本發(fā)明涉及油氣資源勘探技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種砂泥巖薄互層流體替換方法。

背景技術(shù)：

流體替換是一種非常重要的巖石物理方法，通常用來定量預(yù)測將巖石孔隙中的流體類型替換為另一種流體類型之后的巖石彈性特征差異，包括縱波速度、橫波速度、密度以及各種彈性模量等。利用這些巖石彈性特征差異可以校正泥漿侵入的測井曲線、分析流體類型對地震振幅隨偏移距變化(amplitudevariationwithoffset，avo)的影響以及模擬四維地震(4dseismic)的地震響應(yīng)特征差異。

流體替換最常用的工具就是gassmann方程。而gassmann方程通常假設(shè)巖石為單一礦物均勻多孔介質(zhì)，這樣才能保證彈性波在巖石傳播過程中引起的孔隙壓力可以在整個孔隙空間得到充分均衡。而當(dāng)gassmann方程應(yīng)用于砂泥巖薄互層時，這些假設(shè)條件就不能滿足，會導(dǎo)致錯誤的結(jié)果。這是因?yàn)樯澳鄮r薄互層中的泥巖會通過以下幾種方法影響gassmann方程的應(yīng)用效果：(1)由于泥巖或者泥質(zhì)砂巖中泥質(zhì)部分的低孔隙度和低滲透性，會阻止彈性波在巖石傳播過程中引起的孔隙壓力無法得到均衡，(2)泥質(zhì)砂巖中泥質(zhì)部分違反了gassmann方程的單一礦物組成的假設(shè)(3)理想情況下的砂泥巖薄互層流體替換是只對薄互層中的砂巖部分進(jìn)行流體替換，而泥巖不進(jìn)行流體替換，而現(xiàn)有的觀測方法(包括地震、測井、vsp等)分辨率無法達(dá)到區(qū)分砂泥巖薄互層的砂巖和泥巖部分。

針對泥質(zhì)砂巖儲層的流體替換方法有很多，例如：利用經(jīng)驗(yàn)公式對gassmann方程中的干燥巖石骨架的彈性模量進(jìn)行修正的方法；將巖石孔隙中充填的泥質(zhì)作為巖石基質(zhì)的一部分，利用voigt-reuss-hill平均方法計(jì)算巖石基質(zhì)彈性模量，同時利用有效孔隙度用來代替總孔隙度的方法。然而這些方法都不是砂泥巖薄互層提出的。一般砂泥巖薄互層的厚度在地震分辨率以下，因此測量得到彈性特征都是多個砂層和泥層的平均值。如果直接應(yīng)用gassmann方程進(jìn)行流體替換，而不考慮砂泥巖薄互層薄互層的非均質(zhì)性，就會出現(xiàn)誤差。

常規(guī)的砂泥巖薄互層流體替換方法就是首先利用逆backus平均對砂泥巖薄互層進(jìn)行“降尺度”，分別得到各個砂層和泥層的特征(孔隙度、等效彈性模量)，然后應(yīng)用gassmann方程僅對各個砂層進(jìn)行流體替換，最后再利用backus平均方法對砂泥巖薄互層進(jìn)行“降尺度”，即對所有的砂層和泥層進(jìn)行backus平均，得到整個薄互層的彈性特征。當(dāng)砂泥巖薄互層中砂層和泥層的比例已知的情況下，這種“升降尺度”的方法是比較理想的。然而實(shí)際過程中，砂泥巖薄互層中砂層和泥層的比例很難確定，因此可能導(dǎo)致較大的誤差，特別是砂層的比例很小的時候。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種砂泥巖薄互層流體替換方法，該方法僅僅改變砂泥巖薄互層中砂層的流體類型，不改變砂泥巖薄互層中泥層的流體類型；并且既不需要已知砂泥巖薄互層中砂層和泥層所占的比例，也不需要對砂泥巖薄互層進(jìn)行“升降尺度”處理。

本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種砂泥巖薄互層流體替換方法，根據(jù)已知砂泥巖薄互層的參數(shù)，利用砂泥巖薄互層流體替換后縱波柔度的改變量與砂泥巖薄互層中純凈砂巖層流體替換后縱波柔度的改變量成正比的關(guān)系模型，計(jì)算砂泥巖薄互層流體替換后的彈性特征。

步驟1：收集砂泥巖薄互層的縱波速度、密度、有效孔隙度和飽和度；

步驟2：根據(jù)砂泥巖薄互層的縱波速度vpsat1和密度ρsat1計(jì)算含有原始流體類型1的砂泥巖薄互層的縱波模量msat1和縱波柔度csat1；

步驟3：根據(jù)純凈砂巖層的孔隙度φsand和含有原始流體類型1的純凈砂巖層的縱波速度vpsand1和密度ρsand1，計(jì)算含有原始流體類型1的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量msand1和縱波柔度csand1；

步驟4：根據(jù)巖石物理經(jīng)驗(yàn)值選取砂泥巖薄互層中純凈砂巖層巖石基質(zhì)的體積模量ksand0和剪切模量μsand0計(jì)算砂泥巖薄互層中純凈砂巖層巖石基質(zhì)的縱波模量msand0；

步驟5：根據(jù)原始孔隙流體類型1的飽和度、孔隙流體組成成分的體積模量計(jì)算孔隙流體類型1的體積模量kf1和密度ρf1；

步驟6：利用替換后的孔隙流體類型2的飽和度、孔隙流體組成成分的體積模量計(jì)算孔隙流體類型2的體積模量kf2和密度ρf2；

步驟7：利用gassmann方程計(jì)算原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量msand2和縱波柔度csand2；

步驟8：根據(jù)砂泥巖薄互層的有效孔隙度φeff計(jì)算砂泥巖薄互層含有的原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的縱波柔度csat2和縱波模量msat2；計(jì)算砂泥巖薄互層含有的原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的密度ρsat2和縱波速度vpsat2。

進(jìn)一步的，所述的步驟2中，假定砂泥巖薄互層原始流體類型1被流體類型2替換，其相應(yīng)參量下標(biāo)分別以1、2加以區(qū)別；

進(jìn)一步的，所述的步驟3中，假定砂泥巖薄互層中純凈砂巖層原始流體類型1被流體類型2替換，其相應(yīng)參量下標(biāo)分別以1、2加以區(qū)別；選取砂泥巖薄互層中純凈砂巖層確定純凈砂巖層的孔隙度φsand；

進(jìn)一步的，所述的步驟4中，砂泥巖薄互層中純凈砂巖層巖石基質(zhì)的縱波模量msand0：

進(jìn)一步的，所述的步驟5中，孔隙流體類型1的體積模量kf1和密度ρf1分別為：

ρf1＝ρhydro·(1-sw1)+ρwater·sw1(7)

式中，khydro和kwater分別為碳?xì)浠衔?油或氣)、水的體積模量，ρhydro和ρwater分別為碳?xì)浠衔?油或氣)、水的密度，sw1為孔隙流體類型1的含水飽和度，1-sw1為孔隙流體類型1的含碳?xì)浠衔?油或氣)飽和度。

進(jìn)一步的，所述的步驟6中，假定原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換，孔隙流體類型2的體積模量kf2和密度ρf2分別為：

ρf2＝ρhydro·(1-sw2)+ρwater·sw2(9)

式中，sw2為為替換后的孔隙流體類型2的含水飽和度，1-sw2為替換后的孔隙流體類型2的含碳?xì)浠衔?油或氣)飽和度。

進(jìn)一步的，所述的步驟7中，原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量msand2和縱波柔度csand2分別為：

進(jìn)一步的，所述的步驟8中，利用砂泥巖薄互層流體替換后縱波柔度的改變量與砂泥巖薄互層中純凈砂巖層流體替換后縱波柔度的改變量成正比的關(guān)系模型，原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后砂泥巖薄互層的縱波柔度csat2和縱波模量msat2分別為：

砂泥巖薄互層含有的原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的密度ρsat2和縱波速度vpsat2分別為：

ρsat2＝ρsat1+φeff·(ρf2-ρf1)(14)

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明利用砂泥巖薄互層流體替換后縱波柔度的改變量與砂泥巖薄互層中純凈砂巖層流體替換后縱波柔度的改變量成正比的關(guān)系模型，計(jì)算砂泥巖薄互層流體替換后的彈性特征，具有普遍適用性，避免了常規(guī)的方法需要已知砂泥巖薄互層中砂層和泥層所占的比例的缺陷；

(2)本發(fā)明提出的砂泥巖薄互層流體替換方法，直接對觀測尺度的數(shù)據(jù)進(jìn)行流體替換，不需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行“升降尺度”處理，簡單易用，彌補(bǔ)了常規(guī)方法在砂巖層所占比例很小的情況下會出現(xiàn)很大的誤差的不足。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1為砂泥巖薄互層流體替換的流程圖；

圖2為某油田含氣砂泥巖薄互層的測井曲線；

圖3為含有原始流體類型1的砂泥巖薄互層的縱波模量和縱波柔度；

圖4為含有原始流體類型1的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量和縱波柔度、純凈砂巖層巖石基質(zhì)的縱波模量；

圖5為孔隙流體類型1的體積模量和密度；

圖6為替換后的孔隙流體類型2的體積模量和密度；

圖7為原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量和縱波柔度；

圖8為原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后砂泥巖薄互層的縱波柔度和縱波模量；

圖9為原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后砂泥巖薄互層的密度和縱波速度。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在常規(guī)替換方法誤差較大的不足，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請?zhí)岢隽艘环N砂泥巖薄互層流體替換方法。

本申請的一種典型的實(shí)施方式中，如圖1所示，提供了一種砂泥巖薄互層流體替換方法，根據(jù)已知砂泥巖薄互層的參數(shù)，利用砂泥巖薄互層流體替換后縱波柔度的改變量與砂泥巖薄互層中純凈砂巖層流體替換后縱波柔度的改變量成正比的關(guān)系模型，計(jì)算砂泥巖薄互層流體替換后的彈性特征。

步驟1：收集砂泥巖薄互層的縱波速度、密度、有效孔隙度和飽和度；

步驟2：根據(jù)砂泥巖薄互層的縱波速度vpsat1和密度ρsat1計(jì)算含有原始流體類型1的砂泥巖薄互層的縱波模量msat1和縱波柔度csat1；

假定砂泥巖薄互層原始流體類型1被流體類型2替換，其相應(yīng)參量下標(biāo)分別以1、2加以區(qū)別；

步驟3：根據(jù)純凈砂巖層的孔隙度φsand和含有原始流體類型1的純凈砂巖層的縱波速度vpsand1和密度ρsand1，計(jì)算含有原始流體類型1的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量msand1和縱波柔度csand1；

假定砂泥巖薄互層中純凈砂巖層原始流體類型1被流體類型2替換，其相應(yīng)參量下標(biāo)分別以1、2加以區(qū)別；選取砂泥巖薄互層中純凈砂巖層確定純凈砂巖層的孔隙度φsand；

步驟4：根據(jù)巖石物理經(jīng)驗(yàn)值選取砂泥巖薄互層中純凈砂巖層巖石基質(zhì)的體積模量ksand0和剪切模量μsand0計(jì)算砂泥巖薄互層中純凈砂巖層巖石基質(zhì)的縱波模量msand0；

砂泥巖薄互層中純凈砂巖層巖石基質(zhì)的縱波模量msand0為：

步驟5：根據(jù)原始孔隙流體類型1的飽和度、孔隙流體組成成分的體積模量計(jì)算孔隙流體類型1的體積模量kf1和密度ρf1；

孔隙流體類型1的體積模量kf1和密度ρf1分別為：

ρf1＝ρhydro·(1-sw1)+ρwater·sw1(7)

式中，khydro和kwater分別為碳?xì)浠衔?油或氣)、水的體積模量，ρhydro和ρwater分別為碳?xì)浠衔?油或氣)、水的密度，sw1為孔隙流體類型1的含水飽和度，1-sw1為孔隙流體類型1的含碳?xì)浠衔?油或氣)飽和度。

步驟6：利用替換后的孔隙流體類型2的飽和度、孔隙流體組成成分的體積模量計(jì)算孔隙流體類型2的體積模量kf2和密度ρf2；

假定原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換，孔隙流體類型2的體積模量kf2和密度ρf2分別為：

ρf2＝ρhydro·(1-sw2)+ρwater·sw2(9)

式中，sw2為為替換后的孔隙流體類型2的含水飽和度，1-sw2為替換后的孔隙流體類型2的含碳?xì)浠衔?油或氣)飽和度。

步驟7：利用gassmann方程計(jì)算原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量msand2和縱波柔度csand2；

原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量msand2和縱波柔度csand2分別為：

步驟8：利用砂泥巖薄互層流體替換后縱波柔度的改變量與砂泥巖薄互層中純凈砂巖層流體替換后縱波柔度的改變量成正比的關(guān)系模型，根據(jù)砂泥巖薄互層的有效孔隙度φeff計(jì)算砂泥巖薄互層含有的原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的縱波柔度csat2和縱波模量msat2；計(jì)算砂泥巖薄互層含有的原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的密度ρsat2和縱波速度vpsat2。

原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后砂泥巖薄互層的縱波柔度csat2和縱波模量msat2分別為：

砂泥巖薄互層含有的原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的密度ρsat2和縱波速度vpsat2分別為：

ρsat2＝ρsat1+φeff·(ρf2-ρf1)(14)

某油田含氣砂泥巖薄互層的測井曲線如圖2所示，包括泥質(zhì)含量、有效孔隙度、原始孔隙流體類型1含水飽和度、孔隙流體類型1含水飽和度砂泥巖薄互層的密度、縱波速度等，這些數(shù)據(jù)為實(shí)施步驟1的輸入數(shù)據(jù)。

含有原始流體類型1的砂泥巖薄互層飽和巖石的縱波模量和縱波柔度如圖3所示，它們是由砂泥巖薄互層的縱波速度和密度根據(jù)步驟2中的式(1)和(2)計(jì)算得到。

含有原始流體類型1的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量和縱波柔度、純凈砂巖層巖石基質(zhì)的縱波模量如圖4所示，它們是由含有原始流體類型1的純凈砂巖層的縱波速度和密度根據(jù)步驟3中的式(3)和(4)、步驟4中的式(5)計(jì)算得到。這里純凈砂巖層的孔隙度、縱波速度和密度分別取0.13，3340m/s和2.43g/cm³，純凈砂巖層巖石基質(zhì)的體積模量和剪切模量分別取36gpa和45gpa。

孔隙流體類型1的體積模量和密度如圖5所示，它們是由原始孔隙流體類型1的飽和度、孔隙流體組成成分的體積模量等根據(jù)步驟5中的式(6)和(7)計(jì)算得到，這里孔隙流體組成成分為水和氣，孔隙流體類型1的含水飽和度即為圖2中的含水飽和度，水的體積模量和密度分別取2.29gpa和1.0g/cm³，氣的體積模量和密度分別取0.0208gpa和0.00001g/cm³。

替換后的孔隙流體類型2的體積模量和密度如圖6所示，它們是由孔隙流體類型2的飽和度、孔隙流體組成成分的體積模量等根據(jù)步驟6中的式(8)和(9)計(jì)算得到，這里孔隙流體組成成分為水，孔隙流體類型2的含水飽和度即為100％，水的體積模量和密度分別取2.29gpa和1.0g/cm³。

原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量和縱波柔度如圖7所示，它們是由原始孔隙流體類型1的體積模量、替換后的孔隙流體類型2的體積模量、含原始孔隙流體類型1的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量、純凈砂巖層巖石基質(zhì)縱波模量等根據(jù)計(jì)算步驟7中的式(10)和(11)得到。

原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后砂泥巖薄互層的縱波柔度和縱波模量如圖8所示，它們是由原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換前后的砂泥巖薄互層中純凈砂巖層的縱波模量和縱波柔度、純凈砂巖層孔隙度、砂泥巖薄互層的有效孔隙度等利用新發(fā)明的砂泥巖薄互層流體替換后的縱波柔度改變量與砂泥巖薄互層中純凈砂巖層流體替換后的縱波柔度改變量成正比的關(guān)系模型，根據(jù)步驟8中(12)和(13)計(jì)算得到。

原始孔隙流體類型1被孔隙流體類型2替換后砂泥巖薄互層的密度和縱波速度如圖9所示，它們是由原始孔隙流體類型1的密度、孔隙流體類型2的密度、含孔隙流體類型1砂泥巖薄互層的密度、含孔隙流體類型2砂泥巖薄互層的縱波模量等根據(jù)步驟8中(14)和(15)計(jì)算得到。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。