一种可动油的陆相页岩油地震岩石物理建模方法

摘要

本发明公开了一种可动油的陆相页岩油地震岩石物理建模方法，以页岩储层为研究对象，利用地震岩石物理建模、孔隙介质理论等手段重点考虑页岩可动油气的赋存等特征，对岩石物理性质和弹性性质的影响，建立一种考虑可动油的陆相页岩油地震岩石物理建模方法技术。与现有技术相比，本发明的建立的页岩模型能够更精确地实现地震横波的预测。

说明书

技术领域

本发明涉及油气勘探领域，特别涉及一种可动油的陆相页岩油地震岩石物理建模方法。

背景技术

寻找隐蔽性油气藏和非常规油气已经成为地震勘探的重点，由于非常规油气储层与常规储层存在很大差异，因此对地震勘探提出了新的要求，需要对常规的岩石物理建模方法理论假设和方法、技术进行相应的改进，并根据复杂且特殊的页岩进行岩石物理建模。针对页岩的岩石物理建模到目前为止还尚未考虑可动油对模型的影响，已经考虑的是干酪根的含量对页岩岩石物理影响，但是这远远不够，干酪根依然只是未转化成油气的部分与热解参数S1指示的可动油部分存在物理性质和弹性性质的根本差异。

在勘探开发初期，由于技术手段和实验条件的限制，经典的岩石物理理论均存在一定的假设条件，仅适用于构造简单的常规储层，而无法精确地应用于页岩油储层等复杂的非常规致密储层。因此，需要针对页岩储层开展能够表征主要岩石特征的岩石物理研究，构建更接近实际页岩储层的地震岩石物理模型。而页岩中丰富的有机质和可动油会对页岩的岩石物理特征以及弹性特征产生较大的影响，因此有必要在建模过程考虑其因素。地震岩石物理理论研究的是岩石的物理属性与地球物理观测之间的关系，利用合理的假设对实际岩石进行等效化，得到比便于科学研究的理想介质，并建立储层岩石物性参数与弹性参数的量化关系。半个多世纪以来，岩石物理理论的研究对象经历了较大的变化，主要从简单的各向同性固体岩石发展到更复杂的考虑流体以及各向异性的含孔隙岩石，从常规的砂泥岩储层模型发展到非常规的碳酸盐岩、致密砂岩、页岩等模型，模型特征更加复杂、考虑细节更加丰富。岩石物理学的发展极大地推动了地震解释、储层预测与地震波传播特征分析等方面的进步。由于页岩储层常常表现出复杂的内部结构，宏观上具体表现为：低孔低渗、强各向异性且成因复杂(地应力、裂缝、层状粘土)、强非均质性、多形态孔隙类型、有机质干酪根富集、可动油(热解参数S1)的赋存等。这些特点常常导致常用的针对常规储层的地震技术方法难以揭示页岩的储集特征和渗流机理，而在油气勘探领域我们尤为关注页岩中页岩油的赋存情况，因此急需开展一种适用于页岩油储层地震岩石物理建模方法。

发明内容

本发明提供一种可动油的陆相页岩油地震岩石物理建模方法，建立考虑指示可动的热解参数S1变化陆相页岩油地震岩石物理模型，从而更好的得到正演参数，为反演页岩油地质甜点奠定坚实的基础。

本发明技术方案如下：

一种可动油的陆相页岩油地震岩石物理建模方法，包括以下步骤：

步骤一，混合流体体积模量求取，计算常规粒间孔内混合流体模量；

步骤二，孔隙分类，按照孔隙尺寸和结构分为无机矿物间的常规硬孔，有机质干酪根内分布的微纳米孔隙和定向排列的垂直裂缝，设常规孔隙和垂直裂缝中填充水和页岩气，微纳米孔隙中只填充页岩气，利用微纳米孔隙理论添加微纳米孔隙影响；

步骤三，各向同性基质矿物模量求取，包括石英、长石、方解石、黄铁矿；

步骤四，添加各向异性矿物模量，包括粘土矿物和干酪根，根据三种不同类型干酪根建立三种不同成熟度模型；

步骤五，利用Thomsen各向异性速度计算公式计算饱和岩石的纵、横波速度。

进一步的，所述步骤一中，对可动油计算混合流体体积模量，页岩油在页岩中以吸附态和游离态两种形式赋存，采用Vogit-Reuss-Hill平均求取孔隙内油-水混合的等效岩石模量，页岩油储层中含油饱和度计算公式如下所示：

S

其中，S

页岩油储层中孔隙度为常规硬孔隙、微纳米孔隙和垂直裂缝三类孔隙度的总和，则常规硬孔隙和垂直裂缝中的含油饱和度如下：

式中，φ为页岩的总孔隙度，φ

进一步的，微纳米孔隙中流体含油饱和度为100％，体积模量为气体体积模量，所有流体的剪切模量均设为0。

进一步的，所述步骤三中，采用各向同性SCA模型计算混合基质矿物的弹性模量：

其中，Qua,Fel,Cal,Dol,Pyr分别代表石英、长石、方解石、白云石和黄铁矿的体积含量。

进一步的，所述步骤四中，耦合常规硬孔隙采用DEM模型向基质矿物中添加含混合流体的硬孔隙，球状孔隙的孔隙纵横比为1，如下式所示：

其中，φ

耦合层状粘土矿物通过利用所述等效岩石模量和剪切模量构建各向同性的弹性矩阵，作为初始值，再利用各向异性SCA-DEM模型向所述等效岩石中添加粘土矿物的影响：

其中，N＝2表示等效岩石和粘土两项，v

耦合干酪根通过向所述各向同性岩石中添加干酪根，考虑到地层中的热演化过程，将干酪根分为未成熟阶段、成熟阶段、过熟阶段三种情况，并按照分类将有机质微纳米孔隙耦合到干酪根中。

进一步的，所述将干酪根分为未成熟阶段、成熟阶段、过熟阶段三种情况，并按照分类将有机质微纳米孔隙耦合到干酪根中，具体包括：

在未成熟阶段，干酪根表现为实心固体，采用各向异性SCA-DEM模型往等效岩石中添加干酪根；

在成熟阶段，首先采用微纳米模型计算含微纳米孔隙的干酪根的弹性模量，再利用各向异性SCA-DEM模型向页岩基质中添加干酪根；

在过熟阶段，首先采用微纳米模型计算含微纳米孔隙干酪根颗粒的弹性模量，再利用Voigt平均计算干酪根-流体混合物的弹性模量，

K

+φ

μ

+φ

其中V

最后利用各向异性固体替换方程向页岩基质中添加含微纳米孔隙干酪根颗粒—孔隙流体混合物；

耦合垂直裂缝首先设垂直裂缝为椭球状，裂缝内充填油-水混合物，采用Eshelby-Cheng模型向所述等效岩石中加入垂向排列的裂缝，

其中，

进一步的，该方法进一步包括：先判定工区内干酪根成熟度，再选择相应的干酪根添加方式。

进一步的，利用准纵波和准横波的垂向速度和7个表示各向异性强度的无量纲的参数来表征正交各向异性介质的弹性性质，具体表示如下：

本发明有益技术效果如下：

本发明分析页岩矿物组分、结构，孔隙类型，有机质特征，然后重点考虑可动油赋存的影响，建立考虑指示可动的热解参数S1变化陆相页岩油地震岩石物理模型，从而更好的得到正演参数，并预测横波验证模型的准确性，为反演页岩油地质甜点奠定坚实的基础。

附图说明

图1为本发明实施例一种可动油的陆相页岩油地震岩石物理建模方法的流程图；

图2为按照图1所示方法对页岩岩石物理建模流程；

图3为本发明实施例中横波速度估算结果示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示为本发明实施例提供的一种可动油的陆相页岩油地震岩石物理建模方法流程图，包括以下步骤：

步骤一，混合流体体积模量求取，计算常规粒间孔内混合流体模量；

具体地，页岩油在页岩中以吸附态和游离态两种形式赋存，以吸附态聚集在有机质和微纳米孔表面，又以游离态赋存在常规孔隙和微裂缝中，考虑常规孔隙和垂直裂缝中填充水和气，微纳米孔隙中只填充油，因此孔隙流体在页岩中呈现非均匀分布，而Wood公式假设流体混合物和岩石其他组分都是各向同性、线性和弹性的，因此无法应用于页岩油储层的混合流体体积模量求取，这里采用Vogit-Reuss-Hill平均求取孔隙内气-水混合的等效岩石模量。页岩储层中含油饱和度计算公式如下所示：

S

其中，S

页岩油储层中孔隙度为常规硬孔隙、微纳米孔隙和垂直裂缝三类孔隙度的总和，则常规硬孔隙和垂直裂缝中的含油饱和度如下：

式中，φ为页岩的总孔隙度，φ

在本发明一个具体实施例中，微纳米孔隙中流体含油饱和度为100％，体积模量为气体体积模量，所有流体的剪切模量均设为0。

步骤二，孔隙分类，按照孔隙尺寸和结构分为无机矿物间的常规硬孔，有机质干酪根内分布的微纳米孔隙和定向排列的垂直裂缝，设常规孔隙和垂直裂缝中填充水和页岩气，微纳米孔隙中只填充页岩气，利用微纳米孔隙理论添加微纳米孔隙影响。

步骤三，各向同性基质矿物模量求取，包括石英、长石、方解石、黄铁矿。

具体地，页岩油储层的复杂性体现在各个方面，除开其他因素，如多孔隙类型、多相流体、非均匀、强各向异性等，页岩的各向同性背景矿物的成分也十分复杂，可根据所建模的工区，按照实际情况选取具体组分，参照中国西南某工区页岩油井的测井数据，主要考虑的有石英、长石、方解石、白云石和黄铁矿。由于这些矿物在页岩中随机排列，宏观上表现出各向同性，采用各向同性SCA模型计算混合基质矿物的弹性模量：

其中，Qua,Fel,Cal,Dol,Pyr分别代表石英、长石、方解石、白云石和黄铁矿的体积含量。

步骤四，添加各向异性矿物模量，包括粘土矿物和干酪根，根据三种不同类型干酪根建立三种不同成熟度模型；

耦合常规硬孔隙

具体地，常规硬孔隙发育在无机背景矿物中，假设硬孔隙为均匀分布在页岩中的球状孔隙，孔隙内填充水和气的混合流体，这里采用DEM模型向基质矿物中添加含混合流体的硬孔隙，球状孔隙的孔隙纵横比为1，

其中，φ

耦合层状粘土矿物

页岩中的粘土矿物呈水平层状排列，表现出很强的横向各向同性性质，是导致页岩强各向异性的主控因素。利用第3步得到的等效岩石模量和剪切模量构建各向同性的弹性矩阵，作为初始值，再利用各向异性SCA-DEM模型向第3步的等效岩石中添加粘土矿物的影响：

其中，N＝2表示等效岩石和粘土两项，v

耦合干酪根

向第四步中的等效横向各向同性岩石中添加干酪根，考虑到地层中的热演化过程，这里将干酪根分为未成熟阶段、成熟阶段、过熟阶段三种情况，并按照分类将有机质微纳米孔隙耦合到干酪根中。

(1)在未成熟阶段，干酪根表现为实心固体，考虑为页岩基质的一部分，此时与常规建模一样，不考虑微纳米孔隙的影响。直接采用各向异性SCA-DEM模型往等效岩石中添加干酪根。

(2)在成熟阶段，干酪根受地层热演化过程的影响，开始受热转化、分解，内部出现大量微纳米孔隙，孔内填充干酪根分解产生的页岩油。此时首先采用微纳米模型计算含微纳米孔隙的干酪根的弹性模量，再利用各向异性SCA-DEM模型向页岩基质中添加干酪根。

(3)在过熟阶段，干酪根进一步受热分解，演化为细小的颗粒，与孔隙流体混合形成悬浮物，此时孔隙内填充固-流混合物，流体剪切模量不为零， Brown-Korringa各向异性流体替换方程不再适用。首先采用微纳米模型计算含微纳米孔隙干酪根颗粒的弹性模量，再利用Voigt平均计算干酪根-流体混合物的弹性模量，

K

+φ

μ

+φ

其中V

最后利用各向异性固体替换方程向页岩基质中添加含微纳米孔隙干酪根颗粒—孔隙流体混合物。

通过合理的假设，构建了三类不同成熟度干酪根模型，示意图如图1所示。在实际应用中可先判定工区内干酪根成熟度，再选择相应的干酪根添加方式。

耦合垂直裂缝

假设垂直裂缝为椭球状，裂缝内充填气-水混合物，采用Eshelby-Cheng模型向得到的等效岩石中加入垂向排列的裂缝，

其中，

步骤五，利用Thomsen各向异性速度计算公式计算饱和岩石的纵、横波速度，如图3所示，为横波速度估算结果示意图。

通过上述建模，得到了等效双相OA介质岩石模型，并求得了等效岩石的弹性矩阵

针对页岩不同组分采用不同等效介质理论进行耦合，使建模得到的等效页岩模型不断逼近、拟合实际页岩，这实际上是一个不断迭代的过程。按照本方法的构思，最终得到的页岩模型综合考虑多种因素尤其加入了可动性页岩油的影响(热解S1)，使得获取的模型与实际页岩十分接近，计算的等效弹性参数也反映出实际页岩的情况。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。