技术实现要素：

针对现有技术中岩石地层因素的获取问题，本发明提供了一种获取岩石地层因素的方法，根据对岩石地层因素影响程度不同的两种孔隙结构对应的孔隙度计算获取所述岩石地层因素，所述方法包括以下步骤：

根据阿尔奇公式构造阿尔奇公式改进式，在所述阿尔奇公式改进式中，所述岩石地层因素与所述两种孔隙结构对应的孔隙度相关；

根据所述阿尔奇公式改进式获取所述岩石地层因素。

在一实施例中，在构造所述阿尔奇公式改进式的过程中，定义特定的孔隙结构为宏导电孔隙，所述宏导电孔隙对应的孔隙度为宏导电孔隙度，其中：

按照不同的特定比例所述两种孔隙结构可以分别折算为所述宏导电孔隙；

在双对数坐标下所述宏导电孔隙度与所述岩石地层因素呈现特定的线性关系。

在一实施例中，根据所述岩石地层因素与孔隙度关系的拐点区别划分所述两种孔隙结构。

在一实施例中，所述两种孔隙结构分别为大孔径孔隙和小孔径孔隙，对应的孔隙度分别为大孔径孔隙度和小孔径孔隙度，其中：

以所述拐点对应的孔隙的孔喉半径作为分界值；

将所述孔喉半径大于所述分界值的孔隙划分为所述大孔径孔隙；

将所述孔喉半径小于等于所述分界值的孔隙划分为所述小孔径孔隙。

在一实施例中，以孔隙度10％作为所述拐点。

在一实施例中，利用岩样的压汞实验测量数据绘制孔径分布图以获取不同孔隙对应的所述孔喉半径以及所述孔隙度。

在一实施例中，在根据所述阿尔奇公式改进式获取所述岩石地层因素的过程中：

根据岩样的实验测量数据计算获取所述阿尔奇公式改进式的参数值；

将所述参数值代入所述阿尔奇公式改进式以计算获取所述岩石地层因素。

在一实施例中，在获取所述参数值的过程中：

通过所述岩样的岩电实验测量数据获取所述岩样的岩石地层因素；

通过所述岩样的压汞实验测量数据获取所述两种孔隙结构对应的孔隙度；

基于所述阿尔奇公式改进式根据所述岩样的岩石地层因素以及所述两种孔隙结构对应的孔隙度拟合获取所述参数值。

在一实施例中，在计算获取所述岩石地层因素的过程中：

通过压汞实验测量分别获取所述两种孔隙结构对应的孔隙度；

基于所述阿尔奇公式改进式根据所述两种孔隙结构对应的孔隙度计算获取所述岩石地层因素。

在一实施例中，定义伪宏导电孔隙度，所述伪宏导电孔隙度在双对数坐标下与所述岩石地层因素呈现单一线性关系，在将所述参数值代入所述阿尔奇公式改进式的过程中：

基于所述阿尔奇公式改进式通过相关的所述岩样的压汞实验测量数据获取所述岩样的总孔隙度与伪宏导电孔隙度的相互关系；

获取待分析岩石/岩层的所述总孔隙度根据所述相互关系计算获取所述待分析岩石/岩层的伪宏导电孔隙度进而计算获取所述待分析岩石/岩层的岩石地层因素。

与现有技术相比，本发明可以获取更为符合实际地质情况的岩石地层因素，从而大大提高了地质勘探结果的准确性，为之后的油气勘探开发提供更为准确有力的支持。

本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例的流程图；

图2是根据本发明一实施例伪宏导电孔隙度与岩石地层因素实验数据记录图；

图3是根据本发明一实施例岩样孔喉半径分布图；

图4是根据本发明一实施例以及现有技术的实验数据-计算数据关系图；

图5是根据本发明一实施例孔隙度-伪宏导电孔隙度关系图；

图6是根据本发明另一实施例的实验数据-计算数据关系图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

在现有技术中，确定岩石地层因素通常采用阿尔奇公式(式1)。由于阿尔奇公式的提出主要基于取自美国海湾地区的岩心样本孔隙度、电阻率测量结果，其试用的岩样主要为孔隙度范围介于10％～40％。在某些情况下，阿尔奇公式并不能很好的适用于致密砂岩储层测井解释。

同时，现有技术中其他获取岩石地层因素的方法及计算模型均不同程度的存在考虑因素较多，形式较阿尔奇公式复杂，在实际测井资料处理解释应用中有一定的局限性等问题。

为解决上述问题，在获取更为准确的岩石地层因素的基础上简化操作流程，本发明提出了一种相对简便的获取岩石地层因素的方法。本发明的方法根据对岩石地层因素影响程度不同的两种孔隙结构对应的孔隙度计算获取岩石地层因素。相较于现有技术中利用阿尔奇公式获取岩石地层因素，本发明的计算结果更符合实际地质情况。

接下来基于附图详细说明本发明的具体执行过程，附图的流程图中示出的步骤可以在包含诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在流程图中示出了各步骤的逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中，如图1所示，首先基于对实际地质情况的研究对阿尔奇公式进行了变形以构造阿尔奇公式改进式，即执行步骤S100，根据阿尔奇公式构造阿尔奇公式改进式。通过更符合实际地质情况的阿尔奇公式改进式计算获取岩石地层因素，从而大大的提高的岩石地层因素获取结果的准确性。接下来首先详细描述本发明中阿尔奇公式改进式的具体构造过程。

基于对实际地质情况的研究可以发现岩石地层因素与孔隙度关系通常存在明显的拐点。由于孔隙结构是除孔隙度之外另一个影响岩石导电性的重要因素。本发明针对岩石地层因素与孔隙度关系的拐点对岩石的孔隙结构进行了分析。由岩石地层因素与孔隙度的分段线性关系和不同孔隙度条件下岩样的孔径分布差异可推测：拐点位置前后对应的两种孔隙结构对岩样导电性影响有明显差异。

基于上述研究结果，本发明将对岩样导电性影响有明显差异的孔隙结构作了区别划分，将岩石孔隙定义为大孔径孔隙以及小孔径孔隙两种。大孔径孔隙与小孔径孔隙对岩样导电性影响有明显差异。大孔径孔隙与小孔径孔隙对应的孔隙度分别为大孔径孔隙度和小孔径孔隙度。通过建立大孔径孔隙度和小孔径孔隙度与岩石地层因素之间的关系来构造阿尔奇公式改进式。

在阿尔奇公式改进式中，岩石地层因素与两种孔隙结构对应的孔隙度相关。这样就可以在阿尔奇公式改进式中体现岩石地层因素与孔隙度关系的拐点，从而使得阿尔奇公式改进式更加符合实际地质情况。

为了建立大孔径孔隙度和小孔径孔隙度与岩石地层因素之间的关系，本发明首先构造了一种可以同时描述大孔径孔隙度和小孔径孔隙度的参照用的特定的孔隙结构。假设存在一种理想的强导电孔隙的孔隙结构(命名为“宏导电孔隙”)，其对应的孔隙度为宏导电孔隙度(记为φ_s)。

岩石中折算后的宏导电孔隙度对岩石导电性起决定作用，参考阿尔奇公式(式1)，在双对数坐标下宏导电孔隙度与岩石地层因素呈现特定的线性关系。由此提出获取岩石地层因素的新公式：

$F=\frac{a_0}{{{\mathrm{\φ}}_s}^{m_0}}---\left(2\right)$

其中：F为岩石地层因素；a₀、m₀为与岩石性质有关的常数。

大孔径孔隙和小孔径孔隙均可按照不同的特定比例分别折算为宏导电孔隙。显然，小孔径孔隙折算比例(记为c_n)与大孔径孔隙折算比例(记为c_x)不同，岩石中折算后的宏导电孔隙度φ_s可表示为：

φ_s＝c_xφ_x+c_nφ_n (3)

其中：φ_x为大孔径孔隙度；φ_n为小孔径孔隙度。

将式(3)代入式(2)，可将获取岩石地层因素的新公式写为：

$F=\frac{a_1}{{({\mathrm{\φ}}_x+c_1{\mathrm{\φ}}_n)}^{m_1}}---\left(4\right)$

其中：$a_1=\frac{a_0}{{c_x}^{m_0}},m_1=m_0,c_1=\frac{c_n}{c_x}.$

式(4)即为本发明构造的阿尔奇公式改进式。

接下来就可以利用阿尔奇公式改进式(式4)获取岩石地层因素。由于公式参数a₁、m₁、c₁可以看作是与岩石性质有关的常数。因此在具体使用阿尔奇公式改进式时，首先要获取岩石地层对应的参数a₁、m₁、c₁的值。

本实施例中首先利用待分析岩石地层的岩样的实验数据计算获取公式参数a₁、m₁、c₁的值。然后利用包含具体数值的公式参数a₁、m₁、c₁的阿尔奇公式改进式来获取岩石地层因素。

具体的，利用岩石岩电-压汞联测实验数据拟合公式参数a₁、m₁、c₁。首先执行S111，确定孔隙度步骤，获取岩样的孔隙度的情况。即确定岩样对应的大孔径孔隙度以及小孔径孔隙度。

在步骤S111中，先根据岩石地层因素与孔隙度关系的拐点确定岩石地层的大孔径孔隙以及小孔径孔隙的定义范围。其具体流程如下：

利用岩样的压汞实验测量数据绘制孔径分布图以获取不同孔隙对应的孔喉半径以及孔隙度；

由于岩石地层因素与孔隙度关系通常在孔隙度10％处存在明显的拐点，因此在本实施例中以孔隙度10％为拐点，以拐点对应的孔隙的孔喉半径r₀作为分界值；

将孔喉半径大于孔喉半径分界值r₀的孔隙划分为大孔径孔隙，将孔喉半径小 于等于孔喉半径分界值r₀的划分为小孔径孔隙，对应的孔隙度分别为大孔径孔隙度和小孔径孔隙度。即：

φ_x＝φ×∑ΔHg_i (5)

φ_n＝φ×∑ΔHg_j (6)

φ为岩石孔隙度，由岩样物性实验得到，ΔHg_i为孔喉半径大于r₀的孔喉对应的汞饱和度差，ΔHg_j为孔喉半径小于r₀的孔喉对应的汞饱和度差。

针对某一具体的岩样，式(4)中的F即为岩石地层因素，接下来执行步骤S112，确定岩石地层因素步骤。在步骤S112中由岩电实验得到待分析岩石地层的岩样的岩石地层因素。

式(4)中，岩石地层因素F由岩电实验得到，φ_x、φ_n由压汞实验数据结合孔隙度测量结果得到。因此接下来就可以执行步骤S113，拟合获取拟合公式参数a₁、m₁、c₁。

获取到公式参数后，就可以将公式参数带入以进一步获取相应的岩石地层因素。在获取岩石地层因素的过程中，需要考虑岩样是否有压汞实验数据。

对于有压汞实验数据的岩样/岩层：先通过压汞实验测量分别获取两种孔隙结构对应的孔隙度；再基于阿尔奇公式改进式根据两种孔隙结构对应的孔隙度计算获取岩石地层因素。

对于没有压汞实验数据的岩样/岩层：则先通过其他相关岩样的压汞实验测量数据获取岩样的总孔隙度与伪宏导电孔隙度的相互关系；再获取待分析岩层/岩石的总孔隙度；最后根据上述相互关系计算获取待分析岩层/岩样的伪宏导电孔隙度，再基于阿尔奇公式改进式计算岩石地层因素。

为方便式(4)应用，定义伪宏导电孔隙度φ_ps，令

φ_ps＝φ_x+c₁φ_n (7)

则式(4)的阿尔奇公式改进式可表示为

$F=\frac{a_1}{{{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{ps}}}^{m_1}}---\left(8\right)$

显然，式(8)中φ_ps与前文所述宏导电孔隙度并不等同，但两者之间有一定的比例关系。岩电-压汞联测实验数据表明：双对数坐标下，伪宏导电孔隙度与岩石地层因素呈现良好的单一线性关系。

图2是伪宏导电孔隙度与岩石地层因素实验数据记录图，横坐标为伪宏导电 孔隙度，纵坐标为岩石地层因素。如图2所示，图2中的实验数据记录点分布呈现良好的单一线性关系(均匀分布在一条斜线附近)，证实了式(8)的有效性。因此在接下来获取岩石地层因素的过程中，只需先执行步骤S114，获取伪宏导电孔隙度步骤；再执行步骤S115，获取岩石地层因素步骤，基于式(8)根据伪宏导电孔隙度计算获取相应的岩石地层因素。

在步骤S114中，不难理解，对于有压汞实验数据的岩样/岩层的岩石地层因素，先由通过压汞实验测量(岩样压汞实验数据)分别获取得到岩样大孔径孔隙度φ_x和小孔径孔隙度φ_n，然后由式(7)计算得到伪宏导电孔隙度。

对于没有压汞实验数据的岩样/岩层的岩石地层因素，在本实施例中，则首先则先基于阿尔奇公式改进式通过其他相关岩样的压汞实验测量数据获取岩样的总孔隙度与伪宏导电孔隙度的相互关系(相当于获取总孔隙度与岩石地层因素的相互关系)；再获取待分析岩样/岩层的总孔隙度；最后根据上述相互关系计算获取待分析岩层/岩样的伪宏导电孔隙度。

以一具体的应用例子来说明本发明的具体执行过程。

利用本发明对某油田致密砂岩岩石样品获取岩石地层因素。首先对岩石样品进行压汞实验，绘制孔径分布图，如图3所示。图3中横坐标为孔喉半径(单位：微米μm)，纵坐标为汞饱和度差，虚线上的点代表孔隙度小于10％的孔隙，实线上的点代表孔隙度大于10％的孔隙。由图3可以看出，孔隙度小于10％的岩样孔喉半径基本小于0.3μm，而孔隙度大于10％的岩样孔喉半径以大于0.3μm为主。因此确定孔隙度大于10％和孔隙度小于10％的孔径分界值r₀＝0.3μm。

接下来确定各岩样的大孔径孔隙度φ_x和小孔径孔隙度φ_n，结合岩电实验测得的岩石地层因素F，拟合得式(4)参数a₁＝5.23，m₁＝0.867，c₁＝0.280，利用式(7)确定该区43块有压汞实验数据的岩心样品伪宏导电孔隙度，再利用式(8)确定岩石地层因素。

结合实验得到的岩样岩石地层因素绘制实验数据-计算数据关系图。如图4所示，横坐标代表实验测量获取的岩石地层因素，纵坐标代表计算获取的岩石地层因素。在图4中，实心数据点的纵坐标代表根据本发明的方法计算获取的岩石地层因素，空心数据点的纵坐标代表根据现有技术(阿尔奇公式)计算获取的岩石地层因素。

由图4可以看出，实心数据点均分布在斜线附近(斜线为45°线，斜线上的点 横纵坐标相等)，显示根据本发明计算获取的岩石地层因素与实验岩石地层因素基本吻合(计算获取的岩石地层因素与实验岩石地层因素基本相同)。

同时，相较于空心数据点，实心数据点的分布更加贴近斜线(大多数实心数据点集中在斜线附近，相较于实心数据点，空心数据点的分布比较分散且距离斜线较远)。这说明与现有技术的由阿尔奇公式计算获取的岩石地层因素相比，根据本计算获取的岩石地层因素更加符合实际情况。相较于现有技术，本发明的方法表现出更好的计算效果。

对该区72块没有压汞实验数据的岩心样品，首先根据孔隙度与伪宏导电孔隙度关系确定伪宏导电孔隙度。在这里，首先绘制孔隙度-伪宏导电孔隙度关系图，如图5所示，横坐标为孔隙度，纵坐标为伪宏导电孔隙度。基于其它样品的压汞实验数据在关系图上绘制一系列的数据点，根据数据点的分布确定孔隙度与伪宏导电孔隙度之间的关系。如图5中所示，根据数据点的分布确定描述孔隙度与伪宏导电孔隙度之间的关系的斜线(图中的虚线)。基于图中的虚线的走向(斜率)计算获取伪宏导电孔隙度。

最后利用式(8)计算岩石地层因素。结合岩样实验测量的岩石地层因素以及计算获取的岩石地层因素绘制实验数据-计算数据关系图。如图6所示，横坐标为实验测量获取的岩石地层因素，纵坐标为根据本发明计算获取的岩石地层因素。数据点均分布在斜线附近(斜线为45°线，斜线上的点横纵坐标相等)，表示根据本发明计算获取的岩石地层因素与实验岩石地层因素基本吻合(计算获取的岩石地层因素与实验岩石地层因素基本相同)。

综上，与现有技术相比，本发明可以获取更为符合实际地质情况的岩石地层因素，从而大大提高了地质勘探结果的准确性，为之后的油气勘探开发提供更为准确有力的支持。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。