一种利用测井数据构建评价页岩裂缝渗透率模型的方法

技术领域

本发明涉及测井数据分析技术领域，具体涉及一种利用测井数据构建评价页岩裂缝渗透率模型的方法。

背景技术

我国页岩成藏一般经历多期构造运动，其内部受时间、强度和形成构造样式三方面影响的储层结构的改变，直接影响着裂缝网络的保持和烃类流体渗流。对地下页岩裂缝渗透率的定量评价是进行工程地质计算与设计施工的准备条件，其精确与否决定了后续计算方法及表达的精度方便程度。因此，定量评价页岩产气层裂缝渗透率对于页岩气有利区块的圈定和生产措施的完善具有重要意义。

目前评价页岩储层裂缝渗透率主要通过实验室测试、生产数据历史拟合、压降/注入试井测试和储层数值模拟、地球物理测井等方法获得。通过实验测试获得的渗透率值一般不能代表页岩储层的原位渗透率；历史拟合渗透率对于页岩开发中后期的产气井区比较适用，在勘探初期难以发挥作用；试井渗透率最接近于自然界的真实状况，常被用于页岩气勘探阶段，但试井只有在钻孔中进行；对于储层数值模拟来说，它是选取与页岩储层试井渗透率具有较强相关性的参数，建立渗透率影响因素复合模型。采用地球物理测井的方式获得裂缝渗透率比较方便和经济，能够测试井眼周围任意位置的页岩储层渗透率。但通常需要结合一个可靠的数学模型，以便有效地利用测井数据。

而通过实验测试获得的渗透率值一般不能代表页岩的原位渗透率；历史拟合渗透率对于页岩气开发中后期的页岩气井区比较适用，在勘探初期难以发挥作用；试井渗透率最接近于自然界的真实状况，常被用于页岩气勘探阶段，但试井只有在钻孔中进行，造成一般测井资料法与实验测试结合少，缺少关键参数及真实性依据；且测井资料法在缺少成像测井资料时，裂缝宽度的计算结果无法得到有效验证，无法继续计算。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用测井数据构建评价页岩裂缝渗透率模型的方法，以解决现有技术中多层物料难以实现逐个分离的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种利用测井数据构建评价页岩裂缝渗透率模型的方法，包括具体步骤：

步骤100、根据页岩岩心样品实验测量数据，在假设不同页岩岩心样品的孔隙度指数相同下，获得每个页岩岩心样品的孔隙体积和孔隙度关系，再利用回归分析方法确定页岩的孔隙度指数，以及基于伯努利公式的页岩基质胶结指数；

步骤200、构建页岩裂缝的理想流量计算模型，并基于所述的页岩裂缝的理想流量计算模型获得页岩裂缝孔隙度，联立基于达西定律的页岩流量的计算模型，获得页岩裂缝的渗透率计算公式；

步骤300、构建包括页岩孔隙度指数、页岩基质胶结指数、页岩裂缝孔隙度以及页岩裂缝渗透率计算公式的定量评价页岩裂缝渗透率的模型。

作为本发明的一种优选方案，在步骤300中，构建的定量评价页岩裂缝渗透率的模型还包括页岩层段扩径数据矫正计算公式，具体为：

通过统计页岩层段扩径值与测井响应值之间的关系对深浅侧向电阻率与井径值拟合，获得深浅侧向测井值校正计算公式：

L

其中，L为校正前测井值；、L

作为本发明的一种优选方案，在步骤200中，对构建页岩裂缝的理想流量计算模型，并基于所述的页岩裂缝的理想流量计算模型获得的页岩裂缝孔隙度计算公式进行引入页岩裂缝畸变系数的阿尔奇公式简化，具体为：

其中，R

作为本发明的一种优选方案，在步骤100中，获得页岩孔隙度指数的具体步骤包括：

步骤101、对选取的页岩岩心进行洗油盐并烘干的预处理；

步骤102、利用SCMS-C3高温高压三轴向岩心多参数测量系统测量干燥页岩样品的孔隙度和渗透率；

步骤103、对选取的页岩岩心进行孔渗联测系统的测量；

步骤104、利用选取的页岩岩心配制地层水饱和岩心，并测量页岩岩心电阻；

步骤105、根据实验测得的每个页岩岩心的电阻率和孔隙度，利用回归分析方法确定页岩孔隙度指数M，具体为：

其中，

作为本发明的一种优选方案，步骤200、构建页岩裂缝的理想流量计算模型，并基于所述的页岩裂缝的理想流量计算模型获得页岩裂缝孔隙度，联立基于达西定律的页岩流量的计算模型的具体方法包括：

步骤201、根据达西定律

其中，p

步骤202、基于上述页岩流量的计算公式，利用双侧向电阻率测井计算裂缝参数把页岩储层中复杂的孔裂隙系统等效为通过井轴的单条裂缝理想模型获得页岩裂缝的理想流量Q

此时，页岩裂缝孔隙度

步骤203、联立上述公式的页岩裂缝渗透率k

其中，假设裂缝无限延伸且宽度在径向上不变，设页岩等效理想裂缝宽度为b，深浅侧向长度为2(d

作为本发明的一种优选方案，在步骤200中、还包括为页岩裂缝的渗透率计算公式附加页岩裂缝径向延伸表征系数R，则页岩裂缝渗透率k

作为本发明的一种优选方案，页岩裂缝径向延伸表征系数R的具体构建方法包括：

步骤111、选取设定长度的页岩岩心；

步骤112、利用声波测井方法测量页岩岩心的弹性波速度剖面，基于波形相干叠加法利用二维网络搜索所述弹性波速度剖面，找出在页岩岩心长度上和径向上具备延伸状态完整度较高的裂缝特征样，并根据裂缝特征样选择轴向上的延伸裂缝为主线，径向上的延伸裂缝为次线，轴向上的延伸裂缝和径向上的延伸裂缝的交点为极性点；

步骤113、通过将获得的极性点和二维网络搜索中的时间维度对应后构建各个极性点的表征函数，通过各个极性点表征函数计算获得极性点的表征系数，后通过线型回归分析获得页岩裂缝的径向延伸表征系数R。

作为本发明的一种优选方案，在步骤113中，构建的某个极性点的表征函数具体为：

其中，T表示极性点所对应的时间维度的时间点，N表示极性点在二维网络中相对位置，相对位置基于所述弹性波速度剖面，m

作为本发明的一种优选方案，在轴向裂缝特征样上任意选取点和径向裂缝特征样上任意选取点的选取具体依据为：与选定的极性点处页岩岩心电阻率相邻的电阻率变化拐点所对应的裂缝特征样的位置。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明基于测井资料的页岩渗透率模型构建方法，能在工区缺少成像测井资料、裂缝宽度计算结果无法有效验证时，仍可以较精确地计算页岩裂缝渗透率。本发明基于测井资料的页岩渗透率模型构建方法，将岩心实验与测井资料计算结合，为单纯地建立电阻率测井数据计算模型提供了数据支撑；本发明基于测井资料的页岩渗透率模型构建方法，在页岩层段井壁严重扩径阶段能进行井径校正，提高数据的准确性；本发明基于测井资料的页岩渗透率模型构建方法，适用性强，对页岩气开发前中后期任何阶段页岩气井区渗透率资料符合较好；且接近于自然界的真实状况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例提供SCMS-C型高温高压三轴向岩心多参数测量系统原理图；

图2为本发明实施例提供以浅侧向电阻率为例的页岩层段扩径现象严重时得到校正系数a、b的扩径校正示意图，；

图3为本发明实施例提供页岩裂缝示意图；

图4为本发明实施例提供深、浅侧向测井探测范围内垂直切面和水平切面图；

图5为本发明实施例提供页岩层段孔隙和微裂缝等效裂缝示意图；

图6为本发明实施例提供利用测井数据构建评价页岩裂缝渗透率模型的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图6所示，本发明提供了一种利用测井数据构建评价页岩裂缝渗透率模型的方法，在缺少成像测井资料，裂缝宽度的计算结果无法得到有效验证时，该计算模型测井裂缝孔隙度、裂缝渗透率与试井渗透率相关性强，与试井结果吻合较好。

采用基于达西定律以及双侧向测井单条裂缝理想模型对裂缝渗透率改进模型；包括具体步骤：

步骤100、根据页岩岩心样品实验测量数据，在假设不同页岩岩心样品的孔隙度指数相同下，获得每个页岩岩心样品的孔隙体积和孔隙度关系，再利用回归分析方法确定页岩的孔隙度指数，以及基于伯努利公式的页岩基质胶结指数；

步骤200、构建页岩裂缝的理想流量计算模型，并基于所述的页岩裂缝的理想流量计算模型获得页岩裂缝孔隙度，联立基于达西定律的页岩流量的计算模型，获得页岩裂缝的渗透率计算公式；

步骤300、构建包括页岩孔隙度指数、页岩基质胶结指数、页岩裂缝孔隙度以及页岩裂缝渗透率计算公式的定量评价页岩裂缝渗透率的模型。

根据阿尔奇公式取对数变式为：

即地层因素的对数与孔隙度的对数之间为线性关系，只要对每块岩心测量其地层因素和孔隙度(即确定出岩石电阻率与孔隙度关系)就可以利用回归分析方法确定出a、m的大小。

在步骤300中，构建的定量评价页岩裂缝渗透率的模型还包括页岩层段扩径数据矫正计算公式，具体为：

通过统计页岩层段扩径值与测井响应值之间的关系对深浅侧向电阻率与井径值拟合，获得深浅侧向测井值校正计算公式：

L

其中，L为校正前测井值；、L

在步骤200中，对构建页岩裂缝的理想流量计算模型，并基于所述的页岩裂缝的理想流量计算模型获得的页岩裂缝孔隙度计算公式进行引入页岩裂缝畸变系数的阿尔奇公式简化，具体为：

其中，R

页岩基质胶结系数的计算基于页岩内孔缝结构主要由(溶蚀缝等)微裂缝和有机质长英质黏土矿物内部的较少孔隙的这一普遍认识，因此使用适用含较少孔隙的伯努利(Borai)公式计算。

在步骤100中，获得页岩孔隙度指数的具体步骤包括：

步骤101、对选取的页岩岩心进行洗油盐并烘干的预处理；

1、页岩选取加工：岩心切磨机将岩心加工成直径为2.5cm、长度为2.5-6cm的圆柱体，各自标注相关信息(样品号、干重(g)、长度(cm)、直径(cm)、孔隙体积(cm3)、孔隙度(％)、湿重(g)、电阻率(Ω·m))；

2、岩心洗油洗盐并烘干：测试之前必须洗涤除去油、盐(附着于岩石孔隙喉道中的油、盐会影响孔隙度、渗透率数据测量精度)；

然后用恒温烘干法对洗油后的岩心烘干，温度控制在105±1℃，持续烘干直至岩心恒重；

步骤102、利用SCMS-C3高温高压三轴向岩心多参数测量系统测量干燥页岩样品的孔隙度和渗透率；

SCMS-C3仪器孔隙度测量采用气体状态方程PV∝nRT原理设计，系统体积较小，整个实验过程默认试验在恒温过程中实现。

试验开始，气体充满a，A。待整个系统压力P稳定后，测得此时压力P

P

其中，V

SCMS-E仪器气体渗透率测量原理采用稳定流法测得，利用达西公式得到渗透率值；

步骤103、对选取的页岩岩心进行孔渗联测系统的测量；

选择岩心，在孔渗栏填入P或K，在围压栏中设置测试围压(可由低到高设置多个不同围压值，程序将进行顺序测量)。然后点击开始测量，程序运行，根据程序提示装入岩心，顺序操作，孔隙度测量要经过管线充气平衡，岩心充气平衡，孔隙度取气压满值和孔隙度取气压平衡，孔隙度测量结束。最后渗透率测量只经过渗透率平衡，可以选择不同的稳定时间和稳定精度。测量结束后，测量结果被打印在相应行内。

同时可选择新的岩心号，重复以上步骤后，开始新岩心测量；或按取消键，直接结束孔渗测量，在确信无围压的条件下，卸下夹持器柱塞，取出岩心；

步骤104、利用选取的页岩岩心配制地层水饱和岩心，并测量页岩岩心电阻；

其中，为使测量结果与地层的实际值最为接近，根据实际的地层水资料配制模拟地层水，并测量其电阻率值。

首先对清洗烘干后样品称重记为干重，然后对岩样和模拟地层水抽真空，直至无气泡产生后，用模拟地层水浸泡抽好真空的岩心，加压30MPa浸泡岩心直至岩心完全饱和，最后用电子天平秤饱和后的岩心的湿重；

在测量岩心电阻率时：

①将电声柱塞装入加持器内，按照仪器面板上的标示连接好各管线及数据线。岩心尺寸应在实验前写入数据库中的档案表SCMS.mdb中。打开附属设备中的电桥仪测试程序，待程序界面上的电阻值等于仪表显示的电阻值，则打开成功。②选择参数测量菜单---电阻R

步骤105、根据实验测得的每个页岩岩心的电阻率和孔隙度，利用回归分析方法确定页岩孔隙度指数M，具体为：

其中，

步骤200、构建页岩裂缝的理想流量计算模型，并基于所述的页岩裂缝的理想流量计算模型获得页岩裂缝孔隙度，联立基于达西定律的页岩流量的计算模型的具体方法包括：

步骤201、根据达西定律

其中，p

步骤202、基于上述页岩流量的计算公式，利用双侧向电阻率测井计算裂缝参数把页岩储层中复杂的孔裂隙系统等效为通过井轴的单条裂缝理想模型获得页岩裂缝的理想流量Q

此时，页岩裂缝孔隙度

步骤203、联立上述公式的页岩裂缝渗透率k

其中，假设裂缝无限延伸且宽度在径向上不变，设页岩等效理想裂缝宽度为b，深浅侧向长度为2(d

在步骤200中、还包括为页岩裂缝的渗透率计算公式附加页岩裂缝径向延伸表征系数R，则页岩裂缝渗透率k

页岩裂缝径向延伸表征系数R具体参照下表：

本发明进一步地提供了一种页岩裂缝径向延伸表征系数R的计算方法包括：

步骤111、选取设定长度的页岩岩心；

步骤112、利用声波测井方法测量页岩岩心的弹性波速度剖面，基于波形相干叠加法利用二维网络搜索所述弹性波速度剖面，找出在页岩岩心长度上和径向上具备延伸状态完整度较高的裂缝特征样，并根据裂缝特征样选择轴向上的延伸裂缝为主线，径向上的延伸裂缝为次线，轴向上的延伸裂缝和径向上的延伸裂缝的交点为极性点；

步骤113、通过将获得的极性点和二维网络搜索中的时间维度对应后构建各个极性点的表征函数，通过各个极性点表征函数计算获得极性点的表征系数，后通过线型回归分析获得页岩裂缝的径向延伸表征系数R。

在步骤113中，构建的某个极性点的表征函数具体为：

其中，T表示极性点所对应的时间维度的时间点，N表示极性点在二维网络中相对位置，相对位置基于所述弹性波速度剖面，m

在轴向裂缝特征样上任意选取点和径向裂缝特征样上任意选取点的选取具体依据为：与选定的极性点处页岩岩心电阻率相邻的电阻率变化拐点所对应的裂缝特征样的位置

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。