岩石物理相的测井精细解释方法及应用.ppt

国家重点实验室 岩石物理相的测井精细解释及应用 西南石油学院国家重点实验室 2005年 10月 24日 主讲 : 刘红歧 国家重点实验室 主要内容 1、 岩石物理相的概念 2、研究进展 3、岩石物理相研究内容 4、 岩石物理相的表征方法 5、岩石物理相的划分 国家重点实验室 1、岩石物理相的概念（ Petrophysical Facies) 1.1 概念的提出 上世纪 70年代由 Schlumberger国际服务公司率先以测井精细解释为主导技术的 油藏 描述技术（ Resevoir Description Technology)。这一技术首次将 地质、测井、地震、 生产测试 等油田技术紧密地结合起来，以油藏地质体为研究对象，综合运用以上技术，对 油藏的几何形态、储层的地质特征、流体的性质以及油藏的空间展布进行多学科综合研究， 最终给出油藏的三维可视化模型。 油藏描述概念的提出和油藏描述技术应用不仅提高了油田勘探和开发的水平，提高了 油田的经济效益，也同时为油田工程师和油田科研人员提供了系统化的研究思路；此外随 着油藏描述技术的应用与不断发展，也极大地加速了相关学科的发展和应用，也催生了新 的概念和学科。 图 1给出了学道油藏描述技术流程图 国家重点实验室 引自熊绮华等 现代油 藏描述技术及其应用 石油学报（ 1994）增刊 岩石物 理相 从这个流程图中 可以看出，岩石 物理相是岩相、 储集相以及成岩 模型的综合反映， 是油藏描述中不 可缺少的一个环 节。 国家重点实验室 1、岩石物理相的概念（ Petrophysical Facies) 1.2 岩石物理相 通过油藏描述技术的研究发现，储层属性的好坏往往不决定于单 一的因素，并且也不是一成不变的，而是各种地质条件，包括沉积作 用、成岩作用、后期构造改造作用等因素综合作用的结果，同时还将 随着油田开发程度的提高而不断地变化。而储层属性的变化最直接的 反映在岩石物性的变化，可以说岩石物性是储层属性的宏观的基本单 元，基于此，由石油大学熊绮华教授提出了 “ 岩石物理相 ” 的概念。 熊教授认为 “ 岩石物理相是多种地质作用形成的成因单元，它是沉积 微相、成岩储集相、后期构造改造等作用的综合效应，它最终表征为 现今的孔隙几何学特征孔隙模型。 国家重点实验室 2、国内外研究现状 1. 1992年，美国学者 D.R.Spain等人在对 Texas沃克县樱桃组的砂岩相和粉砂岩相的 研究中提出在单井剖面上划分岩石物理岩类，并将其中的砂岩相和粉砂岩相分为 三种岩石物理岩类，进行储集评价； 2. 1990年，石油天然气总公司的 徐建山 将岩相（ Lithofacies)称之为岩石物理相， 并指出由单纯的沉积环境分析向沉积相与岩石物理相结合的分析将是（未来在储 层研究中）值得注意的发展趋势。 3. 1994年，石油大学 熊绮华 教授等将岩石物理相定义为： 岩石物理相是沉积作用、 成岩作用和后期构造作用的综合效应，它最终表现为现今的孔隙几何学特征孔 隙模型。 熊教授同时详细阐明了岩石物理相研究中的两大要素、表征参数和相应 的研究思路和研究方法。 4. 姚光庆等（ 1995)、吕晓光等（ 1997)、戴厚柱（ 1998)、郭燕华等（ 2000)、程会 明等（ 2002) 、代金友等（ 2003) 等也都相继开展了这方面的研究，他们的研究 主要涉及岩石物理相的研究内容、岩石物理相的分类 国家重点实验室 3、岩石物理相的表征方法 岩石物理相的表征方法 有 4种类型的参数： 1、岩石骨架参数：矿物成份，颗粒大小与分布，分选，磨圆度， 胶结等结构特征参数 2、孔隙网络特征：孔隙类型，孔喉大小、孔喉配位数、迂曲度 以及毛管压力曲线特征等表征孔喉网络的参数 3、孔隙内黏土矿物敏感性特征：黏土矿物成份，产状，组合类 型、含量以及流体通过时引起的储层孔隙结构变化的敏感性 4、孔隙表面特征：粗糙度、润湿性等 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 主要涉及以下内容，包括 4种类型的参数： 1. 沉积相和沉积微相的研究 2. 成岩储集相的研究 3. 岩石物理相的微观孔隙结构 4. 孔隙表面特征：粗糙度、润湿性等 5. 岩石骨架参数：矿物成份，颗粒大小与分布，分选，磨圆度，胶结 等结构特征参数 6. 孔隙网络特征：孔隙类型，孔喉大小、孔喉配位数、迂曲度以及毛 管压力曲线特征等表征孔喉网络的参数 7. 孔隙内黏土矿物敏感性特征：黏土矿物成份，产状，组合类型、含 量以及流体通过时引起的储层孔隙结构变化的敏感性 8. 岩石物理相的分类 9. 岩石物理相的平面展布 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.1 沉积相和沉积微相的研究 沉积相和沉积微相的研究是地质研究的基础，沉积微相研究的方 法也由原先的定性向半定量，定量化，自动化的方向发展。要实现 沉积微相定量自动化的划分就必须借助于测井资料。 实际上，早在 1979 年， O Serra 就提出了电相 (electro-face) 的概念，从而在测井和地质这个学科间架起了一座相互沟通的桥梁， 使得利用测井资料研究沉积相和沉积微相成为可能。随着计算机技 术的迅速发展 ,沉积微相的研究逐渐定量化。利用测井资料划分沉积 微相属于人工智能的范畴，从大的分类来看 ,可以分为 2 种 :一种是 无监督信号的模式识别方法 ,如马世忠等人，提出的定量自动识别测 井微相的数学方法 ; 另一种是有监督信号的模式识别方法 ,如冉启全 等人，提出的利用神经网络模式识别测井微相的方法。大量的油田 资料表明 ,最能反映沉积微相特征的常规测井资料是自然电位 (SP) 、 自然伽马 ( GR) 和微电阻率曲线。 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.1 沉积相和沉积微相的研究 可参考的最新的文献主要由： 1. 冉启全 ,李仕伦，李元元 . 用神经网络模式识别沉积微相 . 石油勘 探与开发， 1995 ， 22 (2) 2. 文政，雍世和 ,，王中文 . 应用测井资料定量识别沉积微相 .沉积 学报 1996； 14(1) 3. 马世忠，黄孝特，张太斌 .定量自动识别测井微相的数学方法 .石 油地球物理勘探， 2001； 35(5) 4. 刘红歧，彭仕宓，夏宏泉等 测井曲线元数学特性及沉积微相定量 识别 中国海上油气， 2004； 16(6) 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.1 沉积相和沉积微相的研究沉积微相的自动判别 常见的测井曲线 形态通常分为钟形、 箱形、漏斗形、指形， 齿化及复合形。可以 通过一些参数描述各 分层内曲线（主要是 岩性曲线）的形态特 征，再根据其沉积相 和沉积亚相类型判断 微相，这些参数主要 是：岩性 、曲线的比 幅度、曲线的方差、 曲线的斜率等参数 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.1 沉积相和沉积微相的研究测井曲线形态特征分析 1. 岩性 岩性是划分沉积微相的主要依据，因此首先要初步地估算岩性类型。 通常根据 GR或 SP曲线，按照常规的计算泥质含量的方法，确定岩性， 当然这样确定的岩性并不是很准确，只是起到指示沉积微相的作用。 2. 曲线的比幅度 是指曲线的幅度与其厚度的比，显然指形曲线的比幅度应该较大， 其它形态相对较小。此外比幅度也在一定程度上反映岩性的变化。实 际计算时，分别寻找层内最大和最小值，以是 GR曲线为例，最小值与 厚度的比定义为左比幅度，最大值与厚度的比定义为右比幅度。显然 左比幅度越大，粒度越粗；相反，粒度变细。 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.1 沉积相和沉积微相的研究测井曲线形态特征分析 3. 曲线的方差 曲线的实际上反映了粒度的分选性。如果粒度分选好，物性变化不 大，测井曲线则近似为直线，测井数据的均值主要集中在曲线元的中 部，只有顶底数据与均值偏差大一些，因此方差较小。这种情形对应 了箱形曲线元。如果粒度分选性差，说明物性变化较大，反映到测井 曲线上，则有一定的起伏，曲线元可能为漏斗形、钟形或者指形，其 测井数据相对分散，有相当一部分数据点远离均值，必然导致方差较 大。实际的计算表明，大段的泥岩层，其方差是各种沉积环境中最小 的，对应于河道间、支流间湾或三角洲泥的沉积。 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.1 沉积相和沉积微相的研究测井曲线形态特征分析 4. 曲线的斜率 曲线的斜率识别曲线形态最重要的参数，表 1给出了钟形、漏斗形、 箱形和指形的斜率特征。斜率分为上斜率，上斜率是从本段内起始点 到中点，这段曲线内，连续递减或递增变化最大的一段曲线的斜率。 这一变化反映了曲线整体的变化趋势，斜率并不是局限于两个点之间 的变化，而是反映指示曲线的总体变化规律。同理，下斜率则从中点 到最后一个点开始计算。 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.1 沉积相和沉积微相的研究沉积微相的自动判别 表 1是以 GR曲线为 例，对于几种常见的 曲线形态，计算以上 参数。对于钟形，上 段曲线变化平缓，下 部变化剧烈。漏斗形 则恰恰相反，箱形和 指形曲线两个斜率近 似相等。表 1中曲线的 共同特征是上斜率都 是负值，下斜率都是 正值。如果曲线为 GR 曲线，斜率负值表示 岩性变粗，正韵律， 如果曲线为电阻率曲 线则相反。 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.1 沉积相和沉积微相的研究自动化分沉积微相 5. 自动划分沉积单元和沉积微相的步骤 根据以上的研究，自动划分沉积微相的步骤是： 选择分层的曲线，一般选择 GR、 SP或微电极曲线； 给定分层的一些初始参数； 自动分层； 分层深度调整； （如果有小层分层数据则以上几步省略） 曲线形态特征刻画； 估算岩性； 划分沉积微相。 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.1 沉积相和沉积微相的研究自动化分沉积微相实例 6. 自动划分沉积微相的实例 苏里格气田主要产气层段 位于二叠系的石盒子组和山 西组。其中山西组和石盒子。 其沉积特征如下： 山西组是一套以分流河道 为主的砂泥岩沉积，夹煤层。 岩性为细砂岩、中砂岩，泥 质常含不规则条带及保存完 好的化石，厚度在 40m左右。 下石盒子组主要为一套河 流三角洲相沉积，岩性为 浅灰色含砾粗砂岩、灰灰 白色中粗砂岩及灰绿色长石 砂岩。厚度为 140 160m 左右。 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.2 成岩储集相研究 成岩储集相是指影响储层性质的某种或几种成岩作用和其特 有的储集空间（缝、孔、洞）的组合。成岩储集相的研究包括对 成岩作用、成岩阶段划分、成岩序列以及成岩模式的研究，最后 再根据成岩参数，如视胶结率（ pc)，微孔隙率（ mp)，成岩系 数以及孔隙度（ ） 和渗透率 ( k)等参数对成岩储集相进行划分。 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.3 岩石物理相的微观孔隙结构 前面已经说明岩石物理相是沉积作用、成岩作用的研究以及 成岩后期构造作用的综合反映，因此现今的孔隙结构的几何特征 就是以上要素综合效应的具体体现。 应该根据岩心和露头的观察结果，划分储层的孔隙类型， 吼道类型及其组合类型。一般根据毛管压力曲线可以计算出 16 项孔隙结构参数。主要是以下几种： 4.3.1 反映孔喉大小的参数 排驱压力、中值压力、最大进汞饱和度、最大连通孔喉半 径、平均孔喉半径 4.3.2 放映吼道分选的参数 粒度分选系数、相对分选系数、歪度、孔喉配位数 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.3 岩石物理相的微观孔隙结构 成岩储集相是指影响储层性质的某种或几种成岩作用和其 特有的储集空间（缝、孔、洞）的组合。成岩储集相的研究包括 对成岩作用、成岩阶段划分、成岩序列以及成岩模式的研究，最 后再根据成岩参数，如视胶结率（ pc)，微孔隙率（ mp)，成岩 系数以及孔隙度（ ） 和渗透率 ( k)等参数对成岩储集相进行划 分。 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.3 岩石物理相的微观孔隙结构 基于相控建模的微观孔隙结构参数测井解释模型 苏里格气田苏 6区块砂岩储层主要为水下分流河道微相、河口坝微相 和远砂坝微相。储层的沉积环境决定了其孔、渗性能的好坏，所以利用 沉积相对储层孔隙结构参数进行定量表征进行约束，则更能够反映储层 孔隙结构的真实空间展布规律。 把渗透率与毛管压力曲线特征参数分别进行非线性单相关分析，结果 表明孔喉大小和喉道分选程度是影响苏里格气田储层孔渗性的主要因素， 包括排驱压力 (Pd)、最大孔喉半径 (Rd)，平均孔喉半径 (Rm)，孔喉半 径均值 (Dm)和分选系数 (Sp)等参数，分析结果见表 2。 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.3 岩石物理相的微观孔隙结构 基于相控建模的微观孔隙结构参数测井解释模型 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.3 岩石物理相的微观孔隙结构 基于相控建模的微观孔隙结构参数测井解释模型 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.3 岩石物理相的微观孔隙结构 基于相控建模的微观孔隙结构参数测井解释模型 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.3 岩石物理相的微观孔隙结构 基于相控建模的微观孔隙结构参数测井解释模型 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.3 岩石物理相的微观孔隙结构 基于相控建模的微观孔隙结构参数测井解释模型 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.3 岩石物理相的微观孔隙结构 基于相控建模的微观孔隙结构参数测井解释模型 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.3 岩石物理相的微观孔隙结构 基于相控建模的微观孔隙结构参数测井解释模型 国家重点实验室 4、岩石物理相的研究内容 4.3 岩石物理相的微观孔隙结构 基于相控建模的微观孔隙结构参数测井解释模型 国家重点实验室 利用 GridStat三维建模软件，对上述微观参数的空 间分布特征进行了研究。首先根据相控模型计算了工区 内所有井的微观参数值，构成基本的三维数据体，采用 Kriging方法进行井间参数预测，然后绘制了各参数的三 维模型和各个方向的剖面图 4、表征参数研究 国家重点实验室 4、表征参数研究 国家重点实验室 4、表征参数研究 国家重点实验室 4、表征参数研究 国家重点实验室 4、表征参数研究 国家重点实验室 4、表征参数研究 国家重点实验室 4、表征参数研究 0 10 20 30 40 50 60 剩余粒间孔 粒间溶孔 粒内溶孔 不定类 铸模孔 填隙物溶孔 孔隙个数百分比( % ) H8 S1 S2 图 6-15 苏里格气田孔隙类型分布图 国家重点实验室 4、表征参数研究 根据储层砂岩的压汞法测定的微观孔喉参数特征及 压汞典线特征，将工区储层微观孔隙结构分为 4类。 国家重点实验室 岩石物理相表征的参数 主要参数包括： 4.1 泥质含量 ( V sh ) ， 粒度中值 ( Md) 泥质含量和粒度中值主要反映储层的岩石相特征 4.2 孔隙度 () ， 渗透率 ( k) 孔隙度、渗透率反映储层的物性特征 4.3 FZI (流动带指标 ) 值 反映储层的微观孔隙结构特征。 FZI 的确定方法及地 质意义如下： （根据 Kozeny Carman 关系式 ） 4、表征参数研究 国家重点实验室 式中 k ：渗透率 ,m2 ; ：有效孔隙度 ; Fs：形状因子 ; t ： 弯曲度 ; ：单位颗粒的比表面。 令 4、表征参数研究 2 gvS Gc 为一表征孔隙结构的参数 国家重点实验室 研究结果表明 ,束缚水饱和度 Swi 、比表面 Sgv与 FZI 关系 密切 , FZI (m) 是把结构和矿物地质特征结合起来判定 不同孔隙几何相的一个参数。 将上面的算式整理就可以得到如下的 FZI与渗透率和有效 孔隙度的关系式： 4、表征参数研究 国家重点实验室 岩石物理相表征的参数 泥质含量、粒度中值、孔隙度、渗透率等宏观参数的测 井解释相控测井解释模型 对岩心分析的孔隙度和渗透率资料统计表明，发现工区孔渗 参数分区分带性很强，物性分布是受沉积相控制的，因此，可对于 孔渗参数，在完成测井资料标准化、岩心测井资料归位的基础上， 将岩芯分析孔隙度与补偿中子，岩性密度，声波时差三条曲线分别 按照综合和分沉积微相的思路建立孔隙度解释模型 。 4、表征参数研究 国家重点实验室 4、表征参数研究 国家重点实验室 4、表征参数研究 国家重点实验室 4、表征参数研究 国家重点实验室 4、表征参数研究 国家重点实验室 4、表征参数研究 国家重点实验室 4、表征参数研究 国家重点实验室 4、表征参数研究 国家重点实验室 5、岩石物理相的划分 5.1 岩石物理相的命名采用沉积微相、成岩储集相及孔喉大小综合命 名法 5.2 岩石物理相的分类多采用模糊数学和聚类分析的方法 这里简述模糊优化理论，进行储层岩石物理相研究的综合划分。 设有 m 个评价参数， aij为 j 个单元的第 i 个评价因素的指标特征量。 表征岩石物理相的参数可以分为 越大越好型 和 越小越好型 两类，对 于 k， FZI ， Md 等越大越好型参数应用以下相对隶属度公式来描 述 国家重点实验室 5、岩石物理相的命名与分类 式中 rij j 个单元的第 i 个评价因素的指标隶属度； max aij 为第 i 个指标特征量的最大值。 对于 Vsh等越小越好型参数可先取其倒数，然后再用下 面的式子计算其对于优的隶属度。即 式中 aij为 aij的倒数。各项指标的权重向量为： W = ( W1 ， W2 ， ， Wm) T (9) Wi 为第 i 项指标 (参数 ) 的权重， i = 1 ， 2 ， ， m 。 国家重点实验室 5、岩石物理相的划分 上式即为求得的模糊优化综合指标，以此可以进行储层岩石物理相的划分。 5.4 应用实例 苏里格气田为扇三角洲产物。储层孔隙度 10 % 23 %； 渗透率最低 0.015 10 - 3m2， 最高达几千毫达西 研究结果表明，相同的岩性相对应 于较大范围的物性参数值，存在不同的岩石物理相。 以后钻的 16口取心检查井资料进行研究，对岩心进行归位处理后，统计 530 多个自然层或层内相对均质段的各项参数平均值 ,并对照岩心分析其主 要岩石类型应用式 (5) 计算各自然层或层内相对均质段的 FZI 值。在此基础 上，采用模糊优化理论进行储层岩石物理相的综合划分。考虑不同参数贡献 大小不同， 对标准化处理后的 k ， FZI， Md ， Vsh ,分别赋予权值 0. 3， 0. 3 ， 0. 1 ， 0. 1 和 0. 2 。在微机上编程计算，计算结果结合储层岩石相 分析划分为 5 类岩石物理相。 国家重点实验室 5、岩石物理相的划分 上式即为求得的模糊优化综合指标，以此可以进行储层岩石物理相的划分。 5.3 应用实例 苏里格气田为扇三角洲产物。储层孔隙度 10 % 23 %； 渗透率最低 0.015 10 - 3m2， 最高达几千毫达西 研究结果表明，相同的岩性相对应 于较大范围的物性参数值，存在不同的岩石物理相。 以后钻的 16口取心检查井资料进行研究，对岩心进行归位处理后，统计 530 多个自然层或层内相对均质段的各项参数平均值 ,并对照岩心分析其主要岩石 类型应用式 (5) 计算各自然层或层内相对均质段的 FZI 值。在此基础上，采 用模糊优化理论进行储层岩石物理相的综合划分。考虑不同参数贡献大小不 同， 对标准化处理后的 k ， FZI， Md ， Vsh ,分别赋予权值 0. 3， 0. 3 ， 0. 1 ， 0. 1 和 0. 2 。在微机上编程计算，计算结果结合储层岩石相分 析划分为 5 类岩石物理相。 国家重点实验室 1. 什么是岩石物理相？ 2. 岩石物理相的研究涉及哪些内容？ 3. 简述相控建模的原理？为什么要进行相控建模？ 4. 如何定量地表征岩石物理相？ 5. 简述模糊判别划分岩石物理相的方法？ 6. 岩石物理相的在你的工作中有哪些应用？ （你的答案不要局限于以上内容） 思考题 国家重点实验室 敬请指正 谢谢大家