基于岩石电性参数频散特性的储层参数评价方法
1.
2.
The evaluation method of reservoir parameters based on the rock's electrical parameter dispersion properties
1.
2.
责任编辑: 沈效群
收稿日期: 2019-04-25 修回日期: 2019-07-2 网络出版日期: 2019-10-20
Received: 2019-04-25 Revised: 2019-07-2 Online: 2019-10-20
作者简介 About authors
肖占山(1973-),男,博士,高级工程师,主要从事岩石物理研究、测井理论方法及数值计算工作。Email:lh_xiaozs@cnpc.com.cn 。
基于岩石电性参数频散特性的物理机理,构建了新的岩石电频散特征参数——频散率P,通过模拟油藏条件下的储层岩石和人工岩样对比电频散实验分析,建立起频散率P与饱和度、孔隙度、渗透率、阳离子交换量Qv等储层参数的响应关系。研究表明:频散率P与含水饱和度、孔隙度具有较好的线性关系,频散率P与渗透率、阳离子交换量Qv具有较好的幂律关系。与模值频散率PZ和实部频散率PR相比,相位频散率Pφ和虚部频散率PL能够更好的表征岩石的电频散特征;频散率P和储层参数具有良好的相关性和指示性,可作为电频谱测井的储层评价参数。
关键词:
A new rock electrical dispersion characteristic parameter dispersion rate P is constructed based on physical mechanism of rock electrical parameters dispersion characteristics. By comparing the electric dispersion experimental analysis of reservoir rocks and artificial rock samples under simulated reservoir conditions, the response relationship between the dispersion rate P and the reservoir parameters such as saturation, porosity, permeability and cation exchange capacity Qv is established. The research shows that the dispersion rate P has a good linear relationship with water saturation and porosity. The dispersion rate P has a good power-law relationship with the permeability and cation exchange capacity Qv. Compared with the modulus dispersion rate PZ and the real part dispersion rate PR, the phase dispersion rate Pφ and the imaginary part dispersion rate PL can characterize the electrical dispersion of the rock better. The dispersion rate P and reservoir parameters have good correlation and indication, and can be used as reservoir evaluation parameters for resistivity spectrum logging.
Keywords:
本文引用格式
肖占山, 赵云生, 赵宝成, 李强, 胡海涛, 邵琨, 姚春明.
XIAO Zhan-Shan, ZHAO Yun-Sheng, ZHAO Bao-Cheng, LI Qiang, HU Hai-Tao, SHAO Kun, YAO Chun-Ming.
0 引言
岩石电性参数频散特性与含水饱和度、润湿性、孔隙度、渗透率等储层参数关系密切[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11],基于岩石电性参数频散特性与储层参数的响应关系,有望突破传统认识,构建新的储层测井评价思路和新的测井方法。姜恩承等[12]、关继腾等[13]、于华等[14]通过构建等效复电阻率导电模型的方式,建立起岩石电频散与储层参数的关系;陈序三等[2]利用双频电极型复电阻率测井高低频(8.96 kHz、70 Hz)的差值、差比值、比值等参数定性或半定量地评价水淹层和低阻油层的含油性;肖占山等[8]利用相位频散率P与饱和度关系曲线的斜率k定性评价岩石的润湿性;赵云生等[9]利用电抗和相位频散曲线的斜率k评价岩石的孔隙度和渗透率;柯式镇等[15]、李鹏飞等[16]通过Cole-Cole模型、Dias模型等反演极化率、时间常数等参数,利用模型参数进行储层参数评价。由初步的岩石电频散物理机理可知,低频岩石电频散主要与激发极化效应有关[17,18,19,20]。因此,本文在低频定义了一个表征激发极化效应的频散率计算公式,并在岩石频散特性的实验分析基础上,建立起频散率与含水饱和度、孔隙度、渗透率、阳离子交换量等储层参数之间的响应关系。
1 岩石电性参数频散特征曲线
其中:ρf1为低频复电阻率模值,ρf2为截止频率的复电阻率模值。电抗频散率(虚部频散率)PL和相位频散率Pφ的定义与公式(1)相同。
图1
通过大量的岩石物理实验数据分析可以看出,截至频率f2的范围在5 kHz~10 kHz之间,在小于这个截至频率的频率范围,激发极化效应占主导地位,并且岩石模值、实部、虚部、相位的电频散曲线都随着频率的增加而减小。因此,本文定义的频散率P主要表征激发极化效应的频散特征。结合低频电极型电频谱测井仪器设计需求,f1和 f2分别取值为16 Hz和5 kHz。
与模值和实部相比,相位和虚部信息能够更好地表征岩石电频散特征。因此,选择电抗频散率PL和相位频散率Pφ进行实验数据分析。
2 实验方法
实验测量仪器为SCMS-E型高温高压多参数测量系统和ZL5-LCR智能阻抗分析仪,测量电流的频率范围为12 Hz~100 kHz,测量电极为不极化电极,采用两极法测量。选择不同区块、不同岩性的岩心进行实验研究,将岩心制备成直径为2.54 cm、长度为5 cm的实验岩样,并制备砂岩人工岩心进行对比实验分析。对岩心进行洗油、洗盐、烘干等常规实验预处理,并完成岩心孔隙度、渗透率等物性参数测量,将岩心真空饱和2 000 mg/L的NaCl溶液待用,并完成油驱水、水驱油等驱替实验。采用人工岩样对比实验,是因为在人工岩样制备过程中,可以对岩性、矿物成分、泥质含量等因素进行人为控制。
3 实验分析
3.1 含油饱和度与岩石电性参数频散特性的关系
图2
图2
频散率与含水饱和度的关系曲线
a—相位频散率与含水饱和的关系曲线;b—电抗频散率与含水饱和度的关系曲线
Fig.2
The relationship between the frequency dispersivity and water saturation
a—the relationship between the frequency dispersivity of phase and water saturation;b—the relationship between the frequency dispersivity of reactance and water saturation
表1 相位频散率与含水饱和度相关系数
Table 1
岩心编号 | 相关系数 | 公式 |
---|---|---|
S2 | 0.88498 | y=0.16187x+0.88550 |
S3 | 0.95841 | y=0.11023x+0.89666 |
S8 | 0.92648 | y=0.24873x+0.83240 |
S11 | 0.94573 | y=0.14145x+0.87812 |
S12 | 0.97086 | y=0.08333x+0.93713 |
S23 | 0.98577 | y=0.30078x+0.68497 |
S24 | 0.96025 | y=0.20792x+0.73988 |
S25 | 0.95208 | y=0.36025x+0.69354 |
表2 电抗频散率与含水饱和度相关系数
Table 2
岩心编号 | 相关系数 | 公式 |
---|---|---|
S2 | 0.86846 | y=0.12237x+0.91303 |
S3 | 0.95412 | y=0.08528x+0.92189 |
S8 | 0.91625 | y=0.21519x+0.85778 |
S11 | 0.94242 | y=0.11816x+0.90153 |
S12 | 0.96747 | y=0.06242x+0.95331 |
S23 | 0.98618 | y=0.26022x+0.73328 |
S24 | 0.95792 | y=0.17449x+0.78540 |
S25 | 0.95254 | y=0.32160x+0.73247 |
3.2 孔隙度与岩石电性参数频散特性的关系
图3
图3
频散率与孔隙度的关系曲线
a—相位频散率与孔隙度的关系曲线;b—电抗频散率与孔隙度的关系曲线
Fig.3
The relationship between the frequency dispersivity and porosity φ
a—the relationship between the frequency dispersivity of phase and porosity φ;b—the relationship between the frequency dispersivity of reactance and porosity φ
表3 相位频散率与孔隙度相关系数
Table 3
岩心类型 | 相关系数 | 公式 |
---|---|---|
天然岩心 | 0.83109 | y=2.69448x-2.16503 |
人工岩心 | 0.83358 | y=1.30250x-0.50644 |
表4 电抗频散率与孔隙度相关系数
Table 4
岩心类型 | 相关系数 | 公式 |
---|---|---|
天然岩心 | 0.83691 | y=3.01455x-2.51200 |
人工岩心 | 0.82062 | y=0.67804x-0.20083 |
3.3 渗透率与岩石电性参数频散特性的关系
选择渗透率分布范围为(0.38~ 760)×10-3 μm2的天然砂岩岩心和渗透率分布范围为(276~1 420)×10-3 μm2的人工岩心。将岩心饱和地层水(矿化度2 000 mg/L),测量其频散特征曲线,并计算其相位频散率Pφ和电抗频散率PL。
图4
图4
频散率与渗透率的关系曲线
a—相位频散率与渗透率的关系曲线;b—电抗频散率与渗透率的关系曲线
Fig.4
The relationship between the frequency dispersivity and permeability
a—the relationship between the frequency dispersivity of phase and permeability; b—the relationship between the frequency dispersivity of reactance and permeability
表5 相位频散率与渗透率相关系数
Table 5
岩心类型 | 相关系数 | 公式 |
---|---|---|
天然岩心 | 0.82689 | y=165516x58.6155 |
人工岩心 | 0.81357 | y=3355.0x9.28497 |
表6 电抗频散率与渗透率相关系数
Table 6
岩心类型 | 相关系数 | 公式 |
---|---|---|
天然岩心 | 0.83375 | y=63447.88x61.5588 |
人工岩心 | 0.80756 | y=3083.053x9.9419 |
3.4 阳离子交换量与岩石电性参数频散特性的关系
选择泥质含量不同的泥质砂岩岩心,真空饱和NaCl溶液(矿化度2 000 mg/L),测量其频散特征曲线,计算其相位频散率Pφ和电抗频散率PL,并在实验室内完成岩心的阳离子交换量Qv测定。
图5
图5
频散率与阳离子交换量的关系曲线
a—相位频散率与阳离子交换量的关系曲线;b—电抗频散率与阳离子交换量的关系曲线
Fig.5
The relationship between the frequency dispersivity and cation exchange capacity
a—the relationship between the frequency dispersivity of phase and cation exchange capacity; b—the relationship between the frequency dispersivity of reactance and cation exchange capacity
表7 相位频散率、电抗频散率与阳离子交换量相关系数
Table 7
类型 | 相关系数 | 公式 |
---|---|---|
相位频散率 | 0.83796 | y=41.5601x49.8970 |
电抗频散率 | 0.93315 | y=3344.5514x104.2788 |
4 结论及建议
1) 在岩石电频散的物理机理和实验研究基础上,本文给出了一个能够表征激发极化效应的新的频散率定义,该频散率定义在低频电极型电频谱测井仪器的频率范围。
2) 利用定义的频散率P,在岩石电频散特性的实验研究基础上,构建其与储层参数之间的响应关系。相位频散率Pφ和电抗频散率PL与含水饱和度及孔隙度之间呈线性关系;相位频散率Pφ和电抗频散率PL与渗透率及阳离子交换量Qv之间呈幂律数关系,频散率P与储层参数之间具有良好的指示性和表征性。但对于实际非均质储层,孔、渗、饱等储层参数都同时影响着测井电频散信息,而本文只是进行单因素的实验规律讨论,对于实际测井资料处理时,需要针对不同目标区块,结合岩石物理实验,找出影响岩石电频散特性的主控因素。
3) 基于岩石电性参数频散特性的储层参数评价方法,突破常规储层参数测井评价模式,形成新的评价体系和新的评价思路。在实际测井中,很难在室内岩心实验的频率范围内测量出纯激电效应,因此,为了进一步促进电频谱测井新技术的发展,需要优化和完善电频谱测井仪器的测量模式、测量频率、信号处理等关键技术,使测井信息的响应特征与岩石物理实验的响应特征相匹配。
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[本文引用: 2]
<FONT face=Verdana>岩石电性参数频散特性与润湿性之间存在着密切的关系,在油驱水、水驱油的岩石电性参频散特性的实验中,不同润湿性岩石,其复电阻率模值频散率<EM>P<SUB>ρ</SUB></EM>和相位频散率<EM><EM>P<SUB>φ</SUB></EM></EM>随含水饱和度变化曲线的斜率<EM>k</EM>不同,亲油岩石的斜率<EM>k</EM>最大,中性润湿的岩石次之,亲水岩石的斜率<EM>k</EM>最小,其中油驱水相位频散率<EM>P<SUB>φ</SUB></EM>的斜率k与岩石润湿性的关系表现得最为明显.因此,可以利用油驱水相位频散率<EM>P<SUB>φ</SUB></EM>的斜率<EM>k</EM>定性的评价储层岩石的润湿性.</FONT>
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[本文引用: 2]
<p>岩石电性参数的频散特性不仅受孔隙流体性质及其分布的影响, 与岩石的物性参数也关系密切.本文通过不同孔隙度、不同渗透率的岩石电性参数频散特性的实验研究, 依据Maxwell-Wagner界面极化理论, 分析了岩石物性参数对岩石频散特性的影响规律及物理机理, 同时建立了岩石电性参数频散特性与孔隙度和渗透率的关系模型, 验证了利用岩石的电性参数频散特性评价储层物性参数的可行性.</p>
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[本文引用: 1]
根据孔隙介质的动电耦合理论设计了一套岩芯渗透率测量系统.实验采用交流锁相放大技术,在低频12~42 Hz范围内完成了砂岩岩样流动电势和电渗实验,得到了流动电势系数<em>K<sub>S</sub></em>和电渗压力系数<em>K<sub>E</sub></em>,进而计算出岩样动电渗透率,对于中、高渗透率岩样,测量得出的动电渗透率与常规气测渗透率差异较小,两者具有很好的相关性.实验表明,动电测量可作为岩样渗透率测量的一种方法,同时揭示了利用地层动电测井信号反演地层参数的可能性,实验结果对于分析天然地震动电效应也有参考意义.
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物性实验是建立地质与地球物理关系的基础,同时也是对地球物理勘查资料进行合理解释的条件之一.本文通过总结以往的研究工作,对获取不同激发信号下电阻率值的实验装置、应注意的问题和应服从的模型进行分析,并针对Cole-Cole模型进行了理论计算与实际模拟电路的物理实验对比研究,提出了未来值得深入研究的几个方面.
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