裂缝性碳酸盐岩油藏饱和度模型数字岩心分析方法与流程

本发明涉及岩石物理领域，更具体地，涉及一种裂缝性碳酸盐岩油藏饱和度模型数字岩心分析方法。

背景技术：

裂缝性碳酸盐岩作为碳酸盐岩油气藏主要储集类型，研究其电学特性和饱和度评价模型对于油气储层评价具有重要理论意义和应用价值。裂缝性碳酸盐岩导电理论和饱和度模型通常的研究方法有理论推导和岩石物理实验，前者中模型方法比较简单，与实际相差较远；裂缝性碳酸盐岩岩石物理实验岩心难以制备，实验很难实现。

现有技术中，目前的研究方法大多是利用钻井取心，人为进行压裂产生裂缝，开展岩石物理实验。实验中，对压力进行控制，获取相应的裂缝，并记录裂缝开度、长度等，然后进行电阻率的测量。为获取不同含水饱和度岩心，物理实验法采用驱替实验进行处理，并测量驱替后的含水饱和度。数值构建法一般是通过开运算模拟岩心孔隙中油水分布，获取不同饱和度岩心，然后进行电阻率测量。记录不同裂缝开度、长度岩心及不同含水饱和度岩心的电阻率测量结果，研究岩石电阻率随上述参数的变化和规律。测井饱和度模型以阿尔奇饱和度模型为主要参考，也可通过测井、录井资料改进饱和度模型。

然而，上述方法需要对压力控制，并且裂缝形状是随机的，不利用裂缝导电机理研究，且实验工序麻烦，实验难度大、成功率低。在驱替实验中，当含水饱和度降低到一定程度时，驱替实验很难进行；数值法-开运算虽然能模拟油水分布，但是不能控制含水饱和度的数值，且对于裂缝岩心的模拟处理存在困难。在饱和度模型的应用上，阿尔奇和模型或者通过测井数据改进的饱和度模型难以适应物理特性差异大的不同储层，并且这些饱和度模型缺乏微观尺度层面的理论支撑，将影响储层的评价的精度。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的裂缝性碳酸盐岩油藏饱和度模型数字岩心分析方法。

本发明实施例提供一种裂缝性碳酸盐岩油藏饱和度模型数字岩心分析方法，该方法包括：构建多组分碳酸盐岩三维数字岩心，多组分包括多矿物和孔隙；基于多组分碳酸盐岩三维数字岩心，分别构建碳酸盐岩的裂缝性数字岩心和含水饱和度数字岩心；通过计算裂缝性数字岩心和含水饱和度数字岩心的电阻率，构建含水饱和度与岩石电阻率、孔隙度以及地层水电阻率之间的关系模型。

本发明实施例提供的裂缝性碳酸盐岩油藏饱和度模型数字岩心分析方法，通过理论分析和实验研究，提出了裂缝性碳酸盐岩油藏饱和度模型构建的实验方法。该方法是一个基于数字岩心物理实验和数值模拟方法相结合的方法，是物理实验和数值实验完美结合的方法。该发明实现了多组分数字岩心的构建，开发了不同裂缝类型和不同含水饱和度的碳酸盐岩电学参数模拟方法。通过模拟不同裂缝类型和不同含水饱和度碳酸盐岩的电学特性，分析其响应规律，实现了饱和度模型的构建，提高了储层评价的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的裂缝性碳酸盐岩油藏饱和度模型数字岩心分析方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例提供的裂缝性碳酸盐岩油藏饱和度模型数字岩心分析方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的裂缝碳酸盐岩数字岩心及其电学模拟结果，其中，(a)为碳酸盐岩多组分数字岩心；(b)为碳酸盐岩孔隙空间；(c)为开度裂缝数字岩心；(d)为裂缝开度与胶结指数的关系；(e)为油水空间分布示意图；(f)为ri与sw的关系。

图4为本发明实施例提供的测井饱和度模型在tk744井的应用示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着计算机技术的快速发展，数字岩心技术和数值模拟算法已经成为分析岩石电学特性的重要手段。x-ct是数字岩心建模方法中常用的一种，具有不会损伤岩心和耗时少的优点。目前在裂缝性碳酸盐岩模型电学特性数值模拟中研究较少，基于数字岩石物理技术构建裂缝岩石模型，通过裂缝数字岩心开展电学特性数值模拟，研究其导电机理，构建饱和度模型，从而为油气勘探开发提供理论指导作用。这是一个新颖的思路。

基于此，本发明实施例旨在提供一种利用数字岩心技术融合微观尺度分析构建测井饱和度模型的方法，该方法不仅能有效解决当前裂缝岩心取心困难、岩石物理实验难以实现的问题，而且能够解决岩心在低含水饱和度时的驱替困难，通过微观尺度的电学数值模拟研究实现了饱和度模型的构建，提高了储层评价的精度，拓展了数字岩心技术在裂缝碳酸盐岩地层评价的应用。

本发明实施例提供一种裂缝性碳酸盐岩油藏饱和度模型数字岩心分析方法，参见图1，该方法包括但不限于如下步骤：

步骤101、构建多组分碳酸盐岩三维数字岩心，多组分包括多矿物和孔隙。

其中，作为一种可选实施例，该步骤可进一步包括：采用x-ct扫描仪器对岩心进行扫描，获得断层ct图像后，重建获得三维灰度数字岩心；基于qemscan技术，对三维灰度数字岩心模型进行代表岩心分析、滤波、多阈值分割处理，构建多组分三维数字岩心。

步骤102、基于多组分碳酸盐岩三维数字岩心，分别构建碳酸盐岩的裂缝性数字岩心和含水饱和度数字岩心。

其中，作为一种可选实施例，基于多组分碳酸盐岩三维数字岩心，构建碳酸盐岩的裂缝性数字岩心，包括：向多组分碳酸盐岩三维数字岩心添加不同开度、长度、倾角和数目的裂缝，构建碳酸盐岩不同类型的裂缝性数字岩心模型。

其中，作为一种可选实施例，基于多组分碳酸盐岩三维数字岩心，构建碳酸盐岩的含水饱和度数字岩心，包括：基于裂缝性数字岩心模型，通过格子玻尔兹曼方法模拟岩心中油水分布情况，获取对应不同含水饱和度的含水饱和度数字岩心。

具体地，基于多组分数字岩心，人为地向其中添加不同开度、长度、倾角和数目的裂缝，构建出不同类型的裂缝性碳酸盐岩数字岩心模型。在裂缝性数字岩心的基础上，利用格子玻尔兹曼方法模拟孔隙中油水分布，对于不同含水饱和度裂缝性碳酸盐岩，均为水润湿，对于孔隙表面强亲水的岩石，孔隙表面会覆盖一层水膜，而弱亲水的岩石，孔隙表面则不会有水膜。因此，需要构建孔隙表面有水膜和无水膜的两种含水饱和度数字岩心模型。

步骤103、通过计算裂缝性数字岩心和含水饱和度数字岩心的电阻率，构建含水饱和度与岩石电阻率、孔隙度以及地层水电阻率之间的关系模型。

其中，在本步骤之前，还进行裂缝性碳酸盐岩电学特性微观数值模拟。

具体地，基于裂缝性数字岩心模型，采用有限元方法计算岩心的电阻率，有限元法基本思想是线性弹性问题存在一个变分原理。根据变分原理，将求解每个像素上的电压分布问题转化为求解系统线性能量极值的问题，并最终确定数字岩心的有效电导率。在求解过程中，将所有像素能量相加可以计算整个三维数字岩心的总能量，根据系统总能量取最小值，计算所有节点电压。像素的能量由各个节点上的电压确定，像素内的能量为：

在有限元方法中每个像素的能量可以表示为：

将所有像素能量相加可以计算整个三维数字岩心的总能量，根据系统总能量取最小值，计算所有节点电压。如果知道了每个像素单元的电导率张量，可以求得每个单元内的电流，对三维数字岩心中所有单元电流取体积平均，得到三维数字岩心的等效电流，最后根据电流与电压的关系可以进一步得到等效电阻率。

具体地，本步骤103是对饱和度模型进行构建。本步骤可进一步包括如下步骤：

通过有限元计算可得到不同类型裂缝数字岩心和不同饱和度数字岩心的电阻率，根据计算的电阻率微观响应规律，分别构建地层因素与总孔隙度(f-φ)模型和电阻率增大率与含水饱和度(ri-sw)模型。地层因素的定义为100％饱和盐水的电阻率(r0)与盐水电阻率(rw)的比值：

电阻率增大率定义为不同饱和度岩石的电阻率(rt)与100％饱和盐水岩石电阻率(r0)的比值：

(1)地层因素与孔隙度(f-φ)模型

对于不同裂缝性碳酸盐岩，其存在的电学特性差异最主要的影响因素是裂缝开度，因此针对同一裂缝开度设计多个不同裂缝数目的岩心模型，裂缝孔隙度与基质孔隙度之和记为φ，通过构建地层因素f与总孔隙度φ的交会图，可以拟合出胶结指数，记为m，改变裂缝开度，能得到多个胶结指数。则根据数模结果可以构建胶结指数m与裂缝开度x的关系式：

m＝f1(x)(5)

在不同的裂缝性碳酸盐层段，孔隙度φ和裂缝开度一般为线性关系，那么胶结指数与裂缝孔隙度的关系则能够构建出来：

m＝f2(φ)(6)

因此，对于不同裂缝情形的碳酸盐岩储层，构建的地层因素仅与孔隙度相关：

(2)电阻率增大率与含水饱和度(ri-sw)模型

基于有水膜和无水膜两种模型，利用有限元方法可以计算得到不同饱和度的电阻率，通过构建电阻率增大率与不同含水饱和度交会图，确定最佳拟合公式：

最后，将f-φ模型(7)式和ri-sw模型(8)式的左右端两两相乘，可得到饱和度与岩石电阻率、孔隙度以及地层水电阻率之间的关系模型

综上，本发明实施例提供的裂缝性碳酸盐岩油藏饱和度模型数字岩心分析方法，通过理论分析和实验研究，提出了裂缝性碳酸盐岩油藏饱和度模型构建的实验方法。该方法是一个基于数字岩心物理实验和数值模拟方法相结合的方法，是物理实验和数值实验完美结合的方法。该发明实现了多组分数字岩心的构建，开发了不同裂缝类型和不同含水饱和度的碳酸盐岩电学参数模拟方法。通过模拟不同裂缝类型和不同含水饱和度碳酸盐岩的电学特性，分析其响应规律，实现了饱和度模型的构建，提高了储层评价的精度。

以下对该方法进行进一步说明，参见图2，该方法包括如下步骤：

1)采用x-ct扫描仪器岩心进行扫描，获得断层ct图像，并重建获得三维灰度数字岩心；结合qemscan技术，对三维数字岩心模型进行代表岩心分析、滤波、多阈值分割等方法处理，构建多组分(多个矿物、孔隙)三维数字岩心；

2)以多组分三维数字岩心为基础，通过裂缝生成算法构建不同类型的裂缝性碳酸盐岩数字岩心；在裂缝模型基础上通过格子玻尔兹曼方法模拟岩心中油水分布情况，获取不同含水饱和度的裂缝性数字岩心；

3)基于上述构建的不同裂缝类型的数字岩心和不同含水饱和度的数字岩心，通过有限元算法计算岩心等效电阻率，在此基础上可以得到地层因素f和电阻率增大系数ri等参数，根据数值模拟结果可构建地层因素f与孔隙度φ的关系模型，通过有水膜和无水膜电阻率响应规律构建电阻率增大系数ri与含水饱和度sw的关系模型，再将f-φ模型与ri-sw模型结合得到测井饱和度模型。这就完成了裂缝性碳酸盐岩油藏饱和度模型构建的研究。

为了展示本发明实施例的效果，采用碳酸盐岩的ct扫描(分辨率15um)结合qemscan构建了数字岩心模型，基质孔隙度为2.5％。由于碳酸盐岩拥有复杂的孔隙空间，并参考工区um级裂缝特征，对碳酸盐岩人为添加给种类型裂缝，包括：不同开度、不同长度、倾角、数目的裂缝，并在裂缝数字岩心基础上利用lbm模拟油水驱替实验，构建不同含水饱和度模型，利用有限元算法计算模型的电阻率。如图3所示，(a)为采用x-ct扫描技术并结合qemscan矿物组分测试实验构建的碳酸盐岩多组分数字岩心，其中包含孔隙(蓝)、方解石(灰)、白云石(黄)；(b)为碳酸盐岩孔隙空间，由于方解石和白云石不导电，可看作一个组分，作为岩石骨架；(c)为添加开度为4个体素(60um)的裂缝的数字岩心；(d)为裂缝开度和胶结指数的关系，裂缝开度对应的总孔隙度为3.06％，3.55％，4.03％，4.52％，5.01％；(e)为油水空间分布的三维数字岩心，(f)不同含水饱和度的电阻率增大系数模拟结果。

(1)f-φ模型

通过图3(d)模拟结果可构建胶结指数和裂缝开度的关系式，如下：

m＝3.23-0.31x+0.012x²(10)

式中，m为胶结指数，x为裂缝开度。

构建的胶结指数和孔隙度的关系可用下式表达：

m＝2026.7φ²-232.6φ+7.9(11)

式(7)就变为：

(2)ri-sw模型

由图3(f)可知，在低含水饱和度时，ri-sw曲线会出现弯曲现象，为非阿尔奇线性规律，其中黑色曲线为无水膜模拟结果，曲线向上弯曲；红色曲线为有水膜模拟结果，曲线向下弯曲。

当孔隙表面无水膜(弱亲水)时，对数模型能更好地表达非阿尔奇线性规律：

当孔隙表面有水膜(强亲水)时，指数模型则更为适用：

(3)饱和度模型

将式(12)(13)分别与式(11)左端与右端分别相乘，可得到如下两个饱和度模型：

无水膜(弱亲水)的饱和度模型：

有水膜(强亲水)的饱和度模型：

(4)饱和度模型的应用

参见图4，根据塔河油田某工区储层特点，碳酸盐岩均具有强水湿特征，因此将有水膜的饱和度模型应用到tk744井，sw1为阿尔奇饱和度模型(点状区域)，sw2为有水膜的饱和度模型(点状区域+紫色区域)。测试结果为：在高水饱和度(sw>60％)时，两种模型计算得到的含油饱和度接近，但在低含水饱和度时，含水膜的饱和度模型计算的含油饱和度明显高于阿尔奇模型计算的含油饱和度。根据试油结果，生产层段：5608m-5610m，产液110.5m3，其中产油110.4m3；生产层段：5650-5670，产液133.7m3，其中产油133.6m3，两个储层的含油饱和度达到99％，说明了含水膜的饱和度模型计算结果与试油饱和度更接近，提高了含油饱和度的评价精度。

另外，应当说明的是，本发明实施例至少具有如下发明点：1、利用数字岩心通过电学微观数值模拟方法研究裂缝性碳酸盐岩储层的饱和度模型。具体包括：ct扫描与qemscan的融合分析构建多组分数字岩心，并在此基础上构建不同类型裂缝和不同含水饱和度的碳酸盐岩数字岩心，这是本发明的基础；2、融合了岩石微观尺度的分析，通过计算多种数字岩心模型的电阻率，分别构建地层因素-孔隙度关系以及电阻率增大率与含水饱和度关系，最终构建出了饱和度模型，为测井解释中的饱和度计算提供了重要评价模型。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。