本發(fā)明屬于油氣地球物理勘探領(lǐng)域，勘探對(duì)象為砂巖油氣藏，本發(fā)明具體涉及一種基于改進(jìn)的等效孔隙理論構(gòu)建砂巖巖石物理模型的方法。

背景技術(shù)：

巖石物理的主要任務(wù)在于如何將地下巖石的物性參數(shù)與彈性參數(shù)(如速度、密度)聯(lián)系起來(lái)。巖石的礦物成分、孔隙度、含流體性甚至孔隙形狀都會(huì)影響巖石的彈性模量，為了研究和模擬地下復(fù)雜的巖石與模量間的相互關(guān)系，人們發(fā)展了kt理論(kusterandtoksoz，1974)，自相容模型(o’connellandbudiansky，1974)，等效微分介質(zhì)理論(cleary，1980；zimmerman，1991)。一些經(jīng)典的巖石物理建模方法依賴(lài)于建立速度與孔隙度、泥質(zhì)含量和其他一些物性參數(shù)之間的關(guān)系，如針對(duì)砂泥巖的han模型、xu-white模型、gassmann模型以及針對(duì)碳酸鹽巖的xu-panye模型等。對(duì)于致密砂巖儲(chǔ)層(孔隙度低于8％)，往往具有較低的孔隙度和滲透率，目前國(guó)外已有的技術(shù)包括hudson模型、eshelby-cheng裂縫模型。

然而，這些基于顆粒接觸理論的巖石物理模型對(duì)致密砂巖孔隙特征的描述不夠精細(xì)，針對(duì)性不強(qiáng)，由此導(dǎo)致了這些模型對(duì)低孔隙度砂巖適用性不夠。由巖石物理模型來(lái)進(jìn)行地震流體檢測(cè)困難，巖石骨架密度、粘土含量和粘土類(lèi)型、真孔隙度和滲透率的確定存在困難，測(cè)井和地震資料進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)存在問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種針對(duì)致密砂巖的巖石物理建模方法，針對(duì)低孔隙度低滲透率砂巖，用于致密砂巖氣勘探領(lǐng)域。意在建立一種低孔隙度低滲透率砂巖巖石物理建模方法和流程，幫助更好的了解和刻畫(huà)致密砂巖巖石物性對(duì)于彈性參數(shù)和力學(xué)參數(shù)的影響，指導(dǎo)致密砂巖氣勘探。

本發(fā)明通過(guò)巖心微觀結(jié)構(gòu)分析得到巖心的礦物組分、孔隙類(lèi)型、孔隙度參數(shù)，然后構(gòu)建巖石物理模型。具體地，提供一種基于等效孔隙理論的砂巖巖石物理建模方法，包括以下步驟：構(gòu)建巖心的基質(zhì)模型；構(gòu)建巖石的骨架模型；構(gòu)建巖石的含流體模型；預(yù)測(cè)巖石的彈性屬性。

進(jìn)一步地，構(gòu)建巖心的基質(zhì)模型的步驟包括分析巖心的礦物組分，得到巖石礦物組分含量數(shù)據(jù)，基于巖石礦物組分含量數(shù)據(jù)獲得巖石基質(zhì)的模量。

優(yōu)選地，通過(guò)reuss-voigt-hill平均計(jì)算多種礦物混合的巖石基質(zhì)彈性模量：

其中

式中1，mvrh代表巖石基質(zhì)彈性模量，mv代表voigt邊界模量，mr代表reuss邊界模量；fi和mi分別代表第i種礦物的比例和模量；n表示n種礦物。

進(jìn)一步地，構(gòu)建巖石的骨架模型的步驟包括分析巖心的孔隙結(jié)構(gòu)，劃分孔隙類(lèi)型并統(tǒng)計(jì)孔隙比重；并以巖石基質(zhì)的模量為輸入，加入不同的類(lèi)型孔 隙得到巖石骨架模型。

可選地，利用微分等效介質(zhì)理論和自相容近似理論向巖石基質(zhì)中依次加入不同形狀的孔隙，計(jì)算得到含孔隙干巖石的等效體積模量k^*和剪切模量μ^*。

進(jìn)一步地，向巖石基質(zhì)中加入孔隙計(jì)算等效體積模量k^*和剪切模量μ^*的dem表達(dá)式為：

初始條件為：k^*(0)＝k1,μ^*(0)＝μ1，k1和μ1為基質(zhì)的體積和剪切模量；k2和μ2為加入的孔隙的體積模量和剪切模量，y為所加入的孔隙的體積比例，參數(shù)p和q用以刻畫(huà)任意形狀的孔隙對(duì)巖石的影響。p和q的值由孔隙的形態(tài)決定，先確定加入的孔隙的類(lèi)型，然后確定p和q的值。

進(jìn)一步地，構(gòu)建巖石的含流體模型的步驟包括，在巖石的骨架模型中加入流體，得到巖石的含流體模型。

優(yōu)選地，利用gassmann方程向巖石中加入流體，表達(dá)式為：

為干巖石剛度系數(shù)，為含流體巖石的剛度系數(shù)，k0為礦物體積模量，kfl為流體體積模量，φ為孔隙度；

其中

δkl與δij代表的是矩陣中的元素，δij下標(biāo)ij與cij中的下標(biāo)對(duì)應(yīng)。

優(yōu)選地，根據(jù)巖石的剛度系數(shù)，計(jì)算得到縱波和橫波速度：

其中，vp0代表垂向的縱波速度，vs0代表垂向的橫波速度，ρ代表密度。

優(yōu)選地，向巖石中加入的流體為水、氣、油或其任意比例的混合物。

本發(fā)明針對(duì)砂巖的礦物組分、孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行微觀分析，針對(duì)不同地區(qū)的砂巖劃分出相應(yīng)的孔隙類(lèi)型，統(tǒng)計(jì)出不同孔隙類(lèi)型的比例。在實(shí)驗(yàn)分析基礎(chǔ)上構(gòu)建砂巖巖石物理模型，并進(jìn)行彈性屬性預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)結(jié)果可作為砂巖儲(chǔ)層地震反演的輸入?yún)?shù)或?qū)Ψ囱萁Y(jié)果進(jìn)行約束和校正。

附圖說(shuō)明

通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)本公開(kāi)示例性實(shí)施方式進(jìn)行更詳細(xì)的描述，本公開(kāi)的上述以及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將變得更加明顯，其中，在本公開(kāi)示例性實(shí)施方式中，相同的參考標(biāo)號(hào)通常代表相同部件。

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的砂巖巖石物理建模流程示意圖。

圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的孔隙類(lèi)型示意圖。

圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的模型預(yù)測(cè)與巖心實(shí)測(cè)的縱波速度對(duì)比。

圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的模型預(yù)測(cè)與巖心實(shí)測(cè)的橫波速度對(duì)比。

圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的模型預(yù)測(cè)與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的縱波速度對(duì)比。

圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的模型預(yù)測(cè)與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的橫波速度對(duì)比。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開(kāi)的優(yōu)選實(shí)施方式。雖然附圖中顯示了本公開(kāi)的優(yōu)選實(shí)施方式，然而應(yīng)該理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施方式所限制。相反，提供這些實(shí)施方式是為了使本公開(kāi) 更加透徹和完整，并且能夠?qū)⒈竟_(kāi)的范圍完整地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

本發(fā)明提供了一種針對(duì)致密砂巖的巖石物理模型構(gòu)建方法，屬于油氣地球物理勘探領(lǐng)域。具體地，提供一種基于等效孔隙理論的砂巖巖石物理建模方法，包括以下步驟：構(gòu)建巖心的基質(zhì)模型；構(gòu)建巖石的骨架模型；構(gòu)建巖石的含流體模型；預(yù)測(cè)巖石的彈性屬性。

可選地，構(gòu)建巖心的基質(zhì)模型的步驟包括分析巖心的礦物組分，得到巖石礦物組分含量數(shù)據(jù)，基于巖石礦物組分含量數(shù)據(jù)獲得巖石基質(zhì)的模量。

可選地，構(gòu)建巖石的骨架模型的步驟包括分析巖心的孔隙結(jié)構(gòu)，劃分孔隙類(lèi)型并統(tǒng)計(jì)孔隙比重；并以巖石基質(zhì)的模量為輸入，加入不同的類(lèi)型孔隙得到巖石骨架模型。

可選地，利用微分等效介質(zhì)理論和自相容近似理論向巖石基質(zhì)中依次加入不同形狀的孔隙，計(jì)算得到含孔隙干巖石的等效體積模量k^*和剪切模量μ^*。

可選地，構(gòu)建巖石的含流體模型的步驟包括，在巖石的骨架模型中加入流體，得到巖石的含流體模型?？蛇x地，向巖石中加入的流體為水、氣、油或其任意比例的混合物。

作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，如圖1所示，本方法包括：第一步，收集巖心樣品，進(jìn)行成分分析，得到巖心的礦物組分?jǐn)?shù)據(jù)；第二步，制作巖石薄片，在顯微鏡下進(jìn)行孔隙特征分析，劃分孔隙類(lèi)型，統(tǒng)計(jì)每一孔隙類(lèi)型的百分比；第三步，輸入組成巖石礦物的比例和模量，計(jì)算得到多種礦物混合的巖石基質(zhì)的彈性模量；第四步，向所述巖石基質(zhì)中依次加入不同類(lèi)型的孔隙得到干巖石，計(jì)算得到含孔隙干巖石的骨架模量；第五步，向所述干巖石中加入流體，計(jì)算得到整個(gè)巖石的彈性模量。

為便于理解本發(fā)明實(shí)施例的方案及其效果，以下給出一個(gè)具體應(yīng)用示 例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，該示例僅為了便于理解本發(fā)明，其任何具體細(xì)節(jié)并非意在以任何方式限制本發(fā)明。

本發(fā)明的內(nèi)容是針對(duì)砂巖的巖石物理建模方法，包括了巖心微觀分析，多種礦物混合的巖石基質(zhì)模量計(jì)算、含孔隙干巖石骨架模量計(jì)算和含流體巖石模量計(jì)算一整套建模流程。在該建模方法中，充分考慮了砂巖中發(fā)育的復(fù)雜孔隙對(duì)巖石模量帶來(lái)的影響，為了更好的說(shuō)明整個(gè)建模方法及流程思路，作者以鄂爾多斯盆地大牛地氣田致密砂巖儲(chǔ)層為例，結(jié)合圖1來(lái)舉例說(shuō)明。

第一步，采集大牛地氣田某鉆井巖心進(jìn)行分析，采樣深度2550米至2600米，每隔8米采集1個(gè)巖心，共10個(gè)巖心。該地層為大牛地氣田主力產(chǎn)氣層，儲(chǔ)層礦物通常包括：石英、鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石。

表1為巖心礦物組分分析結(jié)果。

第二步，制作巖石薄片，在顯微鏡下進(jìn)行孔隙特征分析。在本實(shí)施例中，所觀察的薄片為2cm×2cm大小，在100倍的放大倍數(shù)下進(jìn)行分區(qū)塊統(tǒng)計(jì)。在顯微鏡下對(duì)巖石薄片內(nèi)部孔隙進(jìn)行縱橫比測(cè)量和分類(lèi)，定量統(tǒng)計(jì)不同縱橫比孔隙的數(shù)量和比例，得到巖芯中孔隙的分布情況。對(duì)于孔隙縱橫比參數(shù)的求取，可以采用幾何形態(tài)統(tǒng)計(jì)的方法，孔隙形態(tài)用橢圓來(lái)逼近，采用長(zhǎng)軸(以a表示)和短軸(以b表示)來(lái)表征橢圓的形態(tài)。α為短軸b與長(zhǎng)軸a的比值，即α＝b/a。在同一個(gè)樣品中，對(duì)不同大小的值進(jìn)行分組統(tǒng)計(jì)。例如，如圖2所示，α1為0-0.25范圍內(nèi)的孔隙比重，稱(chēng)為“針狀”；α2為0.25-0.5的范圍內(nèi)的孔隙比重，稱(chēng)為“硬幣狀”；α3為0.5-0.75的范圍內(nèi)的孔隙比重，稱(chēng)為“盤(pán)狀”；α4為0.75-1.0的范圍內(nèi)的比重，稱(chēng)為“球狀”。最終，將該儲(chǔ)層砂巖內(nèi)部的孔隙分為4類(lèi)，以不同幾何形態(tài)給予近似和描述(參考圖2)。

表2孔隙類(lèi)型分析結(jié)果

第三步，由reuss-voigt-hill平均(式(1))計(jì)算多種礦物混合的巖石基質(zhì)彈性模量：

其中

式中1，mvrh代表巖石基質(zhì)彈性模量，mv代表voigt邊界模量，mr代表reuss邊界模量；fi和mi分別代表第i種礦物的比例和模量；n表示n種礦物。

第四步，利用微分等效介質(zhì)理論(dem)和自相容近似理論(self-consistent)向巖石基質(zhì)中依次加入不同形狀的孔隙，孔隙的類(lèi)型和比重由第二步的分析結(jié)果得出，計(jì)算得到含孔隙干巖石的模量(等效體積模量k^*和剪切模量μ^*)。

向基質(zhì)中加入礦物或孔隙計(jì)算等效體積模量k^*和剪切模量μ^*的dem表 達(dá)式為(berryman,1992)：

初始條件為：k^*(0)＝k1,μ^*(0)＝μ1，k1和μ1為基質(zhì)(相1)的體積和剪切模量；k2和μ2為礦物(相2)的體積模量和剪切模量，y為所加入相2的體積比例。參數(shù)p和q用以刻畫(huà)任意形狀的包裹物(相2)對(duì)巖石的影響。p和q的值由孔隙的形態(tài)決定，先確定加入的孔隙的類(lèi)型，然后根據(jù)下附表3確定p和q的值。

在本實(shí)施例中，總共向基質(zhì)中加入4中不同類(lèi)型的孔隙，每一種孔隙計(jì)算對(duì)體積模量和剪切模量的影響的表達(dá)式如表3所列：

表3體積模量和剪切模量計(jì)算公式

表3中p^mi和q^mi是由孔隙形態(tài)決定的兩個(gè)幾何因子，α、β、ζ是采用迭代方 法計(jì)算p^mi和q^mi時(shí)用到的中間量。

第五步，利用gassmann方程向巖石中加入流體(可以是水、氣、油或任意比例的混合)。利用的表達(dá)式為(gassmann,1951)：

為干巖石剛度系數(shù)(就是指第三步得到的含孔隙干巖石的骨架模量，包含了孔隙的巖石剛度系數(shù))，為含流體巖石的剛度系數(shù)(就是指第五步最終要求的整個(gè)砂巖的彈性模量)，k0為礦物體積模量(可以從實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量得到)，kfl為流體體積模量(可以從實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量得到)，φ為孔隙度(孔隙度來(lái)自于巖芯測(cè)試結(jié)果)。其中，角標(biāo)i和j是剛度系數(shù)矩陣中代表元素位置的角標(biāo)，a、b、c分別表示水、氣、油的剛度系數(shù)。

δkl與δij代表的是矩陣中的元素，下標(biāo)ij與cij中的下標(biāo)對(duì)應(yīng)。

由此，可最終計(jì)算得到砂巖的剛度系數(shù)并計(jì)算得到縱波和橫波速度：

其中，vp0代表垂向的縱波速度，vs0代表垂向的橫波速度，ρ代表密度。

巖石物理模型并不是一種具體的物理模型，它側(cè)重以一種數(shù)學(xué)的方式來(lái)描述物理模型，因此最后的結(jié)果即得到巖石的剛度矩陣，由公式(3)來(lái)表達(dá)，公式3的結(jié)果是以前面四步為基礎(chǔ)的。

具體實(shí)施時(shí)，第一步進(jìn)行巖心分析，得到礦物組分含量數(shù)據(jù)作為后續(xù)計(jì)算的輸入數(shù)據(jù)；第二步進(jìn)行孔隙特征分析，劃分孔隙類(lèi)型并統(tǒng)計(jì)孔隙比重， 作為后續(xù)計(jì)算的依據(jù)和輸入?yún)?shù)；第三步輸入組成巖石礦物的含量，輸出的是巖石基質(zhì)的模量；第四步以巖石基質(zhì)模量為輸入，加入不同的類(lèi)型孔隙得到干巖石骨架模量；第五步以第四步結(jié)果作為輸入，在巖石中加入流體，最終得到整個(gè)巖石的彈性模量和速度。

為驗(yàn)證巖石物理模型的有效性和應(yīng)用性，首先利用該建模方法計(jì)算得到了巖心樣品的縱波和橫波速度(圖3至圖4)，得出的結(jié)論與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果有較好的一致性。然后，將模型應(yīng)用于鄂爾多斯致密砂巖測(cè)井資料，預(yù)測(cè)結(jié)果與測(cè)井曲線吻合度較好(圖5至圖6)。

非常規(guī)油氣藏，如致密砂巖油氣藏，正日益成為我國(guó)重點(diǎn)勘探和開(kāi)發(fā)的目標(biāo)。由于對(duì)該類(lèi)型的油氣藏缺少足夠的地球物理認(rèn)識(shí)，因此，如何利用地球物理來(lái)對(duì)非常規(guī)油氣藏進(jìn)行定量刻畫(huà)目前面臨著巨大的挑戰(zhàn)。本發(fā)明提出了一種新的包含不同孔隙特征的致密砂巖巖石物理模型，建立了礦物成分、孔隙度、孔隙類(lèi)型及含流體性與巖石彈性參數(shù)之間的定量關(guān)系。該模型通過(guò)了基于巖芯和測(cè)井資料的標(biāo)定，充分證明了其具有較好的應(yīng)用前景。

上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本發(fā)明公開(kāi)了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類(lèi)型的改進(jìn)或變形，而不僅限于本發(fā)明上述具體實(shí)施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選的，而并不具有限制性的意義。