CN104345346B - 一种获取裂缝宽度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种获取裂缝宽度的方法，所述方法包括：获取目的地层裂缝层段全直径岩心，该全直径岩心中间存在一条天然裂缝；以天然裂缝为界将全直径岩心分为两部分，制作具有不同裂缝宽度的裂缝模型；获取裂缝模型在不同裂缝宽度下的斯通利波相对幅度；根据上述斯通利波相对幅度计算等效裂缝宽度模型的参数；获取所述目的地层裂缝层段声波测井资料并确定其斯通利波相对幅度；根据所述目的地层裂缝层段的斯通利波相对幅度和所述等效裂缝宽度模型计算目的地层裂缝层段的裂缝宽度。本发明实施例建立的裂缝宽度模型反映目的地层裂缝的真实情况，计算方法更为方便、简洁，便于实际资料的快速处理。

Description

一种获取裂缝宽度的方法

技术领域

本发明属于油气勘探领域，具体涉及一种获取裂缝宽度的方法。

背景技术

在碳酸盐岩、火山岩及致密碎屑岩储层中，基质渗透率往往很低，对油气流动起主导作用的是各种裂缝，因此，裂缝的准确识别及评价对复杂储层油气勘探具有重要意义。

裂缝评价的参数主要包括裂缝的密度、倾角和宽度，利用成像测井新技术比较容易计算得到裂缝密度、倾角，而裂缝宽度的准确获取较为困难，也是目前测井评价中面临的主要挑战之一。

目前，裂缝宽度的检测方法主要有三大类：根据双侧向电阻率差异的裂缝宽度定量检测、根据高分辨率成像测井资料的裂缝宽度检测以及根据斯通利波衰减幅度的裂缝宽度检测。

当存在裂缝时，钻井过程中泥浆侵入显著，由于深浅双侧向的探测深度不一样，因此，泥浆侵入对电阻率的影响也不一样，从而造成深浅侧向电阻率存在差异。在数值模拟研究基础之上，很多学者建立了裂缝宽度与双侧向电阻率差异之间的定量关系，然而，裂缝宽度只是深浅电阻率差异的影响因素之一，除裂缝宽度之外，裂缝的倾角、地层本身的渗透率、基岩电阻率的大小及地层水矿化度等均对双侧向幅度差具有很大影响。因此，虽然根据双侧向的幅度差能够对裂缝进行定性识别，但是就定量评价而言，其精度比较低。

随着测量仪器及处理技术的发展，成像测井新技术在裂缝评价中的作用越来越大。但是通常的裂缝宽度在微米数量级，能够达到毫米的裂缝比较少，而成像测井最高的分辨率为0.5cm，因此，相对于裂缝宽度而言，成像测井的分辨率仍然比较低，基于成像测井的裂缝宽度计算其准确性比较差。

由于斯通利波反射系数的大小对裂缝宽度反应灵敏，因此可以用斯通利波来估算裂缝宽度。目前广泛使用的是Hornby等人提出的斯通利波裂缝宽度估算方法，大致步骤为：首先提取直达斯通利波和反射斯通利波，利用反褶积运算获得斯通利波的反射系数；然后再利用Hornby等人提出的裂缝宽度与反射系数之间的关系计算裂缝宽度。需要指出的是，Hornby等人提出的裂缝宽度与反射系数之间的关系是基于简化的平板状裂缝模型提出的，在实际地层中，裂缝不可能是平板状的，而是具有一定的凹凸变化的不规则曲面。其次，Hornby等人提出的裂缝宽度计算方法与裂缝的倾角具有很大关系，裂缝倾角不同，反射系数与裂缝宽度之间的函数关系不一样。再者，该方法需要计算0阶和1阶汉克尔函数，实际计算及程序实现都比较复杂。因此，建立一种简便、实用的斯通利波等效裂缝宽度计算方法，对含裂缝地层测井评价具有非常重要的意义。

发明内容

针对现有技术中获取裂缝宽度方法的不足，本发明的目的在于建立一种基于斯通利波的等效裂缝宽度获取方法，该发明提出了通过真实地层含裂缝岩心激波管实验准确确定裂缝宽度与斯通利波相对幅度显函数关系式中待定参数的新思路。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种获取裂缝宽度的方法，所述方法包括：

获取目的地层裂缝层段全直径岩心，所述全直径岩心中间存在一条天然裂缝；

以所述天然裂缝为界将所述全直径岩心分为两部分，制作具有不同裂缝宽度的裂缝模型；

获取所述裂缝模型在不同裂缝宽度下的第一斯通利波相对幅度；

根据所述裂缝模型在不同裂缝宽度下的第一斯通利波相对幅度计算等效裂缝宽度模型的参数；

获取所述目的地层裂缝层段声波测井资料并确定其第二斯通利波相对幅度；

根据所述目的地层裂缝层段的第二斯通利波相对幅度和所述等效裂缝宽度模型计算目的地层裂缝层段的裂缝宽度。

优选的，在本发明一实施例中，所述等效裂缝宽度模型为：

其中，R_st为第一斯通利波相对幅度，ω_f为裂缝宽度，α、β₁、β₂为模型参数。

优选的，在本发明一实施例中，所述根据所述裂缝模型在不同裂缝宽度下的第一斯通利波相对幅度计算等效裂缝宽度模型的参数包括：

建立第一斯通利波相对幅度和裂缝宽度的R_st-ω_f坐标系；

将所述不同裂缝宽度下的第一斯通利波相对幅度的实验数据点代入所述R_st-ω_f坐标系中；

利用所述等效裂缝宽度模型拟合所述实验数据点，获得所述等效裂缝宽度模型中α、β₁、β₂参数值。

优选的，在本发明一实施例中，所述获取所述裂缝模型在不同裂缝宽度下的第一斯通利波相对幅度通过激波管实验获取，包括：

获取激波管内斯通利波经过裂缝前测得的第一斯通利波幅度；

获取所述斯通利波经过裂缝后测得的第一斯通利波幅度；

计算所述激波经过裂缝后测得的第一斯通利波幅度和所述斯通利波经过裂缝前获得的第一斯通利波幅度的比值，得到所述第一斯通利波的相对幅度，表达式为：

其中，R_st为第一斯通利波相对幅度，ω_f为裂缝宽度，A_st(ω_f＝n)为所述斯通利波经过宽度为n的裂缝后测得的第一斯通利波幅度，A_st(ω_f＝0)为所述斯通利波经过裂缝前测得的第一斯通利波幅度。

优选的，在本发明一实施例中，所述天然裂缝两端的岩心无其它裂缝或微裂缝。

优选的，在本发明一实施例中，所述具有不同裂缝宽度的裂缝模型包括宽度为1mm、2mm、4mm、6mm等四种不同的裂缝模型。

优选的，在本发明一实施例中，所述获取所述目的地层裂缝层段声波测井资料并确定其第二斯通利波相对幅度，包括：将声波测井仪器在所述裂缝层段内按照一定采样间隔移动并获取所述裂缝层段在不同深度的声波测井资料。

优选的，在本发明一实施例中，在所述将声波测井仪器在所述裂缝层段内按照一定采样间隔移动并获取所述裂缝层段在不同深度的声波测井资料之后，还包括：

提取所述声波测井资料的第二斯通利波，并计算所述裂缝层段在不同深度的第二斯通利波幅度和第二斯通利波相对幅度。

本发明实施例提供的获取裂缝宽度的方法首次提出了裂缝宽度与斯通利波相对幅度之间的显函数关系式，该关系式简明、直接，便于模型参数确定及实际井资料处理，本发明实施例建立的这种等效裂缝宽度定量计算方法简便、实用，对复杂储层裂缝定量评价具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提出的获取裂缝宽度方法的流程图。

图2为本发明实施例二中裂缝宽度为2mm时斯通利波实验结果，其中，纵坐标为传感器测得的压力，其数值大小反映斯通利波的幅度值，横坐标为测量点离激波管发射位置的距离。

图3为本发明实施例二中某地区地层裂缝层段选取的全直径岩心在不同裂缝宽度下的斯通利波相对幅度的实验数据点以及拟合曲线，其中，横坐标为裂缝宽度(ω_f)，纵坐标为斯通利波相对幅度(R_st)。

图4为声波测井资料及经过处理后的斯通利波相对幅度和裂缝宽度。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。

实施例一

本发明实施例提供一种获取裂缝宽度的方法，图1为本实施例的获取裂缝宽度方法的流程图，该流程包括如下步骤：

S101，获取目的地层裂缝层段全直径岩心，该全直径岩心中间存在一条天然裂缝。

在该步骤中，全直径岩心的选取有两条原则：

(1)岩心存在一条明显的天然裂缝，易于在实验室条件下以该裂缝为界将岩心分为两部分，且不损坏裂缝的自然形态；(2)裂缝两端的岩心无其它裂缝或微裂缝。

选择上述岩心制作裂缝模型具有以下优点：首先，采用无裂缝的真实岩心作为裂缝模型的基质部分，能够完全模拟真实地层不含裂缝部分孔隙的类型、分布等孔隙结构特征以及孔隙度、渗透率等物性参数；其次，选择具有明显天然裂缝的岩心，在实验室易于制作真实的裂缝面。

S102，以所述天然裂缝为界将全直径岩心分为两部分，制作具有不同裂缝宽度的裂缝模型。

S103，获取裂缝模型在不同裂缝宽度下的斯通利波相对幅度。

斯通利波相对幅度可以通过对所选全直径岩心进行激波管实验实现。激波管是一种新型斯通利波直接测量装置，通过激波管实验，不仅能够直接测量斯通利波，而且能够研究裂缝宽度、倾角及分布等对斯通利波影响的规律。利用步骤S102中所制作的具有不同裂缝宽度的裂缝模型，通过激波管实验可以准确获得全直径岩心在不同裂缝宽度下斯通利波相对幅度的变化规律。

S104，根据裂缝模型在不同裂缝宽度下的斯通利波相对幅度计算等效裂缝宽度模型的参数。

为了形成基于斯通利波的裂缝宽度计算方法，在前期理论、实验研究基础之上，本发明首次提出了一种根据斯通利波相对幅度计算等效裂缝宽度的新公式：

式中，ω_f为裂缝宽度(mm)，α、β₁、β₂为模型参数，模型参数可由激波管实验确定。

R_st为激波管内斯通利波经过裂缝区域前后测得的斯通利波的相对幅度，定义为：

式中，A_st(ω_f＝n)为激波管内斯通利波经过宽度为n(mm)的裂缝后测得的斯通利波幅度，A_st(ω_f＝0)为斯通利波经过裂缝模型中裂缝前测得的斯通利波幅度。

本发明提出的等效裂缝宽度计算公式(1)给出了裂缝宽度与斯通利波相对幅度之间的显函数关系，在实际应用中只要通过实验确定了公式(1)中的待定模型参数，便可以根据斯通利波相对幅度方便地计算等效裂缝宽度。相对于以前的裂缝宽度计算方法而言，该公式更方便、直接，便于实际资料处理。

S105，获取所述裂缝层段声波测井资料并确定其斯通利波相对幅度。

以阵列声波测井资料为例说明斯通利波相对幅度的确定方法。先按照声波资料处理的常规方法处理阵列声波测井资料，提取斯通利波并计算斯通利波在不同深度的幅度，再计算斯通利波的相对幅度。

阵列声波测井仪器具有多个接收探头，一般为8个，测井时测井仪器在目的地层裂缝区段内从下往上按照采样间隔逐渐移动，当遇到裂缝区域时，仪器上部的探头(如第8个接收探头)首先遇到裂缝，仪器下部的探头(如第1个接收探头)后遇到裂缝。在采样间隔内，将存在仪器下部的探头(如第1个接收探头)在裂缝下面(未经过裂缝，未受裂缝影响)，仪器上部的探头(如第8个接收探头)在裂缝上面(经过裂缝，受裂缝影响)这样的情形，此时斯通利波相对幅度(如第8个接收探头斯通利波幅度与第1个接收探头斯通利波幅度之比)在该采用间隔附近最小。由于仪器上部接收探头与下部接收探头之间的间距较小，距离对斯通利波传播的影响较小，可以忽略，因此上述相对幅度主要反映裂缝对斯通利波的衰减。

S106，根据所述裂缝层段斯通利波相对幅度和所述等效裂缝宽度模型计算裂缝的等效宽度。

利用本发明提出的等效裂缝计算公式(1)及步骤S104中确定的模型参数，可以方便地计算目的地层裂缝发育层段裂缝的等效宽度。

实施例二

本发明还通过实验提供了一具体的实施例，具体实施步骤如下：

1、按上述岩心选取原则选取某地区地层裂缝层段全直径岩心，岩心直径为67mm、长为45cm。岩心中存在一条明显的天然裂缝，以该裂缝为界在实验室条件下易于将岩心分为两段，而且除裂缝之外的其它部分，岩性比较致密，没有明显的缝洞存在，便于制作具有不同裂缝宽度且具有天然裂缝面特征的裂缝模型。

2、对所选全直径岩心进行激波管实验。为了获得不同裂缝宽度下，斯通利波经过裂缝衰减的定量规律，利用步骤1中所选定的全直径岩心制作了宽度分别为1mm、2mm、4mm、6mm等四种不同的裂缝模型，利用激波管对各个裂缝模型进行了斯通利波测量，获取各裂缝宽度下斯通利波的幅度，图2为上述选取岩心裂缝宽度为2mm时斯通利波实验结果，斯通利波在经过岩心时压缩实验气体，图中横坐标为测量点离激波发射位置的距离，纵坐标为传感器所测得的压力，该压力值与斯通利波幅度值成正比。

3、确定等效裂缝宽度计算模型中的参数。通过对步骤2中的实验数据进行处理，可以获得斯通利波经过不同裂缝衰减之后幅度的变化，首先，建立斯通利波相对幅度和裂缝宽度的直角坐标系，即R_st-ω_f坐标系，如图3所示，将不同裂缝宽度下的斯通利波相对幅度的数据点代入R_st-ω_f坐标系中，利用公式(1)拟合上述数据点，即可获得公式(1)中α、β₁、β₂模型参数值。经最优拟合得到该地区地层裂缝层段α为0.157、β₁为0.275、β₂为0.643，即斯通利波相对幅度与等效裂缝宽度之间的显函数关系为：

4、根据声波测井资料确定裂缝层段斯通利波相对幅度。首先按照声波资料处理的常规方法处理该井的声波测井资料，提取斯通利波并计算斯通利波在不同深度的相对幅度，处理结果如图4中第3道所示。

5、等效裂缝宽度计算。根据步骤4中计算的经过裂缝带前后斯通利波的相对幅度R_st，利用步骤3中获得的等效裂缝宽度计算公式(3)，可以方便地计算目的地层裂缝发育层段裂缝的等效宽度，如图4中第4道所示。

本发明实施例上述方法技术方案具有如下有益效果：首先，裂缝宽度模型参数的确定基于真实地层含裂缝岩心激波管实验，因此，本发明实施例一所建立的响应模型更能够反映目的地层裂缝的真实情况，计算结果也更为准确可靠；其次，本发明提出的裂缝宽度计算方法更为方便、简洁，便于实际资料的快速处理。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种获取裂缝宽度的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取目的地层裂缝层段全直径岩心，所述全直径岩心中间存在一条天然裂缝；

以所述天然裂缝为界将所述全直径岩心分为两部分，制作具有不同裂缝宽度的裂缝模型；

获取所述裂缝模型在不同裂缝宽度下的第一斯通利波相对幅度；

根据所述裂缝模型在不同裂缝宽度下的第一斯通利波相对幅度计算等效裂缝宽度模型的模型参数，所述等效裂缝宽度模型为：

<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mi>a</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>f</mi> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mn>1</mn> </msub> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>f</mi> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mn>2</mn> </msub> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msup> </mrow>

其中，R_st为所述第一斯通利波相对幅度，ω_f为所述裂缝宽度，α、β₁、β₂为所述模型参数；

获取所述目的地层裂缝层段声波测井资料并确定其第二斯通利波相对幅度；

根据所述目的地层裂缝层段的第二斯通利波相对幅度和所述等效裂缝宽度模型计算目的地层裂缝层段的裂缝宽度。

2.根据权利要求1所述的获取裂缝宽度的方法，其特征在于，所述根据所述裂缝模型在不同裂缝宽度下的第一斯通利波相对幅度计算等效裂缝宽度模型的模型参数包括：

建立第一斯通利波相对幅度和裂缝宽度的R_st-ω_f坐标系；

将所述不同裂缝宽度下的第一斯通利波相对幅度的实验数据点代入所述R_st-ω_f坐标系中；

利用所述等效裂缝宽度模型拟合所述实验数据点，获得所述等效裂缝宽度模型中α、β₁、β₂参数值。

3.根据权利要求1所述的获取裂缝宽度的方法，其特征在于，所述获取所述裂缝模型在不同裂缝宽度下的第一斯通利波相对幅度通过激波管实验获取，包括：

获取激波管内斯通利波经过裂缝前测得的第一斯通利波幅度；

获取斯通利波经过裂缝后测得的第一斯通利波幅度；

计算所述斯通利波经过裂缝后测得的第一斯通利波幅度和所述斯通利波经过裂缝前获得的第一斯通利波幅度的比值，得到所述第一斯通利波的相对幅度，表达式为：

<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow>

其中，R_st为第一斯通利波相对幅度，ω_f为裂缝宽度，A_st(ω_f＝n)为所述斯通利波经过宽度为n的裂缝后测得的第一斯通利波幅度，A_st(ω_f＝0)为所述斯通利波经过裂缝前测得的第一斯通利波幅度。

4.根据权利要求1所述的获取裂缝宽度的方法，其特征在于，所述天然裂缝两端的岩心无其它裂缝或微裂缝。

5.根据权利要求1所述的获取裂缝宽度的方法，其特征在于，所述具有不同裂缝宽度的裂缝模型包括宽度为1mm、2mm、4mm、6mm等四种不同的裂缝模型。

6.根据权利要求1所述的获取裂缝宽度的方法，其特征在于，所述获取所述目的地层裂缝层段声波测井资料并确定其第二斯通利波相对幅度，包括：将声波测井仪器在所述裂缝层段内按照一定采样间隔移动并获取所述裂缝层段在不同深度的声波测井资料。

7.根据权利要求6所述的获取裂缝宽度的方法，其特征在于，在所述将声波测井仪器在所述裂缝层段内按照一定采样间隔移动并获取所述裂缝层段在不同深度的声波测井资料之后，还包括：

提取所述声波测井资料的第二斯通利波，并计算所述裂缝层段在不同深度的第二斯通利波幅度和第二斯通利波相对幅度。