專利名稱：確定混合體中成分參數(shù)的方法
本專利涉及一種確定由多種成份構(gòu)成的混合體中一種成分的電導(dǎo)率和體積比參數(shù)的方法。本發(fā)明特別有利于確定地層中一種成分的體積比，例如確定含烴地層中油氣的成分。截止目前，已有許多確定這些油氣方法被應(yīng)用，它們一般都是以經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑榛A(chǔ)的。
這類已知的方法被描述為“含油泥質(zhì)砂巖中的導(dǎo)電性”。1967年10月1～4日在德克薩茲州休斯頓舉行SPE第42屆秋季年會(huì)上，Waxman M.H.和Smits L.J.M.提出上述觀點(diǎn)。
他們的論文提出了確定由多種成分構(gòu)成的混合體中一種成分的導(dǎo)電率和體積比參數(shù)方法，其中包括混合體的電傳導(dǎo)性的測(cè)量和混合體傳導(dǎo)性和一種成分傳導(dǎo)性關(guān)系的選擇。
這種已知方法采用下面關(guān)系式，通常稱之為Waxman-Smits模型Co＝Cw/F*+BQv/F*其中Co＝完全被鹽水浸透巖石的導(dǎo)電性Cw＝地層中鹽水的導(dǎo)電性F*＝地層系數(shù)B＝鈉粘土-交換陽(yáng)離子作為Cw的函數(shù)的等價(jià)導(dǎo)電性Qv＝單位孔隙體積陽(yáng)離子交換量。
這種方法所得出的結(jié)果并非總是十分精確的，可能是由于Waxman-Smits模型的經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)，它僅提供了地層導(dǎo)電率和其它多種參數(shù)之間一種關(guān)系。
本發(fā)明的目的在于提供一種比較精確的方法確定由多種成分構(gòu)成的混合體(composition)中一種成分的導(dǎo)電率和體積比參數(shù)方法。
根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下內(nèi)容-測(cè)量混合體的導(dǎo)電性；-選擇混合體導(dǎo)電性和各種混合體參數(shù)的一種關(guān)系，對(duì)于每一種成分包括代表該成分的導(dǎo)電性和體積比例的物理參數(shù)，這些成分實(shí)際上在所述關(guān)系中運(yùn)用所述物理參數(shù)被等同地表示。
-從所述關(guān)系和混合體的所測(cè)導(dǎo)電性中確定所述被選擇參數(shù)。
顯然地，用導(dǎo)電率可以表示它自己或由它所推導(dǎo)的任何數(shù)量，諸如電阻率。而且，在這種關(guān)系中，成分實(shí)際上等同地代表成分特征暗示在這種關(guān)系中每一種成分可以實(shí)際上用與其它任何成分一樣的方法表示。
根據(jù)這個(gè)發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)果的精度的提高。這種選擇的關(guān)系精確地說(shuō)明各成分分別對(duì)混合體的傳導(dǎo)性的貢獻(xiàn)。據(jù)此發(fā)明的方法中所應(yīng)用的關(guān)系在成分上是對(duì)稱的，即任何成分都不較其它成分占優(yōu)勢(shì)。而且，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)據(jù)此發(fā)明的方法為成分的任何滲濾門(mén)限提供理想的精度。在這方面已被認(rèn)識(shí)到一種成分的滲濾量取決于這種成分在混合體的連續(xù)程度。例如，一種成分突然停止?jié)B濾則意味著這種成分在混合體中完地被驅(qū)散，同樣一種成分完全滲濾則表明該成分在整個(gè)混合體中是連續(xù)的。
所述有利的各種混合體參數(shù)包括至少一種適當(dāng)?shù)膮?shù)，其中每一適合的參數(shù)由運(yùn)用所述關(guān)系到一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)決定，該數(shù)據(jù)庫(kù)由測(cè)量代表所述混合體的至少一個(gè)所述參數(shù)的各種值的至少一個(gè)樣品的導(dǎo)電所獲得。
所述優(yōu)選各種參數(shù)包括一個(gè)輔助參數(shù)，它取決于該成分在混合體中的幾體結(jié)構(gòu)。
如果所述輔助參數(shù)被選作各種變量的函數(shù)，用輔助成分的精確幾何表示可以實(shí)現(xiàn)。每個(gè)變量取決于所述成分之一的傳導(dǎo)率和一個(gè)混合系數(shù)，這個(gè)混合系數(shù)取決該成分在混合體的幾何結(jié)構(gòu)。
確定每一個(gè)適合的參數(shù)的有利步驟是將所述關(guān)系輸入到這個(gè)成分的數(shù)據(jù)庫(kù)中且反復(fù)地進(jìn)行此過(guò)程。這個(gè)重復(fù)過(guò)程包括采用最小化方案反復(fù)地運(yùn)行所述關(guān)系。這種最小化方案優(yōu)先應(yīng)用利所述成分所測(cè)得導(dǎo)電率和通過(guò)所述關(guān)系確定的成分的導(dǎo)電率之間松散關(guān)系。
本發(fā)明將在之后用下面實(shí)例和對(duì)比例子詳細(xì)地描述。
例子假定地層中內(nèi)含主要球狀成分的均質(zhì)體系統(tǒng)，其成分主要由四種物質(zhì)組成非傳導(dǎo)性的孔隙巖石介質(zhì)，非傳導(dǎo)性烴流體，傳導(dǎo)性粘土，和傳導(dǎo)性鹽水。地層的傳導(dǎo)性取決于孔隙空間中部分鹽水的飽和度，烴流體成分與巖石介質(zhì)結(jié)合，兩者均為非導(dǎo)體。因此，烴成分和巖石介質(zhì)成分僅以它們的體積比代入下面方程。這個(gè)地層的有效傳導(dǎo)率Seff可以通過(guò)下面公式進(jìn)行評(píng)價(jià)(δeff-δo)·(Lδeff+(1-L)δo)-1＝∑φk(δk-δo)·(Lδk+(1-L)δo)-1其中δo是以傳導(dǎo)張量形式表示的輔助參數(shù)。
k＝1…N，N是成分的數(shù)目。
δeff表示這個(gè)樣品的傳導(dǎo)張量。
δk表示成分k的傳導(dǎo)張量。
φk表示成分k的體積比。
L表示去極化張量(形態(tài)張量)。
通常去極化張量是正值且有單元量。在實(shí)施過(guò)程中去極化張量是單位張量的1/3。
術(shù)語(yǔ)δo表示一種輔助參數(shù)，它能夠被認(rèn)為是一種主導(dǎo)體，成分增加進(jìn)入主導(dǎo)體中，正到主導(dǎo)體完全被該成分所取代，以至于體積比例與主導(dǎo)體無(wú)關(guān)。主導(dǎo)體的存在能使該模型在所有的成分是對(duì)稱的模型的任何成分巖石，粘土或鹽水都不較其它任何成分占優(yōu)勢(shì)。δo對(duì)已確定的各種參數(shù)的依賴性控制了模型的滲濾作用。設(shè)定δo＝δbrine產(chǎn)生已知平均T-矩陣近似值，也被稱之為簡(jiǎn)化的Clausius-Mossotti方程。由于只有鹽水發(fā)生滲濾不考慮其體積比例，該模型的鹽水成分和其它成分存在明顯的不對(duì)稱性。選擇一種連續(xù)的主導(dǎo)體的傳導(dǎo)率，即δo＝δeff，則產(chǎn)生已知連貫可能的近似值，也被稱作為簡(jiǎn)化的Bruggeman方程。該模型對(duì)于所有成分是對(duì)稱的，但也存在不實(shí)際地需要每個(gè)成分重的滲濾門(mén)限。
在適當(dāng)?shù)膶?shí)施中，輔助參數(shù)δo被選作如下值δo＝∑hkδk；對(duì)于k＝1，2，3其中hk代表與成分k有關(guān)的混合系數(shù)張量。此張量包含了代表地層中該成分的空間分布的幾何信息的混合系數(shù)。這些系數(shù)決定連通性，即單個(gè)成分滲濾量。該系數(shù)是非負(fù)數(shù)且實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化條件∑hk＝1；對(duì)于k＝1，2，3
標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)系確保所得的有效傳導(dǎo)率δeff滿足Hashin-Shtrikman條件，它是該領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。
而且，已經(jīng)消失小的體積部分的成分不能滲濾，因此對(duì)應(yīng)的連通率參數(shù)也應(yīng)當(dāng)消失lim hk＝0；對(duì)于φk0一般地，混合系數(shù)張量被定義為hk＝λkφkVk(∑λnφnVn)-1其中k，n＝1…N，N是所述許多成分中的成分?jǐn)?shù)量。
λk代表與成分k相關(guān)的滲濾率張量。
φ代表成分k的體積比。
V表示與成分k相關(guān)的滲濾指數(shù)。
通常hk，λk和V至少有一個(gè)形成一個(gè)適當(dāng)?shù)膮?shù)。
包含27個(gè)泥質(zhì)砂巖巖芯樣的數(shù)據(jù)庫(kù)已被用于測(cè)試本發(fā)明，該數(shù)據(jù)庫(kù)是上面提及的SPE論文中所描述。該論文提供Co-Cw曲線，巖芯樣品范圍從幾乎純凈砂巖(Qv＝0.017eq/l)到極端的泥質(zhì)砂巖(Qv＝1.47eq/l)。這些樣品包含高嶺土、蒙脫石和伊利石，每個(gè)樣品或是幾個(gè)礦物的混合物或者分離的礦物。每個(gè)樣品的特征巖石物理資料被列在附表中，其中φ表示樣品的孔隙度，k表示樣品的滲透率，Qv表示樣品單位孔隙體積陽(yáng)離子的交換量。每個(gè)樣品在完全鹽水飽和條件的傳導(dǎo)測(cè)定鹽水8至10個(gè)鹽度。而且，還作了樣品匯集薄膜潛力測(cè)量。
該模型所選參數(shù)如下1)鹽水；鹽水體積部分φb是由孔隙度，粘土附著水量和水飽和度所決定的。鹽水傳導(dǎo)率δb(＝Cw)是鹽水的鹽度和鹽水的溫度所決定。兩個(gè)滲濾參數(shù)，λb和v是自由參數(shù)。
2)巖石/烴烴的體積φhc是由總孔隙度，粘土吸附水量和烴飽和度I-Sw所決定，而巖石介質(zhì)的體積φr可用總的規(guī)則和體積比求得。巖石和烴都有減弱的傳導(dǎo)性。兩個(gè)成分的滲濾參數(shù)λr和λhc被設(shè)為值1。與巖石/烴比hr/hc的混合系數(shù)緊跟在條件∑hk＝1之后。
3.粘土粘土φc體積和粘土傳導(dǎo)性δc是自由適合參數(shù)。滲透率λc被設(shè)值為0，它適合于非層狀粘土。而且顯示出增加自由參數(shù)并沒(méi)有對(duì)適合該數(shù)據(jù)庫(kù)模型產(chǎn)生重大的改進(jìn)。
大范圍的鹽度范圍的Co-Cw測(cè)量已做，即鹽水鹽度范圍介于1-300之間。對(duì)于給定樣品，鹽水體積比在整個(gè)鹽度范圍僅有稍稍的變化。由此，滲透參數(shù)V在測(cè)試中被設(shè)等于整體的值，因此，簡(jiǎn)化滲透參數(shù)hb為一個(gè)常數(shù)，且簡(jiǎn)化自由參數(shù)的個(gè)數(shù)為3。
對(duì)于每個(gè)樣品，Co-Cw曲線上一系列值被簡(jiǎn)化為相對(duì)離散值，其定義如下
其中Co，計(jì)算＝完全鹽水飽和的巖石樣品所計(jì)算出的傳導(dǎo)率Co，實(shí)測(cè)＝完全鹽水飽和的巖石樣品所實(shí)測(cè)的傳導(dǎo)率?！疲剿宣}度的總和。
附表中給出了三種相對(duì)的參數(shù)φc，δc和hb以及相對(duì)松散度的結(jié)果。
而且，該表給出了由本發(fā)明的方法計(jì)算的薄膜潛量(ψcale)和實(shí)測(cè)的薄膜潛量(ψmeas)之間的松散度
薄膜潛量是一個(gè)特別有意義的值，它是粘土對(duì)整個(gè)傳導(dǎo)性的貢獻(xiàn)直接的和非破壞性度量，總的傳導(dǎo)性還未被用于確定適合的參數(shù)。
為了更加具體地說(shuō)明本發(fā)現(xiàn)，下面的對(duì)比實(shí)例可以作為參考。
對(duì)比實(shí)例如上所述，參考實(shí)例1除了說(shuō)明了27個(gè)巖芯樣的數(shù)據(jù)庫(kù)之外，而且進(jìn)一步揭示了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，即通常所指的Waxman-Smits模型。為了對(duì)比據(jù)本發(fā)明的方法與Waxman-Smits模型，實(shí)測(cè)的傳導(dǎo)性和據(jù)Waxman-Smits模型推導(dǎo)的傳導(dǎo)性之間的的相對(duì)非相關(guān)性，實(shí)測(cè)的聚集薄膜潛量和由Waxman-Wmits模型推導(dǎo)的聚集薄膜潛量之間的相對(duì)非相關(guān)性被確定。所有27樣品的相對(duì)非相關(guān)系數(shù)被列于表中。在運(yùn)用Waxman-Smits模型中，下面著名的公式被采用Co＝Cw/F*+BQv/F*其中F*＝φ-m當(dāng)m是一個(gè)自由參數(shù)(它由被作為膠結(jié)指數(shù))，Qv取決于樣品的測(cè)定，正如孔隙度φ，和標(biāo)準(zhǔn)B圖表也被用于計(jì)算鹽度和溫度對(duì)傳導(dǎo)率測(cè)量的影響。
從據(jù)本發(fā)明的方法推導(dǎo)的非相關(guān)值和用Waxman-Smits模型的非相關(guān)值之間對(duì)比，顯然，據(jù)本發(fā)明的方法改進(jìn)了計(jì)算結(jié)果。特別是聚集薄膜潛量的極低非相關(guān)值，而且該值在整個(gè)Qv范圍變化不大，表明據(jù)本發(fā)明的方法提高了結(jié)果的粘度。
據(jù)本發(fā)明的方法一般能運(yùn)用于確定地層中的鹽水或烴的體積比，據(jù)此代表地層導(dǎo)電率的測(cè)井曲線被提供。例如，這樣運(yùn)用下面方式進(jìn)行。地層中導(dǎo)電率測(cè)井是采用測(cè)井工具在穿過(guò)地層的井中進(jìn)行。對(duì)于包含鹽水(以B表示)，粘土(以C表示)，和非導(dǎo)電的巖石十烴(表示為R/HC)成分的均質(zhì)地層，巖石和烴由于它們消失的傳導(dǎo)性因而聚集在一起。所選擇的關(guān)系式如下δeff-δoδeff+2δo=Σk=13φk·δk-δoδk+2δo]]>其中δo＝∑hkδkhk＝λkφkvk(∑λnφnvn)-1其中δo表示輔助參數(shù)kn＝1…N，N是成分編號(hào)δeff表示地層的傳導(dǎo)率δk表示成分k的傳導(dǎo)率hk表示與成分k相關(guān)的混合系數(shù)λk表示與成分k相關(guān)的滲透系數(shù)vk，n表示與成分k，n相差的滲透指數(shù)每個(gè)分組k有4個(gè)參數(shù)φk，δk，λk和vk，其中φB，δB和δR/HC是直接測(cè)量所得。而且，對(duì)于分散狀粘土，λc＝0。從總體上，接著確定hR/HC和φR/HC。還未確定的參數(shù)是δc，λB，VB和φc。這些參數(shù)通過(guò)試驗(yàn)資料進(jìn)一步模擬確定。δc，λB和VB在整個(gè)地層中是常量，而φB取決于深度。確定參數(shù)的實(shí)驗(yàn)資料由含鹽水帶的測(cè)井資料，實(shí)驗(yàn)地層電阻系數(shù)(FRF)測(cè)量和鹽水飽和度試驗(yàn)。正如測(cè)井技術(shù)專業(yè)人員所熟知，從含鹽水帶的測(cè)井信息可以用于將當(dāng)?shù)氐膮?shù)φc對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)的多種測(cè)井或一種測(cè)井曲線。δc，λB和φB和φC與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)井曲線的相關(guān)系數(shù)可以應(yīng)用于含油氣地層。從測(cè)井曲線，上述關(guān)系和所述參數(shù)以及鹽水的體積比，因此，油氣(烴)的體積比作為深度的函數(shù)也可以確定。
表
權(quán)利要求
1.確定含有多種成分混合體中一種成分的導(dǎo)電率和體積比參數(shù)的方法。該方法包括-測(cè)量混合體的導(dǎo)電率；-選擇混合體的導(dǎo)電率和許多混合體參數(shù)之間的一種關(guān)系，對(duì)于每一種成分，包括表示該成分的導(dǎo)電率和體積比的物理參數(shù)，這種成分在所述的關(guān)系中通過(guò)所述物理參數(shù)實(shí)際上被等同地表示，-從所述的關(guān)系和混合體所測(cè)量的導(dǎo)電率決定所述所選取參數(shù)。
2.要求1的方法，其中所述混合體多種參數(shù)包括至少一個(gè)適當(dāng)?shù)膮?shù)，且其中每個(gè)適當(dāng)?shù)膮?shù)由將所述關(guān)系輸入數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)確定，此數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)測(cè)量至少一個(gè)樣品的導(dǎo)電率所獲得，這類樣品代表混合體的至少一個(gè)所述參數(shù)的各種量值。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中所述各種參數(shù)包括取決于混合體中成分的幾何結(jié)構(gòu)的一種輔助參數(shù)。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所選擇的所述關(guān)系是(δeff-δo)·(Lδeff+(1-L)δo)-1＝∑φk(δk-δo)·(Lδk+(1-L)δo)-1其中δo代表以傳導(dǎo)張量形式表示的輔助參數(shù)。k＝1…N，N是成分的個(gè)數(shù)，δeff表示樣品的傳導(dǎo)張量，δk表示成分k的傳導(dǎo)張量，φk表示成分k的體積比。L表示去極化張量。
5.權(quán)利要求3或4的方法，其中所述輔助參數(shù)被選作各種變量的一種函數(shù)，每一個(gè)變量取決于所述的一種成分的傳導(dǎo)率和混合系數(shù)，因此這個(gè)混合系數(shù)取決于混合體中該成分的幾何結(jié)構(gòu)。
6.權(quán)利要示3-5中任何一條的方法，其中所述輔助參數(shù)被選作為δo＝∑hkδk其中δo表示以傳導(dǎo)張量形式表示的輔助參數(shù)，此張量表示了三個(gè)方向的傳導(dǎo)率；k＝1…N，N是成分的數(shù)量；δk表示成分k的傳導(dǎo)率張量；hk表示與成分k相關(guān)的混合系數(shù)張量；
7.權(quán)利要求5或6方法，其中所述混合系數(shù)被選以至于混合系數(shù)的總和實(shí)際上等于整體。
8.權(quán)利要求5-7條中任何一條的方法，其中所述混合系數(shù)是非負(fù)值。
9.權(quán)利要求5-8中的任何一條的方法，其中每一混合系數(shù)被選作與所述混合系數(shù)有關(guān)的成分的體積比的一個(gè)函數(shù)。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述函數(shù)在與混合系數(shù)有關(guān)的成分的體積比是單調(diào)增加函數(shù)。
11.權(quán)利要求9或10條的方法，其中所述函數(shù)被選取以致于與混合系數(shù)有關(guān)的成分中體積的消失，混合系數(shù)也已不存在。
12.權(quán)利要求5-11中任何一條的方法，其中每個(gè)混合系數(shù)被選作hk＝λkφkVk(∑λnφnVn)-1其中k，n＝1…N，N是所述多種成分中成分的數(shù)目，λk表示與成分k相關(guān)的滲透率張量，φk表示成分k的體積比，Vk，n表示與成分k，n相關(guān)的滲透指數(shù)。
13.權(quán)利要求12的方法，其中hk，λk和V中至少一個(gè)形成一個(gè)適當(dāng)?shù)膮?shù)。
14.權(quán)利要求4-13中任何一條的方法，其中去極化張量是正值。
15.權(quán)利要求4-14中任何一條的方法，其中去極化張量有單位跡量(trace)。
16.權(quán)利要求4-15中任何一條的方法，其中去極化張量等于單位張量的1/3。
17.權(quán)利要求1-16中任何一條的方法，其中通過(guò)將所述關(guān)系輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)中來(lái)確定每個(gè)適當(dāng)參數(shù)的步驟需要反復(fù)進(jìn)行。
18.權(quán)利要求17條中的方法，其中反復(fù)運(yùn)算過(guò)程包括在最小化方案中重復(fù)地運(yùn)用所述關(guān)系。
19.權(quán)利要求18條中的方法，其中最小化方案被運(yùn)用于所述成分測(cè)量的導(dǎo)電率與通過(guò)所述關(guān)系所推導(dǎo)的成分的導(dǎo)電率之間不匹配情形。
20.權(quán)利要求1-19中任何一條中的方法，其中所述混合體包括地層。
21.權(quán)利要求20條中方法，其中所述地層至少包括巖石，鹽水，烴流體和粘土中之一。
22.權(quán)利要求21條中方法，其中所確定的所述參數(shù)形成烴流體和鹽水中之一的體積比。
全文摘要
本發(fā)明提出一種確定包含多種成分的混合體中一種成分的導(dǎo)電率和體積比參數(shù)的方法。這種方法包括測(cè)量混合體的導(dǎo)電性,選擇一種混合體的傳導(dǎo)率和多種混合體參數(shù)之間的關(guān)系。對(duì)于一種成分,參數(shù)包括代表傳導(dǎo)性和體積比例,所述關(guān)系是指那些成分在這種關(guān)系中通過(guò)所述物理參數(shù)實(shí)際上等同地被表示。混合體中的成分所選取的參數(shù)取決于所述的關(guān)系和混合體所測(cè)量的傳導(dǎo)性。
文檔編號(hào)G01V3/38GK1179214SQ96192729
公開(kāi)日1998年4月15日 申請(qǐng)日期1996年3月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月19日
發(fā)明者約翰尼斯·馬里·維安內(nèi)·安東紐斯·克爾曼, 安德列·德·奎樸 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司