一种基于跨尺度数据融合的储层润湿性预测方法

本发明涉及油气田勘探开发，具体为一种基于跨尺度数据融合的储层润湿性预测方法。

背景技术：

1、储层润湿性是影响油水分布、毛管力、驱替效率及最终采收率的重要参数，在油气藏评价、开发方案设计和提高采收率过程中具有重要作用。现有润湿性评价方法主要包括接触角法、核磁共振法、自吸法等。上述方法虽然能够从实验层面反映岩石表面的润湿特征，但仍存在以下不足：

2、对岩心样品依赖较强，取样困难，难以实现全井段、全层位的润湿性连续评价；

3、润湿性实验成本高、周期长，且部分方法具有破坏性；

4、结果多为局部或离散点信息，难以表征储层随深度变化的连续润湿性分布；

5、传统基于测井资料的润湿性解释方法多为经验判别或间接推断，缺少矿物微观成分变化与润湿性之间的定量联系；

6、对于碳酸盐岩等复杂储层，矿物内部常存在离子替代、杂质掺入及表面电性变化，这些微观因素会改变矿物表面的水化层结构及流体吸附行为，从而影响润湿性，但现有方法难以准确反映。

7、以方解石为例，方解石晶格中ca2+被fe2+等离子替代后，矿物表面化学组成、表面电性以及与水分子的相互作用会发生变化，进而导致润湿性改变。然而，现有技术中尚缺少一种能够将元素测井曲线、矿物离子替代程度与润湿性定量对应起来的方法。因此，有必要提出一种新的评价方法，用于实现储层润湿性的连续、定量和可解释评价。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

3、一种基于跨尺度数据融合的储层润湿性预测方法，包括以下步骤：

4、s1：采集并预处理各项测井数据：确定主要储层矿物类型，判断元素含量变化是否主要来源于目标矿物内部的离子替代；

5、s2：识别目标矿物类型并确定元素替代关系：进行矿物反演得到连续矿物含量剖面；

6、s3：井中矿物样品润湿性标定：筛选元素测井曲线深度位置，获取岩心样品，并对样品进行润湿性实验标定；

7、s4：建立研究矿物的分子动力学模拟体系：建立矿物模型和液体模型，分别将不同元素替换程度的矿物模型分别与相同的溶液模型进行组合；

8、s5：设置分子动力学模拟参数并进行计算；

9、s6：分析不同替代比例下的润湿性参数：采用水膜法分析不同fe2+替代比例下方解石表面的润湿性变化；

10、s7：建立fe2+替代比例与润湿性之间的定量关系：基于不同fe2+替代比例下构建的矿物与流体界面分子动力学模型，提取界面分子的均方位移曲线并拟合获得扩散系数；提取界面分子相对浓度分布中的强吸附峰峰值；结合对应fe2+替代比例下的模拟结果，建立定量关系模型；

11、s8：建立润湿性分级标准并输出评价结果：根据矿物组成分析结果、元素测试结果获得fe2+替代比例，代入定量关系模型，得到综合润湿性评价指标。

12、作为本发明所述的一种基于跨尺度数据融合的储层润湿性预测方法的一种优选方案，其中，所述s1中，采集的各项测井数据为元素测井资料，至少包括：ca元素曲线和fe元素曲线；根据储层具体情况，还包括mg、si、al、k、na、p、ti和mn元素曲线；常规测井资料：包括自然伽马、声波时差、密度、中子孔隙度、电阻率；岩心观察资料：包括岩性、颜色、裂缝、孔洞及充填物发育情况；薄片鉴定资料：包括矿物组成、颗粒结构、胶结类型和孔隙类型；x射线衍射分析资料，即xrd矿物组成分析结果；地层水矿化度、离子组成、温度、压力流体及储层条件；

13、所述预处理具体包括数据筛选，深度校正，异常值剔除和统一曲线单位，通过预处理操作将目标层段数据重点突出，并使不同曲线具有统一深度基准和可比性。

14、作为本发明所述的一种基于跨尺度数据融合的储层润湿性预测方法的一种优选方案，其中，所述s2的具体方法为，对于目标深度点z,首先需要对目标层的fe元素进行校正，利用xrd分析及矿物反演结果将其他含铁矿物对应的fe元素按比例扣除，ca元素同理；后续针对目标矿物方解石，根据ca与fe元素含量计算fe2+相对于ca2+位点的替代比例,采用如下形式：

15、  (2-1)

16、其中，表示深度处fe2+对ca2+位点的相对替代比例，表示该深度fe元素摩尔含量，表示该深度ca元素摩尔含量。

17、作为本发明所述的一种基于跨尺度数据融合的储层润湿性预测方法的一种优选方案，其中，所述s3的具体方法为，首先根据元素测井资料、xrd矿物组成分析结果和岩心观察结果，选取目标深度点z；在该深度处获取岩心样品，并对样品表面进行切割、打磨和清洗处理，样品处理完成后，在设定温度和压力条件下，对样品表面开展接触角实验，测定水相在样品表面的接触角，具体标定过程中需多次测试，每次选取样品不同表面测量润湿角，取均值作为最终润湿角结果，其中，接触角用于表征该深度矿物样品的实际润湿性；同时，利用该深度点z对应的元素测井结果，利用式2-1计算该深度处目标矿物中的元素替代比例；由此，将井中某一深度处的元素替代比例与实测接触角建立对应关系。

18、作为本发明所述的一种基于跨尺度数据融合的储层润湿性预测方法的一种优选方案，其中，所述s4中矿物模型的构建方法为，根据方解石晶体结构参数建立方解石晶胞模型，从晶体数据库、实验晶胞参数导入方解石晶胞，导入晶胞后需对晶胞原始方解石晶胞进行几何优化使晶体结构达到能量稳定状态，然后沿特定晶面切割形成方解石表面模型；接着在建立的矿物表面添加真空层。

19、作为本发明所述的一种基于跨尺度数据融合的储层润湿性预测方法的一种优选方案，其中，所述s6的具体方法为，以原始钙方解石和100%fe2+替换后的方解石为例，首先统计体系稳定后的溶液分子在垂直方向上的相对浓度分布，以方解石表面作为参考零点，得到不同距离区间内溶液分子的数量分布；然后将各距离区间内的溶液分子数换算为相对浓度或数密度，形成溶液分子相对浓度分布曲线，确定方解石表面的吸附区域及其边界位置；在获得水分子空间分布特征后，进一步对界面水分子进行均方位移分析，计算不同fe2+替代比例条件下水分子的扩散系数，根据分子动力学轨迹计算均方位移在模拟时间内的均方位移msd曲线，其表达式为：

20、  (6-1)

21、其中为时刻水分子的位移矢量，为初始时刻的位置矢量，表示对多个分子及多个时间起点整体取平均；

22、根据msd曲线的斜率计算其对应的扩散系数，其表达式为：

23、  (6-2)

24、其中为扩散维度。

25、作为本发明所述的一种基于跨尺度数据融合的储层润湿性预测方法的一种优选方案，其中，所述s7的具体方法为：

26、  (7-1)

27、  (7-2)

28、其中，为fe2+对矿物晶格中目标阳离子的替代比例，为界面水分子扩散系数，为界面水分子相对浓度分布曲线中的强吸附峰峰值；

29、具体拟合计算公式为：

30、  (7-3)

31、  (7-4)

32、建立一个综合润湿性评价指标，将上述扩散系数与强吸附峰峰值相结合，用于定量表征不同fe2+替代比例下储层矿物表面的润湿性变化，综合润湿性评价指标由扩散系数和强吸附峰峰值共同确定：

33、  (7-5)

34、其中为综合润湿性评价指标，和分别为标定矿物的基准强吸附峰峰值和扩散系数，标定矿物与为权重系数用于表征强吸附峰峰值和界面水分子扩散系数对综合润湿性评价指标的贡献程度。

35、作为本发明所述的一种基于跨尺度数据融合的储层润湿性预测方法的一种优选方案，其中，所述s8的具体方法为：

36、  (8-1)

37、  (8-2)

38、  (8-3)

39、其中，为目标井段深度处对应的界面水分子扩散系数，为目标井段深度处对应的强吸附峰峰值，为目标井段深度处的综合润湿性评价指标；由此形成目标井段随深度变化的fe2+替代比例曲线、扩散系数曲线、强吸附峰峰值曲线以及综合润湿性评价曲线，实现储层润湿性的连续评价；

40、基于典型储层样品的实测润湿性结果，对s6建立综合润湿性评价指标进行标定，并据此建立储层润湿性分级标准，输出目标井段的连续润湿性评价结果及润湿性等级分布。

41、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明将微观机理与宏观测井数据打通，本发明通过分子动力学模拟建立元素替代比例与润湿性的定量关系，能够从微观层面解释矿物成分变化导致的润湿性变化。且方法建立在分子动力学与矿物晶体化学基础上，因此输出结果不是纯经验拟合，而是具有明确微观物理意义；本发明可在缺乏完整岩心数据时，依靠测井资料实现井段尺度上的连续计算，能够形成润湿性随深度变化的连续剖面。可为开发决策提供直接支持，润湿性评价结果可用于指导注水开发、驱油体系选择、酸化压裂设计及提高采收率方案制定；本发明不仅适用于fe2+替代ca2+的方解石体系，也可拓展至其他元素、矿物类型和流体体系，甚至模拟实际深度地层所对应的温度以及压力，应用范围较广。