鲒 油 藏 簟220147●簟6年12月翔 DOI:10.3969/j.issn.1006—6535.2017.06.002 利用常规测井曲线定量预测裂缝型孑L隙度 陈彦虎 ,胡 俊 ,蒋龙聪 ,胡冬梅 (1.中国地质大学(北京),北京100083;2.北京阳光杰科科技股份有限公司,北京100192; 3.北京中恒利华石油技术研究所,北京100101) 摘要:为利用常规测井曲线定量表征裂缝的发育程度,运用拓展的SPM软孔隙度模型,建立了 适合页岩储层的岩石物理模型,并求取了裂缝型孔隙度曲线,通过FMI成像测井信息和岩心 照片证实了裂缝型孔隙度结果的可靠性。研究认为:SPM软孔隙度模型更适合于致密页岩储 层岩石物理建模;通过岩石物理图版建立了裂缝型孔隙度与纵波速度的关系,相比于硬孔隙和 基质孔隙,裂缝型孔隙体积的增加能引起纵波速度的迅速下降,两者之间具有一定的相关性, 可利用岩石物理图版实现裂缝型孔隙与速度的定量解释。该研究对页岩储层定量解释具有重 要的意义,后续可进一步研究通过地震反演预测裂缝型孔隙的横向分布特征。 关键词:页岩气;岩石物理建模;SPM软孔隙度模型;裂缝型孔隙;定量解释 中图分类号:TEl22.1 文献标识码:A 文章编号:1006—6535(2017)06-0007-05 Quantitative Prediction of Fractured Porosity by Using ConvenfionM Logging Curves Chen Yanhu -一,Hu Jun ,Jiang Longcong ,Hu Dongmei (1.China University ofGeosciences( )。Beijing 100083,China; 2.Be ng Sunshine Geo—Tech Co.L,Bering 100192-China; 3.Beijing Zhongheng Lihua Petroleum Technology Research Institute,Beijing 100101。China) Abstract:In order to quantitatively describe fracture development degree though conventional logging curves,by u— sing extended SPM soft porosity model,establish the rock physics model for shale reservoir and obtain the fractured porosity curve,and the reliability of fractured porosity results is confirmed by FMI imaging logging data and core photographs.The research suggests that I SPM soft porosity model is more suitable for rock physics modeling of dense shale reservoir;the rock physics chart is used to establish the relationship between the fractured porosity and longitudinal wave velocity。and compared to hard pores and matrix pores,the increase of fractured porosity in vol— time can cause rapid decline of the longitudinal wave velocity and there is a certain correlation between them,then the rock physics chart can be used to quantitatively interpret the fractured porosity and velocity.The study is of great signiifcance for quantiattive interpretation of shale reservoirs。and prediction of transverse distribution characteristics of fractured pores by seismic inversion can be further studied. Key words:shale gas;rock physical modeling;SPM soft porosity model;fractured pore;quantitative interpreta— tion 间的研究,一方面是基于岩心薄片分析微观孔隙结 0引言 构和基于核磁测井等特殊测井技术描述孔隙和裂 不同类型孔隙是页岩主要的储集空间,研究孔 缝的发育特征 J,另一方面是基于岩石物理建 隙的发育特征及影响因素是页岩气勘探的重要内 模,建立矿物含量、有机质含量以及孔隙度与弹性 ,而裂缝作为有效的储集空间和渗流通道,对 参数的关系。美国页岩储层岩石物理研究比较系 于页岩储层研究具有重要的作用 。对于孔隙空 统,Vernike和Liu 对Bakken页岩开展了实验室 收稿日期:20170713;改回日期:20170930 基金项目:国家自然科学基金“页岩气储层甜点预测地球物理理论与方法研究”(41572134);国家科技重大专项“东海深层大型气田勘探评价技术” (2016ZX05027—002) 作者简介:陈彦虎(1982~),男,工程师,2005年毕业于河北师范大学信息与计算科学专业,现为中国地质大学(北京)矿产普查与勘探专业在读博士研究 生,从事非常规储层研究工作。 8 特种油气藏 第24卷 测量和岩石物理研究,分析了有机质含量和有机质 成熟度对页岩储层速度各向异性的影响,并指出页 岩的各向异性取决于矿物的优选方向及平行于层 理的裂缝。Kumar和Han 采用DEM模型(Differ— ential Effective Medium)分析了各种孔隙类型的长 宽比及其百分含量。Xu和Payne 将原始Xu— White的孑L隙扩展成4种孑L隙:泥岩相关的孔隙、 粒间孑L隙、微裂隙和硬孔隙,并根据纵波速度反演 了孔隙类型。Ruiz_9 为了估算低孔致密气砂岩的 有效弹性特性,提出了SPM(Soft-porosity Mode1) 软孑L隙度模型,将全部孔隙空间分为等尺寸的硬孔 隙和类似裂缝的软孔隙,可更逼真地描述页岩储层 的孔隙空间,通过纵波或者横波反演软孔,SPM软 孔隙度模型能有效地处理多孔隙介质。国内学者 也开展了类似的研究,董宁等¨。。开展了三维SCA— DEM岩石物理建模,并探讨了矿物含量和TOC含 量与弹性参数的关系。邓继新等 基于龙马溪组 页岩的岩性特征及微观结构特征,利用自洽模型 (SCA)、微分等效模量模型(DEM)和Backus平均 模型建立了龙马溪组页岩的地震岩石物理模型,并 探讨了石英含量对孔隙度以及TOC含量的控制作 用。王小琼等¨ 探讨了富有机质页岩波速各向异 性的问题。 目前,页岩岩石物理建模更多的是考虑如何建 立准确的模型,求取准确的弹性参数及力学参 数。 ,并未深入探讨如何求取裂缝型孔隙度曲 线以及与裂缝型孔隙对弹性参数的影响。文中拓 展了SPM软孔隙度模型,建立了岩石物理模型,模 拟不同孑L隙形状对于岩石速度的影响。研究结果表 明,相比于Xu—White、临界孔隙等模型,该模型预测 具有更高的精度。利用该模型求取了裂缝型孔隙度 曲线,通过FMI成像测井曲线和岩心照片,证实了裂 缝型孔隙度结果的可靠性,并进一步通过岩石物理 图版建立了裂缝型孔隙与纵波速度的关系。 1岩石物理建模方法 页岩具有矿物成分复杂、孔隙度低、裂缝发育 以及富含有机质的特点,通过分析对比常用的岩石 物理建模方法(Gassmann方程、Xu-White模型和 DEM模型等)认为,SPM软孔隙度模型更适合页岩 岩石物理建模。建模过程共分为以下3个步骤。 (1)首先由HS(Hashin—Shtrikman)理论边界 模型计算页岩中各种矿物以及有机质干酪根等组 成的各向同性固体混合物的弹性参数。计算骨架 和孔隙充填物混合的等效弹性模量,需知道各成分 的体积模量和剪切模量及百分比。HS模型给出了 2种成分的体积模量和剪切模量计算公式 ,可 得到体积模量和剪切模量的上下限,即HS界限。 Berryman 1 拓展了Hs界限,可建立多矿物成分的 页岩骨架模型。 (2)利用DEM模型逐步调整孔隙度至真实孔 隙度时,得到干岩石的体积模量和剪切模量。 DEM模型是一种自相容的算法 ,广泛运用于计 算有包含物的等效介质的弹性参数。固体岩石是 基质,孔隙和裂缝是包含物。模拟过程是向基质中 不断添加包含物,直到达到被模拟介质的真实孔隙 度为止。 (3)利用Brown-Korringa模型_】 将流体加入 有一定连通性的干燥微孔隙中,计算含饱和流体岩 石的体积模量和剪切模量,利用纵横波速度与弹性 模量之间的关系,求得含饱和流体的岩石的纵波速 度( )和横波速度( )。 2岩石物理模型建立 利用元素俘获测井技术得到的黏土、石英、方 解石和白云石等多种矿物的含量,根据测井解释得 到的 C含量、孔隙度、饱和度等曲线,并考虑原 始地层的温度和压力信息作为输入信息。根据龙 马溪组页岩储层孔隙长宽比主要分布在0.10~ 0.20的特点,拓展了SPM软孔隙度模型,将孔隙 类型划分为硬孔隙、基质孔隙和裂缝型孔隙,长宽 比取值分别为0.70、0.15和0.01,模拟不同形状 孔隙对于岩石速度的影响,最终建立了适用于页岩 储层的岩石物理模型,计算得到 、 、其他弹性 参数及裂缝型孔隙度曲线。计算过程中所需矿物 及流体参数见表1。 表1矿物和流体弹性参数 第6期 陈彦虎等:利用常规测井曲线定量预测裂缝型孔隙度 9 选用的w1井具有偶极声波测井,可得到实测 的 曲线(图1)。由图1第3列可知,实测的 与 高度重合,深度为3 140.O0~3 170.O0 m井 段的2条曲线略有分开,但曲线形态一致,表明实 比,其中 为实测横波曲线, 为SPM方法预测 的横波曲线,I/s 为Xu-White方法预测的横波曲 线, 为临界孑L隙方法预测的横波曲线。通过比 较认为,SPM软孑L隙度模型预测的横波速度与实 测的 曲线质量较好,可用来验证预测 的效 果。第4-6列为实测 曲线与预测 曲线的对 /(in・s’) 测横波速度更为吻合,因此,认为SPM软孔隙度模 型更加适合页岩储层岩石物理建模。 V /(m・s ) 、/(m・s) V /(m・s ) GR/API 20—200 深度/ 2500・-----一6000 1 500——3500 1 500-。 ——3500 l 500——3500 /(nl・s) 1 500——/(m・s ) V、 /(m・s ) ../(m・s ) 3500 3500 1 500——3500 l 500—3500 l 500——-3O0780 309O 3l00 季 3l10 31 2O 31 30 3l40 3l 5O 3l6O 3l70 ---图1 不同方法预测横波速度效果分析 3裂缝型孔隙度定量表征 通过上述岩石物理模型,得到了裂缝型孑L隙度 O mJr_/%"tOO 曲线(图2)。图2a中第3列黑色曲线为总孔隙度 曲线;第4列绿色曲线为裂缝型孔隙度曲线;第5 列红色曲线为FMI成像测井解释的裂缝密度曲线, i;l{度/ o 鱼夔/%1 oo Ⅲ 总孔隙度/% 裂缝 扎 隙度/% 裂缝带度/% 警 ’ ; .3070 曩蕊 。、072.00m — 3080 寰 A 一 - 、 1 。3090 31 00 31l 0 3l 20 31 30 3l40 _ j-. 瞄 嘏i 三 二) 靼 , . 1一j ‘≥ 3l 08OOm .量 。、 。。黼 曙 —奠奠舞每 : — l >31 3,1 O0m \ 一 ./、 : 三-:毒 室章 三三三三三三詈 黜 < ~3l50 — 31 60 -—一二 一—一 — 可_一一酶酮:==:===: 一3l 70 —j二- 3 L 74,0Om 31只0 黼。。 a wl井裂缝型孔隙度曲线 图2裂缝型孔隙度曲线与对应niI成像测井和岩心照片 表征裂缝的发育程度,该结果来自于成像测井资料, 是目前识别井中裂缝最直观的手段之一,具有较高 的可信度,可用来验证裂缝型孔隙度预测的结果,两 者具有不同的量纲,从不同角度反应裂缝的发育程 l0 特种油气械 第24卷 度 由罔2a町知,预测的裂缝型孔隙度曲线干¨} M1 孔隙类型,数据点位于参考线之下表日』]孔隙类型以 裂缝密度曲线吻合程度非常高, 深度为3 072.O0 ~裂缝型孑L隙为主,位于参考线之上表日』J以硬孔隙度 为主 、由图3 叮知,当孔隙为硬孔隙f对,纵波速度 刈‘孔隙度变化 敏感,而裂缝 孑L隙对纵波速度影 响较大。当硬孔隙度增 Ill,J,虽然增JJ』 1J,岩仃,qg-K 3 108.O0、3 134.O0~3 174.O0 111井段(红色虚线 框)裂缝较为发育,表明预测的裂缝型孔隙度曲线 比较町 ;W1井在深度为3 080.O0~3 081.O0 m 井段发育层理缝( 2l );Wl|片3 080.75 I|1处 发育大:I【微小斜交缝(罔2e);W1外3 060.O0~ 3 061.O0 m Jt:段发育高陡缝( 2(1);Wl井 深度 为3 167.O0~3 I69.O0 n 井段发育水平层『自J缝(图 2e),如红色箭头所指处,预测的裂缝型孔隙度和 隙 问,但对弹性参数的影响不明 ;裂缝 孔隙 比较发育H’『,能 箸降低纵波速度 、『戈l 3 IIJ 色点 为气层段,可以看到气层段纵波速度 体比 气层 段低200~300 III/S,表明 段裂缝发育能导致纵 波速度明显下降。r}1图3可矢¨,wl外1'tgTL隙类 FMI成像测井解释的裂缝密度均丧明裂缝较发育。 分析认为,岩石物理建模得到的裂缝型孔隙度曲线 具有较高的呵信度 为进・步描述裂隙型孔隙度和纵波速度的关 系,建 、 J 孔隙度与纵波速度交会 版(图3),用 米表 ̄t]i4L隙度对纵波速度的影响 、其中,】00%硬 孔隙度lj{I线表示孔隙审问为100%硬孔隙lI、J‘的fm 线,80%硬孔隙度曲线表示孔隙c a.I- 'HJ巾80%馁孔隙 度和20%尽质孔隙度组成时的fII1线,100%裂缝 主要为基质孔隙和裂缝型孔隙,硬孔隙卡}j对小发 育,这 龙马溪组页岩孔隙 要为有机质微孔隙干¨ 脆性矿物原生粒问孔隙和做裂缝的结沦一敛 建立纵波速度与孔隙度交会【 版・叮用来定聪 裂缝型孔隙与弹性参数的火系。_f{l冬1 3几J‘知, 以总fL隙度为10%为例,孔隙度从100 ̄4艘孔隙度 变为l00%基质孔隙度相1 l00%裂缝, 孔隙度时, 纵波速度从5 lO0 m/s分别降 4 457、3 175 lIl/S, 下降率分别为l2.6%、37.7%;当硬孔隙发比例 60%降至20%,纵波速度…4 9I2 nVs降至4 743 HI/S,卜降了3.4%,而当裂缝 孔隙度比例 20% 增至60%,速度¨J 4 050 I|I/S降 3 500 m/s,下降 J l3.6%j 此,利用该罔版 定量太 裂缝 孔隙度和纵波速度的关系 孑L隙度f{{I线表示孑L隙 问为100%裂缝孔隙时的 曲线,80%裂缝型孑L隙度曲线表示孔隙空问ltt 80% 裂缝型孔隙和20%摹质孑L隙组成时的曲线,其他 曲线依此类推 、参考线是孔隙审问为100%琏质 孔隙时 刨flg ̄L隙度}fI{线,叮帮助确定岩石的j三要 ——————1 OO% 孔 f——80%fi ̄孔阿f 6O% 孔隙——40%硬孔 c 2O%/il* ̄儿隙——l 00% 质孔隙 2O%裂缝 扎隙 一4O%裂缝’ 孔隙 60%裂缝 孔隙——80%裂缝 孔隙 100%裂缝, 孔隙 仃英 ;l==/% 0 1 0 20 30 10 j0 60 图3纵波速度与子L隙度交会图版 第6期 陈彦虎等:利用常规测井曲线定量预测裂缝型孔隙度 ration Geophysicists,2005:1477—1481. ll 4结论 [8]XU S,PAYNE M A.Modeling elastic properties in carbon— (1)该研究拓展了SPM软孔隙度模型,将页 岩储集空间分为硬孔隙、基质孔隙和裂缝型孔隙, 建立了岩石物理模型,通过和其他模型预测结果对 比认为,SPM软孔隙度模型更适合于致密页岩储 层岩石物理建模。 ate rocks[J].The Leading Edge,2009,28(1):66-74. 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