多尺度岩石物理模型估算水合物饱和度的方法及系统技术方案

本发明专利技术属于地球物理测井技术领域，本发明专利技术涉及一种多尺度岩石物理模型估算水合物饱和度的方法及系统，综合考虑了宏观

【技术实现步骤摘要】
多尺度岩石物理模型估算水合物饱和度的方法及系统


[0001]本专利技术属于地球物理测井
，涉及一种多尺度岩石物理模型估算水合物饱和度的方法及系统
。

技术介绍

[0002]近年来，石油与天然气新探明储量不断减少，寻找可替代能源成为当前全世界最急迫的研究课题之一
。
海底沉积物和大陆永久冻土带中蕴藏着大量以甲烷为主要成分的天然气水合物，资源潜力大
、
能量密度高
、
燃烧高效清洁，是非常理想的替代能源，作为未来战略资源已成为国际共识
。
据统计天然气水合物资源量是石油
、
天然气等常规能源的2倍多，天然气水合物将是油气勘探领域未来长期的研究热点
。
[0003]天然气水合物的有效识别和饱和度评价是其试采的重要前提，测井是天然气水合物识别与评价的主要信息来源之一，水合物所具有的不导电
、
低密度
、
高声波速度
、
高含氢量等特性，为基于测井资料识别水合物并预测其分布提供了重要的依据
。
其中，基于声学岩石物理模型，可利用声波测井信息识别天然气水合物藏并进行天然气水合物饱和度评价解释
。
在声学性质上，天然气水合物的存在会引起储层声波速度的增加，同时也会引起声波频散与衰减的变化
。
声波频散是指声波在介质中传播的速度随频率变化而发生改变的现象，衰减则是指声波传播过程中波的振幅出现减弱的现象
。
声波在岩石中传播时，孔隙流体与固体基质之间会产生相对位移，该现象被称为波致流，会导致声波在岩石中传播时发生速度频散与能量衰减
。
根据波致流产生的压力梯度特征长度尺寸，可以将其分为三种尺度的流动：宏观尺度
、
微观尺度和介观尺度
。
其中：宏观尺度是指波长尺度，描述的是声波在岩石中传播时，波峰和波谷之间产生的压力梯度导致的波致流；微观尺度是指孔隙尺度，描述的是不同孔隙之间产生的局部压力梯度导致的波致流；介观尺度则是指远大于孔隙尺度但又远小于波长尺度的中间尺度
。
常规声学岩石物理模型仅仅考虑速度或单一尺度下的速度频散与衰减机制，将其应用于天然气水合物储层测井评价中，其识别精度和饱和度解释能力有限，无法准确预测估算储层水合物饱和度这一重要参数
。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种多尺度岩石物理模型估算水合物饱和度的方法及系统，考虑了宏观
、
微观和介观三种尺度波致流机制影响下的天然气水合物纵波速度频散特征和衰减特征，基于实际测井资料能够准确计算天然气水合物储层的水合物饱和度，实现天然气水合物储层的定量评价
。
[0005]本专利技术第一方面，提供了一种多尺度岩石物理模型估算水合物饱和度的方法，其具体步骤为：
S1、
获取目标层位深度区间上的不同测井曲线，基于不同测井曲线计算得到储层参数，并基于地区水合物储层实验或钻录井资料，给定初始水合物饱和度；所述储层参数包括地层矿物含量
、
地层孔隙度
、
地层渗透率
、
孔隙流体粘度；
S2、
基于所述储层参数，考虑地层矿物组分，利用
VRH
平均公式计算含天然气水合物沉积物的固体基质体积模量和剪切模量，考虑孔隙流体类型，利用
Wood
公式计算含天然气水合物沉积物的孔隙流体体积模量；
S3、
利用等效自相容近似
SCA
模型向固体基质中添加含有饱和流体的孔隙得到饱和流体岩石体积模量和剪切模量，通过
Gassmann
方程计算得到含天然气水合物沉积物的干燥骨架体积模量表示为：
[0006]式中，
K
dry
为含天然气水合物沉积物的干燥骨架体积模量，
K
SC
为饱和流体岩石体积模量，
K
ma
为含天然气水合物沉积物的固体基质体积模量，
K
f
为含天然气水合物沉积物的孔隙流体体积模量，
ϕ
为含天然气水合物储层的地层孔隙度；
S4、
利用固体基质体积模量和剪切模量将
Biot
流和喷射流机制导致的声波速度频散与衰减等效到岩石固体基质中，得到等效于
Biot
理论和喷射流理论的含天然气水合物沉积物的等效固体基质体积模量和剪切模量；
S5、
利用等效介质模型将岩石的干燥骨架体积模量与所述等效固体基质体积模量和剪切模量
、
岩石孔隙度和有效压力联系起来，计算得到含天然气水合物沉积物的干燥骨架体积模量和剪切模量，并利用球状斑块饱和模型计算得到饱含流体的含天然气水合物沉积物等效体积模量，基于含天然气水合物沉积物的干燥骨架体积模量和剪切模量
、
饱含流体的含天然气水合物沉积物等效体积模量构建多尺度岩石物理模型，进而通过多尺度岩石物理模型计算得到水合物沉积物纵波速度和衰减系数；
S6、
判断水合物沉积物纵波速度与声波测井的纵波速度误差是否最小；若误差最小，对应的水合物饱和度为目标层水合物饱和度；若误差不是最小，则改变水合物饱和度，重复步骤
S2
‑
S5
，重新通过多尺度岩石物理模型计算水合物沉积物纵波速度直至误差最小得到目标层水合物饱和度；
S7、
重复步骤
S2
‑
S6
，直至整个测井深度区间处理完毕，获得测井深度区间水合物饱和度变化曲线
。
[0007]在一些实施例中，在所述步骤
S1
中，所述测井曲线包括自然伽马测井曲线
GR、
三孔隙度的声波时差测井曲线
AC、
体积密度测井曲线
DEN
，或自然伽马测井曲线
GR、
三孔隙度的声波时差测井曲线
AC、
补偿中子测井曲线
CNL。
[0008]在一些实施例中，在所述步骤
S2
中，利用
VRH
平均公式计算含天然气水合物沉积物的固体基质体积模量和剪切模量的具体方法为：通过公式（1）计算
N
种矿物颗粒组成的固体基质弹性模型上限，公式（1）表示为：（1）
[0009]式中，
M
Voigt
为固体基质弹性模型上限，
f
j
为第
j
个矿物组分的体积含量，
M
j
为第
j
个矿物组分的弹性模量；通过公式（2）计算
N
种矿物颗粒组成的固体基质弹性模量下限，公式（2）表示为：
（2）
[0010]式中，
M
Reuss...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多尺度岩石物理模型估算水合物饱和度的方法，其特征在于，其具体步骤为：
S1、
获取目标层位深度区间上的不同测井曲线，基于不同测井曲线计算得到储层参数，并给定初始水合物饱和度；所述储层参数包括地层矿物含量
、
地层孔隙度
、
地层渗透率
、
孔隙流体粘度；
S2、
基于所述储层参数，考虑地层矿物组分，利用
VRH
平均公式计算含天然气水合物沉积物的固体基质体积模量和剪切模量，考虑孔隙流体类型，利用
Wood
公式计算含天然气水合物沉积物的孔隙流体体积模量；
S3、
利用等效自相容近似
SCA
模型向固体基质中添加含有饱和流体的孔隙得到饱和流体岩石体积模量和剪切模量，通过
Gassmann
方程计算得到含天然气水合物沉积物的干燥骨架体积模量表示为：式中，
K
dry
为含天然气水合物沉积物的干燥骨架体积模量，
K
SC
为饱和流体岩石体积模量，
K
ma
为含天然气水合物沉积物的固体基质体积模量，
K
f
为含天然气水合物沉积物的孔隙流体体积模量，
ϕ
为含天然气水合物储层的地层孔隙度；
S4、
利用固体基质体积模量和剪切模量将
Biot
流和喷射流机制导致的声波速度频散与衰减等效到岩石固体基质中，得到等效于
Biot
理论和喷射流理论的含天然气水合物沉积物的等效固体基质体积模量和剪切模量；
S5、
利用等效介质模型将岩石的干燥骨架体积模量与所述等效固体基质体积模量和剪切模量
、
岩石孔隙度和有效压力联系起来，计算得到含天然气水合物沉积物的干燥骨架体积模量和剪切模量，并利用球状斑块饱和模型计算得到饱含流体的含天然气水合物沉积物等效体积模量，基于含天然气水合物沉积物的干燥骨架体积模量和剪切模量
、
饱含流体的含天然气水合物沉积物等效体积模量构建多尺度岩石物理模型，进而通过多尺度岩石物理模型计算得到水合物沉积物纵波速度和衰减系数；
S6、
判断水合物沉积物纵波速度与声波测井的纵波速度误差是否最小；若误差最小，对应的水合物饱和度为目标层水合物饱和度；若误差不是最小，则改变水合物饱和度，重复步骤
S2
‑
S5
，重新通过多尺度岩石物理模型计算水合物沉积物纵波速度直至误差最小得到目标层水合物饱和度；
S7、
重复步骤
S2
‑
S6
，直至整个测井深度区间处理完毕，获得测井深度区间水合物饱和度变化曲线
。2.
如权利要求1所述的多尺度岩石物理模型估算水合物饱和度的方法，其特征在于，在所述步骤
S1
中，所述测井曲线包括自然伽马测井曲线
GR、
三孔隙度的声波时差测井曲线
、
体积密度测井曲线
DEN
，或自然伽马测井曲线
GR、
三孔隙度的声波时差测井曲线
、
补偿中子测井曲线
CNL。3.
如权利要求1所述的多尺度岩石物理模型估算水合物饱和度的方法，其特征在于，在所述步骤
S2
中，利用
VRH
平均公式计算含天然气水合物沉积物的固体基质体积模量和剪切模量的具体方法为：通过公式（1）计算
N
种矿物颗粒组成的固体基质弹性模型上限，公式（1）表示为：
（1）式中，
M
Voigt
为固体基质弹性模型上限，
f
j
为第
j
个矿物组分的体积含量，
M
j
为第
j
个矿物组分的弹性模量；通过公式（2）计算
N
种矿物颗粒组成的固体基质弹性模量下限，公式（2）表示为：（2）式中，
M
Reuss
为固体基质弹性模型上限；利用
VRH
平均公式计算含天然气水合物沉积物的固体基质弹性模量表示为：（3）式中，
M
ma
为含天然气水合物沉积物的固体基质弹性模量，
M
为
K
时，即
K
ma
表示含天然气水合物沉积物的固体基质体积模量，
M
为
G
时，即
G
ma
表示含天然气水合物沉积物的固体基质剪切模量
。4. 如权利要求1所述的多尺度岩石物理模型估算水合物饱和度的方法，其特征在于，在所述步骤
S2
中，所述
Wood
公式表示为：（4）式中，
K
f
为含天然气水合物沉积物的孔隙流体体积模量，
f
j
为第
j
个矿物组分的体积含量，
K
j
为第
j
个孔隙流体组分的体积模量
。5.
如权利要求1所述的多尺度岩石物理模型估算水合物饱和度的方法，其特征在于，在所述步骤
S3
中，利用等效自相容近似
SCA
模型计算得到饱和流体岩石体积模量和剪切模量的具体方法为：具有
N
种包含物材料的混合物等效自相容近似
SCA
模型表示为：（5）式中，
x
j
为第
j
种包含物材料的体积分数，
K
j
为第
j
个孔隙流体组分的体积模量，
G
j
为第
j
个孔隙流体组分的剪切模量，
K
SC
为饱和流体岩石体积模量，
G
SC
为饱和流体岩石剪切模量，
P
j
、Q
j
为第
j
种包含物材料的几何因数；以含天然气水合物沉积物的固体基质体积模量
K
ma
和固体基质剪切模量
G
ma
作为起始值，利用同时迭代的方法求解所述等效自相容近似
SCA
模型得到饱和流体岩石的体积模量和剪切模量
。6.
如权利要求5所述的多尺度岩石物理模型估算水合物饱和度的方法，其特征在于，在所述步骤
S4
中，得到等效于
Biot
理论和喷射流理论的含天然气水合物沉积物的等效固体基
质体积模量和剪切模量的具体方法为：引入复模量值与频率相关的固体基质体积模量和剪切模量，对纵横波在孔隙介质中传播时，将
Biot
流造成的速度频散与衰减等效到岩石固体基质中，得到等效于
Biot
理论的含天然气水合物沉积物的等效固体基质体积模量和剪切模量，分别表示为：天然气水合物沉积物的等效固体基质体积模量和剪切模量，分别表示为：其中：其中：其中：其中：其中：其中：式中，为纵波传播时等效于
Biot
理论的等效固体基质体积模量，为横波传播时等效于
B...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏周拓，邓少贵，伍毅，李智强，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：