CN105068120B - 致密砂岩裂缝的声波实验方法与识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种致密砂岩裂缝的声波实验方法，包括步骤S10，根据纵波衰减系数、横波衰减系数与微米级裂缝宽度的指数拟合关系，建立利用所述纵波衰减系数、横波衰减系数获得确定微米级裂缝宽度的公式：y＝B×e^A·x，式中，y为微米级裂缝宽度，x为纵波衰减系数或横波衰减系数，A为第一修正系数，范围在24～35之间，B为第二修正系数，范围在0.23～0.38之间，B值与砂岩的孔隙度呈正相关。同时，本发明还提供了一种致密砂岩裂缝的识别方法。本发明达到了在微米级上对致密砂岩裂缝进行识别的目的。

Description

致密砂岩裂缝的声波实验方法与识别方法

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探的测井评价技术，特别涉及一种致密砂岩裂缝的声波实验方法与识别方法。

背景技术

致密砂岩裂缝识别是测井评价的难题。过去多采用微电阻率扫描成像测井来识别、评价地层裂缝，在碳酸盐岩地层的水基泥浆井中，得到了较好地应用。但在致密砂岩微裂缝地层中，特别是在油基泥浆井中，应用效果不理想，而声波测井受井中泥浆特性影响小，因此，可用声波幅度衰减识别地层裂缝。

声波幅度衰减与裂缝特性的关系，在理论上研究较多；但是受实验条件的限制，有关声波测井的实验室内研究，国内外学者研究的相对较少。20世纪80年代，Chen在小模型井中对声波全波列进行过实验观测，其后针对模拟的硬地层和软地层在小模型井中分别开展了多极子横波测井实验研究。Winkler等在小模型井中观测了斯通利波衰减与裂缝渗透性的关系，并与理论数值分析结果作了对比。Tang等对水平及垂直裂缝与斯通利波之间的响应关系进行了理论分析和实验研究。李长文等在人造砂岩模型井中进行过全波列观测实验和数据处理分析，重点开展了储层渗透性变化及裂缝大小对声波波列及其频谱特征参数影响的研究。国内外学者关于模型井的声波测井实验研究取得了不少成果，但是实验所研究的裂缝宽度都停留在毫米级，对微米级的裂缝宽度的实验研究很少，这对致密砂岩微裂缝识别、评价应用不利。

孔隙度是指岩石中孔隙体积或岩石中未被固体物质充填的空间体积与岩石总体积的比值。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的问题之一。

本发明要解决的技术问题之一在于解决在微米级上对致密砂岩裂缝进行识别的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种致密砂岩裂缝的声波实验方法，包括步骤S10，根据纵波衰减系数、横波衰减系数与微米级裂缝宽度的指数拟合关系，建立利用所述纵波衰减系数、横波衰减系数获得确定微米级裂缝宽度的公式：

y＝B×e^A·x

式中，y为微米级裂缝宽度，x为纵波衰减系数或横波衰减系数，A为根据拟合关系获得拟合曲线的斜率，范围在24～35之间，B为根据拟合关系获得拟合曲线的截距，范围在0.23～0.38之间，B值与砂岩的孔隙度呈正相关。

进一步的，包括步骤S9，根据受测量的岩心的长度和测量的声波幅值，确定纵波衰减系数或横波衰减系数，步骤中采用公式如下：

式中：x为纵波衰减系数或横波衰减系数，l为对接岩心总长度；C₀为岩心零缝宽时测量的声波幅度，C为有裂缝时的声波波幅。

进一步的，还包括步骤：

S1，将一块固定长度的受测量岩心垂直锯成两块用于模拟致密砂岩裂缝，切口刨光磨平，然后抽真空，称量1次并记录；再饱和淡水，同时称量，与真空下所测重量结合利用称重法获得岩心孔隙度，之后裹上保鲜膜备用；

S2，将数字示波器与超声方波脉冲发生/接收仪连接，所述超声方波脉冲发生/接收仪连接的发送换能器和接收换能器分别装在处理后的所述两块岩石夹持器的两端；

S3，将所述两块岩心之间涂抹黄油后完全一致对合装在夹持器上，所述发送换能器和接收换能器通过耦合剂分别连接在两块岩心上；

S4，通过岩心夹持器对两块岩心加压至8～10个大气压，获取两块岩心间裂缝宽度为零对应的声波波幅；

S5，松开岩心夹持器，向所述两块岩心之间夹入塑料薄膜；

S6，固定两块岩心位置，再次对两块岩心加压至8～10个气压，获取两岩心间裂缝宽度对应的声波波幅；

S7，再向所述两块岩心之间夹入塑料薄膜，重复步骤S6；

S8，重复步骤S6、S7对两块岩心及夹入的塑料薄膜进行测量，获得夹入塑料薄膜后的声波波幅。

进一步的，所述塑料薄膜的厚度在10～30μm之间。

进一步的，受测量的所述岩心长度为5cm，直径为2.5cm。为解决上述技术问题，本发明还提供了一种致密砂岩裂缝的识别方法，所述识别方法基于上述的确定微米级裂缝宽度的公式y＝B×e^A·x对致密砂岩裂缝进行识别。

本发明的有益效果在于提供了一种致密砂岩裂缝的声波实验方法，本发明明确提出了利用声波全波列的纵波和横波信息评价裂缝的实验方法和实验条件，通过实验测得纵波幅度和横波幅度并通过计算得出纵波衰减系数和横波衰减系数，从而拟合出裂缝评价识别公式，达到了在微米级上对致密砂岩裂缝进行识别的目的；本发明保证了实验环境和条件的同一性，有助于测量数据的有效性，进而保证校正后声波仪器检测信号的准确性。同时，本发明还提供了一种致密砂岩裂缝的识别方法。

附图说明

图1所示为本发明实施例岩心实验仪器组装示意图；

图2所示为本发明实施例孔隙度为3.7％不同缝宽测量的全波波形图；

图3所示为本发明实施例孔隙率为4.5％时归一化后的岩心纵波幅度与裂缝宽度关系图；

图4所示为本发明实施例孔隙率为4.5％时归一化后的岩心横波幅度与裂缝宽度关系图；

图5所示为本发明实施例声波衰减系数与裂缝宽度一般关系图；

图6所示为本发明实施例归一横波化衰减系数与裂缝宽度关系图；

图7所示为本发明实施例声波测井计算裂缝宽度处理效果图。

具体实施方式

下文将结合具体实施例详细描述本发明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。

实施例1

本实施例提供一种致密砂岩裂缝的声波实验方法，如图1～图6所示，包括步骤：

S1，将一块固定长度的受测量岩心垂直锯成两块用于模拟致密砂岩裂缝，切口刨光磨平，然后抽真空，称量1次并记录；再饱和淡水，同时称量，与真空下所测重量结合利用称重法获得岩心孔隙度，之后裹上保鲜膜备用，受测量的所述岩心长度为5cm，直径为2.5cm；

S2，如图1所示，将数字示波器与超声方波脉冲发生/接收仪连接，所述超声方波脉冲发生/接收仪连接的发送换能器和接收换能器分别装在处理后的所述两块岩石夹持器的两端，数字示波器采用DS1102E型数字示波器，所述超声方波脉冲发生/接收仪采用CTS-8077PR型超声方波脉冲发生/接收仪；

S3，将所述两块岩心之间涂抹黄油后完全一致对合装在夹持器上，所述发送换能器和接收换能器通过耦合剂分别连接在两块岩心上；

S4，通过岩心夹持器对两块岩心加压至8～10个大气压，获取两块岩心间裂缝宽度为零对应的声波波幅；

S5，松开岩心夹持器，向所述两块岩心之间夹入塑料薄膜，所述塑料薄膜的厚度在10～30μm之间；

S6，固定两块岩心位置，再次对两块岩心加压至8～10个气压，获取两岩心间裂缝宽度对应的声波波幅；

S7，再向所述两块岩心之间夹入塑料薄膜，重复步骤S6；

S8，重复步骤S6、S7对两块岩心及夹入的塑料薄膜进行测量，获得夹入塑料薄膜后的声波波幅，图2是孔隙度为3.7％不同缝宽测量的全波波形图，从图中可以看出，随着裂缝宽度的增加，波形幅度有减小趋势，特别是横波幅度的衰减非常明显，再如图3和图4所示，纵横波幅度与裂缝宽度关系明显，随着裂缝宽度的增加，声波幅度减小；

S9，根据受测量的岩心的长度和测量的声波幅值，确定纵波衰减系数或横波衰减系数，步骤中采用公式如下：

式中：x为纵波衰减系数或横波衰减系数，l为对接岩心总长度；C₀为岩心零缝宽时测量的声波幅度，C为有裂缝时的声波波幅；

S10，如图5所示，根据纵波衰减系数、横波衰减系数与微米级裂缝宽度的指数拟合关系，建立利用所述纵波衰减系数、横波衰减系数获得确定微米级裂缝宽度的公式：

y＝B×e^A·x

式中，y为微米级裂缝宽度，x为纵波衰减系数或横波衰减系数，A为根据拟合关系获得拟合曲线的斜率，范围在24～35之间，B为根据拟合关系获得拟合曲线的截距，范围在0.23～0.38之间，B值与砂岩的孔隙度呈正相关。

在致密砂岩地层中，利用井中声波全波列测量仪器检测到纵横波幅度信息，然后根据步骤S9中的公式转化为纵横波衰减系数后，依据地层孔隙度范围选取合适的A与B后带入步骤S10中的公式计算得到裂缝宽度。

考虑到岩心孔隙度对声能量的吸收，本次实验考察了不同孔隙度情况下纵波、横波衰减系数与裂缝宽度的关系。图6所示为孔隙度4.5％、6.3％、7.5％情况下归一化横波衰减系数与裂缝宽度的关系，从图中可见两者具有很好的指数关系，且孔隙度越大，相同衰减系数对应的裂缝宽度越大。所以，利用声波衰减系数可以建立计算裂缝宽度的方法。

实施例2

本实施例提供了一种致密砂岩裂缝的识别方法，所述识别方法基于上述实施例1的确定微米级裂缝宽度的公式y＝B×e^A·x对致密砂岩裂缝进行识别，如图7所示，其中，第1道显示深度，第2道为岩性测井曲线，第4道为地层孔隙度计算曲线，充填部分为孔隙空间，第5到为归一化的纵波、横波幅度曲线，第6道为纵横波衰减曲线，第7道为裂缝宽度曲线，包括由纵波衰减系数计算的裂缝宽度和由横波衰减系数计算的裂缝宽度。从图中最右侧的一道可见，由纵波、横波衰减系数计算的裂缝宽度显示该井在6907-6916米、6929-6945米两段地层裂缝宽度较大，属于裂缝发育地层；同时，对比两段裂缝宽度数值大小，下段地层6929-6945米的裂缝宽度又比下段地层6907-6916米的数值大，说明下段裂缝更为发育。

所以，利用根据纵横波幅度估算裂缝宽度的方法及公式，可以对砂岩地层的裂缝进行计算，并评价地层裂缝发育状况。

本发明提供了一种致密砂岩裂缝的声波实验方法，本发明明确提出了利用声波全波列的纵波和横波信息评价裂缝的实验方法和实验条件，通过实验测得纵波幅度和横波幅度并通过计算得出纵波衰减系数和横波衰减系数，从而拟合出裂缝评价识别公式，达到了在微米级上对致密砂岩裂缝进行识别的目的；本发明保证了实验环境和条件的同一性，有助于测量数据的有效性，进而保证校正后声波仪器检测信号的准确性；同时，本发明还提供了一种致密砂岩裂缝的识别方法。

本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (4)

1.一种致密砂岩裂缝的声波实验方法，其特征在于，包括步骤为：

S1，将一块固定长度的受测量岩心垂直锯成两块用于模拟致密砂岩裂缝，切口刨光磨平，然后抽真空，称量1次并记录；再饱和淡水，同时称量，与真空下所测重量结合利用称重法获得岩心孔隙度，之后裹上保鲜膜备用；

S2，将数字示波器与超声方波脉冲发生/接收仪连接，所述超声方波脉冲发生/接收仪连接的发送换能器和接收换能器分别装在处理后的两块岩心夹持器的两端；

S3，将所述两块岩心之间涂抹黄油后完全一致对合装在夹持器上，所述发送换能器和接收换能器通过耦合剂分别连接在两块岩心上；

S4，通过岩心夹持器对两块岩心加压至8～10个大气压，获取两块岩心间裂缝宽度为零对应的声波波幅；

S5，松开岩心夹持器，向所述两块岩心之间夹入塑料薄膜；

S6，固定两块岩心位置，再次对两块岩心加压至8～10个气压，获取两岩心间裂缝宽度对应的声波波幅；

S7，再向所述两块岩心之间夹入塑料薄膜，重复步骤S6；

S8，重复步骤S6、S7对两块岩心及夹入的塑料薄膜进行测量，获得夹入塑料薄膜后的声波波幅；

S9，根据受测量的岩心的长度和测量的声波幅值，确定纵波衰减系数或横波衰减系数，步骤中采用公式如下：

式中：x为纵波衰减系数或横波衰减系数，l为对接岩心总长度；C₀为岩心零缝宽时测量的声波幅度，C为有裂缝时的声波波幅；

S10，根据纵波衰减系数、横波衰减系数与微米级裂缝宽度的指数拟合关系，建立利用所述纵波衰减系数、横波衰减系数获得确定微米级裂缝宽度的公式：

y＝B×e^A·x

式中，y为微米级裂缝宽度，x为纵波衰减系数或横波衰减系数，A为根据拟合关系获得拟合曲线的斜率，范围在24～35之间，B为根据拟合关系获得拟合曲线的截距，范围在0.23～0.38之间，B值与砂岩的孔隙度呈正相关。

2.根据权利要求1所述的致密砂岩裂缝的声波实验方法，其特征在于，所述塑料薄膜的厚度在10～30μm之间。

3.根据权利要求1所述的致密砂岩裂缝的声波实验方法，其特征在于，受测量的所述岩心长度为5cm，直径为2.5cm。

4.一种致密砂岩裂缝的识别方法，其特征在于，基于如权利要求1至3任一项所述的确定微米级裂缝宽度的公式y＝B×e ^A·x对致密砂岩裂缝进行识别。