基于碎屑巖巖石物理模型的測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化方法

關(guān)鍵詞：巖石物理模型，測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化，儲層反演

0 引言

測井?dāng)?shù)據(jù)在地震資料反演中起著關(guān)鍵作用，其準(zhǔn)確性是反演的核心要素之一。然而，在油田的長期勘探和開發(fā)中，很難保證所有井的測井曲線都是用相同的測井儀器、同一種測井手段、相同的測井刻度和統(tǒng)一的操作方式進行測量和刻度，測井?dāng)?shù)據(jù)之間必然存在著系統(tǒng)誤差。因此，在一個研究區(qū)內(nèi)必須對測井?dāng)?shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，才能正確地進行儲層預(yù)測。測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化是對研究區(qū)的全體測井?dāng)?shù)據(jù)進行統(tǒng)一刻度，以提高測井信息的一致性。標(biāo)準(zhǔn)化方法主要基于“同期同相地層具有相似測井響應(yīng)”的原理，使各井同期地層對應(yīng)的測井曲線數(shù)據(jù)具有相同水平的均值分布，符合空間變化趨勢。

目前已發(fā)展了較多測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化方法。Neinast等[1]發(fā)表了關(guān)于測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化的一般程序并列舉了各種方法的實例，同時對標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果進行了評價；Patchett等[2]、Reimer[3]分別就三個典型案例建立了直方圖法和交會圖法，并對測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化問題進行了探討；Doveton等[4]對“標(biāo)準(zhǔn)層”這一概念認(rèn)識的進一步深化和擴展，建立了趨勢面標(biāo)準(zhǔn)化方法；賴澤武等[5]利用具有趨勢的克里格法改進了趨勢面法；肖佃師等[6]基于頻譜分解將反映沉積地層“背景值”的低頻旋回疊加地層視為一套橫向穩(wěn)定分布的“宏觀標(biāo)準(zhǔn)層”，建立了對曲線低頻分量、高頻分量分別進行校正的標(biāo)準(zhǔn)化方法。近年，很多學(xué)者注意到沉積環(huán)境相同的部位，測井曲線存在一定關(guān)系。徐延勇等[7]將頻率直方圖法、趨勢面分析法和基于希爾伯特變換的三種不同測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化方法應(yīng)用到了不同的研究區(qū)；宋澤章等[8]提出了“相控”測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化，進一步提高了測井?dāng)?shù)據(jù)與沉積相的吻合度；侯秋平等[9]針對橫向非均質(zhì)性較強的目的層段，提出了分區(qū)帶標(biāo)準(zhǔn)化，以得到更準(zhǔn)確的橫向變化特征。高春云等[10]對測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化的基本思想和標(biāo)準(zhǔn)化方程進行了總結(jié)，并給出了每種標(biāo)準(zhǔn)化方法的適用條件。但是上述標(biāo)準(zhǔn)化方法大多屬于宏觀趨勢的校正，是井間相對的標(biāo)準(zhǔn)化方法，較大程度地依賴標(biāo)準(zhǔn)井或標(biāo)準(zhǔn)層的選取，沒有很好地與研究區(qū)目的層的巖性、物性建立聯(lián)系，物理基礎(chǔ)較弱。

隨著巖石物理學(xué)理論的日益完善，有很多學(xué)者注意到巖石物理的重要意義，很多更精細(xì)的巖石物理模型被提出，同時越來越多的學(xué)者將巖石物理模型應(yīng)用于一些基礎(chǔ)參數(shù)的預(yù)測。Norris[11]提出了微分等效介質(zhì)模型（DEM），不僅對巖石的組分進行分析，而且還考慮了礦物包裹體對巖石物理特征的影響；Singleton等[12]通過巖石物理模板和交會圖分別分析了砂質(zhì)含量與含油飽和度對巖石性質(zhì)的影響，用于波阻抗反演，取得了良好的預(yù)測效果；紀(jì)莉莉[13]提出了三維DEM-Brie巖石物理模型，針對致密砂巖低孔低滲的特點，用于預(yù)測致密砂巖縱、橫波速度；馬光克等[14]提出了適用于低滲儲層的改進Xu-White模型，用于預(yù)測橫波、密度等測井曲線，為疊前儲層描述提供了可靠的基礎(chǔ)資料。此外，還有用于頁巖油層[15]、凝灰質(zhì)砂巖[16]的識別與刻畫等許多其他的應(yīng)用研究。以上研究表明，利用巖石物理能夠更深入地分析測井曲線特征，可以支持微觀分析，能夠很好地表征研究區(qū)巖石物理規(guī)律。

本文針對研究區(qū)巖石物理特性建立了巖石物理模板，用于替換標(biāo)準(zhǔn)井。以目的層巖性、物性為標(biāo)準(zhǔn)，減少了對標(biāo)準(zhǔn)井或標(biāo)準(zhǔn)層的依賴，增強了測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化的物理基礎(chǔ)，定量地表征了目標(biāo)層沉積環(huán)境與測井曲線存在的聯(lián)系。利用巖石物理計算的模板曲線作為參考標(biāo)準(zhǔn)進行測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化，并應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化后的測井曲線開展河流相儲層反演，沉積相特征更合理，河道砂體預(yù)測取得了良好的效果。

1 方法原理

1.1 巖石物理建模

建立巖石物理模型主要包含巖石基質(zhì)參數(shù)計算、流體模量計算、干巖樣模量計算以及飽和巖樣計算。

式中：y表示孔隙度相的體積分?jǐn)?shù)；dy代表每次加入基質(zhì)相中的孔隙度的體積分?jǐn)?shù)；Kdry代表DEM模型計算到的干巖石體積模量；μdry代表計算得到的剪切模量；Ki、μi分別代表孔隙相的體積模量與剪切模量；Pi、Qi為孔隙形狀的幾何因子。

式中：?為孔隙度；Ksat、Km、Kdry與Kf分別為飽和巖石體積模量、巖石基質(zhì)體積模量、干巖石體積模量和孔隙流體體積模量；μsat和μdry分別為飽和巖石剪切模量、干巖石剪切模量。

1.2 巖石物理約束標(biāo)準(zhǔn)化原理

巖石物理約束標(biāo)準(zhǔn)化的核心內(nèi)容是通過對目標(biāo)層段設(shè)置巖石物理模型參數(shù)得到巖石物理模板，由基礎(chǔ)測井曲線參數(shù)，如泥質(zhì)含量、孔隙度、含水飽和度等，計算出標(biāo)準(zhǔn)模板曲線，用于反映研究區(qū)相同基質(zhì)條件下不同泥質(zhì)含量、孔隙度和飽和度等巖石物理參數(shù)的總體變化特征?；诖藰?biāo)準(zhǔn)模板曲線，讓實際曲線向模板曲線靠攏，從而達到校正的目的。

將模板計算的曲線與實際曲線聯(lián)立成新的方程組

2 實際資料應(yīng)用

四川盆地中部地區(qū)目的層巖性以砂泥巖為主，儲層類型為致密砂巖儲層。本文主要對研究區(qū)內(nèi)各個井的縱波速度進行了標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用。

2.1 測井曲線特征

圖1為目的層的孔隙度—縱波速度交會圖。由圖1可見，大部分的樣點的縱波速度滿足隨孔隙度增加而降低的趨勢，僅少部分點不滿足該趨勢。圖2為井的原始縱波速度曲線和模板曲線的均值統(tǒng)計結(jié)果。由圖2可見，井的模板曲線均值基本一致，井間變化不大；原始曲線均值在202井、203井和205井速度變化趨勢基本相同，但17井和16井呈現(xiàn)出明顯速度異常。由此認(rèn)為，相同基質(zhì)條件下，不同泥質(zhì)含量、孔隙度和飽和度等巖石物理參數(shù)的總體變化特征是有規(guī)律的，相同沉積條件的目的層的巖石物理特征應(yīng)該類似，各井的曲線特征不會呈跳躍式變化，表明測井曲線需要校正。

圖3為含水飽和度為50%時的模板圖。由圖3可見，井點的分布范圍基本符合模板，圖中紅框內(nèi)的點為含水飽和度為50%、泥質(zhì)含量為10%～40%，孔隙度為6%～8%的樣本點，位于模板曲線泥質(zhì)含量10%到50%的范圍；但仍有部分點的分布與模板不同，紅圈內(nèi)的點為含水飽和度為50%、泥質(zhì)含量為20%左右、孔隙度為13%左右的樣本點，位于模板曲線中泥質(zhì)含量50%到80%的范圍。為了防止基礎(chǔ)數(shù)據(jù)影響后續(xù)反演工作，導(dǎo)致反演結(jié)果不準(zhǔn)確，反常分布、與實際巖石物理特征不符的點需要進行處理。

2.2 基于巖石物理模型的標(biāo)準(zhǔn)化

建立巖石物理模板需要用到流體和基質(zhì)的密度、彈性模量。流體的密度和彈性模量可通過實驗室測量獲得；基質(zhì)彈性模量主要由巖心實驗的測試結(jié)果獲得。缺少巖心實驗的研究區(qū)，可通過縱、橫波速度、孔隙度、含水飽和度和泥質(zhì)含量測井曲線反算巖石基質(zhì)彈性模量曲線[22]；然后，根據(jù)測井解釋的泥質(zhì)含量曲線，統(tǒng)計泥質(zhì)含量lt;5%和泥質(zhì)含量gt;95%的點的基質(zhì)模量平均值，近似得到砂、泥組分的體積模量和剪切模量；最終，確定用于建立巖石物理模板的參數(shù)（表1）。表2為計算得到工區(qū)內(nèi)6口井的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)（a和b）。

圖4、圖5為模板和標(biāo)準(zhǔn)化前后縱波速度曲線對比。由圖可見，建立的巖石物理模板的形態(tài)、變化和走勢等特征與實際測量的測井曲線吻合較好，但部分位置的值的大小有所差異，普遍表現(xiàn)為測井曲線值高于模板計算值。

由圖6可見，校正后的均值相比于原始曲線的均值變化更加穩(wěn)定，并且校正后的各井的均值與巖石物理模板計算的均值基本一致。差異大的17井和16井的均值改變量較大，203井和205井的改變量較小，202井和10井的均值幾乎沒有變化。

圖7為標(biāo)準(zhǔn)化前、后縱波速度與巖石物理模型曲線間的誤差。16井和17井的模板與實際曲線差異最大，202井差異最小，10井、203井和205井次之。上述分析表明，本文方法能夠?qū)⒃记€向標(biāo)準(zhǔn)模板靠攏，實現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化、一致性處理。

由圖8可見，標(biāo)準(zhǔn)化后的縱波速度更加集中，所呈現(xiàn)的變化趨勢也更加明顯，并且縱波速度更加符合隨孔隙度增大而降低的變化趨勢。

3 反演應(yīng)用

本文將標(biāo)準(zhǔn)化前、后的測井曲線分別用于反演建模，開展疊后反演和儲層厚度預(yù)測，并對反演結(jié)果進行對比分析。

3.1 疊后反演

圖9為標(biāo)準(zhǔn)化前、后的縱波阻抗反演剖面。由圖可見，在曲線標(biāo)準(zhǔn)化前的反演剖面中，儲層和非儲層均表現(xiàn)為藍色低阻抗的特征，部分儲層的顏色更深，波阻抗更低，儲層和非儲層較難區(qū)分（圖9a）；在曲線標(biāo)準(zhǔn)化后的反演剖面中，儲層表現(xiàn)為藍色低阻抗特征，非儲層則表現(xiàn)為綠色的相對高阻抗特征，儲層和非儲層可明顯區(qū)分。

3.2 儲層厚度預(yù)測

首先，統(tǒng)計儲層段的波阻抗值范圍；然后，計算反演縱波阻抗數(shù)據(jù)體目的層段每道位于該波阻抗范圍內(nèi)的點數(shù)，進而可以得出每一道的儲層時間厚度；最后，時間厚度乘以儲層的平均速度得到儲層厚度。由表3和圖10可見，曲線標(biāo)準(zhǔn)化后預(yù)測的儲層厚度與測井解釋的儲層厚度對應(yīng)更好。

由圖11可見，由于研究區(qū)各井的測井曲線均值差異大，儲層波阻抗分布不統(tǒng)一，儲層段的波阻抗值與非儲層的波阻抗值范圍交叉、混疊，嚴(yán)重影響儲層的分辨。通過本文方法進行校正后，儲層段更多的樣本點回歸到了儲層波阻抗識別范圍內(nèi)；非儲層段的波阻抗屬性值基本保持穩(wěn)定，從而提高了預(yù)測精度。

圖12為標(biāo)準(zhǔn)化前、后的儲層厚度預(yù)測圖。由圖可見，曲線標(biāo)準(zhǔn)化前的儲層厚度預(yù)測圖中16、205、202、203井的河道展布較為清晰，10井和17井受異常高值影響，河道特征不清晰，這與該地區(qū)的地質(zhì)特征以及巖石物理特征不吻合（圖12a）；標(biāo)準(zhǔn)化后的儲層厚度預(yù)測圖中儲層的異常高值部分被削弱，10井和17井區(qū)域的儲層分布特征得到了很大改善，河道刻畫更加清晰（圖12b）。

4 結(jié)論

本文基于巖石物理模型的測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化方法，彌補了傳統(tǒng)方法缺少物理基礎(chǔ)支撐的不足，擺脫了傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化方法對標(biāo)準(zhǔn)井的依賴，大大降低了解釋的主觀性。因此，建立符合研究區(qū)巖石物理特征的模板尤為重要，巖石物理模板越精確，校正后的井曲線更接近真實值，反演結(jié)果與地層分布特征更加吻合。

在四川盆地中部地區(qū)的應(yīng)用結(jié)果表明，本文方法提高了儲層反演精度，儲層刻畫更加清晰，儲層分布更加符合沉積特征。

隨著巖石物理建模方法的日益發(fā)展，在研究區(qū)內(nèi)，可以通過調(diào)整模型參數(shù)、優(yōu)化基質(zhì)模量參數(shù)和改進巖石物理計算模型等方式來建立更符合具體目標(biāo)層巖石物理特征的模型，更準(zhǔn)確地反映測井響應(yīng)特征，因此，提高巖石物理模型精度可作為后續(xù)研究方向。