一种支撑砾岩与非支撑砾岩的声速计算方法与流程

1.本发明属于石油天然气勘探技术领域，涉及一种支撑砾岩与非支撑砾岩的声速计算方法。


背景技术：

2.砾岩油气藏是最重要的油气藏之一。声速作为砾岩最重要的岩石物理特征参数之一，可以反映骨架以及孔隙流体的性质，是地震和测井评价储层孔隙度、饱和度等参数的重要物理性质。
3.砾岩按照砾石间接触关系以及胶结方式不同，可以分为以线接触、接触式胶结为主的支撑砾岩与以不接触、基底式胶结为主的非支撑砾岩两种类型，它们之间的力学性质差异会对砾岩的声学性质产生不同的影响，在研究其声学性质时需要加以区分。
4.由于砾岩的均质性较差、声学性质较为复杂，现有的砾岩声速模型多以经验公式为主，且仅考察岩性以及物性对砾岩声速的影响，忽略了砾石间的接触关系以及胶结作用对砾岩声速的影响，缺乏一定的物理基础。此外，前人研究发现砾石间接触关系以及胶结方式的不同是导致砾岩声速-孔隙度交汇图数据出现离散的重要原因，现有的砾岩声速模型没有从力学角度对支撑砾岩以及非支撑砾岩加以区分，无法解释相同孔隙度条件下砾岩声速出现严重离散的现象，故不再适用于计算岩性较为复杂的砾岩声速。
5.因此，有必要建立系统考察砾石间接触关系以及胶结作用的砾岩声速计算方法，以准确正演预测支撑砾岩与非支撑砾岩的声速，并为应用地震和测井声速反演孔隙度等参数提供依据。经检索，现有技术中尚未发现支撑砾岩与非支撑砾岩声速计算方法未见文献报道。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种支撑砾岩与非支撑砾岩的声速计算方法，该声速计算方法将砾岩划分为支撑砾岩与非支撑砾岩，通过支撑砾岩等效模量和非支撑砾岩的等效模量，建立系统考察砾石间接触关系以及胶结作用的砾岩声速计算方法。该计算方法可以计算岩性较为复杂的砾岩声速，准确性好，为准确正演预测支撑砾岩与非支撑砾岩的声速，并为应用地震和测井声速反演孔隙度等参数提供了依据。
7.为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
8.一种支撑砾岩与非支撑砾岩的声速计算方法，其特征在于，将砾岩为支撑砾岩和非支撑砾岩，利用填隙物等效模量、支撑砾岩等效模量和非支撑砾岩等效模量，计算支撑砾岩和非支撑砾岩的声速。
9.具体地，所述支撑砾岩与非支撑砾岩的声速计算方法，包括以下步骤：
10.s1、采用粒度分析，测量砾岩样品中的中砾含量和填隙物含量；
11.s2、基于砾岩样品的岩心照片以及薄片鉴定结果，按照砾石间接触关系以及胶结方式，将砾岩样品分为支撑砾岩与非支撑砾岩；
12.s3、计算步骤s2得到的支撑砾岩的支撑砾岩等效模量：
13.对于支撑砾岩，根据支撑砾岩样品薄片鉴定结果，确定填隙物的分布方式，根据“胶结填隙物起胶结作用、分散填隙物起充填孔隙作用、结构填隙物替换中立骨架”的概念，计算得到支撑砾岩等效模量；
14.s4、计算步骤s2得到的非支撑砾岩的非支撑砾岩等效模量；
15.对于非支撑砾岩，利用微分等效介质模型，将中砾不连续、不均匀且随机地填充到填隙物中，计算得到非支撑砾岩的等效模量。
16.s5、计算支撑砾岩和非支撑砾岩的声速；
17.对于填隙物，将填隙物中的细砾以及砂作为骨架，将粘土作为胶结物，将填隙物孔隙度作为填隙物自身现存的孔隙度，基于拓展的第二级接触胶结理论，计算得到填隙物等效模量；
18.将得到的填隙物等效模量带入步骤s3得到的支撑砾岩等效模量和步骤s4得到的非支撑砾岩等效模中，计算得到支撑砾岩和非支撑砾岩的声速。
19.本发明还提供了上述声速计算方法在正演预测支撑砾岩与非支撑砾岩声速或地震和测井反演估算支撑砾岩与非支撑砾岩的孔隙度中的应用。
20.本发明的有益效果为：
21.本发明的声速计算方法将砾岩划分为支撑砾岩与非支撑砾岩，通过支撑砾岩等效模量和非支撑砾岩的等效模量，建立系统考察砾石间接触关系以及胶结作用的砾岩声速计算方法。相比现有技术，本发明的计算方法可以计算岩性较为复杂的砾岩声速，准确性好，为准确正演预测支撑砾岩与非支撑砾岩的声速，并为应用地震和测井声速反演孔隙度等参数提供了依据。
附图说明
22.图1为为支撑砾岩岩心照片及其薄片鉴定图；
23.图2为非支撑砾岩岩心照片及其薄片鉴定图；
24.其中，a为岩心照片，b为镜下薄片，1为中砾骨架，2为细砾和泥沙填隙物，边界线为中砾边界。
25.图3为支撑砾岩镜下薄片以及填隙物分布示意图(红色为中砾边界)；
26.其中，1为胶结填隙物，2为结构填隙物，3为分散填隙物，其中边界线为中砾边界。
27.图4为本发明方法流程图。
28.图5为使用ipp软件识别支撑砾岩中胶结填隙物含量，其中，4为胶结填隙物。
29.图6为使用ipp软件识别支撑砾岩中砾间孔隙度；其中，5为砾间孔隙。
30.图7为拓展cct模型中两种胶结物分布形式示意图；其中，c为胶结物仅分布在颗粒之间，d为胶结物均匀分布在颗粒表面。
31.图8为支撑砾岩与非支撑砾岩等效模量求解过程图解。
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详述。
33.本发明的支撑砾岩和非支撑砾岩的声速计算方法，首先是将砾岩按照砾石间接触关系以及胶结方式分为支撑砾岩(如图1所示)以及非支撑砾岩(如图2所示)两种类型，其中支撑砾岩砾石间紧密接触、胶结作用强烈，而非支撑砾岩砾石间互不接触、无胶结作用。
34.其次，对于支撑砾岩将中砾(粒径＞2mm)作为骨架，细砾以及泥砂(粒径≤2mm)一同作为填隙物填充在中砾骨架之间，并按照填隙物在支撑砾岩中的分布形式，将其分为胶结填隙物、分散填隙物和结构填隙物三部分(如图3所示)，并基于拓展的第一级接触胶结理论(cct)、微分等效介质模型(dem)、未胶结岩石模型，在支撑砾岩等效模量的计算中引入“胶结填隙物起胶结作用、分散填隙物起充填孔隙作用、结构填隙物替换中立骨架”的概念，以此得到支撑砾岩等效模量。
35.然后，对于非支撑砾岩将中砾作为包裹体，填隙物作为岩石的主体成分，利用微分等效介质模型将中砾不连续、不均匀且随机地填充到填隙物中，进而得到非支撑砾岩的等效模量。
36.最后，对于填隙物，由于其性质与泥质砂岩较为接近，可将填隙物中的细砾以及中砂作为骨架，将粘土作为胶结物，将填隙物孔隙度作为填隙物自身现存的孔隙度，基于拓展的第二级接触胶结理论，计算填隙物等效模量，通过将填隙物等效模量带入到支撑砾岩以及非支撑砾岩等效模量的计算过程中，最终建立系统考察砾石间接触关系以及胶结作用的支撑砾岩以及非支撑砾岩(干样)声速计算方法。
37.具体地，本发明的支撑砾岩和非支撑砾岩的声速计算方法(如图4所示)，包括以下步骤：
38.s1、根据粒度分析结果，确定中砾含量以及细砾、泥砂等填隙物含量。
39.s2、基于砾岩岩心照片以及薄片鉴定结果，按照砾石间接触关系以及胶结方式将砾岩分为支撑砾岩与非支撑砾岩。
40.s3、计算支撑砾岩等效模量：
41.对于支撑砾岩：
42.1、根据支撑砾岩样品薄片鉴定结果，确定填隙物的分布方式(如图3所示)：其中，胶结填隙物，填隙物分布在中砾与中砾骨架之间时，主要起胶结作用；分散填隙物，填隙物分布在砾间孔隙时，主要起填充孔隙作用；结构填隙物，填隙物分布在中砾骨架内部时，主要起替换骨架作用。
43.2、同时，假设开始胶结的支撑砾岩的骨架是孔隙度为φ0≈0.4和平均配位数c＝7的等同球体颗粒紧密任意排列，根据物质平衡方程计算结构填隙物含量v
structure
，具体计算公式如下所示：
[0044]vg
v
structure
φ0＝1
ꢀꢀꢀ
(1)
[0045]
其中，vg为中砾骨架含量，v
structure
为结构填隙物含量，φ0为临界孔隙度。
[0046]
3、基于支撑砾岩薄片鉴定结果，使用染色标记-像素拾取的方法定量区分胶结填隙物含量v
cement
(如图5所示，绿色部分为胶结填隙物)以及砾间孔隙度φ1(如图6所示，蓝色部分为砾间孔隙)。则分散填隙物含量v
dispersed
及填隙物孔隙度φ2的计算公式如下所示：
[0047]vdispersed
＝φ
0-φ
1-v
cement
ꢀꢀꢀ
(2)
[0048]
φ2＝φ-φ1ꢀꢀꢀ
(3)
[0049]
其中，φ为砾岩总孔隙度。
[0050]
根据填隙物分布方式结合适用理论计算支撑砾岩等效模量(如图8所示)，具体计算步骤为：
[0051]
(1)对于支撑砾岩，首先考虑中砾骨架与胶结填隙物的胶结作用，即在中砾骨架中加入胶结填隙物起到减小孔隙度和增加颗粒集合体(骨架)的等效模量的作用。故利用拓展的第一级连续胶结理论(第一级拓展的cct模型)计算中砾被胶结填隙物胶结后的等效骨架模量k
cct
、g
cct
，具体计算公式如下所示；
[0052][0053][0054][0055]
胶结物分布模式1：
[0056][0057]
胶结物分布模式2：
[0058][0059][0060]
式中，α1为胶结平面半径与中砾颗粒半径的比值，即归一化的胶结半径；ε是胶结物中心厚度与颗粒半径的比值，即归一化的胶结物中心厚度；φ0为支撑砾岩的临界孔隙度；φ为支撑砾岩的总空隙度；gc(即本文中的μ
cct2
)和g(即本文中的μc)分别为胶结物填隙物和中砾骨架颗粒的剪切模量；vc和v分别为胶结填隙物和中砾骨架颗粒的泊松比。
[0061]
胶结物分布模式1为胶结物含量较少且仅分布在颗粒之间的情况；胶结物分布模式2是胶结物含量较多且均匀分布在颗粒表面时的情况(胶结物分布方式如图7所示)。
[0062]
(2)利用微分等效介质理论(dem模型)进行骨架替换，计算结构填隙物替换中砾骨架后的等效模量k
cctdem
、g
cctdem
，具体计算公式如下所示：
[0063][0064][0065]
式中k
*
(0)＝k1，μ
*
(0)＝μ1作为耦合微分方程的初始条件；k1，μ1背景介质的体积模
量和剪切模量(第一相即k
cct
、g
cct
)；k2，μ2—逐渐加入的包含物体积模量和剪切模量(第二相即结构填隙物的体积模量k
cct2
与剪切模量μ
cct2
)；y—相2的体积分数(即结构填隙物的体积分数)；p和q是用来表征填充物几何形状的几何因子(假设替代中砾作为骨架的结构填隙物纵横比为1.0)，p和q的上标*2指的是此几何因子是针对具有等效模量k
*
和μ
*
(即k
cctdem
和g
cctdem
)的主相背景介质中的包含物材料2。
[0066]
(3)利用未固结岩石模型计算分散填隙物填充后的支撑砾岩(干样)等效弹性模量。计算公式如下：
[0067][0068][0069]
式中，k
eff
和g
eff
分别为特定孔隙度下的支撑砾岩等效体积模量和等效剪切模量；φ为现存孔隙度，φ1为砾间孔隙度。k
cctdem
和g
cctdem
分别为使用拓展的第一级cct模型以及dem模型计算得到的等效体积模量和剪切模量。ks和gs分别为通过voigt-reuss-hill模型计算得到的中砾和结构填隙物的等效骨架体积模量和剪切模量。
[0070]
s4、计算非支撑砾岩的等效模量；
[0071]
对于非支撑砾岩：中砾骨架间失去接触，胶结作用微弱，无法继续使用接触胶结理论计算非支撑砾岩的等效模量。此时填隙物作为岩石的主体成分，而中砾不均匀、不连续且孤立地悬浮在填隙物中，可以应用dem模型将中砾作为包裹体随机地充填到填隙物中，进而得到非支撑砾岩的等效模量(如图8所示)。其中非支撑砾岩的等效体积模量和等效剪切模量的计算公式如下所示：
[0072][0073][0074]
式中k*(0)＝k
cct2
，μ*(0)＝μ
cct2
作为耦合微分方程的初始条件，其中k
cct2
，μ
cct2
为利用第二级拓展cct模型计算得到的背景介质的等效体积模量、剪切模量(即第一相，细砾等填隙物)；kc，μc为逐渐加入的中砾包含物的等效体积模量以及剪切模量(即第二相，中砾)；vc为中砾含量；p和q是用来表征包含物几何形状的几何因子，p和q的上标*2指的是此几何因子是针对具有等效模量k*和μ*的主相背景介质中的包含物材料。
[0075]
s5、计算支撑砾岩与非支撑砾岩的声速：
[0076]
由于填隙物性质与泥质砂岩较为接近，可以将填隙物中的细砾以及砂视为石英骨架，将粘土视为胶结物，将填隙物孔隙度视为填隙物自身的现存孔隙度；并且假设开始胶结的泥质砂岩的骨架是孔隙度为φ0≈0.36和平均配位数c＝9的等同球体颗粒紧密任意排列，采用第二级拓展的cct模型计算得到填隙物的等效模量k
cct2
、μ
cct2
；
[0077]
将得到的填隙物等效模量依次带入支撑砾岩以及非支撑砾岩的等效模量计算过程中，进而建立系统考察砾石间接触关系以及胶结作用的支撑砾岩与非支撑砾岩声速计算方法。
[0078]
实施例1
[0079]
使用本发明方法对支撑砾岩以及非支撑砾岩进行声速计算，其操作方法包括以下步骤：
[0080]
s1、分别选取2块支撑砾岩以及2块非支撑砾岩样品(干样)，测量其孔隙度密度ρ、纵横波速度v
p
、vs；
[0081]
s2、利用粒度分析测量4块样品各自的中砾含量以及细砾、泥砂等填隙物含量；
[0082]
s3、镜下观察支撑砾岩样品薄片确定填隙物分布方式，使用图像处理软件对胶结填隙物以及砾间孔隙进行染色-标注处理，使用image-pro-plus软件对胶结填隙物以及砾间孔隙度进行像素拾取，确定胶结填隙物含量v
cement
以及砾间孔隙度大小φ1；
[0083]
s4、利用物质平衡法确定支撑砾岩中结构填隙物含量v
structure
、分散填隙物含量v
dispersed
以及填隙物孔隙度φ2；
[0084]
s5、对于支撑砾岩，首先利用拓展的第一级cct模型，计算得到中砾和胶结填隙物的等效骨架模量k
cct
、g
cct
；其次，基于dem模型计算结构填隙物替换部分中砾作为骨架后的等效模量k
cctdem
、g
cctdem
；最后，根据未固结岩石模型将分散填隙物填充到砾间孔隙中，计算得到支撑砾岩(干样)的等效模量k
eff1
、g
eff1
；
[0085]
s6、对于非支撑砾岩，直接采用dem模型将中砾作为包裹体不均匀、不连续且随机地充填到细砾等填隙物中去，计算得到非支撑砾岩的等效模量k
eff2
、g
eff2
；。
[0086]
s7、对于填隙物，将细砾以及砂作为骨架，粘土作为胶结物，填隙物孔隙度作为填隙物自身的现存孔隙度，采用第二级拓展的cct模型计算填隙物的等效模量k
cct2
、μ
cct2
。
[0087]
s8、利用已经求得的支撑砾岩以及非支撑砾岩等效模量，分别计算支撑砾岩与非支撑砾岩的纵横波速度v
p1
、v
s1
，v
p2
、v
s2
。
[0088]
计算结果如表1所示：
[0089]
表1实施例1计算结果
[0090][0091]
注：1、2号样品为支撑砾岩，3、4号样品为非支撑砾岩。
[0092]
由表1知，应用新模型计算得到的支撑砾岩与非支撑砾岩纵横波速度与实验测量
结果较为吻合，其中纵波速度预测相对误差小于5％，横波速度预测相对误差小于11％。
[0093]
以上表明，本发明的计算方法可以计算岩性较为复杂的砾岩声速，准确性好，为准确正演预测支撑砾岩与非支撑砾岩的声速，并为应用地震和测井声速反演孔隙度等参数提供了依据。
[0094]
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。