一种利用纵横波速度信息进行含气性分析的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用纵横波速度资料进行储层含气性分析的方法，具体步骤如下：利用Voigt-Reuss-Hill平均模型，求取岩石骨架等效弹性模量；利用Xu-White模型和岩石剪切模量计算孔隙纵横比；利用Xu-White模型计算干燥岩石弹性模量；将实测岩石弹性模量减去干燥岩石弹性模量定义为含气性因子，分析地层含气性。本发明实现了利用纵横波速度信息，将矿物影响及孔隙性质影响综合考虑在内，给出了储层含气性评价因子，与传统的利用纵横波速度比分析储层含气性相比，考虑因素更为全面，利用的纵横波速度信息更为综合。
【专利说明】
-种利用纵横波速度信息进行含气性分析的方法
技术领域：
[0001] 该发明属于声波测井资料处理及解释方法领域。本发明设及利用纵横波速度资料 计算储层含气饱和度的方法，在试验的基础上，研究了储层孔隙形态对声波速度的影响，从 而提出综合利用纵横波速度信息计算储层含气饱和度的方法，计算的含气饱和度与试气结 果一致性较好。
【背景技术】：
[0002] 传统的利用纵横波速度进行含气性分析只利用了纵横波速度比信息，对于携带了 更多地层信息的纵波和横波信息没有细致分析，运就使得声波测井从地层中获得的信息W 及对信息的利用率大为增加。
[0003] 关于含气饱和度的流体基本都是采用基于wood方程的Gassmann流体替换方法并 联原理计算Kf:
[0004]
(1) 阳〇化]云美厚等详细讨论了利用Gassmann方程计算储层条件下砂岩纵、横波速度的方 法。黄伟传等根据Gassmann理论求取地层在含有不同流体时的岩石弹性参数.但Gassmann 方程的应用条件是岩石为均匀分布或等效均匀分布状态，且声波频率足够低，不会产生能 量的衰减。
[0006] 但实际地层孔隙流体经常存在部分饱和且多相共存，其空间分布并不均匀，而是 成一系列"斑块"式分布。当声波通过岩石时，不同"斑块"之间压力不等，出现差异流动，产 生声波能量的衰减。运种孔隙流体在岩石空间"斑块"状不均匀分布的情况可应用Patchy 饱和度岩石模型描述，在1995年White对运一模型给出了定量的计算。王东等研究了部分 饱和孔隙岩石中声波传播数值规律。李维新等进行了基于Gassmann方程的有效流体模型 及化tchy饱和度模型的纵、横波速度理论计算值与实验测量结果的比较分析。
[0007] 斯伦贝谢A.化ie (1995)利用Gassmann方程对含气储层声学特征进行了分析，并 进行了现场应用，同时总结了相应的随含气饱和度变化的统计公式：
[0008]
(2、
[0009] 其中，e为经验参数。e = 1时，上式简化为串联模型；e = 20时，上式近似等于并 联模型。
[0010] W上模型在进行储层含气性评价时，通常将地层完全含气时纵横波速度比认为成 固定值，且多利用交会图技术，不考虑矿物含量与孔隙形状对纵横波速度的影响，考虑因素 少，且无法形成准确的连续含气性剖面。为了解决运一难题，一方面利用岩石剪切模量大 小基本不随含气性变化，而受孔隙性质影响较大的性质，一方面利用岩石弹性模量既受孔 隙性质影响也受含气性影响的性质，提出综合利用纵波和横波速度信息计算含气饱和度方 法。
【发明内容】
：
[0011] 本发明目的是针对现有技术存在的问题，提出一种利用纵横波速度信息进行含气 性分析的方法。它是在试验的基础上，综合考虑岩性、孔隙结构性质等因素对纵横波速度影 响，将岩石矿物构成、孔隙性质对纵横波速度影响消除后，分析储层的含气性的。
[0012] 本发明的利用纵横波速度资料进行储层含气性分析的方法，具体步骤如下： 阳01引步骤1、利用Voigt-Reuss-Hill平均模型，结合岩石骨架矿物弹性模量、剪切模量 信息W及矿物含量，求取岩石骨架等效弹性模量。
[0014] 步骤2、利用Xu-White模型求取不同孔隙纵横比下的岩石剪切模量，通过调节孔 隙纵横比，使得理论计算岩石剪切模量与实测岩石剪切模量大小相同；
[0015] 步骤3、利用步骤2计算孔隙纵横比信息，结合含气饱和度模型W及流体替换模 型，计算干燥岩石弹性模量。
[0016] 步骤4、将实测岩石弹性模量减去干燥岩石弹性模量定义为含气性因子，分析地层 含气性。
[0017] 上述方案具体包括
[0018] 首先，计算岩石骨架等效弹性模量。岩石是由多种矿物组成的，岩石声学性质是多 种矿物综合影响的结果，Voigt-Reuss-Hill平均模型可W有效的计算矿物含量对岩石骨架 弹性模量的影响，具体如下：
[0019] 求取N种矿物组分的复合介质等效弹性模量上界限Mv (Voigt, 1928):
[0020] P)
[0021] 分的复合介质等效弹性模量下界限M^Reuss, 1929):
[0022] (4)
[0023] 式中，Mv是复合介质的Voigt等效弹性模量，M K是复合介质的Reuss等效弹性模 量，是第i种组分的体积含量（可W由岩性测井资料获得），满足
，Mi是第i种组 分的弹性模量（可W利用经典值）。
[0024] 将Voigt上限和Reuss下限取算术平均值的办法，确定复合介质等效弹性模量。即 Voigt-Reuss-Hill(V-R-H)平均模型：
(5) W巧] 、
[00%] 从而可W得到岩石骨架等效弹性模量和剪切模量值。
[0027] 其次，利用Xu-White模型及剪切模量计算岩石孔隙纵横比。由密度测井资料及纵 横波时差信息（可由阵列声波资料根据STC方法求得，或者利用偶极声波测井求得），由下 式可W计算地层弹性模量及剪切模量：
[0028]
(6)
[0029] 其中，斯代表混合基质的纵波时差，为混合基质的横波时差，Pm为混合基质的 密度。
[0030] 同时，利用实测地层剪切模量值与Xu-White模型计算剪切模量值即：
[00 川
[0032] 中Wd相等，得到岩石孔隙纵横比。
[0033] 由岩石孔隙纵横比，利用W下公式，从理论上计算干燥岩石弹性模量值：
[0034]
(8>
[0035] 将W上计算孔隙纵横比及骨架等效弹性模量值代入Xu-White模型，计算出干燥 岩石弹性模量值。
[0036] 建立含气性分析因子。利用测量纵横波速度及密度，计算岩石弹性模量。结合W 上计算干燥岩石弹性模量，综合流体替换模型，得到含气性分析因子A K。
(9)
[0037]
[0038] 其中，K为实测岩石弹性模量，可W由测量所得纵横波速度和密度计算获得，类似 公式6。
[0039] 本发明实现了利用纵横波速度信息，将矿物影响及孔隙性质影响综合考虑在内， 给出了储层含气性评价因子，与传统的利用纵横波速度比分析储层含气性相比，考虑因素 更为全面，利用的纵横波速度信息更为综合。
【附图说明】 柳4〇] 图1为假定裂隙a m、粒间缝a pW及孔桐a S纵横比分别为0. 02、0. 15与0. 8的 地层下纵波速度随孔隙度、孔隙类型变化关系。
[OOW 图2为假定裂隙曰m、粒间缝曰pW及孔桐曰S纵横比分别为0. 02、0. 15与0. 8的 地层下横波速度随孔隙度、孔隙类型变化关系。
[0042] 图3为进行含气性分析时常用的纵横波速度比与纵波时差交会图。
[0043] 图4、图5、图6为X3井气体识别结果。
[0044] 图7为本发明的流程示意图。
【具体实施方式】
[0045] 经过我们长时间的研究和对各种地层所测量数据的分析与处理，在充分掌握并分 析了大量处理结果数据的基础上，提出了运一套具体实施方法。结合图7 :
[0046] 首先，计算岩石骨架等效弹性模量。岩石是由多种矿物组成的，岩石声学性质是多 种矿物综合影响的结果，Voigt-Reuss-Hill平均模型可W有效的计算矿物含量对岩石骨架 弹性模量的影响，具体如下：
[0047] 求取N种矿物组分的复合介质等效弹性模量上界限Mv (Voigt, 1928):
[0048]
(3)
[0049] 求取N种矿物组分的复合介质等效弹性模量下界限M^Reuss，1929):
[0050]
(4) 阳051] 式中，Mv是复合介质的Voigt等效弹性模量，M K是复合介质的Reuss等效弹性模 量，是第i种组分的体积含量（可W由岩性测井资料获得），满足
Mi是第i种组 分的弹性模量（可W利用经典值）。
[0052] 化11 (1952)提出了将Voigt上限和Reuss下限取算术平均值的办法，确定复合介 质等效弹性模量。即Voigt-Reuss-Hill(V-R-H)平均模型：
(5)
[0054] 从而可W得到岩石骨架等效弹性模量和剪切模量值。
[0055] 其次，利用Xu-White模型及剪切模量计算岩石孔隙纵横比。由密度测井资料及纵 横波时差信息（可由阵列声波资料根据STC方法求得，或者利用偶极声波测井求得），由下 式可W计算地层弹性模量及剪切模量：
[0056]
傲
[0057] 其中，皆代表混合基质的纵波时差，7：^为混合基质的横波时差，Pm为混合基质 的密度。
[0058] 同时，利用实测地层剪切模量值与Xu-White模型计算剪切模量值即：
[0059]
巧) W60] 中y湘等，得到岩石孔隙纵横比。
[0061] 由岩石孔陋纵顆比，肃I巧Pi下公式，从理论h计尊干燥岩石弹性模量值：
[0062]
^8)
[0063] 将W上计算孔隙纵横比及骨架等效弹性模量值代入Xu-White模型，计算出干燥 岩石弹性模量值。
[0064] 建立含气性分析因子。利用测量纵横波速度及密度，计算岩石弹性模量。结合W 上计算干燥岩石弹性模景，综合流体替换模型，得到含气性分析因子A K。 (9) 阳0化]
[0066] 其中，K为实测岩石弹性模量，可W由测量所得纵横波速度和密度计算获得，类似 公式6。
[0067] 下面结合附图1-6进行说明： W側图1、图2分别为假定裂隙a m、粒间缝a pW及孔桐a S纵横比分别为0. 02、0. 15 与0. 8的地层下纵波速度和横波速度随孔隙度、孔隙类型变化关系。利用Gassman方程及 方程7、8,可W得到岩石速度随饱和度变化。由图可知，随着裂隙的增多，纵横波速度减小； 随孔桐发育，纵横波速度增大。
[0069] 图3为进行含气性分析时常用的纵横波速度比与纵波时差交会图，运里加入了泥 质含量的影响。计算公式见式7、8,由Gassman方程引入流体影响，可W得到图3结果。由 图可知，随着泥质含量的增大，完全含水时纵横波速度比增大，纵波减小。泥质含量增加后 的完全含水线和完全含气线相当于纯砂岩完全含水线和完全含气线向右上方进行了移动。 由W上分析可知，应用图3进行砂泥岩地层含气性分析时，必须考虑泥质的影响，因为泥质 影响与地层含水影响对声学性质影响的趋势一致，如果忽略泥质影响，往往会造成无法分 析完全含水纯砂岩趋势线上方数据点，W及将气水层混淆的结果。
[0070] 图4、图5、图6为X3井气体识别结果。其中，K和y为实测数据计算弹性模量和剪 切模量，化re与ypre为计算模拟弹性模量和剪切模量。化re-K为化re与K的差值。由图 可知，2300-2360m、2440-2500m W及 2500-2570m 中间分布有一定量的差值，但 2300-2345m、 2445-2466m泥质含量较多，孔隙度较小，因而较难发展为气层；2524-2542m上部无盖层封 盖，无法形成气层。综上分析，2347-2360m、2470-2476m、2480-2484m可W分析为气层，与 2353-2358. 4m、2470. 1-2472. 4m W及 2480. 4-2485. 4 为气层的气测结果吻合较好。
[0071] 通过试验W及实际资料处理表明，利用综合利用纵横波速度信息进行储层含气性 分析，明显优于传统的利用纵横波速度比计算结果，值得今后大力推广应用于实际中，W获 得更为准确地层含气性信息。
【主权项】
1. 一种利用纵横波速度信息进行含气性分析的方法，其特征在于包括如下： 步骤1、利用Voigt-Reuss-Hill平均模型，结合岩石骨架矿物弹性模量、剪切模量信息 W及矿物含量，求取岩石骨架等效弹性模量； 步骤2、利用Xu-White模型求取不同孔隙纵横比下的岩石剪切模量，通过调节孔隙纵 横比，使得理论计算岩石剪切模量与实测岩石剪切模量大小相同； 步骤3、利用步骤2计算孔隙纵横比信息，结合含气饱和度模型W及流体替换模型，计 算干燥岩石弹性模量； 步骤4、将实测岩石弹性模量减去干燥岩石弹性模量定义为含气性因子，分析地层含气 性。2. 根据权利要求1所述的利用纵横波速度信息进行含气性分析的方法，其特征在于包 括如下： 步骤1，计算岩石骨架等效弹性模量，具体如下： 求取N种矿物组分的复合介质等效弹性模量上界限Mv:巧 .分的复合介质等效弹性模量下界限 抑 式中，Mv是复合介质的Voigt等效弹性模量，M K是复合介质的Reuss等效弹性模量，f 1 是第i种组分的体积含量，由岩性测井资料获得，满月.Mi是第i种组分的弹性模 量，利用经典值；将Voigt上限和Reuss下限取算术平均值的办法，确定复合介质等效弹性模量，即 Voigt-Reuss-Hill(V-R-H)平均模型：(5) 从而得到岩石骨架等效弹性模量和剪切模量值； 步骤2,利用Xu-White模型及剪切模量计算岩石孔隙纵横比，具体如下： 由密度测井资料及纵横波时差信息，计算地层弹性模量及剪切模量：(6) 其中，代表混合基质的纵波时差，r。;为混合基质的横波时差，Pm为混合基质的密 度； 同时，利用实测地层剪切模量值与Xu-White模型计算剪切模量值即： 中相等，得到岩石孔隙纵横比； (7) 步骤3,由岩石孔隙纵横比，利用W下公式，从理论上计算干燥岩石弹性模量值：(致) 将W上计算孔隙纵横比及骨架等效弹性模量值代入Xu-White模型，计算出干燥岩石 弹性模量值； 步骤4,建立含气性分析因子，利用测量纵横波速度及密度，计算岩石弹性模量； 结合W上计算干燥岩石弹性模量，综合流体替换模型，得到含气性分析因子A K，(9) 其中，K为实测岩石弹性模量，由测量所得纵横波速度和密度计算获得，类似公式6。3.根据权利要求2所述的利用纵横波速度信息进行含气性分析的方法，其特征在于： 所述密度测井资料及纵横波时差信息是由阵列声波资料根据STC方法求得，或者利用偶极 声波测井求得。
【文档编号】G01V1/40GK105988136SQ201510047950
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月30日
【发明人】许孝凯, 朱留方, 范宜仁, 张晋言, 翟勇, 刘美杰, 罗景美, 耿斌, 赵瑞林, 毛克宇, 边瑞雪, 陈雪莲, 周朋飞, 王志美, 蒋宏娜
【申请人】中石化石油工程技术服务有限公司, 中石化胜利石油工程有限公司测井公司, 中国石油大学(华东)