确定砂岩孔隙体积变化量与有效应力关系模型的方法与流程

1.本发明涉及地质学、石油地质勘探和油气开发等技术领域，特别是涉及到一种确定砂岩孔隙体积变化量与有效应力关系模型的方法。


背景技术：

2.地下的砂岩的孔隙是地层流体，包括油、气和水的重要储集空间，其孔隙的发育程度影响着其内部蕴含的流体资源量的丰度。孔隙度则是储集空间的表征参数，而孔隙度的测定一般是在地表条件下进行，但岩石的孔隙度受应力条件影响较大，因此要对地表条件测定的孔隙度进行地下压力条件的孔隙度校正。目前对地下砂岩孔隙度的获取方法包括以下等方法：利用覆压孔渗测定实验确定地下条件下的孔隙度；利用三轴力学实验或理论计算方法确定地下孔隙度的校正系数；利用覆压孔隙度测定数据结合地表孔隙度测定数据确定地下孔隙度的校正系数或校正图版。前两者实验过程较为复杂，成本较高。
3.另外，在构造抬升、上覆地层剥蚀过程种，由于岩石的有效应力的降低，也会发生砂岩的回弹，导致孔隙度增高，这种砂岩回弹作用也越来越引起研究者的重视。不管是地下孔隙度的校正，还是构造抬升剥蚀过程的砂岩回弹量，都涉及到岩石孔隙体积与有效应力的相关关系，目前，对于砂岩的孔隙体积与有效应力变化也缺少系统的量化方法。
4.在申请号：201110255570.1的中国专利申请中，涉及到一种渗流力学实验中水测覆压孔隙度的测定方法，在已知孔隙体积的岩心周围加围压，将已知压缩系数的单相流体饱和地注入该岩心中，并使该岩心两端压力符合地层真实情况；然后依次增加围压压力，并依次测定增加围压后岩心内部孔隙压力的变化，由此确定孔隙体积变化，进而确定覆压情况下的孔隙度变化。该方法主要涉及测试方法及测试后的定量计算，未涉及孔隙体积增量与有效应力降低量关系的模型，也未涉及某一地区不同深度岩石的定量模型及图版。
5.在申请号：201410283816.x的中国专利申请中，涉及到一种校正页岩储层覆压物性的方法。该方法以储层岩心覆压试验为基础，通过分析岩心覆压后的物性变化与覆盖压力变化之间的关系及规律，建立储层物性覆压校正模型，即储层孔隙度覆压校正模型和储层渗透率覆压校正模型；所述方法包括以下步骤：(1)开展岩心覆压实验，得到实验结果；(2)建立岩心物性覆压校正模型：根据步骤(1)所得的实验结果，分析岩心覆压物性值与覆压值的变化关系，建立每个岩心样品的覆压物性与覆压值变化之间的关系模型；(3)建立储层物性覆压校正模型：分析步骤(2)所建各个岩心物性覆压校正模型之间的差异，以及该差异与岩心地面常规物性值大小之间的变化规律。该发明未涉及孔隙体积增量与有效应力降低量关系的模型，也未涉及某一地区不同深度岩石的定量模型及图版。
6.在论文“砂岩回弹物理模拟实验”(发表于《地质学报》，2007年2月)阐述了采用全伺服三轴岩石力学实验装置及正交实验方法,分别对人造砂岩和大庆长垣的实际砂岩进行物理模拟实验,探讨砂体回弹的回弹量及其影响因素。实验结果表明:在岩石弹性范围内,卸载会造成下伏砂体回弹,且回弹量是可观的,可超过1％；岩性是影响砂体回弹的最主要的因素,围压次之；砂体回弹过程与有效上覆压力关系密切,可以用对数模型来描述。该文
献未涉及孔隙体积增量与有效应力降低量关系的模型，也未涉及某一地区不同深度岩石的定量模型及图版。
7.论文“岩石弹性变形中孔隙度变化公式及其应用”(发表于《大庆石油地质与开发》，2005年6月)阐述了借助于zimmerman提出的压缩系数及其相关关系，将孔隙度变化与压缩系数结合起来，从理论上证明了岩石在弹性变形过程中孔隙度的变化情况。认为孔隙度变化与否与净围压有直接关系，若净围压不变，孔隙度也不变；若净围压改变，则孔隙度也将变化。该文献所述的孔隙度校正公式与本技术存在较大差异，并且也未涉及某一地区不同深度岩石的定量模型及图版。
8.为此我们发明了一种新的确定砂岩孔隙体积变化量与有效应力关系模型的方法，解决了以上技术问题。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种孔隙体积增量与有效应力变化量关系模型较为准确，且易于操作的确定砂岩孔隙体积变化量与有效应力关系模型的方法。
10.本发明的目的可通过如下技术措施来实现：确定砂岩孔隙体积变化量与有效应力关系模型的方法，该确定砂岩孔隙体积变化量与有效应力关系模型的方法包括：步骤1、收集确定研究单元的砂岩样品的覆压孔隙度测定数据；步骤2、分类整理覆压孔隙度数据；步骤3、确定孔隙体积增量与有效应力降低量关系；步骤4、建立孔隙体积增量与有效应力关系图版。
11.本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
12.在步骤1中，研究单元为特定盆地、坳陷、凹陷、洼陷或层位。
13.在步骤2中，对同一研究单元的砂岩样品进行分类，分类方法包括按照深度分类、按照成岩程度分类。
14.在步骤3中，以地层应力条件下的孔隙体积数据为基础，以其它应力条件下的孔隙体积与地层应力条件下的孔隙体积的差值为孔隙体积的增量；以地层条件下的有效应力为基础，其它应力与地层条件下的有效应力的差值为有效应力降低量。
15.在步骤3中，对分类整理的覆压孔隙度数据，对孔隙体积增加量与有效应力降低量进行回归，回归公式为一无常数项的二次函数，如公式1所示，确定出二次函数的二次项和一次项系数，此公式即为该深度下孔隙体积增量与有效应力降低量的量化关系；
16.y＝ax2+bx
ꢀꢀꢀ
(1)
17.公式(1)中，y为随着有效应力降低而引起的孔隙体积增加相对量，％，x为有效应力应力的降低量，mpa；a和b分别为常数，与岩石埋深及成岩程度有关。
18.在步骤3中，利用不同深度下砂岩的覆压孔隙度数据，对孔隙体积增加量与有效应力降低量关系进行如公式(1)所示的二次函数回归，获得回归方程，就确定不同深度下砂岩样品的孔隙体积增量与有效应力降低量的量化关系。
19.在步骤4中，在步骤3确定的不同深度砂岩的孔隙体积增量与有效应力降低量的量化关系基础上，绘制孔隙体积增量与有效应力降低量的关系图版；对于缺失样品的深度范围，在上部和下部样品的二次函数曲线间进行插值，确定孔隙体积增量与有效应力降低量关系。
20.该确定砂岩孔隙体积变化量与有效应力关系模型的方法还包括，在步骤4之后，确定地下孔隙度校正系数，根据某个深度下砂岩的孔隙体积增量与有效应力降低量关系，确定该深度下砂岩的地下孔隙度较正系数，根据该校正系数，由地表测定的孔隙度，计算地下应力条件下的孔隙度。
21.在确定地下孔隙度校正系数的步骤中，砂岩的地下孔隙度校正系数为：
[0022][0023]
因此，地下条件下的孔隙度利用地表孔隙度和校正系数计算，计算公式如下：
[0024][0025]
在公式(2)和公式(3)中，为砂岩在地层条件下的孔隙度，％；为砂岩在地表条件下测定的孔隙度，％；a为由砂岩由地层条件下至地表条件下的孔隙体积增加相对量，％；f为校正系数。
[0026]
在确定地下孔隙度校正系数的步骤中，对某特定砂岩样品的进行地下孔隙度校正时，首先要明确其发育深度，以确定其孔隙体积变化量与有效应力的定量关系，或者根据孔隙体积增量与有效应力关系图版确定孔隙体积增加量与有效应力关系；并且根据地下条件下的有效应力，确定由地下至地表过程中有效应力的降低量，根据应力降低量确定孔隙体积的增加相对量，进而确定孔隙度的校正系数。
[0027]
该确定砂岩孔隙体积变化量与有效应力关系模型的方法还包括，在步骤4之后，计算抬升剥蚀砂岩回弹孔体积增量，首先确定某研究单元的砂岩在构造抬升剥蚀前的埋深、抬升剥蚀前的有效应力条件和抬升剥蚀后的有效应力条件；根据抬升剥蚀前的埋深，确定孔隙体积增量与有效应力降低量的关系，计算抬升剥蚀前后的有效应力变化量，根据该研究单元的孔隙体积增量与有效应力降低量的关系，计算抬升剥蚀后孔隙体积增加的相对量，其计算公式为：
[0028]
δv/vo＝ax2+bx
ꢀꢀꢀ
(4)
[0029]
公式(4)中，vo为某单元砂岩在构造抬升剥蚀前的总孔隙体积，m3；δv为该研究单元砂岩在构造抬升剥蚀后孔隙体积的增加量，m3；x为抬升剥蚀前后的该研究单元砂岩的有效应力降低量，mpa；a和b为常数。
[0030]
本发明中的确定砂岩孔隙体积变化量与有效应力关系模型的方法，建立一种新的砂岩孔隙体积变化与有效应力的量化关系及量化图版，一方面用于快速进行地下条件下的砂岩孔隙度校正，另一方面，可以量化计算构造抬升、上覆地层剥蚀过程中，砂岩回弹引起的孔隙体积增量。该确定砂岩孔隙体积变化量与有效应力关系模型的方法可用于建立砂岩样品孔隙体积增量与有效应力变化量关系的数学模型，并可建立相应的图版，通过该数学模型和图版，可用于确定砂岩地下孔隙度的校正系数，还可以计算上覆地层剥蚀过程中砂岩孔隙体积的增量。孔隙体积增量与有效应力变化量关系模型较为准确，且易于操作，具有较好的应用效果和广阔的推广前景。
附图说明
[0031]
图1为本发明的确定砂岩孔隙体积变化量与有效应力关系模型的方法的一具体实施例的流程图；
[0032]
图2为本发明的一具体实施例中岩孔隙体积变化量与有效应力关系模型图版的示意图。
具体实施方式
[0033]
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
[0034]
如图1所示，图1为本发明的确定砂岩孔隙体积变化量与有效应力关系模型的方法的流程图。
[0035]
该确定砂岩孔隙体积变化量与有效应力关系模型的方法主要包括：101、收集砂岩覆压孔隙度数据；201、分类整理覆压孔隙度数据；301、确定孔隙体积增量与有效应力降低量关系；401、建立孔隙体积增量与有效应力关系图版；501、确定地下孔隙度校正系数；502、计算抬升剥蚀砂岩回弹孔体积增量。
[0036]
以下为应用本发明的几个具体实施例：
[0037]
实施例1：孔隙体积增量与有效应力关系及图版建立
[0038]
本实施例的砂岩孔隙体积增量与有效应力关系及图版的建立。其过程主要包括：101、收集砂岩覆压孔隙度数据；201、分类整理覆压孔隙度数据；301、确定孔隙体积增量与有效应力降低量关系；401、建立孔隙体积增量与有效应力关系图版。
[0039]
步骤101，收集砂岩覆压孔隙度数据：收集确定研究单元的砂岩样品的覆压孔隙度测定数据。研究单元可以为特定盆地、坳陷、凹陷、洼陷或层位等。
[0040]
步骤201，分类整理覆压孔隙度数据：对同一研究单元的砂岩样品进行分类，分类方法包括按照深度分类、按照成岩程度分类等。在本较佳的实施例中，按深度进行分类。
[0041]
步骤301，确定孔隙体积增量与有效应力降低量关系：以地层应力条件下的孔隙体积数据为基础，以其它应力条件下的孔隙体积与地层应力条件下的孔隙体积的差值为孔隙体积的增量。以地层条件下的有效应力为基础，其它应力与地层条件下的有效应力的差值为有效应力降低量。
[0042]
对分类整理的覆压孔隙度数据，对孔隙体积增加量(相对量)与有效应力降低量进行回归，回归公式为一无常数项的二次函数(公式1)，确定出二次函数的二次项和一次项系数，此公式即为该深度下孔隙体积增量与有效应力降低量的量化关系。
[0043]
y＝ax2+bx
ꢀꢀꢀ
(1)
[0044]
公式(1)中，y为随着有效应力降低而引起的孔隙体积增加相对量，％，x为有效应力应力的降低量，mpa；a和b分别为常数，与岩石埋深及成岩程度等有关。
[0045]
利用不同深度下砂岩的覆压孔隙度数据，对孔隙体积增加量(相对量)与有效应力降低量关系进行如公式(1)所示的二次函数回归，获得回归方程，就可以确定不同深度下砂岩样品的孔隙体积增量与有效应力降低量的量化关系。
[0046]
步骤401，建立孔隙体积增量与有效应力关系图版：在步骤301确定的不同深度砂岩的孔隙体积增量与有效应力降低量的量化关系基础上，绘制孔隙体积增量与有效应力降低量的关系图版。对于缺失样品的深度范围，在上部和下部样品的二次函数曲线间进行插值，确定孔隙体积增量与有效应力降低量关系。
[0047]
实施例2：确定地下孔隙度的校正系数：
[0048]
本实施例的确定地下孔隙度的校正系数，其过程主要包括：101、收集砂岩覆压孔隙度数据；201、分类整理覆压孔隙度数据；301、确定孔隙体积增量与有效应力降低量关系；401、建立孔隙体积增量与有效应力关系图版、501、确定地下孔隙度校正系数。
[0049]
步骤101，收集砂岩覆压孔隙度数据：收集确定研究单元的砂岩样品的覆压孔隙度测定数据。研究单元可以为特定盆地、坳陷、凹陷、洼陷或层位等。
[0050]
步骤201，分类整理覆压孔隙度数据：对同一研究单元的砂岩样品进行分类，分类方法包括按照深度分类、按照成岩程度分类等。在本较佳的实施例中，按深度进行分类。
[0051]
步骤301，确定孔隙体积增量与有效应力降低量关系：以地层应力条件下的孔隙体积数据为基础，以其它应力条件下的孔隙体积与地层应力条件下的孔隙体积的差值为孔隙体积的增量。以地层条件下的有效应力为基础，其它应力与地层条件下的有效应力的差值为有效应力降低量。
[0052]
对分类整理的覆压孔隙度数据，对孔隙体积增加量(相对量)与有效应力降低量进行回归，回归公式为一无常数项的二次函数(公式1)，确定出二次函数的二次项和一次项系数，此公式即为该深度下孔隙体积增量与有效应力降低量的量化关系。
[0053]
利用不同深度下砂岩的覆压孔隙度数据，对孔隙体积增加量(相对量)与有效应力降低量关系进行如公式(1)所示的二次函数回归，获得回归方程，就可以确定不同深度下砂岩样品的孔隙体积增量与有效应力降低量的量化关系。
[0054]
步骤401，建立孔隙体积增量与有效应力关系图版：在步骤301确定的不同深度砂岩的孔隙体积增量与有效应力降低量的量化关系基础上，绘制孔隙体积增量与有效应力降低量的关系图版。对于缺失样品的深度范围，在上部和下部样品的二次函数曲线间进行插值，确定孔隙体积增量与有效应力降低量关系。
[0055]
步骤501，确定地下孔隙度校正系数：根据某个深度下砂岩的孔隙体积增量与有效应力降低量关系，确定该深度下砂岩的地下孔隙度较正系数，根据该校正系数，可由地表测定的孔隙度，计算地下应力条件下的孔隙度。砂岩的地下孔隙度校正系数为：
[0056][0057]
因此，地下条件下的孔隙度可利用地表孔隙度和校正系数计算，计算公式如下：
[0058][0059]
在公式(2)和公式(3)中，为砂岩在地层条件下的孔隙度，％；为砂岩在地表条件下测定的孔隙度，％；a为由砂岩由地层条件下至地表条件下的孔隙体积增加相对量，％。f为校正系数。
[0060]
在步骤501中，对某特定砂岩样品的进行地下孔隙度校正时，首先要明确其发育深度，以确定其孔隙体积变化量与有效应力的定量关系，或者根据孔隙体积增量与有效应力关系图版确定孔隙体积增加量与有效应力关系。并且根据地下条件下的有效应力，确定由地下至地表过程中有效应力的降低量。根据应力降低量确定孔隙体积的增加相对量。进而确定孔隙度的校正系数。
[0061]
实施例3：计算抬升剥蚀砂岩回弹孔体积增量：
[0062]
本实施例的计算抬升剥蚀砂岩回弹孔体积增量，其过程主要包括：101、收集砂岩覆压孔隙度数据；201、分类整理覆压孔隙度数据；301、确定孔隙体积增量与有效应力降低
量关系；401、建立孔隙体积增量与有效应力关系图版；502、计算抬升剥蚀砂岩回弹孔体积增量。
[0063]
步骤101，收集砂岩覆压孔隙度数据：收集确定研究单元的砂岩样品的覆压孔隙度测定数据。研究单元可以为特定盆地、坳陷、凹陷、洼陷或层位等。
[0064]
步骤201，分类整理覆压孔隙度数据：对同一研究单元的砂岩样品进行分类，分类方法包括按照深度分类、按照成岩程度分类等。在本较佳的实施例中，按深度进行分类。
[0065]
步骤301，确定孔隙体积增量与有效应力降低量关系：以地层应力条件下的孔隙体积数据为基础，以其它应力条件下的孔隙体积与地层应力条件下的孔隙体积的差值为孔隙体积的增量。以地层条件下的有效应力为基础，其它应力与地层条件下的有效应力的差值为有效应力降低量。
[0066]
对分类整理的覆压孔隙度数据，对孔隙体积增加量(相对量)与有效应力降低量进行回归，回归公式为一无常数项的二次函数(公式1)，确定出二次函数的二次项和一次项系数，此公式即为该深度下孔隙体积增量与有效应力降低量的量化关系。
[0067]
利用不同深度下砂岩的覆压孔隙度数据，对孔隙体积增加量(相对量)与有效应力降低量关系进行如公式(1)所示的二次函数回归，获得回归方程，就可以确定不同深度下砂岩样品的孔隙体积增量与有效应力降低量的量化关系。
[0068]
步骤401，建立孔隙体积增量与有效应力关系图版：在步骤301确定的不同深度砂岩的孔隙体积增量与有效应力降低量的量化关系基础上，绘制孔隙体积增量与有效应力降低量的关系图版。对于缺失样品的深度范围，在上部和下部样品的二次函数曲线间进行插值，确定孔隙体积增量与有效应力降低量关系。
[0069]
步骤502，计算抬升剥蚀砂岩回弹孔体积增量：首先确定某研究单元的砂岩在构造抬升剥蚀前的埋深、抬升剥蚀前的有效应力条件和抬升剥蚀后的有效应力条件。根据抬升剥蚀前的埋深，确定孔隙体积增量与有效应力降低量的关系，计算抬升剥蚀前后的有效应力变化量，根据该研究单元的孔隙体积增量与有效应力降低量的关系，计算抬升剥蚀后孔隙体积增加的相对量，其计算公式为：
[0070]
δv/vo＝ax2+bx
ꢀꢀꢀ
(4)
[0071]
公式(4)中，vo为某单元砂岩在构造抬升剥蚀前的总孔隙体积，m3；δv为该研究单元砂岩在构造抬升剥蚀后孔隙体积的增加量，m3；x为抬升剥蚀前后的该研究单元砂岩的有效应力降低量，mpa；a和b为常数。
[0072]
图2为某研究区的孔隙体积增加相对量与有效应力降低量的关系及图版，从图版可以看出，该研究区各个深度的砂岩孔隙体积增加的相对量与有效应力降低量具有较好的相关关系，回归的不同深度砂岩的孔隙体积增加相对量与有效应力降低量的各个公式与实测数据的相关系数r2在0.6894～0.9363之间。该图版和量化关系可以有效用于地下孔隙度的校正，也可有效地计算构造抬升剥蚀前后的砂岩的孔隙体积增加量。说明本发明具有较好发明效果和较好的推广应用前景。
[0073]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范
围之内。
[0074]
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。