碳酸盐岩储层含水饱和度解释模型研究

碳酸盐岩储集层饱和度的计算一直是测井界亟待解决的难题,它直接关系到储层流体性质、储量规模等方面的评价.为了认识目前碳酸盐岩测井饱和度解释模型的研究现状,在参阅国内外相关文献的基础上,将现今针对碳酸盐岩储集层的含水饱和度模型分为六类:基于经典阿尔奇公式的经验性扩展、基于孔隙类型的多重孔隙结构的饱和度模型、基于孔隙尺寸的多重孔隙结构的饱和度模型、基于岩石导电效率理论的饱和度模型、基于网络导电理论的饱和度模型和基于J函数的饱和度模型.这些饱和度解释模型在应用时均存在潜在的假设和使用条件,因此为了能够建立出更加符合地质情况的饱和度解释模型,今后还需从理论数值模拟、导电机理、岩石物理实验等方面深入研究,而基于数字岩芯的孔隙网络导电规律研究是重要的研究方向.     

含泥含钙致密砂岩导电规律与导电模型

A地区致密砂岩储层具有孔隙结构复杂、高泥、高钙的特征,使其导电规律更复杂,现用饱和度模型不能全面描述三种因素对致密砂岩导电规律的影响,造成A地区致密砂岩储层饱和度评价精度较低.本文首先从实验角度分析了孔隙结构、泥质、钙质胶结对致密砂岩导电规律的影响,得出随孔隙结构变差、泥质含量减小、钙质含量增加,岩石导电性变差.其次,考虑影响A区致密砂岩导电规律三种主要因素,利用有效介质对称导电理论具有描述泥质和钙质胶结对岩石导电性影响的优点,而改进等效岩石元素理论具有更好的描述孔隙结构变化对岩石导电性影响的优点,将两种理论结合,建立了适用于致密砂岩储层饱和度评价的导电模型.理论分析表明,建立的致密砂岩导电模型能正确地描述孔隙结构、泥质、钙质胶结对致密砂岩导电规律的影响,并与实验规律相符.第三,基于含水致密砂岩可动流体孔隙中水流与电流流动的相似性以及改进等效岩石元素模型和弯曲毛管模型,建立了有效流动孔隙度计算式.利用半径均值和无效流动孔隙与有效流动孔隙之比对致密砂岩孔隙结构进行了分类,在分类基础上,采用优化技术和有效流动孔隙度计算式,建立了孔隙结构效率和孔隙曲折度计算式.利用致密砂岩岩电实验数据,采用优化技术确定了模型中流体非均匀分布指数、渗滤速率及渗滤指数等参数值,并建立了相应参数计算式.与密闭取心井的饱和度对比,致密砂岩导电模型计算的含水饱和度平均绝对误差为4.5%;与试油结果对比,解释结果与试油结论吻合.这表明所建立的导电模型适用于A地区含泥含钙致密砂岩储层饱和度评价.     

基于岩石物理模型的碳酸盐岩物性参数替换方法

碳酸盐岩的物性参数在油气勘探和开发的过程中起着重要的作用,且碳酸盐岩为具有多重孔隙类型的岩石,复杂的孔隙类型使得孔隙度与弹性参数之间的关系非常离散。本文基于岩石物理模型,提出一种碳酸盐岩物性参数替换的方法,首先对碳酸盐岩储层进行岩石物理建模,对模型中的等效孔隙纵横比进行反演,在进行替换时,保持其他参数不变,只改变孔隙度、方解石含量、含水饱和度和孔隙形状的体积分数中的一项。再结合AVO理论,进行正演模拟,正演模拟揭示孔隙度与孔隙形状的变化对地震响应的影响更为强烈,远远大于方解石含量、含水饱和度变化的影响,方解石含量和含水饱和度的变化对于地震响应的影响较微弱。实际资料应用表明,文章提出的碳酸盐岩物性参数的替换方法可以有效地分析物性参数及孔隙形状变化的影响,表征岩石的物理性质并判断岩石的孔隙类型。     

基于弹性阻抗的孔隙结构与物性参数非线性同步反演

碳酸盐岩储层具有复杂的孔隙结构,其显著影响了岩石的弹性和地震响应特征,也影响物性参数预测精度.现有的岩石物理反演方法主要是针对碎屑岩储层,反演的对象主要是孔隙度和饱和度,采用的数据主要是弹性参数,使用的算法主要是线性近似法,缺少针对碳酸盐岩储层的孔隙结构与物性参数反演方法.针对这些问题,文章首次提出了一种基于弹性阻抗的适用于碳酸盐岩复杂孔隙储层的孔隙结构和物性参数贝叶斯非线性同步反演新方法,该方法把多孔介质岩石物理模型、Gassmann方程、AVO理论、贝叶斯理论和非线性反演算法结合起来,实现复杂孔隙储层的孔隙结构和物性参数的定量同步预测.模型正演揭示,孔隙结构参数即孔隙扁度对AVO反射系数和弹性阻抗的贡献度仅次于孔隙度,远远大于含水饱和度的影响.实际资料应用表明,文章提出的从叠前道集中直接反演物性参数和等效孔隙扁度新方法可以准确预测储层孔隙度和饱和度及其空间展布,并可评价有效储层的孔隙结构.     

复杂孔隙储层三维岩石物理模版

复杂孔隙储层往往同时发育孔缝洞等多种孔隙类型,这种孔隙结构的复杂性使得岩石的速度与孔隙度之间的相关性很差.经典的二维岩石物理模版只研究弹性参数与孔隙度和饱和度之间的定量关系,而不考虑孔隙结构的影响,用这样的模版来预测复杂孔隙储层的物性参数时带来很大偏差.本文首先证明多重孔隙岩石的干骨架弹性参数可以用一个等效孔隙纵横比的单重孔隙岩石物理模型来模拟;进而基于等效介质岩石物理理论和Gassmann方程,建立一个全新的三维岩石物理模版,用它来建立复杂孔隙岩石的弹性性质与孔隙扁度及孔隙度和饱和度之间的定量关系;在此基础上,预测复杂储层的孔隙扁度、孔隙度以及孔隙中所包含的流体饱和度.实际测井和地震反演数据试验表明,三维岩石物理模版可有效提高复杂孔隙储层参数的预测精度.     

基于无效导电孔隙概念的致密砂砾岩有效介质导电模型

致密砂砾岩储集层饱和度评价一直是测井领域面临的难题之一,这是由于致密砂砾岩储层分选差、孔隙结构复杂、孔渗非常低造成的,因此,有必要建立一种能描述致密砂砾岩储层导电规律的电阻率模型.本文针对复杂孔隙结构的致密砂砾岩储层存在一定的对岩石导电性几乎无贡献的孔隙,以及虽然这种无效导电孔隙度很小,但其对致密砂砾岩导电性的影响是不能忽略的,引入无效导电孔隙度概念,将研究区砂砾岩储层孔隙划分为无效导电孔隙和有效导电孔隙两部分,利用有效介质对称导电理论建立了致密砂砾岩储层电阻率模型,并从理论上分析了无效导电孔隙度变化对建立的导电模型的影响.利用全直径致密砂砾岩岩样的岩电实验数据,采用最优化方法确定了导电模型参数和该区致密砂砾岩储层无效导电孔隙度值.通过对导电模型进行实验数据拟合,表明本文给出的模型能描述致密砂砾岩储层的岩石导电规律;通过对比导电模型的处理结果与试油结论,表明本文建立的模型适用于致密砂砾岩储层的饱和度解释.     

应用三重孔隙模型评价火成岩储层

火成岩岩性特殊,储层非均质性非常严重,裂缝、孔洞发育,属于典型的多重孔隙介质储层,定量计算火成岩储层基质和裂缝的孔隙度和饱和度是评价火成岩油气层的关键。由基质、天然裂缝和非连通孔洞组成的储层可以模拟成基质和裂缝的并联导电网络,非连通孔洞和基质／裂缝的组合的串联导电网络。采用密度测井资料求取总孔隙度,用深浅双侧向电阻率计算裂缝孔隙度,采用密闭取心分析的孔隙度作为基质孔隙度。通过建立以基质、天然裂缝和非连通孔洞组成的储层的三重孔隙解释模型,找到适合于火成岩缝洞型复杂储层的饱和度方程。将三重孔隙解释模型应用于松辽盆地北部火成岩储层,计算的含水饱和度平均相对误差由16．85％降低至12．42％,精度明显提高,为火成岩储层评价、储量计算与地质建模提供了定量参数。     

曲折度电阻率模型在大庆G地区低渗储层评价中的应用

大庆G地区P油层孔渗较低、泥质含量较高,属于中低孔特低渗、高含泥储层,利用压汞实验资料对该区储层特征进行分析,研究结果表明该区储层分选性较差、孔喉不均、微观孔隙结构复杂.复杂的孔隙结构会引起导电路径的复杂化,影响储层的电性特征.经典阿尔奇公式由于没有考虑孔隙结构变化对岩石电阻率的影响,不能准确描述孔隙结构复杂的低孔、渗储层的导电规律,因而建立一种适合于低孔、渗复杂储层的电阻率模型成为当务之急.针对P油层具有更复杂的孔隙结构,本文利用曲折度岩石体积物理模型建立了岩石孔隙结构和岩石电阻率之间的联系及关系式.该式表明,孔隙度一定时,孔隙通道越弯曲,孔隙结构越复杂,孔隙曲折度越大,岩石的地层因素值也越大.为了使该关系式实用化,本文提出在曲折度电阻率模型中引入结构系数,解决孔隙曲折度的表征问题,实现对岩石孔隙结构复杂程度的定量计算,从而建立了新的地层因素公式.利用压汞和岩电等实验数据对新的地层因素公式进行验证,证实地层因素和结构系数存在着幂次关系,岩石的孔隙结构越复杂,结构系数越大,地层因素越高.针对研究区泥质含量较高、地层矿化度较低的特点,选用能够描述饱含水地层电阻率与地层水电阻率之间弯曲关系的DOLL方程作为饱和度基本方程,并将新的地层因素公式引入DOLL方程中,建立了该区低孔、渗泥质砂岩饱和度方程.实际处理结果表明,该导电模型在一定程度上考虑了孔隙结构变化对电阻率的影响,计算的含水饱和度平均相对误差小于8％,精度满足低孔、渗储层开发生产的需要.     

碳酸盐岩储层常规测井评价方法

碳酸盐岩储层非均质性强、储集空间类型复杂多样,储层中流体性质的识别及有效厚度的划分比较困难,为了完成碳酸盐岩储层的常规测井评价,根据碳酸盐岩储层地质特征,将储层分为三种类型:1)裂缝+孔隙型储层,其孔隙度大于3.5%,其裂缝为规模较大的构造缝,其次是一些宏观裂缝,是碳酸盐岩储层中最好的储层;2)微裂缝+孔隙型储层,其孔隙度大于3.5%,其裂缝主要为储层微观孔、缝以及孔洞.3)裂缝层,其孔隙度小于3.5%,裂缝较发育,基质孔隙度和储层含油饱和度很小,接近于零,为裂缝层.基于以上三种类型的储层来建立测井地质评价模型,由于碳酸盐岩储层是典型的双重介质模型,分别建立两类孔隙空间的几何模型及流体模型,分别建立三种储层的空间几何模型和流体分布模型,每种模型又分为裂缝系统和岩块孔隙系统,在此基础上总结各种测井曲线的响应特征,分别给出储层参数计算的数理模型,基质岩块和裂缝孔隙度、渗透率和储层油气水饱和度,对裂缝的张开度也进行了定量计算,给出了储层流体性质及有效厚度的划分标准,最终完成碳酸盐岩的常规测井评价.     

基于碳酸盐岩孔隙结构预测孔隙度方法研究

许多研究都已经证实在碳酸盐岩储层中孔隙结构对声波速度影响很大,因此在孔隙度反演时必须考虑孔隙结构的影响.本文通过对Gassmann方程的合理简化并引入Eshelby-Walsh干燥岩石椭球包体近似公式,推导出包含岩石孔隙结构参数、饱和岩石压缩系数与岩石基质压缩系数三个参数的计算孔隙度的新公式,该式岩石基质压缩系数是通过Russell流体因子和Gassmann-Boit-Geer tsma方程计算式建立目标函数反演获得的,然后通过测井交汇图技术把岩石孔隙结构参数与岩石基质压缩系数优选转换成纵横波速度与密度关系式,进而导出具体地区考虑碳酸盐岩孔隙结构孔隙度具体计算公式,测井与地震资料应用表明,基于碳酸盐岩孔隙结构的孔隙度预测方法的精度高于常规方法.     

Establishment and application of logging saturation interpretation equation in vuggy reservoirs

Vuggy reservoirs are the most common, albeit important heterogeneous carbonate reservoirs in China. However, saturation calculations using logging data are not well developed, whereas Archie method is more common. In this study, electrical conduction in a vuggy reservoir is theoretically analyzed to establish a new saturation equation for vuggy reservoirs. We found that vugs have a greater effect on saturation than resistivity, which causes inflection in the rock-electricity curve. Using single-variable experiments, we evaluated the effects of vug size, vug number, and vug distribution on the rock-electricity relation. Based on the general saturation model, a saturation equation for vuggy reservoirs is derived, and the physical significance of the equation parameters is discussed based on the seepage-electricity similarity. The equation parameters depend on the pore structure, and vugs and matrix pore size distribution. Furthermore, a method for calculating the equation parameters is proposed, which uses nuclear magnetic resonance (NMR) data to calculate the capillary pressure curve. Field application of the proposed equation and parameter derivation method shows good match between calculated and experimental results, with an average absolute error of 5.8%.     

阿尔奇公式的适用性分析及其拓展

阿尔奇年代的储层孔隙结构简单,岩石孔隙可以被实验电解质完全充填,随着油气田勘探开发的逐步深入,对储层孔隙结构复杂程度的认识更加深入.发现岩石孔隙不仅有有效孔隙,也有无效孔隙.不仅有效孔隙导电,无效孔隙也导电,某些岩石骨架同样也导电.如何去除无效孔隙和其他各类岩石附加导电现象的影响,正确评价有效孔隙的贡献往往令人困惑.笔者发现：通过岩石电阻率计算地层因数只是在没有岩石附加导电环境下的特殊应用,在更为普适的条件下,地层因数实质是借助岩石电阻变化率反映孔隙连通性的重要参数.与物理学位移、速度的关系类似,电阻率和电阻变化率之间同样有着密切关系.这一观点的提出为在复杂孔隙结构条件下评价储层孔隙有效性提供了手段.     

Nonlinear simultaneous inversion of pore structure and physical parameters based on elastic impedance

Carbonate reservoirs have complex pore structures, which not only significantly affect the elastic properties and seismic responses of the reservoirs but also affect the accuracy of the prediction of the physical parameters. The existing rockphysics inversion methods are mainly designed for clastic rocks, and the inversion objects are generally porosity and water saturation. The data used are primarily based on the elastic parameters, and the inversion methods are mainly linear approximations. To date, there has been a lack of a simultaneous pore structure and physical parameter inversion method for carbonate reservoirs. To solve these problems, a new Bayesian nonlinear simultaneous inversion method based on elastic impedance is proposed. This method integrates the differential effective medium model of multiple-porosity rocks, Gassmann equation,Amplitude Versus Offset(AVO) theory, Bayesian theory, and a nonlinear inversion algorithm to achieve the simultaneous quantitative prediction of the pore structure and physical parameters of complex porous reservoirs. The forward modeling indicates that the contribution of the pore structure, i.e., the pore aspect ratio, to the AVO response and elastic impedance is second only to that of porosity and is far greater than that of water saturation. The application to real data shows that the new inversion method for determining the pore structure and physical parameters directly from pre-stack data can accurately predict a reservoir's porosity and water saturation and can evaluate the pore structure of the effective reservoir.     

饱和多相流体岩石电性的格子气模拟

利用计算机建立具有不同骨架颗粒形状和不同孔隙度的孔隙介质模型,采用格子气自动机方法模拟孔隙介质在油水饱和度不同的情况下电的传输特性,揭示了流体饱和度与介质电阻率之间呈现非阿尔奇现象的本质原因. 本文发现饱和度指数是饱和度和孔隙度的函数,反映了孔隙介质导电路径的复杂程度随饱和度变化而变化的情况,而不是传统地认为饱和度指数是流体分布状态的反映. 并得到新的饱和度计算公式. 以某油田为例,将计算的饱和度结果与实际岩芯实验的结果作对比,说明新公式的有效性.     

用核磁共振测井资料评价碳酸盐岩等复杂岩性储集层

对于碳酸盐岩等复杂岩性油气藏,由于其储集空间复杂、非均质性强等因素,用常规测井技术难以进行准确描述.核磁共振测井测量的对象是储层空间中的流体,因而可以直接用来划分储集层,而且能提供几乎不受岩性影响的孔隙度和渗透率等参数;同时,由于其T2分布表征了岩石的孔隙结构,所以可以根据T2分布形态判断有效裂缝和溶蚀孔洞.通过多口井的岩心对比和成像测井对比,研究出了一套用MRIL和CMR 的T2分布形态评价储集空间的方法;此外,在特定条件下,根据核磁计算的有效孔隙度和可动流体体积给出了一个计算含油饱和度的公式.利用这些核磁测井技术及其分析方法对车古20古潜山碳酸盐岩储集层裂缝及溶蚀孔洞发育特征进行准确描述,还计算了埕北潜山复杂复杂岩性油气藏的饱和度,对于储量计算具有重要意义.     

Anisotropic rock physics models for interpreting pore structures in carbonate reservoirs

We developed an anisotropic effective theoretical model for modeling the elastic behavior of anisotropic carbonate reservoirs by combining the anisotropic self-consistent approximation and differential effective medium models. By analyzing the measured data from carbonate samples in the TL area, a carbonate pore-structure model for estimating the elastic parameters of carbonate rocks is proposed, which is a prerequisite in the analysis of carbonate reservoirs. A workflow for determining elastic properties of carbonate reservoirs is established in terms of the anisotropic effective theoretical model and the pore-structure model. We performed numerical experiments and compared the theoretical prediction and measured data. The result of the comparison suggests that the proposed anisotropic effective theoretical model can account for the relation between velocity and porosity in carbonate reservoirs. The model forms the basis for developing new tools for predicting and evaluating the properties of carbonate reservoirs.     

Influence of Degree of Saturation in the Electric Resistivity–Hydraulic Conductivity Relationship

The relationship between aquifer hydraulic conductivity and aquifer resistivity, either measured on the ground surface by vertical electrical sounding (VES) or from resistivity logs, or measured in core samples have been published for different types of aquifers in different locations. Generally, these relationships are empirical and semi-empirical, and confined in few locations. This relation has a positive correlation in some studies and negative in others. So far, there is no potentially physical law controlling this relation, which is not completely understood. Electric current follows the path of least resistance, as does water. Within and around pores, the model of conduction of electricity is ionic and thus the resistivity of the medium is controlled more by porosity and water conductivity than by the resistivity of the rock matrix. Thus, at the pore level, the electrical path is similar to the hydraulic path and the resistivity should reflect hydraulic conductivity. We tried in this paper to study the effect of degree of groundwater saturation in the relation between hydraulic conductivity and bulk resistivity via a simple numerical analysis of Archie’s second law and a simplified Kozeny-Carmen equation. The study reached three characteristic non-linear relations between hydraulic conductivity and resistivity depending on the degree of saturation. These relations are: (1) An inverse power relation in fully saturated aquifers and when porosity equals water saturation, (2) An inverse polynomial relation in unsaturated aquifers, when water saturation is higher than 50%, higher than porosity, and (3) A direct polynomial relation in poorly saturated aquifers, when water saturation is lower than 50%, lower than porosity. These results are supported by some field scale relationships.     

裂缝和孔洞型储层孔隙模型的理论进展

对有洞的和裂缝型储层的分析已经成为一个热点,因而孔隙模型的研究近年得到了很好的发展.目前已经用双孔隙和三孔隙模型研究这类储层的特性并寻找估计孔隙指数的方法,以便计算含水饱和度.用串联或并联电阻网络模拟储层表明：双孔隙模型适用于基质与非连通孔洞储层以及裂缝和（或）连通孔洞的储层.三孔隙模型更适用于由基质、裂缝和不连通孔洞组成储层的岩石物理评价,对于当前碳酸盐岩和火成岩以及变质岩储层评价具有明显的指导意义.     

砂泥岩储层孔隙度和含水饱和度同步反演

基于岩石物理和地震反演理论,提出了一种同步反演储层孔隙度和含水饱和度的方法.以岩石物理为基础,建立了砂泥岩储层物性和弹性参数之间定量的关系-Simon模型,以贝叶斯理论为手段,结合不同类型的砂泥岩储层,建立了多信息联合约束的物性参数反演目标函数,并通过蒙特卡罗和遗传算法相结合的思路求解该目标函数,最终得到孔隙度和含水饱和度的同步反演结果.将该方法应用于河道砂和砂砾岩两种不同的砂泥岩储层中,孔隙度和含水饱和度数据的联合应用,进一步减少了储层预测的多解性,为石油地质综合研究提供了更加丰富准确的基础数据.     

Multiscale rock-physics templates for gas detection in carbonate reservoirs

The heterogeneous distribution of fluids in patchy-saturated rocks generates significant velocity dispersion and attenuation of seismic waves. The mesoscopic Biot–Rayleigh theory is used to investigate the relations between wave responses and reservoir fluids. Multiscale theoretical modeling of rock physics is performed for gas/water saturated carbonate reservoirs. Comparisons with laboratory measurements, log and seismic data validate the rock physics template. Using post-stack and pre-stack seismic inversion, direct estimates of rock porosity and gas saturation of reservoirs are obtained, which are in good agreement with oil production tests of the wells.