一种海陆过渡相页岩地层横波速度预测方法

1.本发明涉及油气田开采技术领域，尤其是一种海陆过渡相页岩地层横波速度预测方法。


背景技术：

2.地层横波速度与纵波速度相结合，可实现测井地层岩性识别、流体性质判别、孔隙度计算、裂缝分布预测、岩石力学参数评价等，对地层测井评价具有重要意义。然而，获取井筒中地层的横波速度需阵列声波测井，相对常规测井费用高，常仅应用于重点勘探井，难以全井普测，因而建立地层横波速度预测方法很重要。常规的测井横波速度预测方法多是基于阵列声波测井实测纵波速度和横波速度，再建立纵波速度和横波速度之间的区域经验关系，以实现横波速度预测。
3.测井横波速度预测的常规方法在砂泥岩地层或较均值的海相页岩地层应用效果较好。然而海陆过渡相页岩岩相类型多、横向变化快、孔隙形态多样，常规测井横波速度预测方法应用效果有限。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有测井横波速度预测方法无法适用于海陆过渡相页岩的问题，提供一种海陆过渡相页岩地层横波速度测井预测方法。
5.本发明的方法依据sca理论计算地层横波速度，即通过建立岩石矿物含量、孔隙纵横波、孔隙流体与地层横波速度之间的理论关系，实现测井横波速度预测。该技术能有效地减弱矿物含量、孔隙形态变化对横波预测结果的影响，从而更准确地预测海陆过渡相页岩测井横波速度。
6.由于海陆过渡相页岩的黏土含量高，因此建立海陆过渡相页岩岩石物理模型，必须要考虑研究区的矿物组成、矿物含量以及孔隙纵横比等因素影响，本发明方法将海陆过渡相页岩等效为岩石基质、孔隙、流体等组合而成的岩石混合物，并基于该假设对海陆过渡相页岩进行岩石物理模型建立。假设岩石的基质主要由石英和黏土组成，孔隙内流体为地层水，孔隙采用椭圆孔及球形孔组合而成，总孔隙空间的孔隙纵横比用α来表示。
7.本发明提供的海陆过渡相页岩地层横波速度预测方法，具体步骤如下：
8.s1、采用地区经验公式计算海陆过渡相页岩岩石的黏土含量体积分数v
sh
和孔隙度
9.本发明中，根据所选地区特点，采用以下经验公式计算；
10.黏土含量体积分数v
sh
计算公式如下：
[0011]vsh
＝0.42*kth 28.61
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0012]
式中，kth为无铀伽马测井值，api。
[0013]
孔隙度计算公式为：
[0014]
φ＝5.93 0.04*ac-5.54*den 0.12*u
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0015]
式中，ac为声波时差测井值，μs/ft；den为补偿密度测井值，g/cm3；u为铀元素含量测井值，ppm。
[0016]
s2、计算岩心密度ρ，通过reuss平均理论求取，计算公式为：
[0017][0018]
式中，为孔隙度；ρm为骨架密度；ρf为流体密度；
[0019]
骨架密度ρm计算公式为：
[0020]
ρm＝(1-v
sh
')*ρs v
sh
'*ρgꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0021][0022]
式中，ρs为石英密度，ρg为黏土密度；v
sh
黏土含量体积分数。
[0023]
s3、计算岩石孔隙纵横比，得到具体测井深度下最佳的孔隙纵横比α。
[0024]
孔隙纵横比是基于sca模型、voigt平均公式、gassmann理论，采用迭代法计算。
[0025]
求取孔隙纵横比，首先需要计算纵波速度，纵波速度与岩心等效弹性体积模量k之间关系如下：
[0026][0027]
式中，ρ是岩心密度；k为饱和流体岩石体积模量，μ为饱和流体岩石剪切模量；
[0028]
饱和流体岩石体积模量k和剪切模量μ由gassmann方程求得，具体公式如下：
[0029][0030]
式中，k
*
和μ
*
分别为干燥岩石骨架的体积模量和剪切模量，k0为页岩固体矿物的体积模量，为孔隙度，kf为流体组分体积模量。
[0031]
其中，海陆过渡相页中流体的体积模量kf可以通过reuss平均公式来计算。
[0032]k*
和μ
*
的计算公式如下：
[0033][0034][0035]
式中，j表示一个矿物相或者孔隙空间；cj表示第j相的体积分数；kj和μj分别为第j相的体积模量和剪切模量；p
*j
和q
*j
为背景基质中椭球体包含物j的几何因子。
[0036]
由于该函数关系复杂，不能直接计算，因而采用迭代法，具体计算公式为：
[0037][0038][0039][0040][0041]
t
iijj
和t
ijij
是孔隙纵横比和矩阵以及封闭流体的性质函数。
[0042][0043][0044]
其中：
[0045][0046][0047][0048][0049][0050]
f6＝1 a[1 f-r(f θ)] b(1-θ)(3-4r)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(21)
[0051][0052][0053][0054][0055][0056][0057][0058][0059]
式中：vm为干燥岩石骨架的泊松比；α为岩石孔隙纵横比；k0和μ0是海陆过渡相页岩基质的剪切模量和体积模量。
[0060]
k0和μ0的计算公式如下：
[0061][0062]
k0＝v
sn
*ks v
sh
*k
sh
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(31)
[0063]
μ0＝v
sn
*μs v
sh
*μ
sh
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(32)
[0064]
式中，ks和μs为实验计算得到砂岩的体积模量和剪切模量；k
sh
和μ
sh
为实验计算得到泥岩的体积模量和剪切模量；v
sn
和v
sh
分别为砂岩和黏土含量体积分数。
[0065]
设置孔隙纵横比的取值范围为0.0001到1.0000，首先设定一个孔隙纵横比初始值，逐次改变孔隙纵横比，每次增加量为0.0001；根据黏土含量体积分数v
sh
、孔隙度孔隙纵横比计算得到测井深度下不同孔隙纵横比的预测纵波速度v
p
；然后根据测井计算纵波速
度，找出与测井计算纵波速度最接近的预测纵波速度；该预测纵波速度对应的孔隙纵横比即为该测井深度下最佳的孔隙纵横比α。
[0066]
s4、根据最佳孔隙纵横比α、黏土含量体积分数v
sh
、孔隙度代入公式(7)-(32)计算得到饱和流体岩石的剪切模量μ。
[0067]
s5、根据饱和流体岩石的剪切模量μ和岩心密度ρ，计算饱和流体岩石的横波速度vs；计算公式如下：
[0068][0069]
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
[0070]
(1)预测结果更准确。对海陆过渡相页岩地层，本发明方法所预测的测井横波速度的平均相对误差为12.8％，而经验统计法平均相对误差为29.6％，因此，本发明方法显著提升了海陆过渡相页岩横波速度预测准确度。
[0071]
(2)适用范围广。本方法依据常规测井资料实现海陆过渡相页岩测井横波速度预测，无需阵列声波等测井资料，适用于绝大多数井。
[0072]
(3)工程投资低。阵列声波测井成本高于常规测井，本专利基于常规测井资料实现地层横波速度预测，能有效降低工程成本。
[0073]
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0074]
图1、井a线性拟合方法和sca模型方法横波速度预测效果对比图。
[0075]
图2、井a的测井横波速度和sca模型预测横波速度(a)、拟合预测横波速度(b)相对误差图。
具体实施方式
[0076]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0077]
应用本发明的方法和常规横波速度预测方法于a井作对比来说明本发明方法的计算效果，得到的结果见图1和图2。图1是井a线性拟合方法和sca模型方法横波速度预测效果对比图。图1中第4个道为测井横波速度和预测横波速度的对比道，预测横波速度曲线(粗虚线)与测井横波速度曲线(粗实线)的变化趋势基本一致，计算不准确层段为扩径段和煤层段。除去煤层段为(2261.75-2262.625m、2273.875-2274.625m和2285.5-2286.125m)(实线框)，和扩径段(2263.125-2266.725m、2274.625-2277.875m、2288.125-2289.125和2296.125-2298.125)(虚线框)，本发明方法所预测的横波速度的平均相对误差为12.8％(图2a)。而拟合方法所得横波速度的平均相对误差为29.6％，显著高于本发明方法所预测的横波速度，说明本发明方法有效地提升了海陆过渡相页岩地层横波速度预测准确性(图2b)。
[0078]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人
员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。