本發(fā)明屬于含油氣飽和度評價領(lǐng)域，具體涉及一種基于巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)的含油氣飽和度評價方法。

背景技術(shù)：
自1942年阿爾奇(Archie)先生發(fā)表阿爾奇公式以來，它就成為含油氣飽和度測井評價的理論基礎(chǔ)，在實踐中得到廣泛應(yīng)用，目前仍然是油氣測井飽和度評價的主流方法。傳統(tǒng)阿爾奇公式適用于以粒間孔隙為主的且孔隙度較大(>15％)的干凈砂巖儲層。阿爾奇公式有四個關(guān)鍵參數(shù)(統(tǒng)稱為地區(qū)參數(shù))，分別是m指數(shù)(也稱膠結(jié)指數(shù)，理論值為2)、n指數(shù)(也稱飽和度指數(shù)，理論值為2)、a系數(shù)(理論值為1)和b系數(shù)(理論值為1)。這些地區(qū)系數(shù)需要通過實驗測量得到。縫洞型儲層包括縫洞型火山巖、碳酸鹽巖和變質(zhì)巖等儲層，其儲集空間類型復雜，巖性復雜。針對這類復雜儲層，能否采用阿爾奇公式確定含油氣飽和度，一直存在爭論。目前比較一致的看法是：在宏觀層面上，不能直接采用傳統(tǒng)經(jīng)典的阿爾奇公式確定縫洞型儲層含油氣飽和度；但可在微觀層面上，針對縫洞型儲層導電機理特殊性，對阿爾奇公式或理論進行修正，然后應(yīng)用于復雜儲層含油氣飽和度計算。目前，對阿爾奇理論進行修正的方式分為兩類：其一是在巖電實驗或數(shù)值模擬計算基礎(chǔ)上，對膠結(jié)指數(shù)m和飽和度指數(shù)n進行適當調(diào)整，然后應(yīng)用阿爾奇公式確定含油氣飽和度，如潘保芝(2006)三孔隙度模型計算m值方法；李國平(2003)在復雜儲集層測井解釋研究中采用經(jīng)驗估計m、n指數(shù)方法。其二是在儲集層微觀層面上，依據(jù)多重孔隙介質(zhì)并聯(lián)導電法則，并應(yīng)用阿爾奇理論，推導出新的飽和度方程，如Crane(1990)多種孔隙網(wǎng)絡(luò)模型飽和度方程和李寧(1989)提出的飽和度模型。這些模型和方程在不同地區(qū)得到一定程度應(yīng)用。具體來說，公開號為CN101892837A的專利公開了一種地層因數(shù)確定方法及含油飽和度確定方法，該方法對碎屑巖比較適應(yīng)，對縫洞型復雜儲層不適應(yīng)。公開號為CN101929973A的專利公開了一種裂縫儲層含油氣飽和度定量計算方法，該方法適應(yīng)于裂縫性儲層，而且依賴于成像測井資料獲取的裂縫參數(shù)。在沒有成像測井資料情況下，無法應(yīng)用。文獻1(庫車地區(qū)砂巖孔隙結(jié)構(gòu)對膠結(jié)指數(shù)影響及飽和度誤差分析(測井技術(shù)，2009年8月第4期))沒有提出巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)概念及其與膠結(jié)指數(shù)之間關(guān)系。文獻2(庫車地區(qū)致密砂礫巖膠結(jié)指數(shù)m和飽和度指數(shù)n的主要影響因素及其量化研究(石油天然學報(江漢石油學院學報)，2009年12月第6期))提出的方法適于碎屑巖儲層，對復雜縫洞型儲層不適用，沒有提出巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)概念。文獻3(裂縫和孔洞型儲層孔隙模型的理論進展(地球物理學進展，2006年12月第4期))提出的方法適合理論分析和數(shù)值模擬計算，在實際應(yīng)用中難于操作。文獻4(孔隙儲層膠結(jié)指數(shù)m的確定方法及影響因素(油氣地球物理，2010年1月第1期))提出的方法適合理論分析和數(shù)值模擬計算，在實際應(yīng)用中難于操作。文獻5(變m值法計算火山巖含油飽和度(長江大學學報，2010年9月第3期))提出的方法屬于一般性的理論分析方法，在實際應(yīng)用中難于操作。文獻6(復雜儲集空間儲層測井解釋方法研究(油氣地質(zhì)與采收率，2003年4月第2期))提出的方法限于經(jīng)驗估計，具有局限性和隨意性。文獻7(復雜孔隙結(jié)構(gòu)儲層含氣飽和度評價方法(天然氣工業(yè)，2000年5月第3期))提出的方法不適于縫洞型火山巖和碳酸鹽巖儲層飽和度計算。綜上所述，潘保芝(2006)三孔隙度模型是個理論模型，適于數(shù)值分析計算，在實際地層評價中可操作性差；李國平(2003)提出的確定m、n指數(shù)方法，其依據(jù)于經(jīng)驗估計，沒有嚴格的理論依據(jù)，在實際應(yīng)用中取決于個人經(jīng)驗；Crane(1990)模型中，確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)難，模型中一些參數(shù)也難于確定；李寧(1989)飽和度模型過于復雜，在實踐中難以確定合適的表達式。總之，從目前技術(shù)水平來看，針對縫洞型復雜儲層測井飽和度評價，還沒有形成統(tǒng)一的可操作性強的精度高的含油氣飽和度評價方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的縫洞型儲層含油氣飽和度評價方法可操作性和實用性差的情況的難題，提供一種基于巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)的含油氣飽和度評價方法，提高飽和度評價的精度且可操作性強。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種基于巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)的含油氣飽和度評價方法，包括以下步驟：(1)確定巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)τ；(2)確定巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)τ與m指數(shù)的耦合方程；(3)確定含油氣飽和度。所述步驟(1)中的巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)τ是利用下式計算得到的：其中，Rw為地層水電阻率，Rt為地層電阻率，φ為地層孔隙度，Sw為地層含水飽和度。所述步驟(2)中的巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)τ與m指數(shù)的耦合方程如下：m＝Cτ-D(6)式中，C、D為待定系數(shù)。所述C和D是通過下面的方式確定的：依據(jù)巖電實驗確定m值，利用公式(5)在Sw為1(即巖石孔隙100％含水)條件下確定τ值，然后以τ為橫坐標，以m為縱坐標，通過統(tǒng)計回歸確定系數(shù)C和D的值。所述步驟(3)具體如下：根據(jù)阿爾奇理論，巖石孔隙在100％含水條件下巖石電阻率R0為：式中，m指數(shù)依據(jù)式(6)確定；電阻率增大系數(shù)I與含水飽和度Sw關(guān)系方程如下：式中，b和n是通過巖電實驗確定的；利用下式計算得到含油氣飽和度Sh：Sh＝1-Sw(9)。所述聯(lián)立式(5)、式(6)、式(7)和式(8)，迭代求解得到含水飽和度Sw具體包括：(A1)設(shè)置迭代精度ε，設(shè)含地層水飽和度Sw的初值Sw1為0，設(shè)Sw的增量步長為0.001；(A2)將Sw1代入式(5)中求取巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)τ，通過式(6)求取m指數(shù)，通過式(7)確定巖石電阻率R0，通過式(8)求取含水飽和度Sw，記為Sw2；(A3)比較Sw1和Sw2，如果|Sw2-Sw1|≤ε，則停止迭代，令Sw＝Sw2,轉(zhuǎn)入步驟(A4)；否則按增量步長改變Sw1，然后返回步驟(A2)；(A4)輸出Sw,即為所求的含水飽和度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：①利用本發(fā)明方法大大提高縫洞型儲層含油氣飽和度計算精度。縫洞型儲層受復雜孔隙結(jié)構(gòu)影響，電測井響應(yīng)復雜，且具有多解性。本發(fā)明提出的巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)表征了孔隙結(jié)構(gòu)與導電能力之間耦合關(guān)系，借助巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)消除孔隙結(jié)構(gòu)對電測井響應(yīng)的影響，提高含油氣飽和度計算精度。模型參數(shù)依據(jù)實驗確定，在算法上采用反復迭代的優(yōu)化算法，保證飽和度計算精度。②本發(fā)明方法具有良好的可操作性和實用性，各參數(shù)之間關(guān)系明確，具有嚴格的數(shù)學表達式，易于計算機編程計算；同時具備具有良好的理論基礎(chǔ)和實驗基礎(chǔ)。改變了目前對阿爾奇理論進行修正時依據(jù)經(jīng)驗或者復雜數(shù)值模擬計算結(jié)果的狀況。③本發(fā)明方法適用于多重孔隙介質(zhì)的縫洞型儲層含油氣飽和度評價，適應(yīng)性廣，可應(yīng)用于火山巖、碳酸鹽巖等復雜縫洞型儲層。附圖說明圖1是膠結(jié)指數(shù)m與孔隙度及孔隙組合類型關(guān)系圖。圖2是火山巖m指數(shù)與巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)τ關(guān)系。圖3-1是松南氣田火山巖儲層膠結(jié)指數(shù)m與孔隙度關(guān)系。圖3-2是塔河油田碳酸鹽巖儲層膠結(jié)指數(shù)m與孔隙度關(guān)系。圖3-3是普光氣田碳酸鹽巖儲層膠結(jié)指數(shù)m與孔隙度關(guān)系。圖3-4是膠結(jié)指數(shù)m與巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)關(guān)系。圖4是P2井測井處理成果圖。圖5是本發(fā)明方法的步驟框圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述：本發(fā)明涉及縫洞型復雜儲層含油氣飽和度計算方法，步驟包括：確定巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)τ，借此描述巖石導電能力與巖電結(jié)構(gòu)之間的耦合關(guān)系；以此為基礎(chǔ)，確定巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)與膠結(jié)指數(shù)m之間數(shù)學關(guān)系式，稱之為巖電耦合方程；依據(jù)實驗確定電阻率增大系數(shù)I與含水飽和度之間關(guān)系，即電阻率增大系數(shù)飽和度方程；將巖電耦合方程與電阻率增大系數(shù)飽和度方程聯(lián)立，采用迭代優(yōu)化算法，獲得高精度的含油氣飽和度。該方法具有適應(yīng)性廣、可操作性強以及飽和度計算精度高特點。本發(fā)明通過對來自松遼盆地的火山巖和四川盆地以及塔里木盆地的碳酸鹽巖儲層巖電實驗數(shù)據(jù)進行分析，提出巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)概念和巖電耦合方程，在此基礎(chǔ)上，提供一套可操作性強的精度高的適于縫洞型儲層含油氣飽和度評價的新方法。縫洞型儲層電測井響應(yīng)主要受孔隙結(jié)構(gòu)影響，其次受地層流體性質(zhì)和井眼環(huán)境影響?？紫督Y(jié)構(gòu)對電測井響應(yīng)可以通過其對m指數(shù)的影響表現(xiàn)出來。因此，在具有復雜孔隙結(jié)構(gòu)儲層條件下，利用電測井資料確定含油氣飽和度，首先必須排除孔隙結(jié)構(gòu)對電測井的影響。為此，引入巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)(τ)物理量，它綜合反映了巖石孔隙結(jié)構(gòu)與巖石導電能力之間的耦合作用。實驗分析表明，巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)與膠結(jié)指數(shù)m之間存在可預(yù)測的明確的關(guān)系，稱之為巖電耦合方程，借助這一關(guān)系對傳統(tǒng)阿爾奇理論進行修正，從而得到適于縫洞型儲層含油氣飽和度評價的新方法。如圖5所示，本發(fā)明方法的步驟如下：①輸入測井原始數(shù)據(jù)(指電阻率測井和孔隙度測井數(shù)據(jù))、地層電阻率Rt、地層水電阻率Rw，計算地層孔隙度φ，確定巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)τ定義巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)(τ)為巖石導電效率(η)與孔隙度(φ)比值，即：導電效率(η)為巖石電導率(Ct)與假定跟巖石具有相同長度和含水體積的一根直毛管電導率(Cpw)之比值，即：設(shè)地層電阻率為Rt，地層水電阻率為Rw，地層含水孔隙度為φw，則：設(shè)地層孔隙度為φ，含水飽和度為Sw，含水孔隙度φw＝φSw，于是：式(4)代入式(1)得：τ具有明確的物理涵義，它綜合反映儲層儲集空間迂回程度與導電能力之間耦合關(guān)系。②確定巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)τ與m指數(shù)的耦合方程根據(jù)來自松遼盆地的火山巖以及四川盆地和塔里木盆的碳酸鹽巖儲層巖電實驗分析結(jié)果，m指數(shù)隨孔隙結(jié)構(gòu)不同與孔隙度變化而變化。尤其是在孔隙度較低情況下(一般<13％)，m指數(shù)受不同儲集空間組合影響，隨孔隙度變化具有不同變化趨勢(如圖1所示)?？p洞型儲層大多都具有低孔隙度特征，m指數(shù)隨孔隙的不同變化趨勢，給確定m指數(shù)帶來困難和不確定性，從而導致含油氣飽和度評價精度低。進一步研究表明，巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)τ與m指數(shù)之間存在本質(zhì)聯(lián)系，利用巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)τ可以準確預(yù)測m指數(shù)(如圖2所示)，這一關(guān)系稱為巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)τ與m指數(shù)的耦合方程，簡稱巖電耦合方程。其關(guān)系式如下：m＝Cτ-D(6)式中，C、D為待定系數(shù)，由實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計確定，如圖3-4。圖2展示了火山巖儲層m指數(shù)與τ之間的良好相關(guān)關(guān)系，在本例中C值為1.99，D為0.1482。③確定含油氣飽和度根據(jù)阿爾奇理論，巖石孔隙在100％含水條件下巖石電阻率R0為：式中，m指數(shù)依據(jù)式(6)確定。巖電實驗確定的電阻率增大系數(shù)I與含水飽和度Sw關(guān)系方程如下：式中，b接近1，n為2左右(通過巖電實驗可確定b和n的值)。在本例中，實驗確定b為1.05，n為1.95。聯(lián)立式(5)、式(6)、式(7)和式(8)，迭代求解確定含水飽和度Sw，具體做法如下：設(shè)置迭代精度ε(如0.005)，設(shè)含地層水飽和度Sw的初值Sw1為0，Sw增量步長為0.001，將Sw1代入式(5)中求取巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)τ，通過式(6)求取m指數(shù)，通過式(7)確定巖石電阻率R0，通過式(8)求含水飽和度Sw，記為Sw2；當絕對值|Sw2-Sw1|≤ε時，停止迭代，令Sw＝Sw2,輸出Sw,即為所求；否則按增量步長改變Sw1，重復上述過程，直到符合條件為止。含油氣飽和度Sh為：Sh＝1-Sw(9)本發(fā)明的關(guān)鍵是巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)τ的提出以及τ與膠結(jié)指數(shù)m之間關(guān)系方程的確定，即巖電耦合方程。圖3-1展示松南火山巖儲層膠結(jié)指數(shù)m與孔隙度關(guān)系，可以看出m指數(shù)隨孔隙度增大而有減小的趨勢，即負相關(guān)關(guān)系。圖3-2、圖3-3分別展示來自塔河油田和普光氣田碳酸鹽巖儲層膠結(jié)指數(shù)m與孔隙度關(guān)系，可以看出m指數(shù)隨孔隙度增大而增大，顯示正相關(guān)關(guān)系，與松南火山巖的變化趨勢相反。因此，對于縫洞型火山巖、碳酸鹽巖儲層來說，膠結(jié)指數(shù)m隨孔隙度呈現(xiàn)復雜變化關(guān)系，很難僅僅利用孔隙度這一參數(shù)來預(yù)測m指數(shù)的變化，而達到計算縫洞型儲層含油氣飽和度的目的。目前針對致密碎屑巖儲層建立起來的m指數(shù)與孔隙度關(guān)系，對縫洞型儲層并不適用。圖3-4展示了巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)τ與m指數(shù)之間明確的關(guān)系。巖電結(jié)構(gòu)系數(shù)綜合反映了巖石孔隙結(jié)構(gòu)與巖石導電能力之間的耦合關(guān)系，它與m指數(shù)之間存在本質(zhì)聯(lián)系，以此為基礎(chǔ)確定巖電耦合方程，并與電阻率增大系數(shù)飽和度方程聯(lián)立，采用反復迭代方法確定含油氣飽和度，這是本發(fā)明核心之所在。為了說明本發(fā)明在縫洞型復雜儲層含油氣飽和度評價效果和適應(yīng)性，分別對來自松遼盆地火山巖儲層和四川盆地普光氣田碳酸鹽巖儲層的實際測井資料進行計算，并與巖心分析結(jié)果對比，以檢驗方法的有效性和適應(yīng)性。實施例一：利用來自松遼盆地的幾口井的火山巖儲層測井數(shù)據(jù)，采用本發(fā)明對含氣飽和度進行計算，并將計算結(jié)果與巖心壓汞資料確定的含氣飽和度進行對比，兩者非常接近，絕對誤差在5％以內(nèi)(如表1所示)，表明本發(fā)明方法在火山巖儲層中應(yīng)用效果良好。表1實施例二：普光氣田為縫洞型碳酸鹽巖儲層，有系統(tǒng)的巖心飽和度分析資料。依據(jù)測井資料，采用本方法對含氣飽和度進行計算，并將計算結(jié)果與巖心分析結(jié)果對比(如表2及圖4所示)，飽和度絕對誤差在4％以內(nèi)，證明本方法的正確性和在碳酸鹽巖儲層區(qū)的有效性。表2本發(fā)明方法針對傳統(tǒng)阿爾奇公式對縫洞型復雜儲層的不適應(yīng)性，提出飽和度評價新方法，在日益興起的火山巖、碳酸鹽巖等儲層油氣勘探和開發(fā)中具有廣泛的應(yīng)用前景。上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實施方式，對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本發(fā)明公開了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限于本發(fā)明上述具體實施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選的，而并不具有限制性的意義。