基于瞬时电阻率矢量差分砂体边界的识别方法

1.本发明属于地层监测技术领域，具体涉及基于瞬时电阻率矢量差分砂体边界的识别方法。


背景技术：

2.三次采油技术是一项能够利用物理、化学和生物等新技术提高原油采收率的重要油田开发技术，是减缓油田产量递减、提高原油采收率的重要手段。目前聚合物驱油在油田三采驱油中得到了广泛应用，通过在注液井注入聚合物,来驱替油藏中的原油向产液井运移，来提高采收率。注采开发到一定程度之后，注液井和产液井之间会形成优势渗流通道，使注入液低效、无效循环,增强了油层非均质性。因此，成功的监测井间优势渗流通道对调整开发策略、提高剩余油采收率具有重要意义。但是储层非均质性导致聚合物在地层中运移路径极其复杂。如何实时监测优势渗流通道成为了一个技术难题。
3.目前有多种方法来监测聚合物在地层中的渗流通道，主要包括：示踪剂法、地球化学方法、测井分析法、地震法以及模糊综合评价法等，但对聚合物在地层中井间运移情况、波及范围很难实时有效监测，且大多数方法费用高耗时长。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供基于瞬时电阻率矢量差分砂体边界的识别方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，对聚合物在地层中井间运移情况、波及范围很难实时有效监测，且大多数方法费用高耗时长。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案是：
6.基于瞬时电阻率矢量差分砂体边界的识别方法，包括以下步骤：
7.s1、建立mitchell改进模型来计算t时刻各井点ρ
t
；
8.s2、利用产出液驱替实验法验证mitchell改进模型的可靠性；
9.s3、通过对ρ
t
一阶差分处理，用一阶差分及差分模作为参数对目标区异常的变化进行认识，提取和突出由聚合物注入引起的目标层电阻率的变化，求解区内电阻率的分布情况；
10.s4、通过二阶差分计算出瞬时电阻率在各个方向上变化最大的位置，二阶差分零值线确定异常体的边界位置，即聚合物推进的前缘边界；
11.s5、通过实时监测孔隙内聚合物在各个方向上的渗流方向，根据其最终停留的前缘地点，最终划分出砂体的边界。
12.进一步的，步骤s1中ρt求解思路如下：
13.井点瞬时电阻率ρt是指某一时刻某一井点目标地层的电阻率；
14.基于产出液聚合物浓度的电阻率计算模型，利用生产井的产出液，通过测定聚合物的浓度，利用数学模型来求解ρt。
15.进一步的，步骤s1中mitchell改进模型具体如下：
16.测试聚合物浓度c
l
对地层流体电阻率的影响ρ
l
，取产液井产出液，保持阴阳离子浓度、s
t
不变的条件下，改变c
l
，ρ
l
随c
l
的增加而降低，当c
l
大于一定浓度时，ρ
l
保持不变；通过线性回归，拟合得到：
17.其中，α、β＞0，为常数
ꢀꢀ
(1)
18.取一砂岩柱体为研究对象，其长度为l，横截面积为s，孔隙度为模拟地层环境开展岩心驱替实验，其导电模型由砂岩颗粒导通路径、孔隙流体导通路径、基质导通路径以及孔隙流体、基质与砂岩颗粒串联构建的导通路径三者并联，孔隙流体柱体的电阻率为ρ
l
，电阻为r
l
，横截面积为基质柱体的电阻率为ρb，电阻为rb，横截面积为ns；砂岩颗粒柱体电阻率为ρs，电阻为rs，横截面积为砂岩柱状体电阻率为ρ
t
，电阻为r
t
；
19.根据欧姆定律有：
[0020][0021]
即：
[0022]
其中：代入(3)中得到砂岩柱状体电阻率ρ
t
的表达式；
[0023]
将(1)式代入岩柱状体电阻率ρ
t
的表达式中即可得到地层瞬时电阻率ρ
t
＝f(c
l
)的表达式；
[0024]
又ρs为岩石的电阻率，为岩石的孔隙度，利用产液井产出液测定的聚合物浓度c
l
，即可通过上式计算ρ
t
。
[0025]
进一步的，步骤s3具体如下：
[0026]
用一阶差分及差分模m作为参数对目标区异常的变化进行认识，提取和突出由聚合物注入引起的目标层电阻率的变化，见公式(4、5、6)；
[0027][0028][0029][0030]
其中，分别表示x、y三个方向上的一阶差分；j表示求值位置。
[0031]
进一步的，步骤s4具体如下：
[0032]
利用二阶差分来推断研究区内聚合物前缘界面，二阶差分零值线反映的是异常体的边界位置，通过求取二阶差分可以提取区内异常的二维分布界面信息，二阶差分计算出瞬时电阻率在各个方向上变化最大的位置，这个位置推断为聚合物推进的前缘边界；电阻率二阶差分n各点计算公式见式(7)；
[0033][0034]
其中，n无量纲，i表示方向，j表示求值位置。
[0035]
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
[0036]
本方案其中一个有益效果在于，利用“ρt矢量差分”来模拟地层电阻率随聚合物不断注入的变化规律，将实验分析与数值模拟方法相结合，构建聚合物在地层中运移、波及的轨迹。砂岩具有高阻特征，而聚合物具有低阻特征，当注液井不断向砂岩地层中注入聚合物时，地层的电阻率也会随着聚合物波及范围的变化而变化，通过数值模拟地层电阻率的变化规律，来构建测区渗流场。该方法优势在于测试成本低、效率高，只需要按时检测产液井产出液聚合物浓度，就能实现对地层流体渗流情况实时监测，绿色环保，成本低效率高。
附图说明
[0037]
图1为本发明中一个具体实施方式的瞬时电阻率ρt的影响因素示意图。
[0038]
图2为本发明中一个具体实施方式的岩石柱状体中三种流通路径示意图。
[0039]
图3为本发明中一个具体实施方式的不同井点产出液浓度(c)及瞬时电阻率(ρt)随时间(t)的变化规律示意图。
[0040]
图4为本发明中一个具体实施方式的一阶差分求解的t时刻目标地层ρt的平面分布特征示意图。
[0041]
图5为本发明中一个具体实施方式的二阶差分求解的t时刻目标地聚合物的平面分布特征示意图。
[0042]
图6为本发明中一个具体实施方式的t时刻xl10注液井附近目标地层产液井ρt以及3h浓度示意图。
[0043]
图7为本发明中一个具体实施方式的总体流程步骤示意图。
具体实施方式
[0044]
下面结合本发明的附图1-附图7，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045]
实施例：
[0046]
如图7所示，提供基于瞬时电阻率矢量差分砂体边界的识别方法，建立了mitchell改进模型来计算t时刻各井点ρ
t
，并利用产出液驱替实验法验证了mitchell改进模型的可靠性。通过对ρ
t
一阶差分处理，用一阶差分及差分模作为参数对目标区异常的变化进行认识，可以有效的提取和突出由聚合物注入引起的目标层电阻率的变化，求解区内电阻率的分布情况。通过二阶差分可以计算出瞬时电阻率在各个方向上变化最大的位置，二阶差分零值线反映的是异常体的边界位置，即聚合物推进的前缘边界。通过实时监测孔隙内聚合物在各个方向上的渗流方向，根据其最终停留的前缘地点，最终划分出砂体的边界。
[0047]
瞬时电阻率测量方法:
[0048]
井点瞬时电阻率(ρ
t
)是指某一时刻(t时刻)某一井点目标地层的电阻率。多种方
法能够获取ρ
t
参数，主要有以下三种方法：a)产出液驱替实验法，产出液驱替实验法是模拟地层环境，用t时刻目标地层产出液(含有聚合物的地层水)和目标地层岩心来做岩心驱替实验，直接测量电阻率ρ
t
,该方法优势是能够准确测量ρ
t
，劣势是岩心资料有限，95％的井没有取心资料，此外试验成本高、效率低；b)生产测井法，该方法是利用电发测井技术，在t时刻停产测井，测量目标地层电阻率ρ
t
，该方法能够测定研究区内所有井ρ
t
，但是成本较高，此外停止生产开展全区范围测井工作影响油田生产开发进度；c)基于产出液聚合物浓度的电阻率计算模型，该方法是研究的核心内容，利用生产井的产出液，通过测定聚合物的浓度，利用数学模型来求解ρ
t
,该方法只需要测定t时刻生产井的产出液中聚合物的浓度，就能通过数学模型求解ρ
t
,易操作、成本低、效率高且不影响油田正常生产开发进度。
[0049]
ρ
t
与孔隙流体的关系:
[0050]
ρ
t
还与t时刻的地层流体的组分有关，通过对研究区生产井产出液成分的分析，地层流体的组分主要有水、原油、聚合物、阳离子(na

、k

、ca
2
、mg
2
)、阴离子(cl
－
、so
42－
、hco
3－
、co
32－
、no
3－
)等，其中不同产液井阳离子、阴离子的浓度基本一致，含有饱和度在(s
t
)5％～10％的范围，由于目标地层厚度仅30m,不同产液井地温及压力相近。不同的产液井仅s
t
和聚合物浓度(c
t
)存在差异，因此可以认为不同产液井地层流体中的阴阳离子、温度及压力对ρ
t
的影响基本相同，只需要分析s
t
以及c
t
对ρ
t
的影响。利用目标地层的岩心样本柱样进行岩心驱替实验，岩心样本来自于同一口井同一层位，在岩石性质、驱替液阴阳离子浓度、c
t
不变的条件下，仅仅改变驱替液的c
t
，实验数据如图1-b所示，当s
t
在5％～10％时，ρt几乎不随s
t
的变化而变化，当s
t
＞10％或s
t
＜5％时，ρ
t
随s
t
的增大而增大，研究区为老油田高含水地层，s
t
在5％～10％的范围内，因此，s
t
的变化对ρ
t
基本没有影响。利用目标地层的岩心样本柱样进行岩心驱替实验，实验分为2组，岩心柱体分别来自xl9和xl10，在岩石性质、驱替液阴阳离子浓度、s
t
不变的条件下，仅仅改变驱替液c
t
，实验数据如图1-c所示，当c
t
＜50mg/l时，ρ
t
几乎不随c
t
的变化而变化，当c
t
＞50mg/l时，ρ
t
与c
t
呈指数关系。两组实验结果几乎一致。研究区注液井注入的流体c
t
为1000mg/l，产液井产出液c
t
为50～300mg/l，在该区间内，ρ
t
与c
t
的变呈指数关系。
[0051]
此外，本次研究还测试了聚合物浓度(c
l
)对地层流体电阻率的影响(ρ
l
)，取产液井产出液，保持阴阳离子浓度、s
t
不变的条件下，仅仅改变c
l
，ρ
l
随c
l
的增加而降低，当c
l
大于一定浓度时，ρ
l
几乎保持不变(图1-d)。通过线性回归，可拟合得到：
[0052]
其中，α、β＞0，为常数
ꢀꢀ
(1)。
[0053]
ρ
t
的mitchell改进模型：
[0054]
mitchell(1993)提出了土壤三元土导电模型
[25]
，该模型认为土壤有三条导通路径，即土壤导通路径、孔隙流体导通路径以及土壤颗粒与流体串联构建的导通路径(图2-a)，三个导通路径并联在一起(图2-b)。研究对象是岩石地层，取一砂岩柱体为研究对象(图2-c)，其长度为l，横截面积为s，孔隙度为模拟地层环境开展岩心驱替实验，其导电模型由砂岩颗粒导通路径、孔隙流体导通路径、基质导通路径以及孔隙流体、基质与砂岩颗粒串联构建的导通路径三者并联，孔隙流体柱体的电阻率为ρ
l
，电阻为r
l
，横截面积为基质柱体的电阻率为ρb，电阻为rb，横截面积为ns：砂岩颗粒柱体电阻率为ρs，电阻为rs，横截面积为砂岩柱状体(包括砂岩颗粒与流体)电阻率为ρ
t
，电阻为r
t
。
[0055]
根据欧姆定律有：
[0056][0057]
即：
[0058]
其中：代入(3)中得到砂岩柱状体电阻率ρ
t
的表达式
[0059]
将(1)式代入岩柱状体电阻率ρ
t
的表达式中即可得到地层瞬时电阻率ρ
t
＝f(c
l
)的表达式
[0060]
又ρs为岩石的电阻率，为岩石的孔隙度，这些参数可以从测井数据中提取，利用产液井产出液测定的聚合物浓度c
l
，即可通过上式计算ρ
t
。
[0061]
mitchell改进模型验证：
[0062]
井点瞬时电阻率(ρ
t
)的测量方法不再赘述，为了检验mitchell改进模型的有效性，将模型计算的结果与岩心驱替法以及生产测井法获取的ρ
t
进行对比，来分析模型的准确性。注入井开始工作时间为2017年10月，从该时间节点开始，每个月15日左右采集生产井(仅研究层位射孔的生产井，占研究区生产井的85％)的产出液，测量聚合物浓度，测试时间截止至2019年4月15日，连续采集测试18次。选取了4口井的实验数据来进行对比分析，产出液浓度如图3-a所示，每次采集测量聚合物浓度之后，并用该产出液和目标地层岩石样本进行岩心驱替实验，测量驱替电阻率ρ
tq
，并用mitchell改进模型计算瞬时电阻率ρ
tm
(图3-b)，此外，只有xl10-17井有生产测井电阻率ρ
tl
参数，共测试4次，每4个月测试一次(图3-b)。实验数据表明，ρ
tm
、ρ
tq
、ρ
tl
一致性良好，ρ
tm
略高于ρ
tq
以及ρ
tl
，mitchell改进模型能够较为准确利用产出液浓度计算ρ
t
。
[0063]
ρ
t
一阶差分:
[0064]
目标地层注入富含聚合物的流体后会引起地层电阻率异常，可以通过监测电阻率的异常来构建研究区目标地层的渗流场。对每个井点电阻率异常进行一阶差分可以有效的分离和突出各个方向的叠加异常，对某一方向求差分则突出反映垂直方向的异常信息，为了了解不同走向的异常信息，需要对不同方向进行差分叠加处理，从而查明不同方向电阻率的分布情况。数据处理采用各个方向差分矢量的模来进行区内电阻率变化的综合分析。它是研究区内各个位置的差分矢量综合参数，反映了某个点电阻率异常的总梯度变化，是对各个方向差分信息的综合反映。用一阶差分及差分模m作为参数对目标区异常的变化进行认识，可以有效的提取和突出由聚合物注入引起的目标层电阻率的变化，从而可以克服测区背景电阻率低、差异小、目标深度大等特点带来的解释困难。见公式(4、5、6)。
[0065][0066][0067]
[0068]
其中，分别表示x、y三个方向上的一阶差分；j表示求值位置。
[0069]
ρt二阶差分:
[0070]
本次研究需要查明聚合物在目标层内的分布范围以及运移前缘位置。目标层主要岩性为含油砂岩，电阻率值相对为高阻(约19。0-24。0ω
·
m)。聚合物驱替电阻率相对为低阻(3。0-7。0ω
·
m)，聚合物“低阻”特征是区分聚合物及围岩的物性前提(表1)；但是物性差异不大，因此本次处理利用二阶差分来推断研究区内聚合物前缘界面，二阶差分零值线反映的是异常体的边界位置，通过求取二阶差分可以提取区内异常的二维分布界面信息，提高分辨率。并可以研究聚合物推进范围及趋势。二阶差分可以计算出瞬时电阻率在各个方向上变化最大的位置，这个位置可以推断为聚合物推进的前缘边界。二阶广域电磁响应具有分辨率高、灵敏度高等特点。本次工作划分出了区内异常体的边界，并且提取出了区内异常体分布信息，电阻率二阶差分n各点计算公式见式(7)。
[0071][0072]
其中，n无量纲，i表示方向，j表示求值位置。
[0073]
表1不同驱剂驱替岩芯样品电阻率测试数据。
[0074][0075]
渗流场数值模拟结果:
[0076]
聚合物不断从注液井注入目标地层中，地层中流体的聚合物的浓度随注入液的波及范围的不断推进而发生变化，电阻率也在不断的变化。渗流场数值模拟主要是通过监测目标地层电阻率的变化来模拟注入液的渗流路径，通过对瞬时电阻率ρ
t
的一阶差分可以模拟出t时刻目标地层ρ
t
的平面分布特征，通过对ρ
t
的二阶差分可以模拟出t时刻目标地层注入液的突进前缘边界。选取了4个时间节点来展示数值模拟的结果，其中t1为2018年1月；t2为2018年4月；t3为2018年7月；t4为2018年10月，不同时间节点的间隔为三个月(一个季度)。研究区东部的
①
油藏单元注液井分别为10-53井、10-26井、10-16井和10-46井；研究区西部的
②
油藏单元注液井分别为xl10井、10-2井、10-20x井和10-27x井；
①
、
②
油藏单元内其余的20口井为产液井。
[0077]
利用mitchell改进模型可以求解t时刻油藏单元内每一个井点目标地层的瞬时电阻率ρ
t
，通过对各井点ρ
t
的一阶差分处理，对井间任意坐标进行插值，可以求解t时刻油藏单
元内ρ
t
的二维分布特征。提取了了t1、t2、t3以及t4时刻油藏单元内ρ
t
二维分布特征(图4)，注入的聚合物改变了目标地层内的电性分布特征，以注入井为中心，低阻带沿优势渗流通道推进，从t1到t4，低阻带从零星分布(图4-a)逐渐演化到连片分布(图4-d)。对ρ
t
进行二阶差分，可以求解t时刻油藏单元内聚合物的突进前缘边界，并提取t1、t2、t3以及t4时刻突进前缘边界,从t1到t4，突进前缘边界以注液井为中心逐渐向外推进，推进面积逐渐扩大，根据聚合物最终停留的边界范围，可以划分出砂体的相边界(图5)。
[0078]
可靠性验证:
[0079]
利用同位素示踪法来检验差分处理数值模拟结果的可靠性，示踪剂监测方法于1964年由brigham提出的一种半解析分析方法，运用该方法能够分析注入液的推进方向、推进速度、井间注采对应关系以及见效程度
[33]
。3h能够很好的溶入注液井的注入液中且与注入液在目标地层中同速运移，这是3h示踪剂法能够用来检验差分模型的可靠性的前提。在
②
油藏单元xl10注入井注入6居里3h(1居里＝1000毫居里＝3。7
×
10
10
bq)示踪剂，注入时间为2017年10月，与聚合物注入时间同步，在
②
油藏单元的产液井中监测是否可见3h，在xl10-47、xl10-7、xl10-31、xl10-8以及xl10-11x井中监测到了3h，其余产液井均未监测到3h，这表明
②
油藏单元从西北部的xl10-11x井到东南部xl10-31井砂体联通性良好，为西北到东南向优势渗流通道。ρ
t
矢量一阶差分结果表明，西北部的xl10-11x井到东南部xl10-31井在t4时刻电阻率已降低到5～6ω。m,在西北到东南向形成低阻带(图6-d)，这一结果与3h追踪结果一致。
[0080]
还可以对比产液井ρ
t
和3h示踪剂的初始响应时间，来验证差分模型的可靠性。某一井点ρ
t
初始响应时间是指聚合物刚好渗流到该井点使地层电阻率刚好发生变化的那一时刻；某一井点3h示踪剂的初始响应时间是指3h刚好渗流到该井点的那一时刻。在
②
油藏单元，xl10-47和xl10-7井ρ
t
的初始响应时间比3h示踪剂的初始响应时间分别早约3个月和6个月(图6-a，b)，表明这两口井的聚合物不仅来自于xl10井，邻近xl10-2井也提供了聚合物来源，因此，xl10-2～xl10-7～xl10井这一带为优势渗流通道，ρ
t
矢量差分法将这一带划分为低阻带，与上述分析结果一致；xl10-31井ρ
t
的初始响应时间与3h示踪剂的初始响应时间一致(图6-c)，表明该产液井聚合物仅仅来自与xl10井，xl10-31与xl10渗流关系良好而与邻近的注液井xl10-27x井渗流关系一般，ρ
t
矢量差分法将xl10-31与xl10之间划分为低阻带与上述分析结果一致；xl10-141井均未检测到聚合物以及3h示踪剂。
[0081]
综上，瞬时电阻率ρ
t
与地层岩石的孔隙度正相关,当聚合物浓度(c
t
)大于一定值时，ρ
t
与c
t
呈指数关系；mitchell改进模型能够利用产出液浓度计算ρ
t
，并将其计算值与生产测井电阻率ρ
tl
对比，一致性良好，且随时间的变化趋势一致；对瞬时电阻率ρ
t
一阶差分处理，可以求解t时刻区内ρ
t
分布特征，优势渗流通道分布在低阻带，且随聚合物的不断注入优势渗流通道的范围先逐渐扩大，后保持不变；对瞬时电阻率ρ
t
二阶差分处理，可以计算出ρ
t
在各个方向上变化最大的位置，二阶差分零值线反映聚合物推进的前缘边界，明确了区内优势渗流通道及聚合物推进范围后，可明确划分出该地区的砂体边界，为后续勘探调整方案。
[0082]
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。