一种碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算方法及其装置

摘要

本发明提供了一种碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算方法及其装置。该碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算方法是在获取碳酸盐岩缝洞型储层相关参数的基础上，基于一种新型胶结指数计算公式获取高精度胶结指数m，然后根据得到的胶结指数m通过阿尔奇公式计算碳酸盐岩的含水饱和度。该新型胶结指数计算公式不仅考虑了孔、洞、缝各部分对储层电性特征的影响，更重要的是可以反映裂缝部分对电性的影响，尤其是裂缝倾角的变化。因此，使得本发明提供的碳酸盐岩储层含水饱和度的计算方法，可以更全面的反映碳酸盐岩储层中复杂的孔隙类型和孔隙结构，从而使得利用该方法计算的含水饱和度更加精确，更加符合实际地质情况。

说明书

技术领域

本发明属于油田开发技术领域，具体涉及一种碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算方法及其装置。

背景技术

含水饱和度评价是油气储集层定量评价的核心，如何提高储层含水饱和度的计算精度一直以来是储层测井评价的难点，尤其是碳酸盐岩储层。碳酸盐岩由于其孔隙结构复杂、储集空间类型多样且不均匀分布的特点，导致储层具有极强的非均质性，使得传统意义上的测井解释方法存在明显的不适用性(曾文冲，刘学锋，碳酸盐岩非阿尔奇特性的诠释[J]，测井技术，2013，37(4)：341-351)。储层强烈的非均质性导致储层饱和度解释模型中的胶结指数m和饱和度指数n值的变化范围大，尤其是胶结指数m，而准确的参数值对饱和度的计算至关重要。

阿尔奇公式作为连接电阻率和孔隙度、饱和度之间的桥梁，其是测井计算饱和度的基础，而要想能够准确计算出储层含水饱和度情况，获取准确的胶结指数是关键。

目前研究方法和思路主要分为以下几步：

1)岩电关系分析：首先对取心井的岩心钻孔、获取岩塞样品，然后在实验室中对岩样进行洗油、洗盐、烘干等处理后，测量每块岩心样品孔隙度，最后利用配制的模拟地层水饱和岩心，测量岩心的电阻以及不同含水饱和度状态下的电阻。

2)技术方法：针对不同的层系，分别对同一层系的岩石样品所测出的地层因素、孔隙度和各种含水饱和度状态下的电阻率指数利用数学方法(回归分析)来确定岩石电阻率与孔隙度关系、岩石电阻率与含水饱和度的关系，既而确定所需的饱和度模型参数。

3)技术应用：利用岩电实验得到的饱和度模型参数(a、b、m、n)代入阿尔奇公式中，在获知工区地层水的情况下，可以直接应用到工区其它井的含水饱和度计算中。

目前国内关于碳酸盐岩储层含水饱和度的研究很多，对于碳酸盐岩储层含水饱和度的计算方法主要有以下六大类：基于经典阿尔奇公式的经验性扩展、基于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(田瀚，李昌，贾鹏，碳酸盐岩储层含水饱和度解释模型研究[J].地球物理学进展，2017，32(1)：0279-0286.)，这些方法要不就是过于简单不能很好的反映出碳酸盐岩储层强烈的非均质性特征或者就是过于复杂无法有效的推广仍处于理论阶段，要不就是只针对某一种类型的碳酸盐岩储层不具有通用性或者就是考虑的因素不够全面。

国外针对碳酸盐岩含水饱和度的研究较多也较早，其中要以Aguilera等提出的三孔隙度模型最为主流(Aguilera R F，A triple porosity model for petrophysicalanalysis of naturally fractured reservoirs[J].Petrophysics，2004，45(2)：157-166)。Aguilera根据碳酸盐岩储层的特征，按储集空间类型将储层三分类，即基质孔隙、连通缝洞和非连通缝洞，且认为基质孔隙和连通缝洞为并联导电，后再与非连通缝洞串联导电。在此理论基础之上，经严格公式推导给出了计算胶结指数m的三孔隙度模型，并于2011年再次给出了最新的三孔隙度模型(AI-Ghamdi A，Chen Bo，Behmanesh H，et al.Animproved triple porosity model for evaluation of naturally fracturedreservoirs[J].SPE Reservoir Evaluation&Engineers，2011，14(4)：377-384)，这种方法在一定程度上改变了利用岩电实验经回归分析得到固定胶结指数的方法，比传统的饱和度解释方法应用方便，而且精度有所提高，但仍待提高。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算方法。

本发明的另一目的是提供一种碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算装置。

为达到上述目的，本发明提供了一种碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算方法，该方法是在获取碳酸盐岩缝洞型储层相关参数的基础上，基于以下胶结指数计算公式获取胶结指数m，然后根据得到的胶结指数m通过阿尔奇公式计算碳酸盐岩的含水饱和度；

所述胶结指数计算公式为：

其中，F_θ＝0＝1/[φ₂+(1-φ₂)·φ_b^mb]；F_θ＝90＝φ₂+(1-φ₂)·φ_b^-mb；

上述公式中，m为胶结指数；Φ为总孔隙度，小数；θ为裂缝倾角，°；Φ_nc为孤立孔洞孔隙度，小数；F_θ＝0为水平裂缝情况下混合体的地层因素值；F_θ＝90为垂直裂缝情况下混合体的地层因素值；Φ₂为裂缝孔隙度，小数；Φ_b为基质孔隙度，小数；mb为基质部分的胶结指数。

上述胶结指数计算公式不仅考虑了孔、洞、缝各部分对储层电性特征的影响，更重要的是可以反映裂缝部分对电性的影响，尤其是裂缝倾角的变化。可见，该计算公式更加符合实际地质情况，可以获得更可靠的胶结指数m。因此，研究人员可以在此基础上，通过阿尔奇公式计算出更准确的碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度。

在上述碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算方法中，优选地，所述胶结指数计算公式的推导过程为：

1.先考虑基质与裂缝混合部分

该部分先假设基质部分的电导率为ε_e，混合部分中的包含体(裂缝部分)的电导率为ε_i，整个混合体的电导率为ε_eff，根据Maxwell>

其中：N_x为去极化因子；f为包含体(裂缝部分)的孔隙度，小数；ε_eff,x为沿x方向的混合体电导率。

在此基础上，我们考虑两种极端情况，即在水平裂缝和垂直裂缝的情况下，混合部分的电导率的变化。

当是水平裂缝时，此时去极化因子N_x＝0，混合体的电导率处于最大值状态，即：

ε_eff,max＝fε_i+(1-f)ε_e

当是垂直裂缝时，此时去极化因子N_x＝1，混合体的电导率处于最大值状态，即：

从而我们就可以得到在水平裂缝和垂直裂缝情况下，混合体的地层因素值，即：

水平裂缝情况下：F_θ＝0＝R_θ＝0/R_w＝1/[φ₂+(1-φ₂)·φ_b^mb]

垂直裂缝情况下：F_θ＝90＝R_θ＝90/R_w＝φ₂+(1-φ₂)·φ_b^-mb

其中：Φ₂为裂缝孔隙度，小数；Φ_b为基质孔隙度，小数；mb为基质部分的胶结指数，可通过岩电分析得到，若无岩电分析资料，可取地区经验值或取2；F_θ＝0为水平裂缝情况下混合体的地层因素值；F_θ＝90为垂直裂缝情况下混合体的地层因素值。

而对于任意裂缝倾角θ的情况下，混合体的地层因素F_fo可有F_θ＝0、F_θ＝90和裂缝倾角θ三者来表示，即：

2.再考虑混合部分与孤立孔洞部分

认为基质与裂缝并联导电后再与孤立孔洞部分串联，同理认为混合部分是与孤立孔洞部分是串联导电。假设整体的电阻率为R，基质与裂缝混合部分的电阻率为R_fo，孤立孔洞孔隙度为Φ_nc，按照串联导电原理，则有：

R＝(1-φ_nc)·R_fo+φ_nc·R_w

根据阿尔奇公式F＝R_O/R_W，可将上式转化为：

F＝(1-φ_nc)·F_fo+φ_nc

结合1所推导的混合部分的地层因素表达式，就可以得到整体的地层因素表达式，即：

再根据阿尔奇公式F＝R_O/R_W＝Φ^-m，就可以得到最终的胶结指数m计算方法，即：

该胶结指数m的计算公式综合考虑了基质孔隙、连通缝洞孔隙、孤立孔洞和裂缝倾角的影响(示意图见图1)，相对Aguilera等提出的改进后的三孔隙度模型更加精确，且适用于任何类型的储层。

在上述碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算方法中，优选地，该方法具体包括以下步骤：

步骤1，获取胶结指数计算公式中的相关参数；所述相关参数包括：总孔隙度Φ、裂缝倾角θ、孤立孔洞孔隙度Φ_nc、裂缝孔隙度Φ₂、基质孔隙度Φ_b以及基质部分的胶结指数mb；

步骤2，将获取的相关参数带入胶结指数计算公式中，计算胶结指数m；

步骤3，将获得的胶结指数m代入阿尔奇公式中计算含水饱和度。

在上述碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算方法中，优选地，在上述步骤1中，所述总孔隙度Φ是利用变骨架的中子-密度交会获取的，具体计算公式为：

DEN_ma＝v₁·DEN_illite+v₂·DEN_quartz+v₃·DEN_calcite+v₄·DEN_dolomite

CNL_ma＝v₁·CNL_illite+v₂·CNL_quartz+v₃·CNL_calcite+v₄·CNL_dolomite

DT_ma＝v₁·DT_illite+v₂·DT_quartz+v₃·DT_calcite+v₄·DT_dolomite

上述公式中，DEN_ma、CNL_ma、DT_ma分别为变骨架的岩石骨架密度值、补偿中子值和声波时差值，单位分别为g/cm³、V/V、us/ft；DEN_illite、DEN_quartz、DEN_calcite、DEN_dolomite分别为泥质、硅质、方解石和白云石的密度值，g/cm³；CNL_illite、CNL_quartz、CNL_calcite、CNL_dolomite分别为泥质、硅质、方解石和白云石的中子值，小数；DT_illite、DT_quartz、DT_calcite、DT_dolomite分别为泥质、硅质、方解石和白云石的声波时差值，us/ft；DEN、CNL分别为测井仪器测量的密度值和补偿中子值，单位分别为g/cm³、小数；DEN_f、CNL_f分别为孔隙流体的密度值和补偿中子值，采用理论值1.0g/cm³和1；Φ_D、Φ_C分别为利用变骨架密度和变骨架中子计算的密度孔隙度和中子孔隙度，小数；Φ为总孔隙度，小数。

在上述碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算方法中，优选地，在上述步骤1中，所述基质孔隙度Φ_b是利用变骨架声波时差结合Wylie公式获取的，具体计算公式为：

上述公式中，Φ_b为基质孔隙度，小数；DT为测井仪器测量的声波时差值，us/ft；DT_f为孔隙流体的声波时差值，采用理论值189us/ft；DT_ma为岩石骨架的骨架值，us/ft，通过多矿物模型求得。

在上述碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算方法中，优选地，在上述步骤1中，所述孤立孔洞孔隙度Φ_nc是通过以下公式获取的：

上述公式中，Φ、Φ_b、Φ₂分别为总孔隙度、基质孔隙度和裂缝孔隙度，小数。

在上述碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算方法中，优选地，在上述步骤1中，所述基质部分的胶结指数mb是通过以下方式获取的：

通过岩电实验分析得到，即，取无裂缝和溶蚀孔发育的岩心柱塞做岩电实验，从而获取基质部分的胶结指数mb；

当无法进行岩电实验获取数据时，则取研究地区经验值或理论值2。

在上述碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算方法中，优选地，在上述步骤1中，获取所述裂缝孔隙度Φ₂以及裂缝倾角θ的方式为：

当有成像资料时，通过商业软件对成像资料进行处理和解释，从而获取裂缝孔隙度Φ₂和裂缝倾角θ；优选的，所述商业软件为中国石油勘探开发研究院测井与遥感技术研究所研制的Ciflog软件；或者，

当无成像资料时，通过利用深浅侧向电阻率计算裂缝孔隙度Φ₂，对于裂缝倾角，通过了解邻井相同层段的情况，取平均值代替。

目前成像测井由于其高分辨率和高覆盖率的特点，是识别裂缝最为有效的手段。而深浅电阻率计算的裂缝孔隙度可能偏大，这时需要利用成像测井解释结果对其进行校正。

在上述碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算方法中，优选地，在上述步骤3中，计算地层含水饱和度的阿尔奇公式为：

上述公式中：S_w为含水饱和度，小数；Φ_e用地层有效孔隙度Φ代替，小数；R_w为地层水电阻率，Ω.m；R_t为地层电阻率，Ω.m；a、b为阿尔奇参数；m为孔隙度胶结指数；n为饱和度指数。

在上述碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算方法中，优选地，在上述地层含水饱和度的计算公式中，

地层水电阻率R_w的获取方式为：通过井下地层水取样，分析其矿化度，然后根据以下公式将地层水矿化度转换地层水电阻率；

地层水矿化度转换地层水电阻率的计算公式为：

上述公式中，C_w为地层水矿化度，ppm；T为地层水温度，°F；

阿尔奇参数a、b和饱和度指数n的获取方式为：利用岩-电实验获取；或者，根取采用经验参数：a＝b＝1、n＝2；

地层电阻率R_t的获取方式为：通过CLS-5700测井仪器进行测量获取。

本发明还提供了一种碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算装置，该装置包括：

第一单元，所述第一单元用于获取胶结指数计算公式中的相关参数；所述相关参数包括：总孔隙度Φ、裂缝倾角θ、孤立孔洞孔隙度Φ_nc、裂缝孔隙度Φ₂、基质孔隙度Φ_b以及基质部分的胶结指数mb；

所述胶结指数计算公式为：

其中，F_θ＝0＝1/[φ₂+(1-φ₂)·φ_b^mb]；F_θ＝90＝φ₂+(1-φ₂)·φ_b^-mb；

上述公式中，m为胶结指数；Φ为总孔隙度，小数；θ为裂缝倾角，°；Φ_nc为孤立孔洞孔隙度，小数；F_θ＝0为水平裂缝情况下混合体的地层因素值；F_θ＝90为垂直裂缝情况下混合体的地层因素值；Φ₂为裂缝孔隙度，小数；Φ_b为基质孔隙度，小数；mb为基质部分的胶结指数；

第二单元，所述第二单元将获取的相关参数带入胶结指数计算公式中，计算胶结指数m；

第三单元，所述第三单元用于将获得的胶结指数m代入阿尔奇公式中计算含水饱和度。

本次发明提供的方案中，最重要之处是给出了一种胶结指数m的高精度计算公式。在此基础上，使得本发明提供的碳酸盐岩储层含水饱和度的计算方法，可以更全面的反映碳酸盐岩储层中复杂的孔隙类型和孔隙结构，从而使得利用该方法计算的含水饱和度更加精确，更加符合实际地质情况。

附图说明

图1为考虑了基质部分、连通缝洞、孤立孔洞和裂缝倾角影响的等效示意图；

图2为利用ciflog软件处理磨溪204井成像测井计算裂缝孔隙度和裂缝倾角；

图3为利用本发明方法综合解释磨溪204井，计算各种孔隙度、胶结指数m及含水饱和度，并与传统的利用岩电分析得到固定胶结指数m计算的结果进行对比；

图4为利用本发明方法和传统的阿尔奇方法解释的含水饱和度与岩心分析含水饱和度对比图(高石28井)。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种碳酸盐岩缝洞型储层含水饱和度计算方法，该计算方法包括以下步骤：

步骤1，获取胶结指数计算公式中的相关参数；所述相关参数包括：总孔隙度Φ、裂缝倾角θ、孤立孔洞孔隙度Φ_nc、裂缝孔隙度Φ₂、基质孔隙度Φ_b以及基质部分的胶结指数mb；

步骤2，将获取的相关参数带入胶结指数计算公式中，计算胶结指数m；

所述胶结指数计算公式为：

其中，F_θ＝0＝1/[φ₂+(1-φ₂)·φ_b^mb]；F_θ＝90＝φ₂+(1-φ₂)·φ_b^-mb；

上述公式中，m为胶结指数；Φ为总孔隙度，小数；θ为裂缝倾角，°；Φ_nc为孤立孔洞孔隙度，小数；F_θ＝0为水平裂缝情况下混合体的地层因素值；F_θ＝90为垂直裂缝情况下混合体的地层因素值；Φ₂为裂缝孔隙度，小数；Φ_b为基质孔隙度，小数；mb为基质部分的胶结指数；

步骤3，将获得的胶结指数m代入阿尔奇公式中计算含水饱和度。

在本实施例中，将上述方法具体应用到了磨溪204井和高石28井的含水饱和度计算中，具体的：

磨溪204井获取相关参数的过程为：

(1)利用多矿物模型对磨溪204井进行处理，其中根据岩屑录井和邻井的岩性情况，在处理过程中，选择的矿物类型有方解石、白云石、石英和伊利石；而所需的地层水、泥浆滤液的电阻率和密度、井温、钻头尺寸等参数可以通过测井参数卡获取，处理后可获得各矿物的含量，具体岩性剖面见图3第三道；

(2)利用多矿物模型得到各矿物含量后，利用发明内容中步骤1的计算方法就可以得到岩石的变骨架密度值、补偿中子值和声波时差值，然后在利用中子-密度交会法计算岩石的总孔隙度和基质孔隙度，在图3第七道；

(3)利用商业软件ciflog可以对磨溪204井成像数据进行处理，处理后可以得到裂缝孔隙度、裂缝倾角等信息，见图2；

(4)在获取各种所需的参数后，将这些参数代入新给出的胶结指数计算公式中，就可以得到随深度变化的变胶结指数m值，具体见图3最后一道；

(5)将得到的变胶结指数m值代入阿尔奇公式中，其中公式中地层水电阻率可通过地层水矿化度获得，最终可以得到含水饱和度，见图3倒数第二道。

图3中显示了本实施例提供的方法和传统的利用岩电分析方法解释磨溪204井的含水饱和度与岩心分析含水饱和度对比结果。通过图3可知，利用变骨架值的中子-密度交会法计算的孔隙度值与岩心分析的孔隙度值吻合很好，且可以发现，随深度变化，胶结指数m存在很明显的变化，这符合碳酸盐岩地层强烈非均质性的特点，而且计算的含水饱和度与岩心分析的很一致，对于下面产水层，利用变胶结指数m计算的含水饱和度在40％-70％，而传统方法计算的含水饱和度在20％-40％，利用变胶结指数m计算的含水饱和度比传统解释模型精度更高，更符合实际试油情况。高石28井获取相关参数的过程为：

高石28井的各参数的获取和胶结指数m的计算方法与上述磨溪204井的相一致，不再重复叙述。

图4中显示了本实施例提供的方法和传统解释方法解释高石28井的含水饱和度与岩心分析含水饱和度对比结果。通过图4可知，本实施提供的方法计算的含水饱和度比传统解释方法计算的含水饱和度精度很高，与岩心分析结果更加吻合。