一种碳酸盐岩储层溶蚀孔隙体积含量预测方法

摘要

本发明公开了一种碳酸盐岩储层溶蚀孔隙体积含量预测方法，包括以下步骤：获取碳酸岩储层物理参数；根据步骤一获取的物理参数，计算实际测量的碳酸盐岩储层饱和岩石体积模量和剪切模量；计算碳酸盐岩储层岩石基质的体积模量、剪切模量以及孔隙流体的体积模量；建立双重孔隙介质临界孔隙度模型，计算碳酸盐岩储层岩石骨架体积模量和剪切模量；利用盖斯曼方程计算碳酸盐岩储层饱和岩石的体积模量和剪切模量；将碳酸盐岩储层饱和岩石的体积模量和剪切模量与实际测量的碳酸盐岩储层饱和岩石体积模量和剪切模量进行比较，计算误差；修改设定溶蚀孔隙的体积含量，顺序执行步骤四至步骤六，计算设定溶蚀孔隙条件对应的误差，获取最优溶蚀孔隙体积含量。

说明书

技术领域

本发明涉及碳酸盐岩油藏预测领域，尤其是一种碳酸盐岩储层溶蚀孔隙体积含量预测方法。

背景技术

目前，碳酸盐岩储层在世界油气分布中占有重要地位，其油气储量约占全世界油气总储量的50％，油气产量达全世界油气总产量的60％以上。碳酸盐岩储层通常发育多种类型孔隙，如裂缝、基质孔隙、溶蚀孔隙等，并且这些不同的孔隙类型大小形状不一，有的甚至可以跨越几个数量级。碳酸盐岩储层预测的难点就是要寻找高可采储量和高经济价值的优质储层，而溶蚀孔隙是影响碳酸盐岩储层油气储量和产能的重要因素。因此，溶蚀孔隙识别是碳酸盐岩储层勘探开发的关键因素。

利用地震速度预测碳酸盐岩储层孔隙类型的核心就是建立合适的碳酸盐岩石物理模型，用来表征碳酸盐岩储层的孔隙大小以及孔隙类型对速度的影响。因为碳酸盐岩储层孔隙类型同孔隙度一样对其地震特征影响非常大，相同孔隙大小情况下不同孔隙形状的储层速度会差别数千米每秒。

为了找到预测碳酸盐岩储层孔隙类型的方法，国内外许多学者做了诸多尝试。Cheng和(1979)针对一系列不同压力情形下测量的碳酸盐岩储层速度数据结果来估计储层孔隙类型，这种方法需要测量很多组实验室数据，不能推广到实际测井数据和地震数据。Anselmetti和Eberli(1999)利用速度偏离即利用实际测量的储层速度与利用Wyllie时间平均方程预测的储层速度之间的差值来评价孔隙类型，这种方法属于定性评价，不能定量评价各种孔隙类型的体积含量。Kumar和Han(2005)利用微分等效介质模型由速度来粗略估算不同类型孔隙的平均孔隙纵横比。Xu和Payne(2009)扩展了以往适合于砂泥岩的Xu-White模型，建立了适合于碳酸盐岩的Xu-Payne模型，新模型考虑了多种孔隙类型，并且可以估算孔隙类型。Sun和Wang(2011)提出利用微分等效介质模型和Gassmann方程将孔隙拆分的方法计算不同孔隙类型的体积含量。这几种方法虽然可以定量预测各种孔隙类型的体积含量，但是在对碳酸盐岩石物理建模过程中计算岩石骨架弹性模量都是微分等效介质模型，该模型是理论模型，假设条件苛刻，计算较为繁琐。实际应用中除了理论模型外，还有一类就是经验模型，很多学者建立了碳酸盐岩储层孔隙度、岩石基质弹性模量与岩石骨架弹性模量之间的经验公式。在实际生产应用中，最简便的方法是经验公式，特别是当工区内无钻井取心资料以及岩石物理实验室资料时，该方法具有很大的优越性。例如Nur等提出了临界孔隙度的概念，利用临界孔隙度建立了碳酸盐岩储层岩石骨架和岩石基质弹性模量之间的线性关系(Nur等，1992)。然而经典的临界孔隙度模型并没有建立碳酸盐岩储层岩石骨架与孔隙类型之间的关系，这样就无法表征孔隙类型对碳酸盐岩储层岩石骨架弹性模量的影响，进而无法进行碳酸盐岩储层不同孔隙类型的体积含量预测。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种碳酸盐岩储层溶蚀孔隙体积含量预测方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种碳酸盐岩储层溶蚀孔隙体积含量预测方法，包括以下步骤：

步骤一：获取碳酸岩储层纵波速度、横波速度、密度、孔隙度、矿物组分体积含量和流体饱和度；

步骤二：根据步骤一获取的碳酸岩储层纵波速度、横波速度和密度，计算实际测量的碳酸盐岩储层饱和岩石体积模量和剪切模量；

步骤三：选取碳酸盐岩储层岩石基质矿物组分的弹性模量和孔隙流体组成成分的弹性模量，计算碳酸盐岩储层岩石基质的体积模量、剪切模量以及孔隙流体的体积模量；

步骤四，将碳酸盐岩储层等效为双重孔隙介质，分别使用溶蚀孔隙纵横比和基质孔隙纵横比对溶蚀孔隙和基质孔隙进行表征，建立双重孔隙介质临界孔隙度模型，通过设定溶蚀孔隙的体积含量计算碳酸盐岩储层岩石骨架体积模量和剪切模量；

步骤五，利用盖斯曼方程计算碳酸盐岩储层饱和岩石的体积模量和剪切模量；

步骤六，将步骤五得到的碳酸盐岩储层饱和岩石的体积模量和剪切模量与步骤二得到的实际测量的碳酸盐岩储层饱和岩石体积模量和剪切模量进行比较，计算误差；

步骤七，利用非线性全局寻优算法修改步骤四中设定溶蚀孔隙的体积含量，顺序执行步骤四至步骤六，计算设定溶蚀孔隙条件对应的误差，获取最优的溶蚀孔隙体积含量。

优选的，所述步骤二中，实际测量的碳酸盐岩储层饱和岩石体积模量和剪切模量公式如下：

$K_{sat}^{meas}=\rho (V_P^2-\frac{4}{3}{V}_S^2)---\left(1\right)$

${\mu }_{sat}^{meas}={\mathrm{\rho V}}_S^2---\left(2\right)$

式中，表示实际测量的碳酸盐岩储层饱和岩石体积模量，表示实际测量的碳酸盐岩储层饱和岩石剪切模量。

优选的，所述步骤三计算碳酸盐岩储层岩石基质的体积模量、剪切模量以及孔隙流体的体积模量的具体公式如下：

$K_m=(\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{f}_i{K}_i+1/\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{f_i}{K_i})/2---\left(3\right)$

${\mu }_m=(\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{f}_i{\mu }_i+1/\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{f_i}{{\mu }_i})/2---\left(4\right)$

$\frac{1}{K_{fl}}=\frac{S_{oil}}{K_{oil}}+\frac{S_{gas}}{K_{gas}}+\frac{S_{water}}{K_{water}}---\left(5\right)$

式中，K_m是碳酸盐岩储层岩石基质的体积模量，μ_m是碳酸盐岩储层岩石基质的剪切模量，K_fl是孔隙流体的体积模量，K_i是第i种矿物组分的体积模量，μ_i是第i种矿物组分的剪切模量，f_i是第i种矿物组分的体积含量，满足K_oil、K_gas、K_water分别为油、气、水的体积模量，S_oil，S_gas，S_water分别为油、气、水的饱和度，且满足S_oil+S_gas+S_water＝1。

优选的，所述步骤四中，碳酸盐岩储层岩石骨架体积模量和剪切模量计算公式为：

其中

式中，K_dry为碳酸盐岩储层岩石骨架的体积模量，μ_dry是碳酸盐岩储层岩石骨架剪切模量，i表示孔隙类型，x_i表示孔隙体积含量，满足其中φ为碳酸盐岩储层孔隙度，为孔隙类型i的体积模量的临界孔隙度值，P^mi(α_i)为储层不同孔隙类型i与碳酸盐岩储层岩石基质m之间的极化因子，是孔隙纵横比α_i的函数，为孔隙类型i的剪切模量的临界孔隙度值，Q^mi(α_i)为储层孔隙类型i与碳酸盐岩储层岩石基质m之间的极化因子，是孔隙纵横比α_i的函数。

优选的，所述步骤五具体步骤为：

${\mu }_{sat}^{cal}\left(x_{hole}\right)={\mu }_{dry}---\left(9\right)$

其中，表示计算的碳酸盐岩储层饱和岩石体积模量，表示计算的碳酸盐岩储层饱和岩石剪切模量，均为关于溶蚀孔隙体积含量的x_hole的函数，因此，将上述参数均表达为关于x_hole的函数形式。

优选的，所述步骤六的公式为：

$OF={(K_{sat}^{meas}-K_{sat}^{cal}(x_{hole}\left)\right)}^2+{({\mu }_{sat}^{meas}-{\mu }_{sat}^{cal}(x_{hole}\left)\right)}^2---\left(10\right)$

本发明的有益效果是：

1.本发明提出的碳酸盐岩储层溶蚀孔隙体积含量预测方法，将碳酸盐岩储层等效为双重孔隙介质，所述双重孔隙包含基质孔隙和溶蚀孔隙，利用双重孔隙介质临界孔隙度模型突破了传统的临界孔隙度模型不考虑孔隙类型影响的局限，建立了碳酸盐岩储层孔隙类型与速度之间的关系，更加能够刻画碳酸盐岩储层孔隙类型，与实际真实储层更加吻合，弥补常规的经验模型无法描述储层孔隙类型的不足；

2.本发明提出的碳酸盐岩储层溶蚀孔隙体积含量预测方法利用双重孔隙介质临界孔隙度模型计算碳酸盐岩储层岩石骨架弹性模量，具有普遍适用性，避免了常规的经验模型只适用于特定研究区而无法推广的缺陷。

附图说明

图1是碳酸盐岩储层溶蚀孔隙体积含量预测方法的流程图；

图2是某油田含气井的测井曲线；

图3是由测井曲线计算得到的碳酸盐岩储层饱和岩石的体积模量和剪切模量；

图4是由测井曲线计算得到的碳酸盐岩储层岩石基质的体积模量和剪切模量和孔隙流体的体积模量；

图5是利用本发明的方法预测获取的碳酸盐岩储层溶蚀孔隙的体积含量。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种碳酸盐岩储层溶蚀孔隙体积含量预测方法，包括以下步骤：

步骤一：获取碳酸岩储层纵波速度、横波速度、密度、孔隙度、矿物组分体积含量和流体饱和度；图2是海外某油田含气井的测井曲线，包括碳酸岩储层纵波速度、横波速度、密度、孔隙度、矿物组分体积含量和流体饱和度。

步骤二：根据步骤一获取的碳酸岩储层纵波速度、横波速度和密度，计算实际测量的碳酸盐岩储层饱和岩石体积模量和剪切模量；

如图2所示，上述参数是由碳酸岩储层纵波速度、横波速度和密度根据下述步骤中的公式(1)和公式(2)计算获得。

$K_{sat}^{meas}=\rho (V_P^2-\frac{4}{3}{V}_S^2)---\left(1\right)$

${\mu }_{sat}^{meas}={\mathrm{\rho V}}_S^2---\left(2\right)$

其中，表示碳酸盐岩储层饱和岩石体积模量，表示碳酸盐岩储层饱和岩石剪切模量。

步骤三：选取碳酸盐岩储层岩石基质矿物组分的弹性模量和孔隙流体组成成分的弹性模量，计算碳酸盐岩储层岩石基质的体积模量、剪切模量以及孔隙流体的体积模量；

具体公式如下：

$K_m=(\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{f}_i{K}_i+1/\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{f_i}{K_i})/2---\left(3\right)$

${\mu }_m=(\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{f}_i{\mu }_i+1/\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{f_i}{{\mu }_i})/2---\left(4\right)$

$\frac{1}{K_{fl}}=\frac{S_{oil}}{K_{oil}}+\frac{S_{gas}}{K_{gas}}+\frac{S_{water}}{K_{water}}---\left(5\right)$

式中，K_m是碳酸盐岩储层岩石基质的体积模量，μ_m是碳酸盐岩储层岩石基质的剪切模量，K_fl是孔隙流体的体积模量，K_i是第i种矿物组分的体积模量，μ_i是第i种矿物组分的剪切模量，f_i是第i种矿物组分的体积含量，满足K_oil、K_gas、K_water分别为油、气、水的体积模量，S_oil，S_gas，S_water分别为油、气、水的饱和度，且满足S_oil+S_gas+S_water＝1。

图4提供了碳酸盐岩储层岩石基质的体积模量和剪切模量和孔隙流体的体积模量，上述参数是由储层矿物组分体积含量、孔隙度、流体饱和度和组成矿物的弹性模量根据步骤三中公式(3)、(4)和(5)计算获得。具体实施例中，白云石矿物的体积模量、剪切模量和密度分别取77GPa、32GPa和2.71g/cm3，泥质的的体积模量、剪切模量和密度分别取25GPa、9GPa和2.56g/cm3；水的体积模量、剪切模量和密度分别取2.29GPa、0GPa和1.0g/cm3，气的体积模量、剪切模量和密度分别取0.0208GPa、0GPa和0.00001g/cm3。

步骤四，定义碳酸盐岩储层包含溶蚀孔隙和基质孔隙，将碳酸盐岩储层等效为双重孔隙介质，分别使用溶蚀孔隙纵横比和基质孔隙纵横比对溶蚀孔隙和基质孔隙进行表征，建立双重孔隙介质临界孔隙度模型，通过设定溶蚀孔隙的体积含量计算碳酸盐岩储层岩石骨架体积模量和剪切模量；

碳酸盐岩储层岩石骨架体积模量和剪切模量计算公式为：

其中

式中，K_dry为碳酸盐岩储层岩石骨架的体积模量，μ_dry是碳酸盐岩储层岩石骨架剪切模量，i表示孔隙类型，x_i表示孔隙体积含量，满足其中φ为碳酸盐岩储层孔隙度，为孔隙类型i的体积模量的临界孔隙度值，P^mi(α_i)为储层不同孔隙类型i与碳酸盐岩储层岩石基质m之间的极化因子，是孔隙纵横比α_i的函数，为孔隙类型i的剪切模量的临界孔隙度值，Q^mi(α_i)为储层孔隙类型i与碳酸盐岩储层岩石基质m之间的极化因子，是孔隙纵横比α_i的函数，其中极化因子P^mi(α_i)和Q^mi(α_i)表达式为

$P^{mi}\left({\alpha }_i\right)=\frac{1}{3}{T}_{iijj}$

$Q^{mi}\left({\alpha }_i\right)=\frac{1}{5}(T_{ijij}-\frac{1}{3}{T}_{iijj})$

其中

T_iijj＝3F₁/F₂

$T_{ijij}-\frac{1}{3}{T}_{iijj}=\frac{2}{F_3}+\frac{1}{F_4}+\frac{F_4{F}_5+F_6{F}_7-F_8{F}_9}{F_2{F}_4}$

$F_1=1+A[\frac{3}{2}(f+\theta )-R(\frac{3}{2}f+\frac{5}{2}\theta -\frac{4}{3})]$

$\left(\begin{array}{c}{F}_2=1+A[1+\frac{3}{2}(f+\theta )-(R/2)(3f+5\theta )]+B(3-4R)\\ +(A/2)(A+3B)(3-4R)[f+\theta -R(f-\theta +2{\theta }^2)]\end{array}\right)$

$F_3=1+A[1-(f+\frac{3}{2}\theta )+R(f+\theta )]$

F₄＝1+(A/4)[f+3θ-R(f-θ)]

$F_5=A[-f+R(f+\theta -\frac{4}{3})]+B\theta (3-4R)$

F₆＝1+A[1+f-R(f+θ)]+B(1-θ)(3-4R)

F₇＝2+(A/4)[3f+9θ-R(3f+5θ)]+Bθ(3-4R)

F₈＝A[1-2R+(f/2)(R-1)+(θ/2)(5R-3)]+B(1-θ)(3-4R)

F₉＝A[(R-1)f-Rθ)]+Bθ(3-4R)

其中

A＝μ_i/μ_m-1

$B=\frac{1}{3}(K_i/K_m-{\mu }_i/{\mu }_m)$

R＝(1-2ν_m)/2(1-ν_m)

$\theta =\frac{{\alpha }_i}{{(1-{{\alpha }_i}^2)}^{3/2}}[arcc\alpha s-{\alpha }_i{({{\alpha }_i}^2-1)}^{1/2}]$

$f=\frac{{{\alpha }_i}^2}{1-{{\alpha }_i}^2}(3\theta -2);$

式中，K_m和μ_m为岩石基质的体积模量和剪切模量，K_i和μ_i为孔隙类型的体积模量和剪切模量，ν_m是岩石基质的泊松比，α_i是孔隙类型的孔隙纵横比。

具体实施中，溶蚀孔隙的孔隙类型可以供孔隙纵横比α_hole表征，这里取α_hole＝0.8，给定初始的溶蚀孔隙的体积含量为x_hole，基质孔隙的孔隙类型可以用孔隙纵横比为α_pore表征，这里取α_pore＝0.1，相应的基质孔隙的体积含量为x_pore，且满足x_pore＝φ-x_hole，式中，φ表示孔隙度，该式表明基质孔隙和溶蚀孔隙的体积含量的总和等于碳酸盐岩储层孔隙度φ，满足

步骤五，利用盖斯曼方程计算碳酸盐岩储层饱和岩石的体积模量和剪切模量；

具体步骤为：

${\mu }_{sat}^{cal}\left(x_{hole}\right)={\mu }_{dry}---\left(9\right)$

其中，表示计算的碳酸盐岩储层饱和岩石体积模量，表示计算的碳酸盐岩储层饱和岩石剪切模量，均为关于溶蚀孔隙体积含量的x_hole的函数，因此，将上述参数均表达为关于x_hole的函数形式。

步骤六，将步骤五得到的碳酸盐岩储层饱和岩石的体积模量和剪切模量与步骤二得到的实际测量的碳酸盐岩储层饱和岩石体积模量和剪切模量进行比较，计算误差；

其中在误差函数中，计算的碳酸盐岩储层饱和岩石体积模量和剪切模量均为溶蚀孔隙的函数，因此，将误差函数表达为关于溶蚀孔隙的函数，即

$OF={(K_{sat}^{meas}-K_{sat}^{cal}(x_{hole}\left)\right)}^2+{({\mu }_{sat}^{meas}-{\mu }_{sat}^{cal}(x_{hole}\left)\right)}^2.$

图5是利用本发明的预测溶蚀孔隙体积含量的方法计算得到的碳酸盐岩储层溶蚀孔隙的体积含量。上述参数由碳酸盐岩储层饱和岩石、岩石基质和孔隙流体的弹性模量根据公式(4)-(10)计算得到。

从图5可以看到，在2705～2708m、2687～2697m、2700～2712m和2736～2758m区间范围内，溶蚀孔隙体积含量为0，上述参数表明该储层段溶蚀孔隙不发育；而该井的其它储层层段处溶蚀孔隙体积含量不为0，说明该储层段溶蚀孔隙发育，参考图5右图，井段2683.94～2684.13m所取的岩心鉴定该段主要发育溶蚀孔隙，预测结果与岩心数据吻合。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。