專利名稱：利用核磁共振和其它測井數(shù)據(jù)評估巖層構(gòu)造的方法
本申請是尚在審查中的美國專利申請No.08/873981(1997年6月12日提出申請)的部分繼續(xù)申請，前者要求享有美國臨時申請No.60/042059(1997年4月9日提出申請)(律師事務(wù)所檔案編號20.2674)的權(quán)利。
本發(fā)明涉及評估地表下巖層構(gòu)造的方法。更確切地說，本發(fā)明涉及用于利用核磁共振(“NMR”)測井數(shù)據(jù)，特別是與其它類型的測井數(shù)據(jù)結(jié)合確定表征巖層構(gòu)造的參數(shù)的方法。
包含碳氫化合物的巖層構(gòu)造的經(jīng)濟價值取決于地下儲油層單位體積中的油或氣的含量，在其它條件都相同的情況下，所說單位體積的油氣含量是其孔隙率和碳氫化合物飽和度的函數(shù)。巖層的總孔隙率Φt是巖層每單位體積被孔隙占據(jù)的比率。碳氫化合物飽和度Sh填充有碳氫化合物的孔隙體積的比率。除了孔隙率Φt和碳氫化合物飽和度Sh以外，巖層結(jié)構(gòu)的滲透性k表示一種流體(例如碳氫化合物)流過其中，和可以從中取出的容易程度。雖然較大的孔隙率通常對應(yīng)著較大的滲透率，但是孔隙大小、形狀和連續(xù)性也對滲透性產(chǎn)生影響。
有許多眾所周知的模型可以利用鉆井記錄計算飽和度。對于頁巖構(gòu)造，優(yōu)選的模型為Waxman-Smits模型(例如參見M.H.Waxman和L.J.M.Smits,“Electrical Conductivities in Oil-Bearing ShalySands”,Society of Petroluem Engineers 42nd Annual FallMeeting,(1967年10月1-4日))，和Dual Water模型(例如參見C.Clavier,G.Coates,和J.Dumanoir,“The Theoretical andExperimental Bases for the‘Dual Water’Model for theInterpretation of Shaly Sands”,Society of petroleum EngineersTranscation 6859(1977)(下文中稱之為“Clavier等人的模型”))。這兩種模型都依賴于每單位體積的陽離子交換量Qv和巖層構(gòu)造因子F，它們通常不是在井下測得的，也不是直接從鉆井測量數(shù)據(jù)推算出來的。
NMR基于這樣的事實，許多元素的原子核具有角動量(下文中稱為“自旋”)和磁矩。核自旋沿著外部施加的靜磁場方向排列，并且可以達到一種平衡狀態(tài)。利用一個振蕩磁場的脈沖可以擾動這種平衡，所說振蕩磁場使核自旋傾斜偏離靜磁場方向。如下所述，自旋傾斜的程度可由實驗者控制。
在傾斜之后，同時發(fā)生兩個事件。首先，自旋以拉莫爾頻率(ω0=γB0)圍繞靜磁場進動，其中B0為靜磁場強度，γ為旋磁比，是一個原子核常數(shù)。其次，自旋經(jīng)過稱之為“自旋-晶格弛豫時間”或T1的衰減時間之后恢復(fù)到平衡狀態(tài)。T1受到分子環(huán)境的控制，對于巖石中的水通常為10-1000毫秒。
被稱為“自旋-自旋弛豫時間”或T2的第二弛豫時間也與分子原子核自旋相關(guān)。在90度傾斜脈沖的結(jié)束點，處于同一方向的所有自旋點都垂直于靜磁場，并且它們以拉莫爾頻率進動。但是，由于測量儀器存在缺陷或者微觀物質(zhì)不均勻性造成的靜磁場的小的不均勻性會引起各個核自旋以略微不同的速率進動。所以，經(jīng)過一定時間之后，自旋不再一致進動，就是說它們之間出現(xiàn)相位差。當相位差是由于裝置的靜磁場不均勻性引起時，出現(xiàn)相位差的時間稱為T2*。當相位差是由于物質(zhì)特性引起時，出現(xiàn)相位差的時間稱為T2。
在一種非承壓低粘滯度流體例如水中T2可以達到幾秒，而在固體中會短到只有10微秒。限制在巖石孔隙中的流體處于一種中間狀態(tài)，其中T2在幾十至幾百毫秒的范圍內(nèi)，這依賴于各種因素，例如孔隙大小和流體粘滯度。
一種已知的測量T2的方法被稱為Carr-Purcell-Meiboom-Gill(“CPMG”)定序方法。在固體中，T2非常短，可以在90度脈沖結(jié)束之后通過檢測信號的衰減確定T2。但是，對于其中T2*<<T2的流體，自由感應(yīng)衰減變?yōu)檠b置感生的不均勻性的一種量度。為了測量這種流體中準確的T2值，需要消除裝置感生不均勻性效應(yīng)的影響。
這種消除是通過施加一個脈沖序列實現(xiàn)的。第一個脈沖是一個90度脈沖，該脈沖使自旋開始進動。在自旋開始進動之后，施加一個180度脈沖以將自旋保持在測量平面內(nèi)，但是使分散在橫向平面內(nèi)的自旋沿相反方向進動，從而使自旋重新聚焦。通過利用180度脈沖反復(fù)翻轉(zhuǎn)自旋和使之重新聚焦，出現(xiàn)一個“自旋回波”系列。180度脈沖的這種連續(xù)性，在起始的90度脈沖之后，構(gòu)成Carr-Purcell序列，用于測量由于物質(zhì)特性引起的不可逆的相位差(即T2)。Meiboom和Gill對于Carr-Purcell脈沖序列作出一種改進，使得在自旋在90度脈沖作用下發(fā)生傾斜并開始產(chǎn)生相位差之后，180度脈沖的載波與90度脈沖的載波相關(guān)。結(jié)果，在CPMG序列的偶數(shù)脈沖期間出現(xiàn)的任何誤差被在奇數(shù)脈沖期間產(chǎn)生的相反誤差抵消。對于NMR原理和脈沖序列的詳細解釋記載在美國專利US-5291137中。
但是，巖石孔隙中氣體的存在對于推算出巖層構(gòu)造總孔隙率Φt具有不利的影響。例如參見Robert Freedman,Austin Boyd,GregGubelin,Donald McKeon，和Chris Morriss,“measurement of TotalNMR Porosity Adds New Value to NMR Logging”,Paper 0,Transactions of the Society of Professional Well LogAnalysts38th Annual Logging Symposium(1997)。
例如，當在測量地帶中存在氣體時，利用NMR方法獲得的總孔隙率Φnmr通常是低估的。至少有兩種效應(yīng)可能造成Φt的低估。第一種效應(yīng)與氣體中反常低的含氫指數(shù)有關(guān)。低指數(shù)效應(yīng)對于測井數(shù)據(jù)分析員來說是熟悉的，因為這種效應(yīng)還使得利用中子測井儀測得的孔隙率在含有氣體的地帶減小。第二種效應(yīng)與氣體不充分的極化有關(guān)。產(chǎn)生不充分極化效應(yīng)的原因是儲存的氣體具有縱向的弛豫時間T1，在正常儲存狀態(tài)下該弛豫時間在3至6秒的范圍內(nèi)。因為T1如此之長，所以利用常規(guī)的脈沖序列，例如Carr-Purcell Meiboom-Gill(“CPMG”)序列，使儲存氣體完全極化所需的時間在10秒量級。然而，10秒的等待時間對于常規(guī)的測井操作來說是不切實際的，因為這樣會使測井速度非常慢。
過去公開的使用NMR數(shù)據(jù)檢測和確定巖層構(gòu)造中碳氫化合物含量的許多方法都是“僅采用NMR”的方法。就是說，這些方法僅僅使用NMR數(shù)據(jù)推算有關(guān)碳氫化合物和孔隙率的參數(shù)。這些方法中大部分基于Akkurt等人引入的概念，他們認識到在多孔巖石中水和不濕潤的碳氫化合物的NMR特性之間的差別提供了將巖層構(gòu)造中的流體區(qū)分為氣體、油和水的體積的一種手段。R.Akkurt,H.J.Vinegar,P.N.Tutunjian,和A.J.Guillory,“NMR logging of natural gasreservoirs”,Paper N,Transactions of the Society ofProfessional Well Log Analysts 36thAnnual Logging Symposium(1995)。
在同一論文中，Akkurt等人介紹了用于識別和確定碳氫化合物類型的一種具體方法。該方法被稱為差示波譜方法(下文中稱之為“DSM”)。后來，由M.G.Prammer、E.D.Drack、J.C.Bouton、J.S.Gardner、G.R.Coates、R.N.Chandler、和M.N.Miller共司開發(fā)出對DSM方法的一種改進方法，這種方法被稱為時間域分析方法(下文中稱之為“TDA”)，參見“Measurements of clay-bound water andtotal porosity by magnetic resonance logging”,SPE Paper35622，發(fā)表于Society of Petroleum Engineers Annual TechnicalConference and Exhibition(1996)。
DSM和TDA方法都用于具有固定磁場梯度的儀器(例如由位于Malvern,Pennsylvania的Numar Corporation，出品的商標為MRIL的儀器)。最近，由Flaum等人、C.Flaum、R.L.Kleinberg、M.D.Hurlimann開發(fā)出另一種只使用NMR數(shù)據(jù)的檢測氣體的方法，這種方法被稱為回波比率方法(下文中稱之為“ERM”)，參見“Identification of gas with the Combinable MagneticResonnance Tool(CMR*)”,Paper L,Transactions of the Societyof Professional Well Log Analysts 37thAnnual Logging Symposium(1996)。ERM使用一種CMR儀器，其磁場梯度具有鞍點分布。ERM利用根據(jù)從不同的回波間隔獲得的兩條T2-衰減曲線比率計算出的視在擴散常數(shù)確定氣體種類。
這些用于計算孔隙率和其它參數(shù)的只使用NMR數(shù)據(jù)的方法具有各種各樣的缺點。第一，這些方法在具有固定或者鞍點分布磁場梯度的儀器中工作狀況最佳。因此，這些方法受到用于獲取數(shù)據(jù)的NMR儀器類型的限制。第二，只使用NMR數(shù)據(jù)的方法(例如ERM)需要從具有不同CPMG序列的兩次NMR測量中獲得數(shù)據(jù)。第三，只使用NMR數(shù)據(jù)的方法氣體適當極化，這意味著需要較長的等待時間和較慢的測井速度。第四，利用只使用NMR數(shù)據(jù)的方法推算總孔隙率的計算過程十分復(fù)雜。
氣體的存在也對根據(jù)密度推算的總孔隙率Φdensity的計算具有不利影響。與利用NMR數(shù)據(jù)獲得的總孔隙率Φnmr，(它低估了實際的總孔隙率)不同，當在巖層構(gòu)造中存在氣體時根據(jù)密度推算的總孔隙率高估了實際的總孔隙率。因此，在氣體儲存區(qū)，Φnmr小于Φdensity，兩種孔隙率測量值之間的差值正比于該地帶中的氣體飽和度。這種差值效應(yīng)與在氣體區(qū)中的“中子密度”交叉效應(yīng)類似。當在巖層構(gòu)造中存在氣體冷凝物或輕油時可能發(fā)生同樣的效應(yīng)。但是，效應(yīng)的量值減小。使用中子密度測井儀表進行氣體檢測是不可靠的，因為頁巖和熱中子吸收體對于中子密度測井儀表響應(yīng)的效應(yīng)可能完全抑制了交叉效應(yīng)。此外，由于中子測量儀表響應(yīng)的礦物學(xué)效應(yīng)，利用中子密度獲得的總孔隙率可能是不準確的。
此外，對于頁巖構(gòu)造中水飽和度的常規(guī)計算需要知道構(gòu)造因子F和每單位體積的陽離子交換量Qv。獲知這些數(shù)據(jù)需要進行巖心樣品測量。但是，這種巖心樣品測量是繁瑣、耗時、和高成本的，因為它們需要將巖心樣品帶上地面并進行分析，通常是在現(xiàn)場以外的實驗室中進行分析。而且，成本通常隨著所分析巖心樣品數(shù)量的增加而逐漸增大，而有時分析樣品數(shù)量可能非常大。所以，無法利用常規(guī)的估算方法在現(xiàn)場對Qv和F進行即時估算。
如上所述，本發(fā)明的一個目的是提供用于準確確定經(jīng)過氣體校正的沖洗帶和原狀地層參數(shù)的方法，所說參數(shù)表征在一種構(gòu)造，甚至在頁巖構(gòu)造或含有氣體構(gòu)造中的各種地帶。
本發(fā)明的另一個目的是提供能夠無需進行井上巖心樣品分析而在現(xiàn)場即時估評巖層構(gòu)造的方法。
本發(fā)明的再一個目的是提供能夠利用幾乎任何常規(guī)NMR測量儀器，包括具有磁場梯度分布的固定梯度測量儀器和鞍點測量儀器準確確定這些參數(shù)的方法。
本發(fā)明的又一個目的是提供能夠通過結(jié)合NMR與密度鉆井測量確定經(jīng)氣體校正的總孔隙率和含氣帶氣體飽和度的方法。
本發(fā)明的再另一個目的是將NMR測量數(shù)據(jù)與其它開孔測井數(shù)據(jù)結(jié)合以確定在評估碳氫化合物蘊藏量和生產(chǎn)能力時所需的臨界石油物理參數(shù)，例如原狀地層構(gòu)造的碳氫化合物和滲透率。
本發(fā)明的再又一個目的是評估根據(jù)本發(fā)明確定的石油物理參數(shù)大小的不確定度。
本發(fā)明的這些和其它目的是根據(jù)本發(fā)明的原理通過提供能夠在現(xiàn)場評估臨界石油物理參數(shù)的方法實現(xiàn)的，所說參數(shù)包括，但是并不限于Qv、F、和Rw，這些方法甚至適用于頁巖和含氣構(gòu)造的情況。該方法還可以用于獲得滲透率和生產(chǎn)能力。
此外，可以利用NMR粘土結(jié)合水估算連續(xù)的Qv。利用其它的電阻率測井數(shù)據(jù)，例如SP、Rro、Rdeep，可以確定連續(xù)的F和Rw。除了飽和度指數(shù)n以外，從測井數(shù)據(jù)可以連續(xù)地直接確定所有的Archie參數(shù)，包括這些參數(shù)的任何等效計算量值。如在本申請中所使用的含義，等效計算量值是指從已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明確定的參數(shù)直接推算獲得的任何參數(shù)。因此該方法能夠更加準確地確定Sw，而這又提高了對于碳氫化合物儲藏量的評估準確度。該方法可以擴展使用到采用其它儀器的復(fù)雜巖石學(xué)中。
根據(jù)本發(fā)明，提供了用于確定被鉆孔貫穿的含氣巖層構(gòu)造特征的一種方法。該方法包括(1)計算一個由NMR數(shù)據(jù)推算的總孔隙率Φnmr和一個由密度推算的總孔隙率Φdensity,(2)利用Φnmr和Φdensity確定經(jīng)過氣體校正的總孔隙率Φt，(3)利用Φnmr和Φdensity確定在沖洗帶中的經(jīng)過氣體校正的水飽和度Sxot，和(4)利用擴展至頁巖構(gòu)造的Archie方程確定電阻率參數(shù)，Xmf和mCxo=SxotnΦtm(Cmf+XmfSxot),-----(1)]]>其中n為飽和度指數(shù)，m為與模型有關(guān)的膠結(jié)指數(shù)，Cxo為沖洗帶中的電導(dǎo)率，Cxo等于1/Rxo，其中Rxo為沖洗帶電阻率，Cmf為泥漿濾液電導(dǎo)率，Cmf等于1/Rmf，其中Rmf為泥漿濾液的電阻率，Xmf為與模型有關(guān)的粘土電導(dǎo)率。在方程(1)中出現(xiàn)的參數(shù)有時被稱為Archie參數(shù)。然后將Φt、Xmf和m與實際的電阻率Rture結(jié)合根據(jù)下式計算在原狀地層中的水飽和度SwtCtrue=SwtnΦtm(Cw+XwSwt)---(2)]]>使Ctrue=1/Rtrue，其中Rtrue為原狀地層電阻率，Cw=1/Rw,Rw為水的電阻率。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了用于利用NMR數(shù)據(jù)而不使用密度數(shù)據(jù)確定被一鉆孔貫穿的構(gòu)造特征的一種方法。該方法包括以下步驟在第一步驟，接收表征沖洗帶特征的NMR數(shù)據(jù)?？扇〉氖牵琋MR數(shù)據(jù)包括一個T2分布P(T2)。然后，在第二步驟，基本上根據(jù)下式確定粘土結(jié)合水體積VboundVb=∫T2minT2maxP(T2)dT2,-------(3)]]>其中T2min為粘土結(jié)合水的最小T2,T2max為粘土結(jié)合水的最大T2。在第三步驟，利用粘土結(jié)合水飽和度Swb模型確定每單位總孔隙體積的陽離子交換量Qv。
按照本發(fā)明的另一個方面，提供了用于利用自然電位確定被一個鉆孔貫穿的構(gòu)造特征的一種方法。該方法包括接收SP測井數(shù)據(jù)并利用該數(shù)據(jù)確定Rw或利用一種電化學(xué)勢模型確定每單位總孔隙體積的陽離子交換量Qv，所說模型可參見例如L.J.M.Smits,“SP LogInterpretation in Shaly Sands”,Society of Petroleum EngineersJournal，第8卷，第123-136頁(1968年)?？扇〉氖?，該方法至少包括一個兩步驟程序。首先，求解拉普拉斯方程σc·V=0以確定SP源，其中σc為電導(dǎo)率，V為構(gòu)造中各處的電勢。接著，求解SP源積分方程以確定Rw和Qv。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了用于確定被鉆孔貫穿的具有復(fù)雜巖石特性的構(gòu)造的結(jié)合流體體積BFV的一種方法。該方法包括接收表示所說巖層構(gòu)造中沖洗帶特征的NMR數(shù)據(jù)和通過將利用其各自成分體積Vi加權(quán)的BFVi成分求和確定所說巖層構(gòu)造的結(jié)合流體體積BFV的步驟，其中I為表示不同成分的指標。
此外，根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了用于分析某些電阻率參數(shù)不確定度的一種方法。該方法包括基本按照下式計算經(jīng)過氣體校正的石油物理參數(shù)方差的步驟σ2(f)≅Σi=1n(∂f∂xi)xi2σ2(xi),----(4)]]>其中f是一個參數(shù)，它是n個變量xn的函數(shù)，σ2(f)為f的方差，xi*為對于n個變量中的每一個的最佳估算值。
從附圖和以下對于優(yōu)選實施例的詳細描述可以更加清楚地了解本發(fā)明的其它特征、其本質(zhì)和各種優(yōu)點。


圖1為表示一種可滲透巖層構(gòu)造的水平橫截面的簡化示意圖。
圖2為執(zhí)行用于確定被鉆孔貫穿的含氣巖層構(gòu)造特征的方法的第一示例性實施例各個步驟的流程圖。
圖3為執(zhí)行用于確定被鉆孔貫穿的含氣巖層構(gòu)造特征的方法的第二示例性實施例各個步驟的流程圖。
圖4為執(zhí)行用于確定被鉆孔貫穿的含氣巖層構(gòu)造特征的方法的第三示例性實施例各個步驟的流程圖。
圖1為表示一種可滲透巖層構(gòu)造100的水平橫截面的簡化示意圖，其中已經(jīng)鉆有一個鉆孔。在鉆孔過程中，鉆孔110中泥漿柱120的流體靜壓力通常大于巖層構(gòu)造100的孔隙壓力。鉆孔中泥漿的電阻率被稱為泥漿電阻率Rm。泥漿柱120與巖層構(gòu)造100之間的壓力差迫使構(gòu)成泥漿柱120的泥漿濾液進入巖層構(gòu)造100中，泥漿中的固體顆粒在形成泥餅130之后沉積在鉆孔壁上，其具有電阻率Rmc。泥餅130的內(nèi)徑132通常用測徑器測量，因此有時被稱為“Cali”。外徑134利用鉆孔鉆頭的外徑確定。
在靠近鉆孔110的徑向區(qū)，大部分原始的巖層構(gòu)造水和某些碳氫化合物可能被濾液洗去。所以這個區(qū)域被稱為沖洗帶(或滲入帶)，具有電阻率Rxo。在沖洗帶140中泥漿濾液的電阻率被稱為泥漿濾液電阻率Rmf。沖洗帶140的外徑有時被稱為“Di”。
在沖洗帶140以外，巖層構(gòu)造流體被泥漿濾液置換是不完全的。沖洗帶140的徑向延伸取決于許多因素，包括鉆探泥漿的類型、巖層構(gòu)造孔隙率、巖層構(gòu)造滲透率、壓力差，和第一次鉆探該巖層構(gòu)造的時間。在沖洗帶以外的未受擾動的巖層構(gòu)造被稱為未受污染地帶或原狀地層160，其具有真實的電阻率Rtrue。在原狀地層160中的水具有電阻率Rw。
一種物質(zhì)的電阻率是其阻止電流流過該物質(zhì)的能力。電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)。電阻率測量結(jié)果已經(jīng)被用于單獨地或結(jié)合其它參數(shù)確定原狀地層160中的Rtrue。還利用它們確定Rxo。
潔凈的、含水巖層構(gòu)造(即不包含可以感知量的粘土和不包含碳氫化合物的巖層構(gòu)造)的電阻率正比于飽和鹽水的電阻率Rw。這個比例常數(shù)叫做巖層構(gòu)造電阻率因子F。Archie提出了一個使孔隙率Φ與巖層構(gòu)造因子F相關(guān)的公式(F=a÷Φm)，其中a是一個比例因子，m為膠結(jié)指數(shù)(參見G.E.Archie,“The Electrical Resistivity as anaid in Determining Some Reservoir Characteristics”,J.Pet.Tech.,Vol.5,No.1,(1942年1月)和G.E.Archie,“Classification of Carbonate Reservoir Rocks andPetrophysical considerations”,Bull.,AAPG,Vol.36,No.2,(1952年2月))。
假定該構(gòu)造中的巖石在干燥時是完全的絕緣體，則在其它條件相同的情況下，含有油或氣和水的巖層構(gòu)造的電阻率為F、Rw、和Sw的函數(shù)，其中Sw為孔隙體積中被構(gòu)造水所占體積的分數(shù)。根據(jù)Ahchie方程，純凈構(gòu)造的水飽和度Sw可以以其實際的電阻率Rtrue表示為Swn=FRwRtrue,----(5)]]>其中n是飽和度指數(shù)，通常近似等于2。沖洗帶140的水(泥漿濾液)飽和度Sxo也可以以類似的方式表示為Sxon=FRmfRxo,----(6)]]>沖洗帶140的Sxo等于1-Shr，其中Shr為沖洗帶140中殘余的碳氫化合物飽和度。
巖層構(gòu)造中的某些巖石，例如粘土和頁巖在干燥時不是完全的絕緣體。例如，粘土和頁巖具有相當?shù)碾妼?dǎo)率。基本上由頁巖構(gòu)成的巖層構(gòu)造通常被稱為頁巖構(gòu)造，并且通常被認為是難以利用常規(guī)測井技術(shù)評估的巖層構(gòu)造。因為所有鉆井測量結(jié)果都受到頁巖存在的影響，對于頁巖成分的校正需要對該巖層構(gòu)造進行精確的測繪。
根據(jù)本發(fā)明，至少提供了三種用于利用NMR數(shù)據(jù)、密度數(shù)據(jù)和電學(xué)數(shù)據(jù)確定含氣構(gòu)造特征的方法。按照第一種方法，根據(jù)NMR儀器測量結(jié)果計算Qv(參見圖2)。按照第二種方法，根據(jù)淺層電儀器測量結(jié)果計算Qv(參見圖3)。按照第三種方法，根據(jù)自然電位測量結(jié)果SP計算Qv(參見圖4)。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明用于確定巖層構(gòu)造特征的第一種方法200。方法200至少包括以下步驟在步驟210至少計算出沖洗帶的Φnmr、Φdensity、和Φbound；在步驟215，至少利用沖洗帶中的Φnmr和Φdensity計算出Φt和Sxot；在步驟220，計算出巖層構(gòu)造因子F；在步驟209，進行電子儀器測量；在步驟217，計算Rw；在步驟230，計算Swt；在步驟240，評估該巖層構(gòu)造的蘊藏量和生產(chǎn)能力。該方法包括利用下式確定Xmf和mCxo=SxotnΦtm(Cmf+XmfSxot),----(7)]]>其中n為飽和度指數(shù)，m是與模型相關(guān)的膠結(jié)指數(shù)，Cxo是沖洗帶的電導(dǎo)率，Cxo等于1/Rxo，其中Rxo為沖洗帶電阻率，Cmf為泥漿濾液電導(dǎo)率，Cmf等于1/Rmf，其中Rmf為泥漿濾液的電阻率，而Xmf為與模型相關(guān)的粘土電導(dǎo)率。方程(7)在擴展用于頁巖構(gòu)造時有時被稱為Archie方程。應(yīng)當理解上述的每個變量都可以對應(yīng)于巖層構(gòu)造沖洗帶中的一個點(例如一個深度)或者對應(yīng)于巖層構(gòu)造沖洗帶中的一組點(例如一條深度線)。
在步驟210中計算Φnmr之前，可以先測量表示巖層構(gòu)造特征的NMR數(shù)據(jù)，如在步驟205所示。在步驟205，利用一種核磁共振儀器測量地表構(gòu)造的第一部分?？扇〉氖沁@個步驟包括利用井下核磁共振儀器測量地表構(gòu)造的第一部分以獲得NMR數(shù)據(jù)?？梢允褂萌魏晤愋偷木翹MR測量儀器(例如，由位于Houston,Texas的SchlumbergerTechnology Corporation公司制造的商標為CMR的儀器或者由位于Malvern,Pennsylvania的Numar Corporation公司生產(chǎn)的商標為MRIL的儀器)。
在計算出Φnmr之后，可取的是將結(jié)果存儲在一個存儲裝置中。這個存儲裝置可以設(shè)置在井下或者井上。或者，可以將Φnmr直接傳輸?shù)揭粋€處理器中，用于在步驟215中確定Φt和Sxot。
可取的是根據(jù)表示該巖層構(gòu)造特征的密度數(shù)據(jù)計算Φdensity。所以，在步驟205，還使用一個密度測量儀器，最好是井下密度測量儀器測量地表構(gòu)造的第二部分?？梢允褂萌魏晤愋偷木旅芏葴y量儀器，包括高能γ-γ輻射測量儀器。
可取的是，在步驟205中測量的第一和第二部分是基本相同的。這意味著，在沿鉆孔的特定縱向(例如垂直方向)位置，評估NMR數(shù)據(jù)和進行密度測量的徑向(例如橫向)深度是充分匹配的。充分匹配的測量儀器對的一個實例是一臺CMR測量儀器和一臺高能γ-γ輻射測量儀器。參見D.V.Ellis,Well logging for Earth Scientists,(1987年)。因此，根據(jù)本發(fā)明的原理，假定淺層測量儀器，例如NMR、密度、Rxo、和EPT測量儀器，評估沖洗帶140中基本相同的縱向和徑向位置。此外，為了在步驟230中獲得原狀地層參數(shù)，還假定Φt和F沿橫向是基本不變的。
在步驟210中可以利用任何常規(guī)計算方法根據(jù)在步驟205中測得的密度數(shù)據(jù)計算Φdensity。在計算完成之后，可以將Φdensity保存在一個存儲裝置中。這個存儲裝置可以是與用于保存Φnmr相同的存儲裝置，或者是不同的一個存儲裝置，可以設(shè)置在井下或者井上。與Φnmr一樣，可以將Φdensity不進行存儲而直接傳輸?shù)接糜谠诓襟E215中確定Φt和Sxot的一個處理器中。
在步驟215，可以基本按照下式確定經(jīng)過氣體校正的總孔隙率ΦtΦt=Φdensity(1-(HI)gPg(HI)f)+Φnmr(λ(HI)f)(1-(HI)gPg(HI)f)+λ----(8)]]>其中(HI)g為氣體的含氫指數(shù)，(HI)f為由泥漿濾液和巖層構(gòu)造水構(gòu)成的液相的含氫指數(shù)，Pg為氣體極化函數(shù)，該函數(shù)定義為1-exp(-WT/Tl,gas)，其中WT為一個脈沖序列的等待時間，Tl,gas為氣體縱向弛豫時間(參見R.Freedman,“Gas Corrected Porosity fromDensityPorosity and CMR Measurements in‘How to Use Borehole NMR’”,Oilfield Review,9卷，2期，第54頁)(下文中稱之為“Freedman”)。λ正比于氣相和液相之間的密度差，與氣體對于Φdensity的影響有關(guān)。可以基本按照下式確定λλ=ρf-ρgρma-ρf,------(9)]]>其中ρf為液相密度，ρma為巖層構(gòu)造基質(zhì)密度，ρg為氣體密度。在步驟210中計算Φdensity至少需要兩個輸入值，包括ρma和ρf?？梢愿鶕?jù)下式確定ΦdensityΦdensity=ρb-ρmaρf-ρma,-----(10)]]>其中ρb為巖層構(gòu)造松密度ρb。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以通過一系列中間步驟，或者通過計算任何計算上等效的參數(shù)獨立地計算Φt和Sxot。在步驟215中計算Φt和Sxot需要多個輸入值，包括例如ρg、Tl,gas、(HI)g、(HI)h、ρf、和ρma，如在步驟211中所示。
當該巖層的構(gòu)造比較簡單時(即該巖層中只包含一種主要類型的巖石)，由于ρma通常是已知的，所以可以簡單地確定基質(zhì)密度ρma和其它利用密度推算的參數(shù)。但是，當該巖層中包含兩種或多種主要成分(例如砂巖和石灰?guī)r)時，在步驟207中基本可以按照下式確定ρmaρma=ΣiViρiΣiVi,------(11)]]>其中Vi為體積，ρi為巖層成分i的密度。Vi可以利用一種或多種測量技術(shù)確定。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，大部分成分的ρi值都是已知的。例如已知石灰?guī)r的密度ρlimestone大約為2.71克/立方厘米，砂石巖的密度ρsandstone大約為2.65克/立方厘米?？梢杂糜讷@得Vi的方法包括釷測井方法、鉀測井方法、中子測井方法、聲波測井方法、光電測井方法、元素產(chǎn)額測井方法、和任何其它方法的組合。
在步驟215中，基本可以按照下式由方程(8)確定ΦtΦt=Φdensity*w+(1-w)*Φnmr(HI)f,----(12)]]>其中w基本上按照下式確定w=1-(HI)g*Pg(HI)f(1-(HI)g*Pg(HI)f)+λ,-----(13)]]>其中(HI)g、(HI)f、Pg、和λ的定義如上所述。所以，當巖層具有復(fù)雜巖石結(jié)構(gòu)時，可以通過根據(jù)方程(11)確定ρma更準確地確定w。
一般所說，在氣體蘊藏巖層中，w的值在大約0.55至0.65之間，因此，可以利用這個范圍的一個值估算Φt?？扇〉氖牵瑢設(shè)定為0.60來估算Φt。于是，方程(12)演變?yōu)?amp;Phi;t=(0.60)Φdensity+(0.40)(HI)fΦnmr.----(14)]]>在步驟215中除了確定Φt以外，還計算沖洗帶中經(jīng)過氣體校正的總水飽和度Sxot，或者一個等效計算值?？扇〉氖牵景凑誗xot=Vxot/Φt確定Sxot，其中Vxot為沖洗帶中水的總體積?？梢曰景凑誚xot=Φt-Vg,xo確定Vxot，其中Vg,xo為沖洗帶中氣體的體積。Vg,xo和Sg,xo可以基本按照以下兩式確定(參見Freedman的文章)Vg,xo=Φdensity-Φnmr(HI)f(1-(HI)gPg(HI)f)+λ,----(15)]]>Sg,xo=Φdensity-Φnmr(HI)fΦdensity*(1-(HI)g*Pg(HI)f)+λ*Φnmr(HI)f,-----(16)]]>接著，確定一個或多個電阻率參數(shù)，包括m、X、和每單位總孔隙體積的陽離子交換量Qv?？扇〉氖?，將m、X、Qv都確定出來。
設(shè)定一個n值和確定Cxo值是有用的。通常使用的n值為2。確定Cxo可以包括利用一個低電阻率儀器測量Cxo。在設(shè)定n值和確定Cxo之后，在步驟220中可以使用任何飽和度模型確定巖層構(gòu)造因子F。
根據(jù)本發(fā)明可以使用的一個模型為Waxman-Smits模型，參見M.H.Waxman和L.J.M.Smits,“Electrical Conductivities inOil-Bearing Shaly Sands”,Society of Petroleum Engineers 42ndAnnual Fall Meeting,1967年10月1-4日在Houston,texas舉行。根據(jù)Waxman-Smits模型，X=QvB，其中B=0.15814Tc[1-0.83exp(-23.25Cw(Tc+21.5))],----(17)]]>
其中Cw為水的電導(dǎo)率，Tc為巖層構(gòu)造的攝氏溫度。在沖洗帶中，水是泥漿濾液，在原狀地層中，水是巖層構(gòu)造水。然后，據(jù)此計算X。此外，根據(jù)這個模型，mws=logFwslogΦt,-----(18)]]>其中Fws為Waxman-Smits構(gòu)造因子，并且mws=1.8167+1.6094(1-e-1.2528y),(19)其中y=QvΦt1-Φt.-----(20)]]>本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以將方程(7)和(17)-(19)結(jié)合起來確定所需的任何或全部電阻率參數(shù)(例如Qv、mws)。
根據(jù)本發(fā)明可以使用的另一種模型是Dual Water模型(參見Clavier等人的文章)。根據(jù)Dual Water模型X=(Cwb-Cmf)Swb，其中Cmf為泥漿濾液的電導(dǎo)率，Cwb=(0.00672Tc+0.5713)QvSwb,-----(21)]]>其中Cwb為粘土結(jié)合水電導(dǎo)率，Swb為基本按照Swb=α·Vq·Qv確定的粘土結(jié)合水飽和度，其中α可以按照下式確定α=0.245γn-,-----(22)]]>其中γ為按照下式確定的活度系數(shù)logγ=a1m-+a2m-+a3m-+a4m-2+a5.----(23)]]>系數(shù)a1、a2、a3、a4和a5基本按照下式確定ai=biTc3+ciTc2+diTc+ei,(24)
其中i分別等于1、2、3、4和5,m為溶劑的鹽度，可取的是以摩爾/千克為單位，系數(shù)bi、ci、di、ei可以約為i bicidiei1-6.1237e-11-3.6490e-08-1.2225e-06+9.7432e-04,2-3.1529e-08-8.7540e-06-1.3528e-03-2.4460e-01,3-1.5951e-08-7.0447e-06+1.0840e-03+1.0514e-01,4-1.0729e-09-5.5435e-07-1.0211e-04+4.7400e-04，以及5+4.1937e-09-2.1167e-06+1.1317e-04-3-6126e-02.
m可以基本按照下式確定m-=n-58.443(1000-n-10-3).-----(25)]]>n也表示鹽度，可取的是以摩爾/升為單位，這個值可以按照下式確定n-=(ppk)ρf58.433,-----(26)]]>其中ppk是以千分之一為單位的鹽度，ρf為液相的流體密度，該液相中包括泥漿濾液和巖層構(gòu)造水，可取的是以克/立方厘米為單位。Vq可以基本按照下式確定Vq=(4.97×10-6Tc2)-(1.94×10-3Tc)+0.342.(27)其中Tc為攝氏溫度。而且mdw=logFdwlogΦt,----(28)]]>其中Fdw為Dual Water巖層構(gòu)造因子，mdw=1.7762+0.3364(1-e-5.5035y) (29)y由前面的方程(20)定義。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以結(jié)合使用方程(20)-(29)確定任何或全部的電阻率參數(shù)。
在步驟230中，可以確定經(jīng)過氣體校正的原狀地層參數(shù)?？扇〉氖窃摲椒òy量原狀地層的深層電導(dǎo)率Cdeep(或者等效的Rdeep，以計算Ctrue)，和根據(jù)下式確定原狀地層水飽和度SwtCtrue=SwtnΦtm(Cw+XSwt),----(30)]]>其中Cw為原狀地層中水的電導(dǎo)率。可取的是利用深層電阻率測量儀器確定Ctrue。在步驟217中可以將在步驟209中通過電學(xué)測量獲得的數(shù)據(jù)與在步驟215中計算的Qv和Sxot值結(jié)合確定Cw(或Rw)。在上述確定過程中需要的輸入值包括Rm、Cali、和Di，如在步驟212中所獲得的。在步驟230中確定Swt之后，就可以估算該巖層構(gòu)造中的蘊藏量和生產(chǎn)能力，例如通過根據(jù)Shy=1-Swt計算原狀地層中的碳氫化合物飽和度Shy。
在步驟210中計算Φbound(也稱為Vbound)的過程可以包括，在一個第一步驟，接收表征沖洗帶的NMR數(shù)據(jù)。所說NMR數(shù)據(jù)至少包括一個T2分布P(T2)。在一個第二步驟，基本按照下式確定粘土結(jié)合水體積VboundVbound=∫T2minT2maxP(T2)dT2.----(31)]]>T2min為粘土結(jié)合水的最小T2，而T2max為粘土結(jié)合水的最大T2。在一個第三步驟，利用粘土結(jié)合水飽和度Swb模型確定每單位總孔隙體積的陽離子交換量Qv。Qv可以利用一個Hill-Shirley-Klein模型基本根據(jù)下式計算出來Qv=VboundΦt(0.084n--0.5+0.22),-----(32)]]>其中Φt為該巖層構(gòu)造的總孔隙率，n為鹽度(例如以毫當量/立方厘米為單位)。可取的是利用NMR-密度結(jié)合方法確定Φt。
方程(31)的積分限可以利用已知值估算。例如，T2min可以固定在大約0.1毫秒，T2max可以固定在大約3.0秒。但是，根據(jù)本發(fā)明，對于NMR粘土結(jié)合水的數(shù)據(jù)獲知越多，可以用于計算Vbound的T2min和T2max的估算值就越精確。在確定Vbound之后，可以按照Swb=Vbound/Φt確定Swb，其中Φt為巖層構(gòu)造的總孔隙率。雖然Φt可以是利用NMR數(shù)據(jù)獲得的總孔隙率Φnmr，但是也可以根據(jù)任何其它測井測量結(jié)果求得Φt，最好是利用NMR-密度結(jié)合方法獲得。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明用于確定一種巖層構(gòu)造特征的另一種方法300包括以下步驟。在步驟310，至少計算出沖洗帶的Φnmr和Φdensity；在步驟309，進行電學(xué)測量；在步驟315，至少計算出沖洗帶的Φt、Sxot、Qv、和F；在步驟317，計算Rw；在步驟330，計算Swt；在步驟340，評估該巖層構(gòu)造的蘊藏量和生產(chǎn)能力。
圖3中所示的方法300的許多步驟與圖2所示的方法200中的步驟相同。例如，在步驟210或310中計算Φnmr和Φdensity之前，可取的是，如在步驟205和305所示，利用一臺NMR測量儀器和一臺密度測量儀器通過測量獲得表征該巖層構(gòu)造的NMR數(shù)據(jù)和密度數(shù)據(jù)。而且，用于步驟210、215、217和230中的輸入值與用于步驟310、315、和317中的輸入值基本相同。如上所述，方法200與方法300之間的0主要差別在于方法200根據(jù)NMR數(shù)據(jù)計算Qv，而方法300根據(jù)淺層電阻率數(shù)據(jù)Rxo計算Qv。
如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明用于確定一種巖層構(gòu)造特征的第三種方法包括根據(jù)自然電位測量值SP計算Qv。方法400包括以下步驟在步驟410，至少計算出沖洗帶的Φnmr和Φdensity；在步驟415，至少計算出沖洗帶中的Φt和Sxot；在步驟409，進行電學(xué)測量；在步驟417，計算Qv；在步驟420，計算F；在步驟430，計算Swt；在步驟340，評估該巖層構(gòu)造的蘊藏量和生產(chǎn)能力。
該方法包括求解σc·V=0，其中σc為電導(dǎo)率，V為該巖層構(gòu)造中各處的電勢。為了解出這個方程，使用至少兩個邊界條件。第一個邊界條件是V2-V1=SSP，第二個邊界條件是J2-J1=0。SSP為在沖洗帶與原狀地層之間分界面上電化學(xué)勢的強度，J為該分界面處的電流密度，下標1和2分別表示分界面處的沖洗帶和原狀地層。SSP可以利用任何常規(guī)的方法計算，例如利用有限元方法(例如參見M.Y.Chen,C.Cao Minh,“Determination of Continuously VaryingRwfrom SP”,International Symposium on Well Logging Techniquesfor 0ilfield Development Under Waterflooding,SPWLA,Beijing,China,1996年9月)，或者反卷積方法(例如參見J.R.Tabanou,G.Glowinsky,和G.F.Rouault,“SP Deconvolutionand Quantitative Interpretation in Shaly Sands”,SPWLA 28thSymposium,paper SS(1987))，或者根據(jù)公布的校正圖表(例如參見F.F.Segesman,“New SP Correction Charts”,Geophysics,vol.27,no.6,(1962年))。
可以通過測量形成在鉆孔中兩點之間的自然電位SP、沖洗帶電阻率Rxo、鉆孔中泥漿的電阻率Rm、和鉆孔橫截面面積(即
)、以及原狀地層的電阻率、圍巖層的電阻率、和電化學(xué)勢的位置來計算SSP。
或者，可以按照下式確定SSPSSP=-kTe∫CmfC+C+-C-Cdln(mγ-),-----(33)]]>其中k為玻爾茲曼常數(shù)，T為該巖層構(gòu)造的絕對溫度，e為電子電荷，m為鹽度(摩爾/千克)，γ為活度系數(shù)(例如參見方程(23)-(26))，C+為陽離子電導(dǎo)率，而C-為陰離子電導(dǎo)率，C為按照C=C++C-確定的巖石電導(dǎo)率。
陽離子電導(dǎo)率C+可以按照下式確定C+=SxotnΦtm(tCf+XSxot),----(34)]]>同樣，陰離子電導(dǎo)率C-可以按照下式確定C-=Snxotφmt(l-t)Cf. (35)其中t為陽離子遷移數(shù)，Cf為在分界面處流體的電導(dǎo)率。對于NaCl溶液，可以根據(jù)下式確定tt=0.374-0.125log(m)-1.77e-3log2(m)(36)+4.047e-4(T0C-25)-8.22e-7(T0C-25)2而Cf可以按照下式確定1Cf=0.123+103.562-0.955log(n-).----(37)]]>
γ可以根據(jù)方程(23)-(25)確定。所以，根據(jù)上述方法可以使用方程(33)在已知Qv和Sxot的情況下確定Cw，或者在已知Cw和Sxot的情況下根據(jù)上述方法確定Qv。
與方法300一樣，如圖4所示的方法400中的許多步驟與圖2所示的方法200中的步驟基本相同。例如，在步驟207、211、212和213中設(shè)定的輸入值和在步驟210、215、217和230中使用的輸入值與在步驟410、415、和317中使用輸入值基本相同。如上所述，方法400與先前的方法200和300之間的主要差別在于方法400根據(jù)自然電位SP計算Qv。不計算Rw(分別如在方法200和300的步驟217和317中那樣)。而是，在步驟412中設(shè)定Rw和在步驟417中用于計算Qv。
現(xiàn)在介紹用于計算具有復(fù)雜巖石構(gòu)造的地層的結(jié)合流體體積BFV的一種方法。這種方法包括接收表示該巖層構(gòu)造沖洗帶特征的NMR數(shù)據(jù)，和確定該巖層構(gòu)造的結(jié)合流體體積BFV。BFV通過將利用其各自成分體積Vi加權(quán)的BFVi成分求和而確定，其中i為表示不同成分的下標。NMR數(shù)據(jù)至少包括P(T2)，其具有T2分布。
更確切地說，可以按照下式確定BFVBFV=ΣiVi∫T2minT2cutoffiP(T2)dT2ΣiV1,----(38)]]>其中T2min是T2最小值，T2cutoffi為成分i的截止T2。雖然最精確的計算應(yīng)當包括該巖層構(gòu)造中存在的每個成分，但是一種簡化的計算可以只包括主要的、或者最豐富的成分。
例如，如果一種巖層主要由石灰?guī)r和砂巖構(gòu)成，則可以說這種巖層包含兩種主要成分。所以，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可以將利用方程(38)確定BFV簡化到僅僅包含兩項，一項關(guān)于石灰?guī)r，一項關(guān)于砂巖。就是說，具有兩種主要成分的巖層構(gòu)造的BFV可以表示為BFV=V1V1+V2∫T2minT2cutoff1P(T2)dT2+V2V1+V2∫T2minT2cutoff2P(T2)dT2,----(39)]]>
其中V1為第一種主要成分的體積，V2為第二種主要成分的體積，T2cutoff1為成分1的截止T2,T2cutoff2為成分2的截止T2，如上所述，P(T2)為T2分布。
該方法還包括根據(jù)一種滲透率模型和根據(jù)本發(fā)明計算出的BFV確定該巖層構(gòu)造的滲透率k。該確定過程可以使用任何已知的滲透率模型。
這個方法還包括按照下式確定混合物的T2cutoff∫T2minT2cutoffP(T2)dT2=BFV,----(40)]]>其中T2min為已知的T2最小值，BFV為根據(jù)方程(39)確定的已知的巖層構(gòu)造結(jié)合流體體積，P(T2)為T2分布。T2min可以是估算值，大約為0.3毫秒。當然，這個估算值只是用作一個例子，其實際至依賴于所研究的具體巖層構(gòu)造，和所要求的計算精度。
表1歸納總結(jié)了利用不同的儀器組合獲得的不同的可確定參數(shù)
這個表包括5種類型的、根據(jù)本發(fā)明原理可以使用的儀器。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當清楚，除了這些儀器之外，還可以根據(jù)需要使用其它儀器替代這些儀器，或者與之結(jié)合使用。NMR為核磁共振儀器；LDT為測井密度儀器；Rxo為用于測量沖洗帶電阻率的淺層電阻率儀器；Rdeep為用于測量原狀地層電阻率的電阻率測量儀器。可確定的參數(shù)，除了上述的這些及其等效計算值以外，還包括Φe，該參數(shù)表示有效孔隙率。
根據(jù)方程(8)、(15)、和(16)確定的參數(shù)依賴于該巖層構(gòu)造中流體的NMR特性和松密度、巖層構(gòu)造基質(zhì)密度、巖層構(gòu)造松密度測量值、和NMR總孔隙率。流體的NMR特性和流體密度依賴于流體類型、貯藏溫度、和壓力。對于全流體，可以從公布的圖表和文獻數(shù)據(jù)估算出這些特性。例如參見R.Akkurt,H.J.Vinegar,P.N.Tutunjian,A.J.Guillory,“NMR Logging of Natural Gas Reservoirs”,PaperN,Transactions of the Society of Professional Well LogAnalysts 36thAnnual Logging Symposium(1995)；和R.L.Kleinberg,H.J.Vinegar,“NMR Propertise of ReservoirFluids”,The Log Analyst,(1996年11-12月)。此外，近期的一些論文證明巖石中甲烷氣體的縱向弛豫時間小于其表面弛豫的值。例如參見C.Straley,“An Experimental Inyestigation of Methanein Rock Material”,Paper AA,Transactions of the Society ofProfessional Well Log Analysts 38thAnnual Logging Symposium(1997)。這種效應(yīng)增加了我們在現(xiàn)場對蘊藏氣體的NMR弛豫時間的估算值的不確定度。
方程(8)、(15)、和(16)中使用的輸入值包括ρb、ρma、ρf、ρg、Tl,gas、(HI)g、(HI)f、Φnmr、和WT。根據(jù)賦予每個輸入值的不確定度可以計算輸出值的不確定度(例如參見步驟215、315和415)，它們依賴于測井環(huán)境(例如參見步驟211、311和411)。例如對于頁巖砂石開采井，測井數(shù)據(jù)分析員或地質(zhì)學(xué)家可以合理地為假定具有較小不確定度的巖層構(gòu)造基質(zhì)密度賦予一個值(例如，ρma=2.65±0.03克/立方厘米)。對于含有未知礦物的頁巖砂石勘探井，可以合理地為巖層構(gòu)造基質(zhì)密度賦予較大的不確定度(例如ρma=2.65±0.05克/立方厘米)。輸入值的不確定度通常反映出對于特定的參數(shù)缺乏詳細了解。在測井響應(yīng)值中也存在不確定度。這是由于測量誤差和因隨機噪聲產(chǎn)生的統(tǒng)計誤差造成的。例如，一種巖層構(gòu)造松密度儀器測量結(jié)果可能具有±0.01克/立方厘米的總測量不確定度。
考慮到這些不確定因素，需要從方程(8)、(15)、和(16)估算電阻率參數(shù)不確定度的量值。
因此，根據(jù)本發(fā)明的原理，提供了用于分析電阻率參數(shù)不確定度的一種方法。該方法包括按照下式計算電阻率參數(shù)的方差σ2(f)≡Σi=1n(∂f∂xi)xi2σ2(xi),-----(41)]]>其中f為一個參數(shù)，它是n個變量xn的函數(shù)，σ2(f)為f的方差，xi*是對于n個變量每一個的最佳估算值?？扇〉氖?，所說最佳估算值為該變量的統(tǒng)計期望值。但是，實際上，這些值是使用者賦予的輸入值。方程(41)假定所有輸入?yún)?shù)的不確定度在統(tǒng)計上是不相關(guān)的，偏差(xl-xi)*中的三階和更高階項可以省略。每個輸入?yún)?shù)的方差σ2(xi)是賦予該輸入?yún)?shù)的不確定度的平方，方差σ2(f)是f的不確定度的平方。參見R.Freedman和B.E.Ausburn,“The Waxman-SmitsEquation for Shaly Sands:Ⅰ.Simple Methods of Solution:Ⅱ.Error Analysis:The Log Analyst，第11-23頁”(1985年3-4月)。
f可以是任何可計算的參數(shù)，可取的是，f為經(jīng)過氣體校正的總孔隙率Φt、沖洗帶的氣體體積Vg,xo、或者沖洗帶氣體飽和度Sg,xo。為了計算這些輸出值，有用的量值N1、N2、α0、和D定義如下N1≡Φdensity-Φnmr(HI)f,-----(42)]]>N2≡I-(HI)gPg(HI)f,----(43)]]>
D≡1-(HI)gPg(HI)f+λ,----(45)]]>其中(HI)g、(HI)f、Pg、λ、Φdensity、和Φnmr的定義如上所述。在根據(jù)方程(41)計算Φt的方差時，可以使用下列偏微分方程∂Φt∂ρb=N2D(ρf-ρma),----(46)]]>∂Φt∂ρf=N1N2(ρg-ρma)D2(ρf-ρma)2+N2(ρma-ρb)D(ρf-ρma)2,---(47)]]>∂Φt∂ρg=N1N2D2(ρma-ρf),------(48)]]>∂Φt∂ρma=N1N2(ρf-ρg)D2(ρf-ρma)2+N2(ρb-ρf)D(ρf-ρma)2,-----(49)]]>∂Φt∂Tl.g=Wα0λN1e·WTTl.gTl.g2D2,----(50)]]>∂Φt∂(HI)f=-λΦnmrD(HI)f2+λPgN1α0D2(HI)f,---(51)]]>
∂Φt∂Φnmr=λD(HI)f---(53)]]>在根據(jù)方程(41)計算Vg,xo的方差時，可以使用下列偏微分方程∂Vg,xo∂ρb=1D(ρf-ρma),----(54)]]>∂Vg,xo∂ρfρ=NI(ρg-ρma)D2(ρf-ρma)2+(ρma-ρb)D(ρf-ρma)2,----(55)]]>∂Vg,xo∂ρg=N1D2(ρma-ρf),----(56)]]>∂Vg,xo∂ρma=N1(ρf-ρg)D2(ρf-ρma)2+(ρb-ρf)D(ρf-ρma)2,---(57)]]>∂Vg,xo∂Tl.gas=-Wα0N1e·WTTl.gasTl.gas2D2,----(58)]]>∂Vg,xo∂(HI)f=ΦnmrD(HI)f2-α0PgN1D2(HI)f,---(59)]]>
∂Vg,xo∂Φmnr=-1D(HI)f.-----(61)]]>也可以根據(jù)方程(41)直接計算Sg,xo的方差，或者根據(jù)下式間接地計算σ2(Sg,xo)=Vg,xoσ2(u`t)Φt1+σ2(Vg,xo)Φt2,---(62)]]>其中σ2(Φt)和σ2(Vg,xo)分別由方程(41)結(jié)合(42)-(53)和(54)-(61)計算求得。
下述實例使用合成數(shù)據(jù)證明這些計算輸出值對于實際的輸入值不確定度是相對不敏感的。
高孔隙率頁巖含氣砂石實例表2包含用于計算圖3所示12個高孔隙率頁巖含氣砂石實例的輸出值的合成數(shù)據(jù)輸入值。這些實例表明了由于輸入值的實際不確定度引起的Φt和Vg,xo誤差的量值。
表2和表3中所示的實例1-3假定基質(zhì)密度ρma已知在±0.03克/立方厘米范圍內(nèi)。實例4-6與實例1-3相同，不同之處在于脈沖序列的等待時間減少到2秒。實例7-12包括具有較大不確定度的ρma和Φnmr。表2中的不確定度σ(Φt)的范圍在1.3至1.9p.u.之間，不確定度σ(Vg,xo)的范圍在2.0至2.9p.u.之間。所計算出的Φdensity、Φt、Vg,xo和Sg,xo、以及誤差分析σ(Φt)和σ(Vg,xo)表示在表3中。
應(yīng)當指出，如果考慮到在8個輸入值中已經(jīng)存在不確定度，實際上Φt和Vg,xo的不確定度相對較小。
同樣，如果考慮到在8個輸入值中已經(jīng)存在不確定度，實際上Φt和Vg,xo的不確定度相對較小。但是，表5中所列的氣體體積的不確定度σ(Vg,xo)與氣體體積不確定度Vg,xo具有相同的量級，這意味著在低孔隙率地帶中更加難以量化氣體體積。
應(yīng)當理解，上述內(nèi)容只是對本發(fā)明原理的說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明構(gòu)思和范圍的前提下還可以作出多種改進。例如，方程(8)、(15)和(16)假定等待時間足夠長以對液相進行適當?shù)臉O化。如果不是這種情況，則可以通過用乘積(HI)f·Pf替代每一個(HI)f來改進這些方程，其中Pf為一個極化函數(shù)。此外，如果所鉆探的井是油基泥漿，并且貯藏層處于不可逆的水飽和狀態(tài)，則可以通過在自由流體孔隙率上施加一個油基泥漿濾液極化校正因子來在不足的等待時間內(nèi)校正Φnmr。然后可以將經(jīng)過校正的Φnmr同樣地用于方程(8)、(15)和(16)。雖然可以對泥漿濾液不足的極化進行校正，但是可取的是，在測井之前使用一個工作計劃員來幫助選擇能夠確保對濾液充分極化的等待時間。
此外，在本申請中對于任何一個方程的確定、計算、求解、或使用，以及其中所包含的數(shù)學(xué)關(guān)系都可以根據(jù)需要用市售的井下或井上處理器來執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.用于表征被一個鉆孔貫穿的一種含氣巖層構(gòu)造的一種方法，該方法包括計算所說沖洗帶的由NMR數(shù)據(jù)獲得的總孔隙率Φnmr和由密度獲得的總孔隙率Φdensity；利用所說的Φnmr和所說的Φdensity確定一個經(jīng)過氣體校正的總孔隙率Φt；利用所說的Φnmr和所說的Φdensity確定所說沖洗帶的經(jīng)過氣體校正的總水飽和度Sxot；和利用下式確定電阻率參數(shù)Cxo=SxotnΦtm(Cmf+XSxot),]]>其中n為飽和度指數(shù)，m為與模型有關(guān)的膠結(jié)指數(shù)，Cxo為沖洗帶中的電導(dǎo)率，Cxo等于1/Rxo，其中Rxo為沖洗帶電阻率，Cmf為泥漿濾液電導(dǎo)率，Cmf等于1/Rmf，其中Rmf為泥漿濾液的電阻率，X為與模型有關(guān)的粘土電導(dǎo)率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，它還包括利用獲得NMR數(shù)據(jù)的核磁共振測量儀器測量所說地表巖層構(gòu)造的一個第一部分。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，它還包括利用獲得密度數(shù)據(jù)的密度測量儀器測量所說地表巖層構(gòu)造的一個第二部分。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，所說第一部分和所說第二部分是基本相同的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所說Φt的步驟包括利用下式Φt=Φdensity(1-(HI)gPg(HI)f)+Φnmr(λ(HI)f)(1-(HI)gPg(HI)f)+λ,]]>其中(hI)g為氣體的含氫指數(shù)，(HI)f為包含泥漿濾液和巖層構(gòu)造水的液相的含氫指數(shù)，Pg為氣體極化函數(shù)，該函數(shù)定義為1-exp(-WT/Tl,gas)，其中WT為一個脈沖序列的等待時間，Tl,gas為在所說條件下的氣體縱向弛豫時間，λ=ρf-ρgρma-ρf,]]>其中ρf為所說液相密度，ρma為所說巖層構(gòu)造基質(zhì)密度，ρg為所說氣體密度，以及Φdensity=ρb-ρmaρf-ρma,]]>其中ρb為巖層構(gòu)造松密度ρb。
6.如權(quán)利要求5所述用于復(fù)雜巖石構(gòu)造的方法，其中所說方法還包括提供與巖石構(gòu)造有關(guān)的數(shù)據(jù)以確定巖層構(gòu)造成分i的體積Vi；和利用所說與巖石構(gòu)造相關(guān)數(shù)據(jù)基本按照下式確定所說的基質(zhì)密度ρmaρma=ΣiViρiΣiVi,]]>其中ρi為所說巖層構(gòu)造成分i的密度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所說Φt基本按照下式Φt=Φdensity*w+(1-w)*Φnmr(HI)f,]]>其中所說w基本按照下式確定w=1-(HI)g*Pg(HI)f(1-(HI)g*Pg(HI)f)+λ,]]>其中(hI)g為氣體的含氫指數(shù)，(HI)f為包含泥漿濾液和巖層構(gòu)造水的液相的含氫指數(shù)，Pg為氣體極化函數(shù)，該函數(shù)定義為1-exp(-WT/Tl,gas)，其中WT為一個脈沖序列的等待時間，Tl,gas為氣體縱向弛豫時間，λ=ρf-ρgρma-ρf,]]>其中ρf為所說液相密度，ρma為所說巖層構(gòu)造基質(zhì)密度，ρg為所說氣體密度，以及Φdensity=ρb-ρmaρf-ρma,]]>其中ρb為巖層構(gòu)造松密度ρb。
8.如權(quán)利要求1所述用于復(fù)雜巖石構(gòu)造的方法，其中所說方法還包括提供與巖石構(gòu)造有關(guān)的數(shù)據(jù)以確定巖層構(gòu)造成分i的體積Vi；和利用所說與巖石構(gòu)造相關(guān)數(shù)據(jù)基本按照下式確定所說的基質(zhì)密度ρmaρma=ΣiViρiΣiVi,]]>其中ρi為所說巖層構(gòu)造成分i的密度。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所說Sxot的依據(jù)基本上是Sxot=Vxot/Φt，其中Vxot為所說沖洗帶的總水體積。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中確定所說Vxot基本根據(jù)Vxot=Φt-Vgxo，其中Vgxo為所說沖洗帶中的氣體體積。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所說Vg,xo基本按照下式確定Vg,xo=Φdensity-Φnmr(HI)f(1-(HI)gPg(HI)f)+λ.]]>
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所說Vg,xo基本按照Vg,xo=Sg,xo·Φt確定，其中Sg,xo為根據(jù)下式確定的沖洗帶氣體飽和度Sg,xo=Φdensity-Φnmr(HI)fΦdensity*(1-(HI)g*Pg(HI)f)+λ*Φnmr(HI)f,]]>
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所說確定電阻率參數(shù)的步驟包括計算從包含所說m、所說X、和每單位總孔隙體積的陽離子交換量Qv的一組參數(shù)中選擇的一個參數(shù)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所說確定電阻率參數(shù)的步驟包括使用一個Waxman-Smits模型。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所說使用Waxman-Smits模型包括使用X=QvB，其中B=0.15814Tc[(1-0.83exp-23.25Cmf(Tc+21.5))],]]>其中Cmf為水的電導(dǎo)率，Tc為所說巖層構(gòu)造的攝氏溫度，和mws=logFwslogΦt,]]>其中Fws為Waxman-Smits巖層構(gòu)造因子，mws=1.8167+1.6094(l-e-1.2528y)和y=QvΦt1-Φt]]>
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所說確定電阻率參數(shù)的步驟包括使用一個Dual Water模型。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所說使用Dual Water模型包括使用下式X=(Cwb-Cmr)Swb其中Cmf為泥漿濾液的電導(dǎo)率，Cwb=(0.00672Tc+0.5713)QvSwb,]]>其中Cwb為粘土結(jié)合水電導(dǎo)率，Swb為粘土結(jié)合水飽和度，Tc為所說巖層構(gòu)造的攝氏溫度，mdw=logFdwlogΦt,]]>其中Fdw為Dual Water巖層構(gòu)造因子，mdw=1.7762+0.3364(1-e-5.5035y)和y=QvΦt1-Φt.]]>
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所說確定電阻率參數(shù)的步驟還包括確定所說原狀地層中的深層電導(dǎo)率Ctrue；和根據(jù)下式確定原狀地層水飽和度SwtCtrue=SwtnΦtm(Cw+XSwt),]]>其中所說Cw是所說原狀地層中水的電導(dǎo)率。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所說確定所說原狀地層中的Ctrue的步驟是使用深層電導(dǎo)率測量儀器完成的。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，它還包括使用一個電化學(xué)勢模型和SP測井數(shù)據(jù)確定Cw。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，它還包括按照Shy=1-Swt確定所說原狀地層中的碳氫化合物飽和度Shy。
22.用于確定具有復(fù)雜巖石構(gòu)造的巖層的結(jié)合流體體積BFV的一種方法，所說巖層構(gòu)造被一個鉆孔貫穿，該方法包括接收表征所說巖層構(gòu)造沖洗帶的NMR數(shù)據(jù)，所說NMR數(shù)據(jù)至少包括形成一種T2分布的P(T2)；和確定結(jié)合流體體積BFV，確定所說BFV的方法包括將按照其各自成分體積Vi加權(quán)的BFVi成分求和，其中I為表示不同成分的下標。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中基本按照下式確定所說BFVBFV=ΣiVi∫T2minT2cutoffiP(T2)dT2ΣiVi,]]>其中T2min為T2最小值，T2cutoffi為成分i的截止T2。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，它還包括基本按照一種滲透率模型確定所說巖層構(gòu)造的滲透率k。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，它還包括基本按照下式確定T2cutoff∫T2minT2cutoffP(T2)dT2=BFV,]]>其中T2min為T2最小值，BFV為該巖層構(gòu)造的已知結(jié)合流體體積。
全文摘要
本申請公開了能夠在現(xiàn)場計算臨界石油物理參數(shù)的多種方法,所說參數(shù)包括,但是并不限于,Φ
文檔編號G01V3/32GK1231428SQ99104849
公開日1999年10月13日 申請日期1999年4月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月8日
發(fā)明者R·弗雷德曼, C·C·明 申請人:施盧默格海外有限公司