CN109900617B

CN109900617B - 一种基于声电成像测井图的裂缝性地层渗透率曲线计算方法

Info

Publication number: CN109900617B
Application number: CN201910215214.3A
Authority: CN
Inventors: 吴丰; ***; 陈梅; 姚聪; 何江; 丛林林
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2039-03-21
Also published as: CN109900617A

Abstract

本发明公开了一种基于声电成像测井图的裂缝性地层渗透率曲线计算方法，包括如下步骤：S1，将彩色声电成像测井图转换灰度图；S2，分割灰度图中的裂缝及孔洞得到二值图；S3，通过选择合适的窗长和步长，将二值图切割成若干小块二值图；S4，取一个小块二值图，构建该小块二值图的裂缝及孔洞的三维物理模型；S5，基于三维物理模型计算渗透率；S6，重复执行步骤S4～S5，得到所有小块二值图的渗透率；S7，利用所有小块二值图的渗透率，绘制裂缝性地层渗透率曲线。本发明以彩色声电成像测井图为基础，可准确计算裂缝性地层渗透率曲线，使得裂缝性油气藏的评价更加准确，更好的指导裂缝性油气藏的勘探与开发。

Description

一种基于声电成像测井图的裂缝性地层渗透率曲线计算方法

技术领域

本发明涉及石油与天然气勘探及开发领域，尤其是一种基于声电成像测井图的裂缝性地层渗透率曲线计算方法。

背景技术

裂缝对孔隙度的影响比较小，但对地层渗透率的影响却非常大。裂缝性地层(包括裂缝型地层、裂缝-孔洞型地层等)中，地层的渗透率主要由裂缝和孔洞的发育程度决定。一般，地层渗透率可以由以下三大类方法来确定：

(1)试井及地层测试：试井及地层测试方法是将试井仪器或模块式地层测试器下入油气井的指定深度，通过测试获得的压力数据来推算该深度的渗透率，该方法的优点是获得的渗透率准确度较高，但缺点是耗时较长、费用极高，因此只能选择个别重要的深度点进行测试，无法获取全井段连续的渗透率曲线数据。

(2)岩心渗透率实验：岩心渗透率实验方法是将地下岩芯取出至地面，并将其制作成规则的岩心柱塞，利用孔渗测试仪器来测量其渗透率。该方法较试井及地层测试方法费用低一些，对于孔隙性地层具有较好效果，但由于裂缝性地层中裂缝极为发育，难以获取完整的岩芯，因此一般难以进行岩心渗透率实验。

(3)测井资料计算：测井资料计算方法是指利用测井资料、孔隙度和渗透率公式来计算地层渗透率。该方法所采用的测井资料包括声波曲线、中子曲线、密度曲线。首先，通过孔隙度公式获得地层的孔隙度，再将孔隙度与岩心测试渗透率结合建立渗透率公式，最后将该渗透率公式应用至全井段，可获得地层的渗透率曲线。但是该方法所计算的渗透率只能反映基质孔隙，无法反映裂缝和较大孔洞的渗透率。然而，在裂缝性地层中，地层渗透率主要由裂缝和孔洞所决定。因此，现有的测井资料计算方法无法应用至裂缝性地层。

声电成像测井具有较好的裂缝及孔洞显示功能。在声电成像测井图上，裂缝及孔洞往往显示为深色条带状和深色块状等。目前，裂缝性油气藏几乎都测量了大量的声电成像测井，但目前仅仅是用来直观的识别裂缝和孔洞是否存在、判断裂缝和孔洞的发育密度、计算裂缝和孔洞的孔隙度。

整体而言，目前还没有一套能准确计算裂缝性地层渗透率曲线的方法，因此开发一套基于测井资料的裂缝性地层渗透率曲线计算方法，在裂缝性油气藏的勘探与开发领域具有重要的意义及广阔的前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于声电成像测井图的裂缝性地层渗透率曲线计算方法，通过该方法可准确计算裂缝性地层渗透率曲线，使得裂缝性油气藏的评价更加准确，更好的指导裂缝性油气藏的勘探与开发。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于声电成像测井图的裂缝性地层渗透率曲线计算方法，包括如下步骤：

S1，将彩色声电成像测井图转换灰度图；

S2，分割灰度图中的裂缝及孔洞得到二值图；

S3，通过选择合适的窗长和步长，将二值图切割成若干小块二值图；

S4，取一个小块二值图，构建该小块二值图的裂缝及孔洞的三维物理模型；

S5，基于三维物理模型计算渗透率；

S6，重复执行步骤S4～S5，得到所有小块二值图的渗透率；

S7，利用所有小块二值图的渗透率，绘制裂缝性地层渗透率曲线。

进一步，步骤S1将彩色声电成像测井图转换灰度图的方法为：将RGB格式的彩色声电成像测井图分解为RED通道、GREEN通道和BLUE通道的三张灰度图，选取三张灰度图中裂缝及孔洞特征最明显的一张输出为需要的灰度图。

进一步，步骤S2为：通过阈值法分割灰度图中的裂缝和孔洞得到二值图。

进一步，通过阈值法分割灰度图中的裂缝和孔洞得到二值图后，需要采用形态学的腐蚀或膨胀算法调整裂缝宽度和孔洞尺寸，并去除伪裂缝及伪孔洞。

进一步，窗长、步长与三维物理模型具有如下关系：

Range＝D₁-D₂

Step≤Range

式中，Range—窗长，m；

Step—步长，m；

D₁—三维物理模型的底部深度，m；

D₂—三维物理模型的顶部深度，m。

进一步，步骤S4中构建小块二值图的裂缝及孔洞的三维物理模型的方法为：(1)拉伸小块二值图形成三维数据体；(2)提取三维数据体中的裂缝及孔洞，构建用于渗透率模拟的三维物理模型。

进一步，步骤S5计算渗透率的方程式为：

式中，k—渗透率，m²；

m—声电成像测井的井眼覆盖率，范围为[0-1]；

H—三维物理模型的厚度，m；

r—井眼半径，m；

Q—三维物理模型截面的流量，m³·s^-1；

P₁—三维物理模型的流体入口压力，Pa；

P₂—三维物理模型的流体出口压力，Pa；

D₁—三维物理模型的底部深度，m；

D₂—三维物理模型的顶部深度，m。

进一步，三维物理模型截面的流量Q为通过对三维物理模型中各点的流体速度积分得到；

计算三维物理模型中各点的流体速度的方程式为：

式中，u—三维物理模型中各点的流体速度，m·s^-1；

—梯度算子；

—散度算子；

—拉普拉斯算子；

μ—流体粘度，Pa·s；

p—流体压力，Pa。

进一步，步骤S7利用所有小块二值图的渗透率，绘制裂缝性地层渗透率曲线的方法为：以渗透率和深度为坐标轴，将每个小块二值图对应的深度和渗透率的点绘制成连线图，得到裂缝性地层渗透率曲线。

进一步，每个小块二值图对应的深度为其对应的三维物理模型的底部深度和顶部深度的中间点深度。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明以彩色声电成像测井图为基础，可准确计算裂缝性地层渗透率曲线，使得裂缝性油气藏的评价更加准确，更好的指导裂缝性油气藏的勘探与开发。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明的流程框图。

图2为本发明实施例的彩色声电成像测井图与三通道法和加权法获得的灰度图的对比图。

图3为本发明实施例的阈值法分割灰度图的阈值选取直方图。

图4为本发明实施例的灰度图以及调整前后的二值图的对比图。

图5为本发明实施例的不同窗长和步长切割二值图的对比图。

图6为本发明实施例的三维物理模型和渗透率计算的过程示意图。

图7为本发明实施例的流程框图。

图8为本发明实施例绘制的裂缝性地层渗透率曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

一种基于声电成像测井图的裂缝性地层渗透率曲线计算方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤S1，将彩色声电成像测井图转换灰度图；

原始的声电成像测井图一般为由黑色～深红～红色～白色逐渐过渡的彩色声电成像测井图，彩色声电成像测井图的格式为RGB格式。在原始的声电成像测井图中，黑色区域分别具有低声波速度和低电阻率的特征，因此黑色区域一般为裂缝和孔洞(渗流空间)。将彩色声电成像测井图转换灰度图后，才能进行裂缝及孔洞的分割。将彩色声电成像测井图转换灰度图主要由两种方法：

(1)三通道法：

利用ImageJ等图像处理软件或者matlab等计算软件，将RGB格式的彩色声电成像测井图分解为RED(红色)通道、GREEN(绿色)通道和BLUE(蓝色)通道的三张灰度图。三张灰度图的表达式分别为：

GRAY＝R；

GRAY＝G；

GRAY＝B；

式中，GRAY—灰度图中像素点的值；

R—原始声电成像测井图中像素点的RED(红色)通道的值；

G—原始声电成像测井图中像素点的GREEN(绿色)通道的值；

B—原始声电成像测井图中像素点的BLUE(蓝色)通道的值；

在分解出的三张灰度图中，选取三张灰度图中裂缝及孔洞特征最明显的一张输出为需要的灰度图，进行下一步裂缝及孔洞的分割。

(2)加权法：

利用matlab等计算软件，将RGB格式的彩色声电成像测井图的三通道值进行加权，得到一张灰度图，其表达式为：

GRAY＝a*R+b*G+c*B；

a+b+c＝1；

式中，a、b、c—加权系数，取值范围为[0-1]。

步骤S2，分割灰度图中的裂缝及孔洞得到二值图；

本发明优选通过阈值法分割灰度图中的裂缝和孔洞得到二值图，选定合适的分割阈值Tv，则：

令BINARY＝0，若0≦GRAY≦Tv；

令BINARY＝1，若Tv<GRAY≦GRAYmax；

式中，BINARY—二值图中像素点的值；BINARY＝0的像素点代表裂缝和孔洞；BINARY＝1的像素点代表基质岩石；

GRAYmax—灰度图中像素点的最大灰度值。

上述通过阈值法分割灰度图中的裂缝和孔洞得到二值图后，获得的二值图可能与实际地层有一定偏差：(1)裂缝宽度和孔洞尺寸偏大或偏小，需要采用形态学的腐蚀或膨胀算法调整裂缝宽度和孔洞尺寸；(2)去除伪裂缝及伪孔洞，本发明采用人工鉴别的方法去除伪裂缝及伪孔洞。将调整后的二值图用于后续切割并构建三维物理模型。

步骤S3，通过选择合适的窗长和步长，将二值图切割成若干小块二值图；

其中，窗长、步长与三维物理模型具有如下关系：

Range＝D₁-D₂；

Step≤Range；

式中，Range—窗长，m；

Step—步长，m；

D₁—三维物理模型的底部深度，m；

D₂—三维物理模型的顶部深度，m。

步骤S4，取一个小块二值图，构建该小块二值图的裂缝及孔洞的三维物理模型：

(1)拉伸小块二值图形成三维数据体；拉伸可以使用图像处理软件如AUTOCAD等实现。

(2)提取三维数据体中的裂缝及孔洞，即提取小块二值图中BINARY＝0的部分形成的三维数据体，构建用于渗透率模拟的三维物理模型。

步骤S5，基于三维物理模型计算渗透率：

(1)在三维物理模型的两端面(拉伸面)分别施加流体入口压力P₁和流体出口压力P₂，其中P₁＞P₂；

(2)计算三维物理模型截面的流量Q：

三维物理模型截面的流量Q为通过对三维物理模型中各点的流体速度积分得到；计算三维物理模型中各点的流体速度的方程式为：

式中，u—三维物理模型中各点的流体速度，m·s^-1；

—梯度算子；

—散度算子；

—拉普拉斯算子；

μ—流体粘度，Pa·s；

p—流体压力，Pa。

(3)计算渗透率：

计算渗透率的方程式为：

式中，k—渗透率，m²；

m—声电成像测井的井眼覆盖率，范围为[0-1]；

H—三维物理模型的厚度，m；

r—井眼半径，m；

Q—三维物理模型截面的流量，m³·s^-1；

P₁—三维物理模型的流体入口压力，Pa；

P₂—三维物理模型的流体出口压力，Pa；

D₁—三维物理模型的底部深度，m；

D₂—三维物理模型的顶部深度，m。

步骤S6，重复执行步骤S4～S5，得到所有小块二值图的渗透率；

步骤S7，利用所有小块二值图的渗透率，绘制裂缝性地层渗透率曲线：

以渗透率和深度为坐标轴，将每个小块二值图对应的深度和渗透率的点绘制成连线图，得到裂缝性地层渗透率曲线。其中，每个小块二值图对应的深度D为其对应的三维物理模型的底部深度D₁和顶部深度D₂的中间点深度，即深度中心，可以表示为：D＝(D₁+D₂)/2。

以下以XX井裂缝性地层段5426m～5432m为例，对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

S1，将彩色声电成像测井图转换灰度图；

采用三通道法和加权法分别对原始的彩色声电成像测井图进行图像处理，获得灰度图，加权法中处理参数a＝b＝c＝1/3。如图2所示的原始的彩色声电成像测井图与三通道法和加权法获得的灰度图的对比，可以看出三通道法获得的RED(红色)通道灰度图能最好的反映裂缝特征，因此采用三通道法获得的RED(红色)通道灰度图进行下一步的裂缝及孔洞分割。

S2，分割灰度图中的裂缝及孔洞得到二值图；

如图3所示，选择合适的分割阈值Tv＝61，通过阈值法将裂缝和孔洞与基质岩石区分开，得到二值图。调整后的二值图与实际地层有一定偏差，因此采用腐蚀算法对裂缝宽度和孔洞尺寸进行了减小，灰度图以及调整前后的二值图对比如图4所示。

选择合适的窗长Range和步长Step，如图5所示的四种不同的窗长Range和步长Step配合，分别为：

(1)Range＝0.25m，Step＝0.125m；

(2)Range＝0.25m，Step＝0.25m；

(3)Range＝0.5m，Step＝0.25m；

(4)Range＝0.5m，Step＝0.5m。

不同的窗长Range和步长Step配合，可得到深度范围上不同密度的渗透率数据点，可根据实际需求进行选择。在本实施例中，选择(2)Range＝0.25m，Step＝0.25m，将调整后的二值图切割成个24小块的二值图。

S4，取一个小块二值图，构建该小块二值图的裂缝及孔洞的三维物理模型：以5428m～5428.25m的小块二值图为例，如图6所示，执行：(1)拉伸小块二值图形成三维数据体；(2)提取三维数据体中的裂缝及孔洞，构建用于渗透率模拟的三维物理模型。

S5，基于三维物理模型计算渗透率：设置处理参数，m＝1，μ＝0.001Pa·s，r＝0.2159m，D₁＝5428.25m，D₂＝5428m，P₁＝130000Pa，P₂＝100000Pa，H＝0.4m。

利用上述渗透率的方程式计算得到深度范围为5428m～5428.25m的小块二值图对应的渗透率为15036.343d，其深度中心

S6，重复执行步骤S4～S5，得到所有小块二值图的渗透率：

为了方便计算，本实施例先取底部深度最低到最高的顺序对小块二值图进行计算，如图7所示。计算得到的24块小块二值图的深度和渗透率如表一所示。

表一：

以渗透率和深度为坐标轴，将每个小块二值图对应的深度和渗透率的点绘制成连线图，得到裂缝性地层渗透率曲线，如图8所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于声电成像测井图的裂缝性地层渗透率曲线计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，将彩色声电成像测井图转换灰度图；

S2，分割灰度图中的裂缝及孔洞得到二值图；

S3，通过选择合适的窗长和步长，将二值图切割成若干小块二值图，采用形态学的腐蚀或膨胀算法调整二值图的裂缝宽度和孔洞尺寸，并去除伪裂缝及伪孔洞；

S5，基于三维物理模型计算渗透率；

S6，重复执行步骤S4～S5，得到所有小块二值图的渗透率；

S7，利用所有小块二值图的渗透率，绘制裂缝性地层渗透率曲线；

步骤S5计算渗透率的方程式为：

式中，k—渗透率，m²；

m—声电成像测井的井眼覆盖率，范围为[0-1]；

H—三维物理模型的厚度，m；

r—井眼半径，m；

Q—三维物理模型截面的流量，m³·s^-1；

P₁—三维物理模型的流体入口压力，Pa；

P₂—三维物理模型的流体出口压力，Pa；

D₁—三维物理模型的底部深度，m；

D₂—三维物理模型的顶部深度，m；

μ—流体粘度，Pa·s。

2.如权利要求1所述的基于声电成像测井图的裂缝性地层渗透率曲线计算方法，其特征在于，步骤S1将彩色声电成像测井图转换灰度图的方法为：将RGB格式的彩色声电成像测井图分解为RED通道、GREEN通道和BLUE通道的三张灰度图，选取三张灰度图中裂缝及孔洞特征最明显的一张输出为需要的灰度图。

3.如权利要求1所述的基于声电成像测井图的裂缝性地层渗透率曲线计算方法，其特征在于，步骤S2为：通过阈值法分割灰度图中的裂缝和孔洞得到二值图。

4.如权利要求1所述的基于声电成像测井图的裂缝性地层渗透率曲线计算方法，其特征在于，窗长、步长与三维物理模型具有如下关系：

Range＝D₁-D₂

Step≤Range

式中，Range—窗长，m；

Step—步长，m；

D₁—三维物理模型的底部深度，m；

D₂—三维物理模型的顶部深度，m。

5.如权利要求1所述的基于声电成像测井图的裂缝性地层渗透率曲线计算方法，其特征在于，步骤S4中构建小块二值图的裂缝及孔洞的三维物理模型的方法为：(1)拉伸小块二值图形成三维数据体；(2)提取三维数据体中的裂缝及孔洞，构建用于渗透率模拟的三维物理模型。

6.如权利要求1所述的基于声电成像测井图的裂缝性地层渗透率曲线计算方法，其特征在于，三维物理模型截面的流量Q为通过对三维物理模型中各点的流体速度积分得到；

计算三维物理模型中各点的流体速度的方程式为：

式中，u—三维物理模型中各点的流体速度，m·s^-1；

—梯度算子；

—散度算子；

—拉普拉斯算子；

μ—流体粘度，Pa·s；

p—流体压力，Pa。

7.如权利要求1所述的基于声电成像测井图的裂缝性地层渗透率曲线计算方法，其特征在于，步骤S7利用所有小块二值图的渗透率，绘制裂缝性地层渗透率曲线的方法为：以渗透率和深度为坐标轴，将每个小块二值图对应的深度和渗透率的点绘制成连线图，得到裂缝性地层渗透率曲线。

8.如权利要求7所述的基于声电成像测井图的裂缝性地层渗透率曲线计算方法，其特征在于，每个小块二值图对应的深度为其对应的三维物理模型的底部深度和顶部深度的中间点深度。