一种煤岩储层岩石物理建模的方法与流程

1.本发明属于油气勘探开发、非常规与新能源技术领域，具体涉及一种煤岩储层岩石物理建模的方法。


背景技术：

2.煤层气作为一种新型能源，其勘探越来越引起许多国家的重视。煤层既是煤层气的源岩层，也是煤层气的储集层。找到煤层并不一定能找到有效的煤层气气藏，还必须进一步寻找有利于煤层气聚集的场所。随着近年来勘探工作不断的深入，煤岩储层含气性的准确识别和预测成为煤层气勘探中非常重要的工作。目前，由于对煤岩储层含气性预测技术的缺乏，煤层气勘探开发经济效益差，已成为制约中国煤层气勘探开发的主要难题。虽然综合测井资料可以在纵向上较为有效地评价煤岩储层，但在实际勘探生产中，煤岩储层横向展布及含气性特征仍然是需要攻关研究的方向。
3.有效识别煤岩储层的含气性，其中关键的环节就是要开展煤岩储层的岩石物理建模方法研究，对煤岩储层的横波速度和弹性参数进行合理有效估算，对含气储层的敏感弹性参数进行分析，建立精确的岩石物理分析量版，最终形成一套适用于研究区煤岩储层的岩石物理建模方法，为煤系地层提供全面有效测井标定的基础。通过地震资料叠前反演技术预测主力煤层含气性及平面分布范围，为盆地煤层气勘探、储量计算及井位部署提供有力依据。因此，研究煤岩储层岩石物理建模的方法具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的，是要提供一种煤岩储层岩石物理建模的方法，通过确定煤层骨架等效模型、孔隙等效模型、流体混合等效模型，并结合gassman方程建立煤岩储层岩石物理模型，可以计算出准确的弹性参数，横波速度，通过建立岩石物理量版，划分出有利储层类型，为煤岩储层含气性预测奠定基础。
5.本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：
6.一种煤岩储层岩石物理建模的方法，包括以下步骤：
7.s1、煤层段测井曲线校正
8.s11、煤层段密度测井曲线校正
9.通过煤岩储层密度测井的响应特征，分析密度测井受扩径的影响，根据扩径和密度测井之间的关系，建立密度测井曲线受扩径影响的校正模型；
10.s12、煤层段声波时差曲线校正
11.根据声波测井的发射周期确定扩径影响引起的声波时差的增大量，建立声波时差曲线受扩径影响的校正模型；
12.s2、煤层骨架矿物组分计算
13.采用等效体积模型，将煤层骨架矿物组分等效成由碳分、灰分和水分三部分组成的三元体积模型，计算得到煤层骨架矿物组分中碳分、灰分、水分的体积；
14.其中碳分、灰分、水分体积之和为1，水分为基质孔隙度与裂缝孔隙度的总和；
15.s3、煤层孔隙度计算
16.煤层孔隙度分为基质孔隙度和裂缝孔隙度，通过电阻率测井获得电阻率曲线求出裂缝孔隙度；然后通过步骤s2煤层骨架矿物组分计算中求取的水分的体积与裂缝孔隙度做差得到基质孔隙度；
17.s4、煤层含水饱和度计算
18.通过西门杜方程计算煤层含水饱和度，西门杜方程的公式为：
[0019][0020]
其中，sw为含水饱和度，值域为0～1；r
sh
为完全含水泥质电阻率(ω
·
m)；rw为地层水电阻率；v
sh
为泥质质量分数，值域为0～1；r
t
为地层电阻率(ω
·
m)；фe为有效孔隙度，值域为0～1；c、d、n为岩电参数；
[0021]
s5、煤层等效模型确定
[0022]
通过reuss极限模型，以及步骤s2得到的煤层骨架矿物组分中碳分、灰分、水分的体积，确定煤层骨架矿物等效模型；
[0023]
通过dem模型，以及步骤s3得到的基质孔隙度和裂缝孔隙度，确定孔隙等效模型；
[0024]
通过brie模型，以及步骤s4得到的煤层含水饱和度，确定流体混合等效模型；
[0025]
s6、煤层岩石物理建模及量版分析
[0026]
在煤层骨架矿物等效模型、孔隙等效模型、流体混合等效模型的基础上，结合gassman方程，建立煤岩储层岩石物理模型；
[0027]
通过煤岩储层岩石物理模型计算弹性参数和纵横波速度比，对弹性参数交会分析，选择煤层气敏感参数，建立煤岩储层岩石物理分析量版，并对煤岩储层类型进行划分。
[0028]
作为限定，步骤s11中，密度测井曲线受扩径影响的校正模型为：
[0029]
nc＝n+a(d
cal-d
bits
)/d
bits
+b
[0030]
其中，n为校正前密度测井曲线值，nc为校正后密度测井曲线值，d
cal
为井径值，d
bits
为钻头直径，a、b为校正系数。
[0031]
作为第二种限定，步骤s12中，声波时差曲线受扩径影响的校正模型为：
[0032]
δtc＝δt-δ
[0033][0034]
其中，δtc为校正后的声波时差，μs/m；δt为校正前的声波时差，μs/m；δ为声波时差校正量，μs/m；ds为实测井径与钻头直径之差，cm。
[0035]
作为第三种限定，步骤s2的具体步骤为：
[0036]
采用等效体积模型，将煤层骨架矿物组分等效成由碳分、灰分和水分三部分组成
的三元体积模型；
[0037]
利用中子曲线和步骤s1中校正后的煤层密度测井曲线、煤层声波时差曲线进行中子-密度交会图、声波-密度交会图分析，通过煤层所在区域碳分和灰分的取值范围，确定适用的煤层骨架矿物组分中碳分的密度值、声波值和中子值，灰分的密度值、声波值和中子值，以及水分的密度值、声波值和中子值；将其作为自变量输入rocklab软件的最优化测井解释模块，求解最优化测井线性方程组，计算得到煤层骨架矿物组分中碳分、灰分、水分的体积。
[0038]
作为第四种限定，步骤s3中，通过电阻率测井获得电阻率曲线求出裂缝孔隙度的公式为：
[0039][0040]
其中，phif为裂缝孔隙度；rd为深侧向电阻率，ω
·
m；rs为浅侧向电阻率，ω
·
m；rw为地层水电阻率，ω
·
m；r
wf
为地层自由水电阻率，ω
·
m；m为胶结系数；r
mf
为泥浆滤液电阻率，ω
·
m。
[0041]
作为第五种限定，步骤s6中，对煤岩储层类型进行划分时，当纵横波速度比大于等于1.8，小于2.05时属于煤层气ⅰ类储层；大于等于2.05，小于2.25时属于煤层气ⅱ类储层；大于等于2.25时属于煤层气ⅲ类储层。
[0042]
本发明由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
[0043]
(1)本发明通过确定煤层骨架等效模型、孔隙等效模型、流体混合等效模型，并结合gassman方程建立了煤岩储层岩石物理模型，可以计算出准确的弹性参数，横波速度，通过建立岩石物理量版，可以划分出有利储层类型，为煤岩储层含气性预测奠定基础；
[0044]
(2)本发明通过对弹性参数交会分析，选择煤层气敏感参数，建立了研究区煤层气岩石物理分析量版，为叠前正演模拟和叠前反演提供了可靠的弹性参数，有利于研究煤岩储层的地震响应特征的分析，从而指导储层预测工作；
[0045]
(3)本发明通过叠前同时反演，预测了主力煤层有利区，提高了储层含气性的识别精度，反演结果与已知井吻合度平均为86.7％，为下步井位部署提供了可靠地依据；
[0046]
(4)本发明为后续的煤岩储层勘探、储量计算、圈闭识别与评价、目标优选等提供了依据和参考，并提高了钻探成功率。
[0047]
本发明属于油气勘探开发、非常规与新能源技术领域，适用于建立煤岩储层岩石物理模型。
附图说明
[0048]
图1为本发明实施例的方法流程图；
[0049]
图2为本发明实施例中煤层密度变化量与扩径率的关系曲线图；
[0050]
图3为本发明实施例中声波时差曲线和密度测井曲线校正前后对比图；
[0051]
图4为本发明实施例中中子-密度交会图；
[0052]
图5为本发明实施例中声波-密度交会图；
[0053]
图6为本发明实施例中岩石物理建模得到曲线与原始曲线对比图；
[0054]
图7为本发明实施例中实测与煤岩储层岩石物理模型预测纵横波速度比与纵波阻抗交会图；
[0055]
图8为本发明实施例中煤层含气性岩石物理分析量版。
具体实施方式
[0056]
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本领域的技术人员应当理解，本发明并不限于以下实施例，任何在本发明具体实施例基础上做出的改进和变化都在本发明权利要求保护的范围之内。
[0057]
实施例 一种煤岩储层岩石物理建模的方法
[0058]
本实施例中以煤层段扩径较为严重的煤层作为研究区进行说明，其中研究区扩径率最大达61％，且研究区煤层埋深较浅，孔隙度低，介于4％～10％之间，孔隙结构较复杂，包括为基质孔和裂缝孔。
[0059]
如图1所示，本实施例包括以下步骤：
[0060]
s1、煤层段测井曲线校正
[0061]
s11、煤层段密度测井曲线校正
[0062]
通过煤岩储层密度测井的响应特征，分析密度测井受扩径的影响，根据扩径和密度测井之间的关系，建立密度测井曲线受扩径影响的校正模型；
[0063]
其中，密度测井曲线受扩径影响的校正模型为：
[0064]
nc＝n+a(d
cal-d
bits
)/d
bits
+b
[0065]
其中，n为校正前密度测井曲线值，nc为校正后密度测井曲线值，d
cal
为井径值，d
bits
为钻头直径，a、b为校正系数；
[0066]
本步骤中，求取a、b值时，首先通过测井实验室分析测得的视相对密度与煤岩扩径段的测井密度求取密度变化量δρ，并采用最小二乘法求取研究区内的煤层密度变化量与扩径率的关系式，关系式的系数即是要求取的a、b值，如图2所示为煤层密度变化量与扩径率的关系曲线图，即a＝2.7404，b＝-0.6293，最终求取校正后的煤层密度测井曲线；如图3所示，煤层密度测井曲线校正后，在扩径段，校正后的密度值比校正前的密度值大，与实验室分析的视相对密度值非常接近，说明本步骤在一定程度上消除了扩径的影响；
[0067]
s12、煤层段声波时差曲线校正
[0068]
根据声波测井的发射周期确定扩径影响引起的声波时差的增大量，建立声波时差曲线受扩径影响的校正模型；
[0069]
本步骤中，采用频率法进行声波时差曲线校正，频率法是基于声波测井仪器的基本原理；在井眼正常情况下，声波时差测井测量的是首波时差；若煤层扩径，由于首波衰减过大，接收器接收到的并非首波，因此，两个接收器间的时差将增大；现场实际测井中，声波测井的发射频率一般为20khz，因此声波的周期为t＝1/20＝50μs；由此原理，扩径影响引起的声波时差增大量应为50μs的倍数，即校正量以50μs为单位，据此原理给出了声波时差曲线受扩径影响的校正模型；
[0070]
其中，声波时差曲线受扩径影响的校正模型为：
[0071]
δtc＝δt-δ
[0072][0073]
其中，δtc为校正后的声波时差，μs/m；δt为校正前的声波时差，μs/m；δ为声波时差校正量，μs/m；ds为实测井径与钻头直径之差，cm；
[0074]
如图3所示，声波时差曲线校正后，校正结果较实测值低、且与实验室分析化验值较为接近，表明根据声波测井的发射周期确定扩径影响引起的声波时差的增大量，能够较有效地提高声波时差测井扩径影响的校正精度；
[0075]
s2、煤层骨架矿物组分计算
[0076]
采用等效体积模型，将煤层骨架矿物组分等效成由碳分、灰分和水分三部分组成的三元体积模型，计算得到煤层骨架矿物组分中碳分、灰分、水分的体积；
[0077]
其中碳分、灰分、水分体积之和为1，水分为基质孔隙度与裂缝孔隙度的总和；
[0078]
本步骤的具体过程为：
[0079]
采用等效体积模型，将煤层骨架矿物组分等效成由碳分、灰分和水分三部分组成的三元体积模型；
[0080]
利用中子曲线和步骤s1中校正后的煤层密度测井曲线、煤层声波时差曲线对研究区的煤层进行中子-密度交会图、声波-密度交会图分析，如图4及图5所示，通过煤层所在区域碳分和灰分的取值范围，在中子-密度交会图中确定碳点、灰点、水点的中子值和密度值，并在声波-密度交会图确定碳点、灰点、水点的声波值和密度值；
[0081]
将确定的煤层骨架矿物组分中碳分的密度值、声波值和中子值，灰分的密度值、声波值和中子值，以及水分的密度值、声波值和中子值作为自变量输入rocklab软件的最优化测井解释模块，求解最优化测井线性方程组，计算得到煤层骨架矿物组分中碳分、灰分、水分的体积；
[0082]
s3、煤层孔隙度计算
[0083]
本步骤中，煤层孔隙度分为基质孔隙度和裂缝孔隙度，首先通过电阻率测井获得电阻率曲线求出裂缝孔隙度；然后通过步骤s2煤层骨架矿物组分计算中求取的水分的体积与裂缝孔隙度做差得到基质孔隙度；
[0084]
其中，通过电阻率测井获得电阻率曲线求出裂缝孔隙度的公式为：
[0085][0086]
其中，phif为裂缝孔隙度；rd为深侧向电阻率，ω
·
m；rs为浅侧向电阻率，ω
·
m；rw为地层水电阻率，ω
·
m；r
wf
为地层自由水电阻率，ω
·
m；m为胶结系数；r
mf
为泥浆滤液电阻率，ω
·
m；
[0087]
s4、煤层含水饱和度计算
[0088]
一般煤层的含水矿化度较高，煤层气越富集，因此，本步骤通过西门杜方程计算煤层含水饱和度，适用于地层水矿化度较高的煤岩储层；
[0089]
西门杜方程的公式为：
[0090][0091]
其中，sw为含水饱和度，值域为0～1；r
sh
为完全含水泥质电阻率(ω
·
m)；rw为地层水电阻率；v
sh
为泥质质量分数，值域为0～1；r
t
为地层电阻率(ω
·
m)；фe为有效孔隙度，值域为0～1；c、d、n为岩电参数；通过rocklab软件中电阻率和孔隙度交会的pickett图分析，选择研究区煤层的岩电参数c＝1、d＝1.6、n＝2、rw＝1.43；
[0092]
s5、煤层等效模型确定
[0093]
通过reuss极限模型，以及步骤s2得到的煤层骨架矿物组分中碳分、灰分、水分的体积，确定煤层骨架矿物等效模型；
[0094]
通过dem模型，以及步骤s3得到的基质孔隙度和裂缝孔隙度，确定孔隙等效模型；
[0095]
通过brie模型，以及步骤s4得到的煤层含水饱和度，确定流体混合等效模型；
[0096]
s6、煤层岩石物理建模及量版分析
[0097]
在煤层骨架矿物等效模型、孔隙等效模型、流体混合等效模型的基础上，结合gassman方程，建立煤岩储层岩石物理模型；
[0098]
通过煤岩储层岩石物理模型计算弹性参数和纵横波速度比，对弹性参数交会分析，选择煤层气敏感参数，建立煤岩储层岩石物理分析量版，并对含气储层类型进行划分。
[0099]
如图6所示，本步骤中煤岩储层岩石物理模型生成的预测曲线与校正后的实测曲线，基本一致；如图7所示，从实测的纵横波速度比和纵波阻抗交会图与煤岩储层岩石物理模型预测的纵横波速度比和纵波阻抗交会图对比表明，煤岩储层岩石物理模型预测的煤层纵横波速度比反应储层的含气性规律明显，说明本步骤的煤岩储层岩石物理模型能够为煤岩储层含气性的预测奠定基础。
[0100]
本步骤中，可以通过纵横波速度比与纵波阻抗交会图，在煤岩储层岩石物理分析量版上对煤岩储层类型进行划分，通过结合煤层孔隙度、含气饱和度参数来进一步定量表征煤岩储层的含气性，即ⅰ类储层其纵横波速度比大于等于1.8，小于2.05，孔隙度大于10％，含气饱和度大于50％；ii类储层其纵横波速度比大于等于2.05，小于2.25，孔隙度在5％～10％，含气饱和度在20％～50％；ⅲ类储层其纵横波速度比大于等于2.25，孔隙度小于5％，含气饱和度小于20％，如图8所示。
[0101]
需要说明的是，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，尽管参照上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，其依然可以对上述各实施例所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。