CN111255446A - 一种基于地层模拟的电阻率校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于地层模拟的电阻率校正方法，通过实验室测试建立不同岩性电阻率随包括温度、压力、孔隙度在内的因素变化的理论模型，将测区岩石电性的测井资料、实验室测量资料校正至相应的地层条件，建立有效的地电初始模型。本发明通过模拟岩样所在测区不同深度的温压环境，测量岩石不同深度条件下的复电阻率振幅与相位，获取岩石激电参数与温度压力关系，进而对已有的地电资料进行校正，获取电磁勘探意义下的初始地电模型，其目的是解决岩石地电的测井资料、实验室资料与勘探条件不匹配问题，为电磁勘探反演解释评价提供重要参数依据。
Description
技术领域
本发明属于石油、天然气勘探与开发技术领域，涉及到岩石物理和电磁勘探技术，具体涉及一种基于地层模拟的电阻率校正方法。
背景技术
石油勘探，是为了寻找和查明油气资源，利用各种勘探手段了解地下的地质状况，认识生油、储油、油气运移、聚集、保存等条件，综合评价含油气远景，确定油气聚集的有利地区，找到储油气的圈闭，并探明油气田面积，搞清油气层情况和产出能力的过程，为国家增加原油储备及相关油气产品。
近年来，随着对石油的需求越来越大，石油的消耗也越来越大，石油勘探的对象从浅层转向深层，从常规油气藏转向非常规油气藏。基于地下岩矿石电阻率的电磁勘探技术是石油勘探的重要手段，其反演解释有赖于电阻率初始模型的建立，由于地层压力及温度作用，常规的测井资料及常温常压的实验室测量结果与真实地层电阻率存在较大的差异，极大地影响了反演解释。
现有技术中存在的主要问题包括：岩石地电的测井资料、实验室资料与勘探条件不匹配，严重影响到电磁勘探意义下的初始地电模型，进而极大地影响了反演解释。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于地层模拟的电阻率校正方法，该方法以高温高压岩石物理实验***(AUTOLAB1000)为手段，通过模拟岩样所在测区不同深度的温压环境，测量岩石不同深度条件下的复电阻率振幅与相位，获取岩石激电参数与温度压力关系，进而对已有的地电资料进行校正，获取电磁勘探意义下的初始地电模型，其目的是解决岩石地电的测井资料、实验室资料与勘探条件不匹配问题，为电磁勘探反演解释评价提供重要参数依据。
为此，本发明采用了以下技术方案：
一种基于地层模拟的电阻率校正方法，通过实验室测试建立不同岩性电阻率随包括温度、压力、孔隙度在内的因素变化的理论模型，将测区岩石电性的测井资料、实验室测量资料校正至相应的地层条件，建立有效的地电初始模型。
进一步地，包括以下步骤：
步骤一，测区调研；获取测区信息，建立物性参数深度模型；
步骤二，前处理；筛选测区不同岩性数块均质性好、孔隙度有差异的岩样，洗油洗盐干燥，测量基本物性，饱和确定矿化度的流体；
步骤三，电性测量；针对测区温压的深度模型进行岩石深度模拟，测量得到岩石的复电阻率振幅与相位，通过参数估计获取岩石不同深度条件下的复电阻率参数；
步骤四，模型匹配；针对不同地层条件下孔隙度有差异的不同岩性岩石，建立包括孔隙度、饱和度、温度、压力参数在内的电阻率模型，确定模型参数；
步骤五，参数校正；针对测区资料的测试环境，将电阻率数据校正至真实地下温度压力环境，用于初始地电模型的建立。
优选地，步骤一中，测区信息包括电性测井资料、流体矿化度、不同岩性岩样；物性参数包括流体矿化度、饱和度、地层温度、地层压力。
进一步地，根据测区地质报告，获得地层温度与等效压力关于深度的模型如下：
T＝14+0.03(D-20)
P＝1.048×10-2D；
其中，T表示地层温度，单位为℃；P表示等效压力，单位为MPa；D表示深度，单位为m。
优选地，步骤二中，对测区不同岩性的井样岩石进行筛选，获取均质性较好、孔隙度有差异的岩样各5块，共15块岩石样品；对样品进行洗油洗盐，烘干，测量包括孔隙度在内的相应几何参数；选择4％NaCl溶液饱和，满足地层矿化度条件。
优选地，步骤三中，通过Autolab1000高温高压岩石测试***对岩石样品进行模拟地层的复电阻率测量，测试模拟1000m-3000m，用于研究温压变化趋势；根据测量数据，进行复电阻率模型参数估计，获得岩石不同温度条件下的复电阻率参数。
优选地，步骤四中，通过基于复电阻率实验获得的岩石低频电阻率参数，分不同岩性建立相应的Archie关系。
进一步地，以双水模型为基础建立电导率频散关系为：
其中：σf和σH分别对应孔隙流体和高导矿物的电导率，Ff和FH分别对应孔隙流体和高导矿物的地层因子，主要由孔隙度决定；ω为测量圆频率，N对应了不同双电层结构的数量，σHgi对应了第i个双层结构提供的高频电导，其中
低频条件下电导率对应Archie关系：
其中：φ为岩石孔隙度，m为岩石胶结指数；
得到岩石对数电阻率与深度的变化关系：
其中：T表示温度，P表示压力，D表示深度。
进一步地，根据对数电阻率与孔隙度斜率获得不同岩性岩石在不同深度下的胶结指数，通过假设胶结指数变化极小，而将这一影响归结为岩石孔隙在压力作用下的压缩，得到不同岩性的胶结指数和孔隙度的变化规律：
m碎屑岩＝2.2492，φ碎屑岩(P)＝φ0 1+0.0032×P
m碳酸盐岩＝2.066，φ碳酸盐岩(P)＝φ0 1+0.00077×P；
m火成岩＝2.4836，φ火成岩(P)＝φ0 1+0.0014×P
其中：φ0为岩石在无围压条件下的初始孔隙度；结合确定流体矿化度的孔隙流体随温度变化规律获得岩石电阻率随温度、压力、孔隙度变化的模型：
这一电阻率模型适用于不远超过模拟深度的岩石电阻率估计。
优选地，根据先验地电模型的岩性、测试环境进行勘探用地电模型校正；将校正后的地电模型用于反演，可以降低反演的非唯一性，用于提高油气识别能力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过结合测区物性资料和理论模型提取岩石电阻率的关键影响因素，获得地下岩石岩性、矿化度、孔隙度、温度、压力等因素决定的电阻率模型，可以有效降低测试成本。
(2)本发明建立合理的电阻率模型对常规资料进行校正，可以获得更加真实的反演结果，降低反演非唯一性，提高油气识别能力。
(3)本发明利用BGP测量的测区测线数据进行电阻率与极化率深度校正后，电阻率异常更加明显，极化率异常纵向分辨率明显提高。
(4)本发明方法原理简单，结果准确实用，适用于不同岩性的岩石，在实际应用中，随着目的层深度的增加，同一块岩石在常温常压下的电阻率会与地层条件下的电阻率差异会有数倍乃至数十倍，严重影响反演初始模型建立的准确性。经过地层深度校正的初始模型，有利于准确有效地电磁勘探反演解释。
附图说明
图1是本发明所提供的一种基于地层模拟的电阻率校正方法的流程图。
图2是不同模拟深度条件下岩样2035-6的复电阻率幅值曲线。
图3是不同模拟深度条件下岩样2035-6的复电阻率相位曲线。样品2035-6随着模拟深度的增加，电阻率逐渐降低，极化也有下降趋势。
图4是不同深度碎屑岩电阻率随孔隙度变化特征。
图5是不同深度碳酸盐岩电阻率随孔隙度变化特征。
图6是不同深度火成岩电阻率随孔隙度变化特征。不同模拟深度不同岩性的电阻率变化特征：在同一深度时，岩石对数电阻率与岩石孔隙度基本保持了线性关系(Archie关系)，而对不同深度，线性关系的斜率(胶结指数)有一定变化。
图7是火成岩孔隙度随压力变化特征。孔隙度随压力逐渐降低，这一模型在不远超过测试最大压力一定的范围内适用。
图8是地电模型校正前电阻率与极化率反演断面。
图9是地电模型校正后电阻率与极化率反演断面。地电模型校正前后电阻率与极化率反演断面对比，利用BGP测量的测区测线数据进行电阻率与极化率深度校正，电阻率异常更加明显，极化率异常纵向分辨率明显提高。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明公开了一种基于地层模拟的电阻率校正方法，通过实验室测试建立不同岩性电阻率随包括温度、压力、孔隙度在内的因素变化的理论模型，将测区岩石电性的测井资料、实验室测量资料校正至相应的地层条件，建立有效的地电初始模型。
具体地，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一，测区调研；获取测区信息(电性测井资料、流体矿化度、不同岩性岩样)，建立物性参数(流体矿化度、饱和度、地层温度、地层压力)深度模型；
步骤二，前处理；筛选测区不同岩性数块均质性好、孔隙度有差异的岩样，洗油洗盐干燥，测量基本物性，饱和确定矿化度的流体；
步骤三，电性测量；针对测区温压的深度模型进行岩石深度模拟，测量得到岩石的复电阻率振幅与相位，通过参数估计获取岩石不同深度条件下的复电阻率参数；
步骤四，模型匹配；针对不同地层条件下孔隙度有差异的不同岩性岩石，建立包括孔隙度、饱和度、温度、压力参数在内的电阻率模型，确定模型参数；
步骤五，参数校正；针对测区资料的测试环境，将电阻率数据校正至真实地下温度压力环境，用于初始地电模型的建立。
发明内容具体实现如下：
通过物性测试及电性测试，获得不同深度条件下，不同岩性岩石低频电阻率的Archie关系。
确定岩石内流体电阻率随深度(主要受温度影响)的变化规律。
确定岩石胶结指数随地层深度(主要受压力影响)的变化规律。在胶结指数不变的假设下建立岩石孔隙度随地层压力的变化规律。
建立测区不同岩性电阻率随温度、压力、孔隙度变化的理论模型。
针对测区地电资料的来源(缺少地层压力的测井资料、常温常压的实验室测试资料)进行相应的地层条件校正。
将校正后的地电模型作为初始模型进行相应电磁勘探方法的反演解释。
本发明所采用的理论模型如下：
地下岩石电阻率的决定因素主要是具有低阻的岩石矿物及岩石孔隙流体。在电导模型下，岩石的电导率可以看成是岩石各相介质电导率的综合结果。实际岩石由于异相界面的双电层结构发生电化学作用，界面电容效应使得岩石的有效导电通道随着频率下降不断减少，形成低频激发极化现象，也使得电导率出现频散特性。
岩石中的高导流体是提供岩石电导率的主要原因，事实上，如果岩石内存在其他高导介质(粘土、金属矿物等)时，在高频可以有效提供电导，电导关系更符合Waxman-Smits模型，但在由于其与流体通道界面的电容特性，在低频时的岩石电阻率更符合Archie理论模型。
以双水模型为基础建立的电导率频散关系为：
其中：σ表示电导率，σf和σH分别对应孔隙流体和高导矿物的电导率，Ff和FH分别对应孔隙流体和高导矿物的地层因子，主要由孔隙度决定，ω为测量圆频率，N对应了不同双电层结构的数量，σHgi对应了第i个双层结构提供的高频电导，其中
低频条件下电导率对应Archie关系：
其中φ为岩石孔隙度，m为岩石胶结指数。
随着地层深度D增加，岩石温度T与压力P环境发生变化，岩石电导率也会发生相应的变化，分别考虑温度和压力对岩石电导率作用。
实验表明温度变化主要会影响孔隙流体及混合介质(在泥页岩中即为湿粘土)的电导率，通常都随着温度上升而上升。压力变化主要影响岩石孔隙及结构，进而改变岩石孔隙度，由于同一地区同一岩性的岩石，其胶结指数通常被认为是相同的，通常压力上升孔隙度降低。通过不同温度、压力的实验确定各参数随温度、压力的变化趋势，以此可以建立某一地区某岩性，在地层条件下岩石电导率与深度见的定量关系。
结合式(2)可以得到岩石对数电阻率与深度的变化关系。
调查地区地层温度、压力随深度变化、岩石孔隙流体及混合介质随温度变化及岩石地层因子(孔隙度)随压力变化即能获得这一定量关系，相应的在获得不同地层条件下的岩石电导率，也可以有效对某些岩石物性特征进行预测。
实施例
结合某地区岩石实验及测区反演资料进行实施例具体方案的说明。
测区调研：获得某测区由测井资料建立的勘探地电模型如表1所示。
表1测区初始地电模型
| 初始模型(Ω·m) | 地层厚度(m) | 岩性 |
| 200 | 1000 | 碎屑岩 |
| 300 | 200 | 碎屑岩 |
| 2500 | 300 | 灰岩 |
| 3000 | 40 | 灰岩 |
| 300 | 300 | 碎屑岩 |
| 10000 | 5000 | 火成岩 |
初始模型由测区内井样测量综合统计获得，为常温常压数据。
根据该地区地质报告，获得温度与等效压力关于深度的模型：
其中：温度T的单位为℃，压力P的单位为MPa，深度D的单位为m，测区地层水盐度为40000ppm。
前处理：
对测区不同岩性的井样岩石进行筛选，获取均质性较好、孔隙度有差异的岩样各5块，共15块岩石样品。对样品进行洗油洗盐，烘干，测量相应几何参数，包括孔隙度等，见表2。
表2岩石样品基本物性
| 序号 | 岩心编号 | 岩性分类 | 高度/cm | 直径/cm | 孔隙度 | 渗透率/mD |
| 1 | W1-14 | 碎屑岩 | 5.24 | 2.53 | 12.90％ | 2.8550 |
| 2 | W1-15 | 碎屑岩 | 5.04 | 2.53 | 13.38％ | 3.8997 |
| 3 | W68-28 | 碎屑岩 | 5.18 | 2.52 | 10.14％ | 0.8549 |
| 5 | W103-H6 | 碎屑岩 | 5.18 | 2.52 | 8.60％ | 1.3839 |
| 6 | W103-H22 | 碎屑岩 | 4.40 | 2.51 | 9.16％ | 0.8186 |
| 9 | 2035-4 | 碳酸盐岩 | 4.47 | 2.49 | 5.23％ | 0.1586 |
| 10 | 2035-6 | 碳酸盐岩 | 3.89 | 2.49 | 4.42％ | 0.1004 |
| 11 | 2035-7 | 碳酸盐岩 | 4.17 | 2.49 | 4.70％ | 0.0848 |
| 12 | 2035-9 | 碳酸盐岩 | 4.56 | 2.53 | 6.19％ | 0.4711 |
| 13 | 2035-12 | 碳酸盐岩 | 4.40 | 2.50 | 4.78％ | 0.2838 |
| 14 | J16-15 | 火成岩 | 2.64 | 2.43 | 8.38％ | 0.0343 |
| 15 | FN1-35 | 火成岩 | 2.08 | 2.43 | 5.32％ | 0.1114 |
| 16 | T50-37 | 火成岩 | 2.12 | 2.42 | 15.11％ | 0.3903 |
| 17 | F24-38 | 火成岩 | 2.00 | 2.43 | 10.28％ | 0.0442 |
| 18 | DT1-41 | 火成岩 | 2.47 | 2.41 | 8.05％ | 0.0453 |
选择4％NaCl溶液饱和，满足地层矿化度条件。
电性测试：
通过Autolab1000高温高压岩石测试***对岩石样品进行模拟地层的复电阻率测量，模拟的温度压力条件对应测区温压特征，如式(4)。测试模拟1000m-3000m，用于研究温压变化趋势。图2和图3为在不同模拟深度条件下岩样T50-37的复电阻率振幅与相位。根据测量数据，进行复电阻率模型参数估计，获得岩石不同温度条件下的复电阻率参数。
模型匹配：
通过基于复电阻率实验获得的岩石低频电阻率参数，分不同岩性建立相应的Archie关系，图4-图6为三种岩性低频电阻率与孔隙度建立的Archie关系。根据对数电阻率与孔隙度斜率获得不同岩性岩石在不同深度下的胶结指数，通过假设胶结指数变化极小，而将这一影响归结为岩石孔隙在压力作用下的压缩，可以得到不同岩性的胶结指数和孔隙度的变化规律：
其中：φ0为岩石在无围压条件下的初始孔隙度。可以得到不同岩性不同孔隙度在压力条件下的变化规律，如图7所示。以此结合确定流体矿化度的孔隙流体随温度变化规律获得的岩石电阻率随温度、压力、孔隙度变化的模型：
其中：φ0为岩石初始孔隙度(常压条件下)，这一电阻率模型适用于不远超过模拟深度的岩石电阻率估计。
参数校正：
根据先验地电模型的岩性、测试环境等结合式(6)进行勘探用地电模型校正，针对表1进行模型校正，校正信息与结果见表3。
表3地层校正信息及结果
表3中初始电阻率与校正电阻率存在较大差异，将校正后的地电模型用于反演，可降低反演的非唯一性，提高油气识别能力。
图8和图9为地电模型校正前后电阻率与极化率反演断面对比，利用BGP测量的测区测线数据进行电阻率与极化率深度校正后，电阻率异常更加明显，极化率异常纵向分辨率明显提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于地层模拟的电阻率校正方法，其特征在于：通过实验室测试建立不同岩性电阻率随包括温度、压力、孔隙度在内的因素变化的理论模型，将测区岩石电性的测井资料、实验室测量资料校正至相应的地层条件，建立有效的地电初始模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于地层模拟的电阻率校正方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，测区调研；获取测区信息，建立物性参数深度模型；
步骤二，前处理；筛选测区不同岩性数块均质性好、孔隙度有差异的岩样，洗油洗盐干燥，测量基本物性，饱和确定矿化度的流体；
步骤三，电性测量；针对测区温压的深度模型进行岩石深度模拟，测量得到岩石的复电阻率振幅与相位，通过参数估计获取岩石不同深度条件下的复电阻率参数；
步骤四，模型匹配；针对不同地层条件下孔隙度有差异的不同岩性岩石，建立包括孔隙度、饱和度、温度、压力参数在内的电阻率模型，确定模型参数；
步骤五，参数校正；针对测区资料的测试环境，将电阻率数据校正至真实地下温度压力环境，用于初始地电模型的建立。
3.根据权利要求2所述的一种基于地层模拟的电阻率校正方法，其特征在于：步骤一中，测区信息包括电性测井资料、流体矿化度、不同岩性岩样；物性参数包括流体矿化度、饱和度、地层温度、地层压力。
4.根据权利要求3所述的一种基于地层模拟的电阻率校正方法，其特征在于：根据测区地质报告，获得地层温度与等效压力关于深度的模型如下：
T＝14+0.03(D-20)
P＝1.048×10-2D；
其中，T表示地层温度，单位为℃；P表示等效压力，单位为MPa；D表示深度，单位为m。
5.根据权利要求2所述的一种基于地层模拟的电阻率校正方法，其特征在于：步骤二中，对测区不同岩性的井样岩石进行筛选，获取均质性较好、孔隙度有差异的岩样各5块，共15块岩石样品；对样品进行洗油洗盐，烘干，测量包括孔隙度在内的相应几何参数；选择4％NaCl溶液饱和，满足地层矿化度条件。
6.根据权利要求2所述的一种基于地层模拟的电阻率校正方法，其特征在于：步骤三中，通过Autolab1000高温高压岩石测试***对岩石样品进行模拟地层的复电阻率测量，测试模拟1000m-3000m，用于研究温压变化趋势；根据测量数据，进行复电阻率模型参数估计，获得岩石不同温度条件下的复电阻率参数。
7.根据权利要求2所述的一种基于地层模拟的电阻率校正方法，其特征在于：步骤四中，通过基于复电阻率实验获得的岩石低频电阻率参数，分不同岩性建立相应的Archie关系。
8.根据权利要求7所述的一种基于地层模拟的电阻率校正方法，其特征在于：以双水模型为基础建立电导率频散关系为：
其中：σf和σH分别对应孔隙流体和高导矿物的电导率，Ff和FH分别对应孔隙流体和高导矿物的地层因子，主要由孔隙度决定；ω为测量圆频率，N对应了不同双电层结构的数量，σHgi对应了第i个双层结构提供的高频电导，其中
低频条件下电导率对应Archie关系：
其中：φ为岩石孔隙度，m为岩石胶结指数；
得到岩石对数电阻率与深度的变化关系：
其中：T表示温度，P表示压力，D表示深度。
9.根据权利要求8所述的一种基于地层模拟的电阻率校正方法，其特征在于：根据对数电阻率与孔隙度斜率获得不同岩性岩石在不同深度下的胶结指数，通过假设胶结指数变化极小，而将这一影响归结为岩石孔隙在压力作用下的压缩，得到不同岩性的胶结指数和孔隙度的变化规律：
其中：φ0为岩石在无围压条件下的初始孔隙度；结合确定流体矿化度的孔隙流体随温度变化规律获得岩石电阻率随温度、压力、孔隙度变化的模型：
这一电阻率模型适用于不远超过模拟深度的岩石电阻率估计。
10.根据权利要求2-9中任一项所述的一种基于地层模拟的电阻率校正方法，其特征在于：根据先验地电模型的岩性、测试环境进行勘探用地电模型校正；将校正后的地电模型用于反演，可以降低反演的非唯一性，用于提高油气识别能力。
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