碳酸盐岩储层缝洞充填物识别方法及系统

摘要

公开了一种碳酸盐岩储层缝洞充填物识别方法及系统。该方法可以包括：基于测井资料，获取岩石基质的弹性模量；基于岩石基质的弹性模量，获取干岩石的弹性模量；基于所述干岩石的弹性模量，获取等效介质横波阻抗及等效介质纵波阻抗；基于所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗，识别碳酸盐岩储层缝洞填充物组分；基于测井资料建立的缝洞充填率与密度的经验关系，获取碳酸盐岩储层缝洞填充率。所述方法能够识别碳酸盐岩储层缝洞填充物组分，获取碳酸盐岩储层缝洞填充率，为衡量缝洞的油气储集能力和渗流能力提供依据。

说明书

技术领域

本发明涉及油气地球物理勘探领域，更具体地，涉及一种碳酸盐岩储层缝洞充填物识别方法及系统。

背景技术

塔河油田是以奥陶系碳酸盐岩古岩溶油藏为主的古生界海相大油田,洞穴和其周缘的裂缝是其主要储集空间，然而并非所有的缝洞均是有效张开裂缝和溶蚀孔洞，其中往往夹杂着各种各样的充填物，研究碳酸盐岩储层缝洞充填物性质，对于衡量缝洞的油气储集能力和渗流能力有着重要的意义。

前人的研究成果多集中于有效张开裂缝和溶蚀孔洞的研究，对充填缝洞，尤其是缝洞中充填物性质的识别研究较少。充填物性质的研究关键在于识别充填物的类型和充填程度。常见的缝洞充填物有泥质、粉砂、有机质、重矿物和垮塌角砾、结晶方解石等，大多数充填物成分较复杂，是多种物质的混合物。而充填程度可在识别洞顶、洞底和充填厚度的基础上定量求取，也可大致分为全充填、半充填和未充填三类。

采用地球物理方法来识别充填物性质可分为测井识别方法和地震识别方法。前者的基本手段是利用岩心和成像测井资料标定常规测井信息，分析不同充填物对应的测井响应特征，提取敏感测井参数，通过交会图分析，确定敏感测井曲线识别不同类型充填物的门限值。但交会图法在具有简单快捷的优势的同时，不同的充填物类型往往在交会图上难以完全分开，识别效果并不精确。也有学者提出基于神经网络的充填物测井识别方法，寻求缝洞充填物特征与测井信息的映射关系，其识别结果的好坏很大程度上决定于所选样本的测井特征向量。符合各充填类型的较典型响应特征的特征向量识别效果会非常突出，而与典型响应相差较大的测井值则识别效果不佳。因此该模型识别的精度很大程度上也是取决于测井资料的准确性和对各充填类型的识别能力；相对测井方法，地震识别属于真正的钻前预测，能提供充填性溶洞的空间分布特征，寻找未充填的有利地震特征部位，指导井位部署。目前地震方法识别充填物主要是在进行溶洞充填物地质总结的基础上，通过典型井揭示并建立溶洞及不同充填物真实参数的地质模型，模拟实际地震采集参数进行正演模型制作，分析不同充填性对地震反射特征的影响，利用地震相来进行充填物表征描述。但基于正演来建立真实的地质模型并非易事，模型只能地下介质进行了一定程度的简化，流体类型、饱和度、储层结构等参数的变化可能比充填物性质对模拟结果的影响更大，模型中难以完全消除这些因素与实际介质的差异，影响了利用地震相方法识别充填物的精度。

因此有必要研发一种能够高精度预测碳酸盐岩储层缝洞充填物组分及填充率的碳酸盐岩储层缝洞充填物识别方法及系统。

发明内容

本发明提出了一种碳酸盐岩储层缝洞充填物识别方法及系统，所述方法能够识别碳酸盐岩储层缝洞填充物组分，获取碳酸盐岩储层缝洞填充率，为衡量缝洞的油气储集能力和渗流能力提供依据。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提出了一种碳酸盐岩储层缝洞充填物识别方法，包括：

基于测井资料，获取岩石基质的弹性模量；

基于岩石基质的弹性模量，获取干岩石的弹性模量；

基于所述干岩石的弹性模量，获取等效介质横波阻抗及等效介质纵波阻抗；

基于所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗，识别碳酸盐岩储层缝洞填充物组分；

基于测井资料建立的缝洞充填率与密度的经验关系，获取碳酸盐岩储层缝洞填充率。

优选地，所述基于测井资料，获取岩石基质的弹性模量：基于测井资料，通过Voight-Reuss-Hill模型计算，获取所述岩石基质的弹性模量，具体公式为

其中，M_H为岩石基质的弹性模量，f_i表示矿物组成成分的体积含量，M_i表示矿物组成成分的弹性模量；Voigt和Reuss模型分别提供了等效岩石模量的上限M_V和下限M_R，对上下限进行算数平均得到岩石基质的弹性模量。

优选地，所述基于岩石基质的弹性模量，获取干岩石的弹性模量：将岩石孔隙等效为具有单一纵横比的理想椭球孔，使用微分等效介质模型将干燥的等效孔隙加入岩石基质中，获取所述干岩石的弹性模量，具体公式为：

K_d(0)＝K_m,μ_d(0)＝μ_m(4)

其中，K_d为干岩石体积模量，μ_d为干岩石剪切模量，K_m为岩石基质体积模量，μ_m为岩石基质剪切模量，K_f为孔隙流体体积模量，μ_f为孔隙流体剪切模量，y为孔隙度，P及Q为形状因子是等效纵横比α_e的函数，对于干燥孔隙，K_f和μ_f均取0。

优选地，所述基于所述干岩石的弹性模量，获取等效介质横波阻抗及等效介质纵波阻抗包括：通过Gassmann方程计算，获取等效介质弹性模量，通过所述等效介质弹性模量获取所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗，具体公式为：

μ_s＝μ_d>

其中，K_s为是等效介质体积模量，μ_s为等效介质剪切模量，K_d为干岩石体积模量、μ_d为干岩石剪切模量，K_f为孔隙流体体积模量，K_m为基质矿物体积模量，φ为孔隙度。

其中，Ip为等效介质纵波阻抗，Is为等效介质横波阻抗，ρ为密度，通过公式(6)及公式(7)获取所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗。

具体地，通过公式(5)、公式(6)及公式(7)建立充填物性质与地球物理参数之间的数学关系，为利用地震资料直接反演充填物组分，识别充填物类型提供桥梁。

优选地，所述基于所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗，识别碳酸盐岩储层缝洞填充物组分包括：通过所述等效介质横波阻抗、所述等效介质纵波阻抗及测井密度，在贝叶斯反演框架下反演，反演溶洞段矿物组分参数，识别所述碳酸盐岩储层缝洞填充物组分。

优选地，所述基于测井资料建立的缝洞充填率与密度的经验关系，获取碳酸盐岩储层缝洞填充率包括：根据已有溶洞解释成果构建溶洞充填率与测井密度之间的回归公式，通过所述碳酸盐岩储层缝洞填充物组分计算，获取溶洞充填率的空间分布。

根据本发明的另一方面，提供了一种碳酸盐岩储层缝洞充填物识别系统，包括：

基于测井资料，获取岩石基质的弹性模量的单元；

基于岩石基质的弹性模量，获取干岩石的弹性模量的单元；

基于所述干岩石的弹性模量，获取等效介质横波阻抗及等效介质纵波阻抗的单元；

基于所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗，识别碳酸盐岩储层缝洞填充物组分的单元；

基于测井资料建立的缝洞充填率与密度的经验关系，获取碳酸盐岩储层缝洞填充率的单元。

优选地，所述基于岩石基质的弹性模量，获取干岩石的弹性模量的单元包括：将岩石孔隙等效为具有单一纵横比的理想椭球孔，使用微分等效介质模型将干燥的等效孔隙加入岩石基质中，获取所述干岩石的弹性模量，具体公式为：

K_d(0)＝K_m,μ_d(0)＝μ_m(4)

其中，K_d为干岩石体积模量，μ_d为干岩石剪切模量，K_m为岩石基质体积模量，μ_m为岩石基质剪切模量，K_f为孔隙流体体积模量，μ_f为孔隙流体剪切模量，y为孔隙度，P及Q为形状因子是等效纵横比α_e的函数，对于干燥孔隙，K_f和μ_f均取0。

优选地，所述基于所述干岩石的弹性模量，获取等效介质横波阻抗及等效介质纵波阻抗的单元包括：通过Gassmann方程计算，获取等效介质弹性模量，通过所述等效介质弹性模量获取所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗，具体公式为：

μ_s＝μ_d>

其中，K_s为是等效介质体积模量，μ_s为等效介质剪切模量，K_d为干岩石体积模量、μ_d为干岩石剪切模量，K_f为孔隙流体体积模量，K_m为基质矿物体积模量，φ为孔隙度。

其中，Ip为等效介质纵波阻抗，Is为等效介质横波阻抗，ρ为密度，通过公式(7)获取所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗。

优选地，基于所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗，识别碳酸盐岩储层缝洞填充物组分的单元包括：通过所述等效介质横波阻抗、所述等效介质纵波阻抗及测井密度，在贝叶斯反演框架下反演，反演溶洞段矿物组分参数，识别所述碳酸盐岩储层缝洞填充物组分。

本发明的有益效果在于：对常规碳酸盐岩基岩段岩石物理模型进行改进，使之适用于缝洞型碳酸盐岩储层，建立充填物性质与地球物理参数之间的数学关系，识别碳酸盐岩储层缝洞填充物组分，同时基于测井资料建立的缝洞充填率与密度的经验关系，获取碳酸盐岩储层缝洞填充率。

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的碳酸盐岩储层缝洞充填物识别方法流程图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的识别碳酸盐岩储层缝洞填充物组分建模效果示意图。

图3示出了本发明的一个实施例的碳酸盐岩储层缝洞填充率与其密度的交会图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

实施方式1

在该实施例中，根据本发明的碳酸盐岩储层缝洞充填物识别方法，包括：基于测井资料，获取岩石基质的弹性模量；基于岩石基质的弹性模量，获取干岩石的弹性模量；基于所述干岩石的弹性模量，获取等效介质横波阻抗及等效介质纵波阻抗；基于所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗，识别碳酸盐岩储层缝洞填充物组分；基于测井资料建立的缝洞充填率与密度的经验关系，获取碳酸盐岩储层缝洞填充率。

该实施例通过测井质量获取岩石基质弹性模量及干岩石的弹性模量，求取等效介质横波阻抗及等效介质纵波阻抗，基于等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗，识别碳酸盐岩储层缝洞填充物组分，基于测井资料建立的缝洞充填率与密度的经验关系获取碳酸盐岩储层缝洞填充率，为衡量缝洞的油气储集能力和渗流能力提供依据。

下面详细说明根据本发明的碳酸盐岩储层缝洞充填物识别方法的具体步骤。

基于测井资料，获取岩石基质的弹性模量。

在一个示例中，所述基于测井资料，获取岩石基质的弹性模量：基于测井资料，通过Voight-Reuss-Hill模型计算，获取所述岩石基质的弹性模量，具体公式为

其中，M_H为岩石基质的弹性模量，f_i表示矿物组成成分的体积含量，M_i表示矿物组成成分的弹性模量；Voigt和Reuss模型分别提供了等效岩石模量的上限M_V和下限M_R，对上下限进行算数平均得到岩石基质的弹性模量。

具体地，岩石基质矿物可为方解石、白云石、石英、粘土等，弹性模量包括体积模量K、剪切模量μ等其他弹性模量参数，Voigt和Reuss模型分别提供了等效岩石模量的上限M_V和下限M_R，对上下限进行算数平均得到M_H。

基于岩石基质的弹性模量，获取干岩石的弹性模量。

在一个示例中，基于岩石基质的弹性模量，获取干岩石的弹性模量：将岩石孔隙等效为具有单一纵横比的理想椭球孔，使用微分等效介质模型将干燥的等效孔隙加入岩石基质中，获取所述干岩石的弹性模量，具体公式为：

K_d(0)＝K_m,μ_d(0)＝μ_m(4)

其中，K_d为干岩石体积模量，μ_d为干岩石剪切模量，K_m为岩石基质体积模量，μ_m为岩石基质剪切模量，K_f为孔隙流体体积模量，μ_f为孔隙流体剪切模量，y为孔隙度，P及Q为形状因子是等效纵横比α_e的函数，对于干燥孔隙，K_f和μ_f均取0。

具体地，等效纵横比α_e为孔隙的宽度与直径之比称为孔隙纵横比，它是定义孔隙形状的参数。在进行数值模拟时，可将岩石复杂的孔隙类型简化为单一形状的等效孔隙，其形状用等效纵横比表示。P和Q是孔隙纵横比的函数，不同的纵横比对应不同的P、Q值，隐含着孔隙形状对于岩石弹性性质的影响，故可称为形状因子。

基于所述干岩石的弹性模量，获取等效介质横波阻抗及等效介质纵波阻抗。

在一个示例中，基于所述干岩石的弹性模量，获取等效介质横波阻抗及等效介质纵波阻抗包括：通过Gassmann方程计算，获取等效介质弹性模量，通过所述等效介质弹性模量获取所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗，具体公式为：

μ_s＝μ_d>

其中，K_s为是等效介质体积模量，μ_s为等效介质剪切模量，K_d为干岩石体积模量、μ_d为干岩石剪切模量，K_f为孔隙流体体积模量，K_m为基质矿物体积模量，φ为孔隙度。

其中，Ip为等效介质纵波阻抗，Is为等效介质横波阻抗，ρ为密度，通过公式(7)获取所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗。

具体地，孔隙度作为岩石物理模型的输入参数，由测井解释成果数据中的总孔隙度曲线提供。

具体地，建立缝洞型碳酸盐岩储层的岩石物理模型，要使得该模型不仅适用于碳酸盐岩储层的基岩段(不含溶洞)，也要适用于溶洞充填物。现有的模型都是针对基岩段建立的，并未考虑溶洞及其充填物的影响，将模型勉强用于溶洞段，往往会产生较大的误差，后续只能通过调试模型参数来校正溶洞段的预测结果，而调试过程并无理论依据。一种较为流行的基岩段建模方法是对经典的Xu-White模型进行修正，鉴于碳酸盐岩与砂泥岩在岩性、孔隙类型上的差异，将原模型中的矿物组分由石英、粘土替换成碳酸盐岩的主要矿物方解石和白云石，另外，为了表征碳酸盐岩复杂的孔隙系统，将孔隙类型分为刚性孔隙、粒间孔隙和裂缝。然而，这种修正后的Xu-White模型，尤其是其孔隙类型的划分，并不适合模拟多以砂泥岩充填为主，孔隙类型相对单一的碳酸盐岩溶洞段。为了增强模型的适用性，引入孔隙度这一概念，将复杂的孔隙类型等效为具有纵横比为α_e的单一孔隙形态，构建缝洞型碳酸盐岩储层的岩石物理模型。

基于所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗，识别碳酸盐岩储层缝洞填充物组分。

在一个示例中，基于所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗，识别碳酸盐岩储层缝洞填充物组分包括：通过所述等效介质横波阻抗、所述等效介质纵波阻抗及测井密度，在贝叶斯反演框架下反演，反演溶洞段矿物组分参数，识别所述碳酸盐岩储层缝洞填充物组分。

具体地，通过所述等效介质横波阻抗、所述等效介质纵波阻抗及测井密度及缝洞型碳酸盐岩石物理关系式{Ip,Is,ρ}＝f(Vcl,Vqu,…)，在贝叶斯反演框架下，反演溶洞段泥质含量Vcl、砂质含量Vqu等矿物组分参数，实现充填物岩性的识别。

基于测井资料建立的缝洞充填率与密度的经验关系，获取碳酸盐岩储层缝洞填充率。

在一个示例中，基于测井资料建立的缝洞充填率与密度的经验关系，获取碳酸盐岩储层缝洞填充率包括：根据已有溶洞解释成果构建溶洞充填率与测井密度之间的回归公式，通过所述碳酸盐岩储层缝洞填充物组分计算，获取溶洞充填率的空间分布。

具体地，根据已有溶洞解释成果构建溶洞充填率fd与测井密度ρ之间的回归公式fd＝f(ρ)，利用反演溶洞段矿物组分参数中的密度项计算溶洞充填率的空间分布。

具体地，基于岩石物理模型和地震反演的充填物识别方法能定量计算充填物组分和充填程度，圈化不同岩性，不同程度充填的空间分布，对判定缝洞的有效性，提供井位部署方案具有一定的指导意义。

具体地，基于测井资料建立的缝洞充填率与密度的经验关系，由地震反演的密度计算缝洞充填率。充填率是在测井资料统计出充填率与密度的经验关系的基础上，由地震反演的密度求取。

实施例

图1示出了根据本发明的一个实施例的碳酸盐岩储层缝洞充填物识别方法流程图。图2示出了根据本发明的一个实施例的识别碳酸盐岩储层缝洞填充物组分建模效果示意图。图3示出了本发明的一个实施例的碳酸盐岩储层缝洞填充率与其密度的交会图。

以塔河油田某工区奥陶系碳酸盐岩油藏为例，开发实践表明，溶洞型储集体是其主要的储集体类型,受溶洞规模、溶洞内充填物类型及充填程度的影响，不同充填特征的溶洞型储集体产量差异较大，钻前识别溶洞充填特征具有重要的意义。

如图1所示，根据测井资料解释得到的岩石物理矿物成分及含量，用Voight-Reuss-Hill模型计算岩石基质的弹性模量；将岩石孔隙等效为具有单一纵横比的理想椭球孔，用微分等效介质模型计算干岩石的弹性模量；用Gassmann方程计算等效介质弹性模量；对工区地震数据体进行叠前弹性参数反演，根据等效介质弹性模量建立的岩石物理关系，在贝叶斯反演框架下，反演溶洞段矿物组分参数，实现充填物岩性的识别；根据已有溶洞解释成果构建溶洞充填率与测井密度之间的回归公式，利用反演溶洞段矿物组分参数中的密度项计算溶洞充填率。

该流程的关键步骤在于准确构建适用于缝洞型碳酸盐岩储层的岩石物理模型，根据模型提供的充填物岩性与地球物理参数之间的数学关系，借助贝叶斯反演框架来求取充填物组分，识别充填物类型。另一方面，统计已有的井中溶洞段充填率数据及其对应的测井密度，可建立充填率与密度之间的回归关系，进而利用密度项地震反演结果求取溶洞段充填率数据体。

地震资料反演矿物组分的精度很大程度取决于所建岩石物理模型在该工区的适应性。我们选择工区内的四口典型井对模型进行测试，测试结果如图2所示。图中黑色曲线和灰色曲线分别表示模型计算出的纵波速度和测井声波速度，纵坐标旁的黑色条带表示溶洞段对应的深度范围。岩心资料显示井中溶洞段多以砂泥岩充填为主，表现为全充填或半充填。可以看出，四口井的预测纵波速度在基岩段和溶洞段均能较好地吻合实测纵波速度，预测误差较小，精度满足生产需求，说明本专利构建的岩石物理模型在该工区具有良好的适应性，为后续基于模型的物性参数反演打下了坚实的基础。

另外，对工区内现有的溶洞段解释成果进行数据挖掘，发现溶洞充填率与对应深度处的测井密度相关程度最高，如图3所示。共收集了48个充填率数据点，与相应密度数据进行交会分析，相关系数可达0.95，说明密度数据可用于计算工区溶洞的充填率，通过叠前地震反演获得密度数据体后，基于图中的回归公式可估算充填率的空间分布。图3是基于实际碳酸盐岩储层的测井解释成果而统计的充填率与其密度的关系。目的是根据实际资料建立充填率与密度的经验关系，从而为地震反演出密度之后，再利用密度来预测充填率奠定基础。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

实施方式2

根据本发明的实施方式，提供了一种碳酸盐岩储层缝洞充填物识别系统，包括：

基于测井资料，获取岩石基质的弹性模量的单元；

基于岩石基质的弹性模量，获取干岩石的弹性模量的单元；

基于所述干岩石的弹性模量，获取等效介质横波阻抗及等效介质纵波阻抗的单元；

基于所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗，识别碳酸盐岩储层缝洞填充物组分的单元；

基于测井资料建立的缝洞充填率与密度的经验关系，获取碳酸盐岩储层缝洞填充率的单元。

在一个示例中，所述基于岩石基质的弹性模量，获取干岩石的弹性模量的单元包括：将岩石孔隙等效为具有单一纵横比的理想椭球孔，使用微分等效介质模型将干燥的等效孔隙加入岩石基质中，获取所述干岩石的弹性模量，具体公式为：

K_d(0)＝K_m,μ_d(0)＝μ_m>

其中，K_d为干岩石体积模量，μ_d为干岩石剪切模量，K_m为岩石基质体积模量，μ_m为岩石基质剪切模量，K_f为孔隙流体体积模量，μ_f为孔隙流体剪切模量，y为孔隙度，P及Q为形状因子是等效纵横比α_e的函数，对于干燥孔隙，K_f和μ_f均取0。

在一个示例中，所述基于所述干岩石的弹性模量，获取等效介质横波阻抗及等效介质纵波阻抗的单元包括：通过Gassmann方程计算，获取等效介质弹性模量，通过所述等效介质弹性模量获取所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗，具体公式为：

μ_s＝μ_d(6)

其中，K_s为是等效介质体积模量，μ_s为等效介质剪切模量，K_d为干岩石体积模量、μ_d为干岩石剪切模量，K_f为孔隙流体体积模量，K_m为基质矿物体积模量，φ为孔隙度。

其中，Ip为等效介质纵波阻抗，Is为等效介质横波阻抗，ρ为密度，通过公式(7)获取所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗。

在一个示例中，基于所述等效介质横波阻抗及所述等效介质纵波阻抗，识别碳酸盐岩储层缝洞填充物组分的单元包括：通过所述等效介质横波阻抗、所述等效介质纵波阻抗及测井密度，在贝叶斯反演框架下反演，反演溶洞段矿物组分参数，识别所述碳酸盐岩储层缝洞填充物组分。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。