一種砂泥巖薄互層流體替換方法與流程

本發明涉及油氣資源勘探技術領域，尤其涉及一種砂泥巖薄互層流體替換方法。

背景技術：

流體替換是一種非常重要的巖石物理方法，通常用來定量預測將巖石孔隙中的流體類型替換為另一種流體類型之后的巖石彈性特征差異，包括縱波速度、橫波速度、密度以及各種彈性模量等。利用這些巖石彈性特征差異可以校正泥漿侵入的測井曲線、分析流體類型對地震振幅隨偏移距變化(amplitudevariationwithoffset，avo)的影響以及模擬四維地震(4dseismic)的地震響應特征差異。

流體替換最常用的工具就是gassmann方程。而gassmann方程通常假設巖石為單一礦物均勻多孔介質，這樣才能保證彈性波在巖石傳播過程中引起的孔隙壓力可以在整個孔隙空間得到充分均衡。而當gassmann方程應用于砂泥巖薄互層時，這些假設條件就不能滿足，會導致錯誤的結果。這是因為砂泥巖薄互層中的泥巖會通過以下幾種方法影響gassmann方程的應用效果：(1)由于泥巖或者泥質砂巖中泥質部分的低孔隙度和低滲透性，會阻止彈性波在巖石傳播過程中引起的孔隙壓力無法得到均衡，(2)泥質砂巖中泥質部分違反了gassmann方程的單一礦物組成的假設(3)理想情況下的砂泥巖薄互層流體替換是只對薄互層中的砂巖部分進行流體替換，而泥巖不進行流體替換，而現有的觀測方法(包括地震、測井、vsp等)分辨率無法達到區分砂泥巖薄互層的砂巖和泥巖部分。

針對泥質砂巖儲層的流體替換方法有很多，例如：利用經驗公式對gassmann方程中的干燥巖石骨架的彈性模量進行修正的方法；將巖石孔隙中充填的泥質作為巖石基質的一部分，利用voigt-reuss-hill平均方法計算巖石基質彈性模量，同時利用有效孔隙度用來代替總孔隙度的方法。然而這些方法都不是砂泥巖薄互層提出的。一般砂泥巖薄互層的厚度在地震分辨率以下，因此測量得到彈性特征都是多個砂層和泥層的平均值。如果直接應用gassmann方程進行流體替換，而不考慮砂泥巖薄互層薄互層的非均質性，就會出現誤差。

常規的砂泥巖薄互層流體替換方法就是首先利用逆backus平均對砂泥巖薄互層進行“降尺度”，分別得到各個砂層和泥層的特征(孔隙度、等效彈性模量)，然后應用gassmann方程僅對各個砂層進行流體替換，最后再利用backus平均方法對砂泥巖薄互層進行“降尺度”，即對所有的砂層和泥層進行backus平均，得到整個薄互層的彈性特征。當砂泥巖薄互層中砂層和泥層的比例已知的情況下，這種“升降尺度”的方法是比較理想的。然而實際過程中，砂泥巖薄互層中砂層和泥層的比例很難確定，因此可能導致較大的誤差，特別是砂層的比例很小的時候。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種砂泥巖薄互層流體替換方法，該方法僅僅改變砂泥巖薄互層中砂層的流體類型，不改變砂泥巖薄互層中泥層的流體類型；并且既不需要已知砂泥巖薄互層中砂層和泥層所占的比例，也不需要對砂泥巖薄互層進行“升降尺度”處理。

本發明采用下述技術方案：

一種砂泥巖薄互層流體替換方法，根據已知砂泥巖薄互層的參數，利用砂泥巖薄互層流體替換后縱波柔度的改變量與砂泥巖薄互層中純凈砂巖層流體替換后縱波柔度的改變量成正比的關系模型，計算砂泥巖薄互層流體替換后的彈性特征。

步驟1：收集砂泥巖薄互層的縱波速度、密度、有效孔隙度和飽和度；

步驟2：根據砂泥巖薄互層的縱波速度vpsat1和密度ρsat1計算含有原始流體類型1的砂泥巖薄互層的縱波模量msat1和縱波柔度csat1；

步驟3：根據純凈砂巖層的孔隙度φsand和含有原始流體類型1的純凈砂巖層的縱波速度vpsand1和密度ρsand1，計算含有原始流體類型1的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量msand1和縱波柔度csand1；

步驟4：根據巖石物理經驗值選取砂泥巖薄互層中純凈砂巖層巖石基質的體積模量ksand0和剪切模量μsand0計算砂泥巖薄互層中純凈砂巖層巖石基質的縱波模量msand0；

步驟5：根據原始孔隙流體類型1的飽和度、孔隙流體組成成分的體積模量計算孔隙流體類型1的體積模量kf1和密度ρf1；

步驟6：利用替換后的孔隙流體類型2的飽和度、孔隙流體組成成分的體積模量計算孔隙流體類型2的體積模量kf2和密度ρf2；

步驟7：利用gassmann方程計算原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量msand2和縱波柔度csand2；

步驟8：根據砂泥巖薄互層的有效孔隙度φeff計算砂泥巖薄互層含有的原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的縱波柔度csat2和縱波模量msat2；計算砂泥巖薄互層含有的原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的密度ρsat2和縱波速度vpsat2。

進一步的，所述的步驟2中，假定砂泥巖薄互層原始流體類型1被流體類型2替換，其相應參量下標分別以1、2加以區別；

進一步的，所述的步驟3中，假定砂泥巖薄互層中純凈砂巖層原始流體類型1被流體類型2替換，其相應參量下標分別以1、2加以區別；選取砂泥巖薄互層中純凈砂巖層確定純凈砂巖層的孔隙度φsand；

進一步的，所述的步驟4中，砂泥巖薄互層中純凈砂巖層巖石基質的縱波模量msand0：

進一步的，所述的步驟5中，孔隙流體類型1的體積模量kf1和密度ρf1分別為：

ρf1＝ρhydro·(1-sw1)+ρwater·sw1(7)

式中，khydro和kwater分別為碳氫化合物(油或氣)、水的體積模量，ρhydro和ρwater分別為碳氫化合物(油或氣)、水的密度，sw1為孔隙流體類型1的含水飽和度，1-sw1為孔隙流體類型1的含碳氫化合物(油或氣)飽和度。

進一步的，所述的步驟6中，假定原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換，孔隙流體類型2的體積模量kf2和密度ρf2分別為：

ρf2＝ρhydro·(1-sw2)+ρwater·sw2(9)

式中，sw2為為替換后的孔隙流體類型2的含水飽和度，1-sw2為替換后的孔隙流體類型2的含碳氫化合物(油或氣)飽和度。

進一步的，所述的步驟7中，原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量msand2和縱波柔度csand2分別為：

進一步的，所述的步驟8中，利用砂泥巖薄互層流體替換后縱波柔度的改變量與砂泥巖薄互層中純凈砂巖層流體替換后縱波柔度的改變量成正比的關系模型，原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后砂泥巖薄互層的縱波柔度csat2和縱波模量msat2分別為：

砂泥巖薄互層含有的原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的密度ρsat2和縱波速度vpsat2分別為：

ρsat2＝ρsat1+φeff·(ρf2-ρf1)(14)

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)本發明利用砂泥巖薄互層流體替換后縱波柔度的改變量與砂泥巖薄互層中純凈砂巖層流體替換后縱波柔度的改變量成正比的關系模型，計算砂泥巖薄互層流體替換后的彈性特征，具有普遍適用性，避免了常規的方法需要已知砂泥巖薄互層中砂層和泥層所占的比例的缺陷；

(2)本發明提出的砂泥巖薄互層流體替換方法，直接對觀測尺度的數據進行流體替換，不需要對數據進行“升降尺度”處理，簡單易用，彌補了常規方法在砂巖層所占比例很小的情況下會出現很大的誤差的不足。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。

圖1為砂泥巖薄互層流體替換的流程圖；

圖2為某油田含氣砂泥巖薄互層的測井曲線；

圖3為含有原始流體類型1的砂泥巖薄互層的縱波模量和縱波柔度；

圖4為含有原始流體類型1的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量和縱波柔度、純凈砂巖層巖石基質的縱波模量；

圖5為孔隙流體類型1的體積模量和密度；

圖6為替換后的孔隙流體類型2的體積模量和密度；

圖7為原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量和縱波柔度；

圖8為原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后砂泥巖薄互層的縱波柔度和縱波模量；

圖9為原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后砂泥巖薄互層的密度和縱波速度。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術所介紹的，現有技術中存在常規替換方法誤差較大的不足，為了解決如上的技術問題，本申請提出了一種砂泥巖薄互層流體替換方法。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示，提供了一種砂泥巖薄互層流體替換方法，根據已知砂泥巖薄互層的參數，利用砂泥巖薄互層流體替換后縱波柔度的改變量與砂泥巖薄互層中純凈砂巖層流體替換后縱波柔度的改變量成正比的關系模型，計算砂泥巖薄互層流體替換后的彈性特征。

步驟1：收集砂泥巖薄互層的縱波速度、密度、有效孔隙度和飽和度；

步驟2：根據砂泥巖薄互層的縱波速度vpsat1和密度ρsat1計算含有原始流體類型1的砂泥巖薄互層的縱波模量msat1和縱波柔度csat1；

假定砂泥巖薄互層原始流體類型1被流體類型2替換，其相應參量下標分別以1、2加以區別；

步驟3：根據純凈砂巖層的孔隙度φsand和含有原始流體類型1的純凈砂巖層的縱波速度vpsand1和密度ρsand1，計算含有原始流體類型1的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量msand1和縱波柔度csand1；

假定砂泥巖薄互層中純凈砂巖層原始流體類型1被流體類型2替換，其相應參量下標分別以1、2加以區別；選取砂泥巖薄互層中純凈砂巖層確定純凈砂巖層的孔隙度φsand；

步驟4：根據巖石物理經驗值選取砂泥巖薄互層中純凈砂巖層巖石基質的體積模量ksand0和剪切模量μsand0計算砂泥巖薄互層中純凈砂巖層巖石基質的縱波模量msand0；

砂泥巖薄互層中純凈砂巖層巖石基質的縱波模量msand0為：

步驟5：根據原始孔隙流體類型1的飽和度、孔隙流體組成成分的體積模量計算孔隙流體類型1的體積模量kf1和密度ρf1；

孔隙流體類型1的體積模量kf1和密度ρf1分別為：

ρf1＝ρhydro·(1-sw1)+ρwater·sw1(7)

式中，khydro和kwater分別為碳氫化合物(油或氣)、水的體積模量，ρhydro和ρwater分別為碳氫化合物(油或氣)、水的密度，sw1為孔隙流體類型1的含水飽和度，1-sw1為孔隙流體類型1的含碳氫化合物(油或氣)飽和度。

步驟6：利用替換后的孔隙流體類型2的飽和度、孔隙流體組成成分的體積模量計算孔隙流體類型2的體積模量kf2和密度ρf2；

假定原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換，孔隙流體類型2的體積模量kf2和密度ρf2分別為：

ρf2＝ρhydro·(1-sw2)+ρwater·sw2(9)

式中，sw2為為替換后的孔隙流體類型2的含水飽和度，1-sw2為替換后的孔隙流體類型2的含碳氫化合物(油或氣)飽和度。

步驟7：利用gassmann方程計算原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量msand2和縱波柔度csand2；

原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量msand2和縱波柔度csand2分別為：

步驟8：利用砂泥巖薄互層流體替換后縱波柔度的改變量與砂泥巖薄互層中純凈砂巖層流體替換后縱波柔度的改變量成正比的關系模型，根據砂泥巖薄互層的有效孔隙度φeff計算砂泥巖薄互層含有的原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的縱波柔度csat2和縱波模量msat2；計算砂泥巖薄互層含有的原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的密度ρsat2和縱波速度vpsat2。

原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后砂泥巖薄互層的縱波柔度csat2和縱波模量msat2分別為：

砂泥巖薄互層含有的原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的密度ρsat2和縱波速度vpsat2分別為：

ρsat2＝ρsat1+φeff·(ρf2-ρf1)(14)

某油田含氣砂泥巖薄互層的測井曲線如圖2所示，包括泥質含量、有效孔隙度、原始孔隙流體類型1含水飽和度、孔隙流體類型1含水飽和度砂泥巖薄互層的密度、縱波速度等，這些數據為實施步驟1的輸入數據。

含有原始流體類型1的砂泥巖薄互層飽和巖石的縱波模量和縱波柔度如圖3所示，它們是由砂泥巖薄互層的縱波速度和密度根據步驟2中的式(1)和(2)計算得到。

含有原始流體類型1的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量和縱波柔度、純凈砂巖層巖石基質的縱波模量如圖4所示，它們是由含有原始流體類型1的純凈砂巖層的縱波速度和密度根據步驟3中的式(3)和(4)、步驟4中的式(5)計算得到。這里純凈砂巖層的孔隙度、縱波速度和密度分別取0.13，3340m/s和2.43g/cm³，純凈砂巖層巖石基質的體積模量和剪切模量分別取36gpa和45gpa。

孔隙流體類型1的體積模量和密度如圖5所示，它們是由原始孔隙流體類型1的飽和度、孔隙流體組成成分的體積模量等根據步驟5中的式(6)和(7)計算得到，這里孔隙流體組成成分為水和氣，孔隙流體類型1的含水飽和度即為圖2中的含水飽和度，水的體積模量和密度分別取2.29gpa和1.0g/cm³，氣的體積模量和密度分別取0.0208gpa和0.00001g/cm³。

替換后的孔隙流體類型2的體積模量和密度如圖6所示，它們是由孔隙流體類型2的飽和度、孔隙流體組成成分的體積模量等根據步驟6中的式(8)和(9)計算得到，這里孔隙流體組成成分為水，孔隙流體類型2的含水飽和度即為100％，水的體積模量和密度分別取2.29gpa和1.0g/cm³。

原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量和縱波柔度如圖7所示，它們是由原始孔隙流體類型1的體積模量、替換后的孔隙流體類型2的體積模量、含原始孔隙流體類型1的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量、純凈砂巖層巖石基質縱波模量等根據計算步驟7中的式(10)和(11)得到。

原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后砂泥巖薄互層的縱波柔度和縱波模量如圖8所示，它們是由原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換前后的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量和縱波柔度、純凈砂巖層孔隙度、砂泥巖薄互層的有效孔隙度等利用新發明的砂泥巖薄互層流體替換后的縱波柔度改變量與砂泥巖薄互層中純凈砂巖層流體替換后的縱波柔度改變量成正比的關系模型，根據步驟8中(12)和(13)計算得到。

原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后砂泥巖薄互層的密度和縱波速度如圖9所示，它們是由原始孔隙流體類型1的密度、孔隙流體類型2的密度、含孔隙流體類型1砂泥巖薄互層的密度、含孔隙流體類型2砂泥巖薄互層的縱波模量等根據步驟8中(14)和(15)計算得到。

以上所述僅為本申請的優選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。