基于有效流动孔隙的低孔渗泥质砂岩储层渗透率确定方法

针对低孔渗储层渗透率主要受孔隙结构影响致使利用常规孔隙度和束缚水饱和度等参数预测渗透率精度低的难题,依据低孔渗岩石孔隙中流体渗流的特点,考虑岩石孔隙空间中对流体渗流贡献最大的那一部分孔隙,引入有效流动孔隙概念,以提高低孔渗岩石渗透率计算精度.考虑岩性、物性、电性变化,设计岩石物理实验,根据压汞实验数据计算岩样对应不同孔隙半径的进汞孔隙度与渗透率之间的相关系数,制作相关系数与孔隙半径交会图,将相关系数达到某一值(如0.8)对应的孔隙半径确定为有效流动孔隙半径下限,其对应的进汞孔隙度确定为有效流动孔隙度实验分析值.依据水流与电流流动相似性原理,从导电角度推导有效流动孔隙度的计算公式.对于含水低孔渗泥质岩石,将束缚水和粘土水看成不导电干骨架,采用能够描述孔喉比的等效岩石元素模型推导出只有可动水孔隙存在的低孔渗岩石地层因素的公式;根据有效流动孔隙的含义,只有可动水孔隙存在的低孔渗岩石的有效流动孔隙可以等效为具有相同岩石体积和地层因素且由骨架和弯曲毛细管组成的岩石结构中的毛管孔隙,根据弯曲毛管模型推导出地层因素与有效流动孔隙度关系式,结合两式可得到有效流动孔隙度的表达式.根据实验数据采用最优化方法确定公式中参数,从而给出有效流动孔隙度计算式.统计有效流动孔隙度实验值与岩心分析渗透率关系,回归得到低孔渗泥质岩石渗透率的计算式.对B区X1、X2井低孔渗储层进行处理,从实际应用效果方面证实该方法提高了低孔渗泥质储层渗透率计算精度.     

深层砂岩油藏储层孔喉特征参数及预测模型

储层微观孔隙结构是影响油气富集与油气田开发效果的内在因素.为探讨深层砂岩油藏储层孔喉参数特征及分布规律,应用铸体图像分析技术、高压压汞技术对渤海湾盆地东濮凹陷濮城油田沙河街组深层砂岩油藏储层孔喉特征参数进行了研究.铸体图像分析技术研究表明,储层物性与孔隙半径、喉道宽度呈正相关关系;面孔率参数与孔隙度、渗透率相关性较好,面孔率较相应的孔隙度参数小;比表面、形状因子与其储层物性参数不相关,储层孔隙、喉道形状无规律;由特低渗至高渗储层,孔喉比参数无明显变化趋势,孔喉配位数呈增大趋势,孔喉均质系数、分选系数、变异系数规律性不强.高压压汞资料分析研究表明,储层最大喉道半径、平均喉道半径、主流喉道半径、主流喉道半径下限值、最小可流动喉道半径等均与储层岩石的渗透率参数呈正相关关系;平均水力半径与平均喉道半径呈正相关关系;储层岩石比表面与渗透率参数呈负相关关系.基于高压压汞资料,建立了渤海湾盆地东濮凹陷濮城油田沙河街组深层砂岩油藏储层孔喉参数预测模型.     

裂缝性储层孔隙指数、饱和度及裂缝孔隙度计算研究

裂缝性储层的裂缝孔隙度、饱和度和孔隙指数等参数的计算一直是测井界亟待解决的难题,它直接关系到对裂缝性储层的发育程度、含油气性、储量规模等方面的评价,前人已在这些方面做了大量的研究工作,但仍需进一步提高和深化对裂缝性储层参数计算的认识.基于考虑裂缝倾角和裂缝曲折度问题的Aguilera孔隙指数计算模型,研究了裂缝性储层孔隙指数的变化规律,研究表明裂缝性地层的孔隙指数受裂缝倾角、岩石总孔隙度、裂缝孔隙度和裂缝曲折度影响大.单组系裂缝性储层饱和度的计算采用将复合系统的孔隙指数代入阿尔奇公式的方法来计算,计算结果与目前国内仍广泛使用的基于串、并联关系建立的双重孔隙饱和度模型计算结果存在较大差别.对比分析了利用成像测井和三种基于双侧向资料的裂缝孔隙度计算模型计算的裂缝孔隙度,表明不同裂缝孔隙度模型计算的裂缝孔隙度大小差别较大.基于双侧向的裂缝孔隙度计算模型只适用于特低孔或致密地层,在由非裂缝因素引起的电阻率降低段使用该模型计算裂缝孔隙度时会出现错误,引入校正系数可拓宽模型的使用范围.     

基于三维孔隙网络模型的纵波频散衰减特征分析

波场在含流体的孔隙介质中传播时会产生频散和衰减现象.波场的频散和衰减与孔隙介质的岩石物理属性有关,包括孔隙度、渗透率、流体属性等.现有的三维裂缝/软孔隙网络模型利用椭圆截面纵横比的变化模拟从扁裂缝、软孔隙到硬孔隙的多种情况,而未考虑同时包含孔隙和裂缝的全局性网络空间.为了更好地描述裂缝-孔隙空间,本文提出同时包含裂缝和孔隙的三维裂缝-孔隙网络模型,并给出渗透率的计算方法.通过体积平均法推导了三维裂缝/软孔隙网络模型和三维裂缝-孔隙网络模型的波动方程,利用平面波分析方法得到纵波频散/衰减曲线的表达式,同时应用数值模拟研究了总孔隙度、裂缝孔隙度、裂缝纵横比、裂缝数密度、孔隙流体黏度对纵波衰减和速度频散特征的影响.结果表明,在三维裂缝-孔隙网络模型下,总孔隙度、裂缝参数等对纵波频散衰减特征的影响与三维裂缝/软孔隙网络模型相似.具体表现为:纵波在高频段内出现频散和衰减现象.孔隙度的变化主要影响逆品质因子曲线峰值的大小;裂缝数密度主要控制速度显著变化的范围;裂缝纵横比对纵波速度和特征频率有显著影响.     

基于孔喉腔模型研究孔隙结构对于多孔介质孔隙度指数的影响

多孔介质的导电特性取决于多孔介质的孔隙空间结构,孔隙空间结构通常使用孔隙尺寸和孔隙迂曲度描述,而已有模型仅仅研究了孔隙尺寸对于孔隙度指数的影响.为了全面研究孔隙空间孔隙尺寸和孔隙迂曲度对于孔隙度指数的影响,基于孔隙网络基本单元孔喉腔,以及孔喉腔等效电路中喉道并联导电而后与孔隙体串联的假设,推导出孔喉腔电阻率.使用阿尔奇公式建立孔喉腔孔隙度指数计算模型,研究孔隙结构对于孔隙度指数影响.对于毛管模型,孔隙度指数随着孔隙迂曲度或孔隙横截面积的增大而增大,当孔隙迂曲度为1时,孔隙度指数不受孔隙横截面积的影响恒为1.0.当孔喉腔只有一个喉道时,该模型等价于溶孔发育的双孔隙度模型.在该孔喉腔中,随着孔隙与喉道迂曲度的增大,孔隙度指数增大;随着孔隙横截面积的增大,孔喉比增大,孔隙度指数增大;而随着喉道面积的增大,孔喉比降低,孔隙度指数首先降低而后增大.孔隙度指数与孔喉比有关.对于具有两个喉道的孔喉腔,该模型等价于溶孔、裂缝发育的三孔隙度模型,能够研究孔隙类型,孔隙几何特性对于孔隙度指数的影响.当孔隙固定,两个喉道的迂曲度增大时,孔隙度指数增大;两个喉道横截面积增大时,孔喉比降低,然而孔隙度指数增大,最大孔隙度指数对应的孔喉比并非最大值.当一个喉道固定,孔隙的横截面积增大时,孔隙度指数增加;喉道的横截面积增大时,孔隙度指数首先降低而后增大.孔喉比与孔隙度指数具有一定相关性,而孔隙度指数最大情况下的孔喉比与模型最大孔喉比并不完全对应.孔隙度指数是孔隙空间几何与拓扑特性共同作用的结果.岩心图像分析获取迂曲度与孔喉比后建立孔喉腔孔隙度指数模型的结果符合岩电实验数据,岩心分析饱和度和测井解释结论,表明孔喉腔孔隙度指数模型在地层评价中具有实际测井解释能力.     

不同物性参数的岩石电性参数频散特性实验

岩石电性参数的频散特性不仅受孔隙流体性质及其分布的影响,与岩石的物性参数也关系密切.本文通过不同孔隙度、不同渗透率的岩石电性参数频散特性的实验研究,依据Maxwell-Wagner界面极化理论,分析了岩石物性参教对岩石频散特性的影响规律及物理机理,同时建立了岩石电性参数频散特性与孔隙度和渗透率的关系模型,验证了利用岩石的电性参数频散特性评价储层物性参数的可行性.     

多孔可变临界孔隙度模型及储层孔隙结构表征

碳酸盐岩、致密砂岩和页岩等储层具有孔隙类型多样、孔隙结构复杂和非均质性强等特征,属于典型的多重孔隙储层,孔隙结构表征是多重孔隙储层预测和流体识别的关键.现有的孔隙结构表征方法大多利用孔隙纵横比或者构建一种新参数来描述孔隙结构.岩石临界孔隙度模型是一种常用的岩石物理模型,具有一定的物理意义和地质含义.本文推导了岩石临界孔隙度与岩石孔隙结构(孔隙纵横比)之间的关系,进而利用极化(形状)因子建立临界孔隙度与弹性参数之间的关系,构建了能够包含多种孔隙类型的多孔可变临界孔隙度模型.利用多孔可变临界孔隙度模型由储层的弹性参数反演不同孔隙类型的体积含量.实验室测量数据和实际测井数据表明,多孔可变临界孔隙度模型能够适用于多重孔隙储层岩石物理建模和孔隙结构表征.     

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.     

储层岩石流动电位频散特性的数学模拟

利用储层岩石流动电位的频散特性评价复杂储层已经成为勘探地球物理领域关注的热点,但是目前还没有形成基于储层岩石储渗特性及电化学性质的具有普遍指导意义的理论方法和数学模型.本文利用微观毛管理论,通过随时间谐变条件下渗流场和电流场的耦合模型,建立了描述储层岩石流动电位频散特性的数学方法,定量分析了频率域储层岩石动态渗透率、动电耦合系数和流动电位耦合系数随储层岩石孔隙度、溶液浓度和阳离子交换量的变化规律.研究结果表明:储层岩石流动电位频散特性是储层流体惯性力与流体黏滞力相互作用的结果.储层岩石孔隙度越大,储层维持流体原有运动状态的能力越大,临界频率越小;储层岩石的溶液浓度和阳离子交换量对临界频率没有影响.储层岩石的孔隙度越大,流体流动能力越强,流动电位各耦合系数的数值越大;溶液浓度越小或阳离子交换量越大,孔隙固液界面的双电层作用越强,各耦合系数的数值越大.     

多尺度孔隙岩石的核磁共振扩散耦合现象及其探测方法

油藏岩石的孔隙连通性是反映流体渗流难易程度的重要参数,对渗透率、有效孔隙度等岩石物理参数的评价具有重要作用.连通的孔隙中,核磁共振(NMR)弛豫的交换会产生扩散耦合现象,可作为孔隙连通性的表征和探测方法.本文提出利用横向弛豫T 2-T 2脉冲序列测量岩石的扩散耦合现象.运用随机游走方法模拟多孔岩石的核磁共振响应特征,分析扩散耦合的影响因素,推导表征扩散耦合强度的弛豫交换速率计算公式.结果表明:孔隙间的扩散耦合强度与T 2-T 2脉冲序列的混合时间呈正相关性,基于双孔弛豫交换模型推导的弛豫交换速率计算公式能够准确表征双尺度孔隙系统的扩散耦合强度.在孔隙尺寸不满足快扩散条件时,会出现与扩散耦合无关的非对角峰信号.针对含多类型孔隙的碳酸盐岩模型,随混合时间的增加,扩散耦合强度变大,一维T 2谱的形态畸变程度加重,在T 2-T 2二维谱中,代表微裂缝、粒间小孔、溶蚀大孔的信号能量变化趋势不同,反映不同类型孔隙间的连通性存在差异.本文的分析与讨论丰富了核磁共振弛豫在岩石物理性质评价中的应用方向,对利用核磁共振评价复杂孔隙岩石的孔隙结构和连通性提供了新思路和新方法.     

热处理对致密岩石物理性质的影响

致密气藏低孔低渗和超低含水饱和度等特征使其潜在水相圈闭损害严重,致密天然气产出表现为多尺度特征.选取泥页岩、致密砂岩和致密碳酸盐岩岩心,开展了100~600℃高温处理对岩心渗透率、孔隙度、重量、长度、直径和声速的影响实验.实验结果表明,碳酸盐岩、致密砂岩和泥页岩的热开裂阈值分别在300~400℃、300~500℃和500~600℃;高温处理后,岩心重量和密度降低,体积增加,泥页岩岩心孔隙度和渗透率提高幅度最显著,600℃处理后声波时差比常温时岩心声波时差提高了1.3倍.热处理消除了水相圈闭和粘土矿物膨胀损害,提高岩石孔隙度和渗透率,恢复或改善致密储层多尺度传质,有利于致密天然气资源开发,但同时高温使岩石破裂,扩展天然裂缝或产生新裂缝,导致工作液漏失,因此,热致裂给勘探开发致密天然气提出了机遇与挑战.     

Estimation of clay content in soil based on resistivity modelling and laboratory measurements

The determination of clay content in near‐surface formations is crucial for geotechnical, hydrogeological and oil‐contamination studies. We have developed a technique for estimating clay content that consists of the minimization of the difference between the theoretically calculated and measured soil resistivities as a function of water salinity. To calculate the resistivity, we used a model that takes into account the electrochemical processes in the clay micropores. The experimental measurements of soil resistivity were performed on soil samples, completely saturated by brines at different concentrations of NaCl salt in the range 0.6–100 g/l, to obtain the resistivity versus salinity curve. The parameters obtained with this curve inversion are the clay content, the total porosity and the cation exchange capacity. To verify the new technique, we determined clay concentrations of artificial mixtures of calibrated sand and clay. The relative mean error in the clay content does not exceed 20% for a 5% fitting error of the resistivity versus salinity curves. Such evaluations allow the correct separation of the main lithological groups (sand, sandy loam, loam, and light, medium and heavy clay). We applied this technique to estimate the petrophysical parameters of soils (clay content, porosity and cation exchange capacity) at various sites in Mexico. The results improved the interpretation of the vertical electrical soundings, the lithological soil characterization and the delineation of oil‐contaminated areas.     

多尺度CT成像技术识别超低渗透砂岩储层纳米级孔喉

以鄂尔多斯盆地X地区长6储层为研究对象,利用多尺度CT成像技术、聚焦离子束扫描电镜技术,结合Avizo软件的强大数据处理和数值模拟功能,对研究区目的层岩石样品进行不同尺度孔喉分维数重构,建立三维超低渗透砂岩储层纳米级孔隙结构模型.研究表明,微米尺度下,超低渗透砂岩储层孔喉形态呈点状、球状和条带状及管状.储集空间类型以溶蚀微孔为主且多孤立分布,局部孔隙为片状,连通性较差.纳米尺度下,超低渗透砂岩储层孔喉系统整体较发育,孔喉形态呈球状、短管状.远离裂隙处多为孤立状,连通性较差,仅具有储集能力.微裂缝、粒间缝发育部位多为短管状,有一定连通性,相当于喉道.微观非均质性较强,岩样整体较致密,局部相互连通,溶蚀孔及裂隙对储集能力、渗滤能力具有控制作用.数值计算求得目的层A、Y、C三个样品的孔隙度分别为6.95%、5.55%、4.44%,渗透率分别为0.828×10^-3μm^2、0.115×10^-3μm^2、0.00065×10^-3μm^2.聚焦离子束扫描电镜与多尺度CT成像技术相结合能够定量表征超低渗透砂岩储层微、纳米级孔隙结构.     

CEC比值法在凝灰质砂岩储层测井评价中的应用——以海-塔盆地X凹陷凝灰质砂岩储层为例

凝灰质砂岩储层一直是测井评价中的难点.凝灰质的存在使储层的孔隙结构和物性变化都很大,其含量直接影响储层参数的求取,对储层饱和度的影响不容忽视.本文以海-塔盆地X凹陷的凝灰质砂岩储层为例进行测井评价研究.基于泥质和凝灰质的测井响应差异利用粒子群和细菌觅食的混合优化算法计算储层中两者的含量,然后通过阳离子交换量(CEC)的实验数据验证了凝灰质具有导电性,进而利用CEC与电阻率之间的关系得到凝灰质电阻率的计算方法,并且应用到饱和度的计算,最终得到了一种新的计算凝灰质砂岩储层饱和度的方法——CEC比值法,并取得了良好的应用效果.     

Generalized effective medium resistivity model for low resistivity reservoir

With the advancement in oil exploration,producible oil and gas are being found in low resistivity reservoirs,which may otherwise be erroneously thought as water zones from their resistivity.However,the evaluation of low resistivity reservoirs remains difficult from log interpretation.Since low resistivity in hydrocarbon bearing sands can be caused by dispersed clay,laminated shale,conductive matrix grains,microscopic capillary pores and high saline water,a new resistivity model is required for more accurate hydrocarbon saturation prediction for low resistivity formations.Herein,a generalized effective medium resistivity model has been proposed for low resistivity reservoirs,based on experimental measurements on artificial low resistivity shaly sand samples,symmetrical anisotropic effective medium theory for resistivity interpretations,and geneses and conductance mechanisms of low resistivity reservoirs.By analyzing effects of some factors on the proposed model,we show theoretically the model can describe conductance mechanisms of low resistivity reservoirs with five geneses.Also,shale distribution largely affects water saturation predicted by the model.Resistivity index decreases as fraction and conductivity of laminated shale,or fraction of dispersed clay,or conductivity of rock matrix grains increases.Resistivity index decreases as matrix percolation exponent,or percolation rate of capillary bound water increases,and as percolation exponent of capillary bound water,or matrix percolation rate,or free water percolation rate decreases.Rock sample data from low resistivity reservoirs with different geneses and interpretation results for log data show that the proposed model can be applied in low resistivity reservoirs containing high salinity water,dispersed clay,microscopic capillary pores,laminated shale and conductive matrix grains,and thus is considered as a generalized resistivity model for low resistivity reservoir evaluation.     

储层渗透性与地层因素关系的实验研究与分析

本文对渤海湾盆地不同孔隙结构样品的孔、渗、核磁、岩电、压汞、X衍射及铸体薄片等配套岩石物理实验数据进行了综合分析,通过逐一考察同一套岩芯样品的地层因素与渗透率、压汞喉径均值、储层品质指数之间的实验关系,并分别与地层因素-孔隙度交绘图进行对比分析,发现储层渗透性与地层因素之间并非简单的单调函数关系,孔隙度相近但孔隙结构类型不同、渗透率差异明显的岩芯可以具有相近的地层因素,导电能力接近.在实验数据分析的基础上通过理论分析证明了这一实验关系的合理性,并指出孔隙度及导电能力相近的岩芯,其渗透率差异与喉径均值的平方比、孔隙曲折度及几何形态相关.     

Acoustic and petrophysical relationships in low-shale sandstone reservoir rocks

This paper describes the measurements of the acoustic and petrophysical properties of two suites of low‐shale sandstone samples from North Sea hydrocarbon reservoirs, under simulated reservoir conditions. The acoustic velocities and quality factors of the samples, saturated with different pore fluids (brine, dead oil and kerosene), were measured at a frequency of about 0.8 MHz and over a range of pressures from 5 MPa to 40 MPa. The compressional‐wave velocity is strongly correlated with the shear‐wave velocity in this suite of rocks. The ratio V_P/V_S varies significantly with change of both pore‐fluid type and differential pressure, confirming the usefulness of this parameter for seismic monitoring of producing reservoirs. The results of quality factor measurements were compared with predictions from Biot‐flow and squirt‐flow loss mechanisms. The results suggested that the dominating loss in these samples is due to squirt‐flow of fluid between the pores of various geometries. The contribution of the Biot‐flow loss mechanism to the total loss is negligible. The compressional‐wave quality factor was shown to be inversely correlated with rock permeability, suggesting the possibility of using attenuation as a permeability indicator tool in low‐shale, high‐porosity sandstone reservoirs.     

基于电震耦合理论研究电极法储层岩石复电阻率频散特性

复电阻率测井在识别油水层的能力上优于常规电阻率测井,然而储层岩石复电阻率特性的微观机理还没有统一完整的解释和数学模拟方法,致使复电阻率测井技术的开发缺乏足够的理论基础.本文基于孔隙介质Pride电震耦合理论,结合谐变信号激励下渗流场与电流场的耦合理论,推导出一级近似条件下的Pride电震耦合理论.采用格林函数方法建立了一维电震波场的波动方程及其解.构造了双电极法测量储层岩石复电阻率的物理模型和数学模型,从理论上阐明了岩石复电阻率频散特性的微观机制与电震效应的关系,定量分析了储层岩石复电阻率频散特性的影响因素.数学模拟结果表明:储层岩石复电阻率的频散现象是在电震快纵波和电震慢纵波的共同作用下,由孔隙介质中的电渗流机制形成的;储层岩石的复电阻率随孔隙度的增大而减小,随渗透率的增大而增大,地层水矿化度的增加或阳离子交换量的增大使得同频率的复电阻率减小.慢纵波界面极化频率受孔隙度、渗透率和地层弹性模量的影响较大,而快纵波界面极化频率受地层弹性模量的影响较大.     

利用毛管模型研究泥质砂岩电化学测井响应机理

自然电位和激发极化电位测井响应所涉及的离子导体激发极化电位的微观机理解释,主要依据双电层形变假说和浓差极化假说,缺少定量描述的数学模型和理论体系.本文利用孔隙介质的微观毛管模型,给出了毛管模型中双电层理论和阳离子交换量与Zeta电位的关系,推导出毛管中离子流量和电流强度表达式.由电荷守恒定律和物质守恒定律,推导出毛管中离子浓度分布的解析表达式,建立了描述含水泥质砂岩激发极化电位和自然电位的数学模型.从而系统地严格证明了含水泥质砂岩激发极化现象是在电流场和浓度梯度场的共同作用下,由孔隙中离子浓度浓差极化电位和双电层形变电位形成的.并且证明了描述泥质砂岩自然电位的数学方程和描述激发极化电位的数学方程及形成机理是一致的.计算结果表明：激发极化极化率随孔隙度和渗透率的增大而减小;极化率随溶液浓度的增加而减小,随阳离子交换量的增加而增加;证明了地层水浓度、阳离子交换量是影响自然电位大小的主要因素.