用于對巖層的組分和紋理結(jié)構(gòu)同時執(zhí)行巖石物理分析的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上關(guān)于用于分析巖層的系統(tǒng)和方法，并且具體說來，關(guān)于用于同時分析地下巖層的組分和紋理結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]測井記錄和巖心數(shù)據(jù)被巖石物理學(xué)家例行地用于分析油氣儲集層的巖性、孔隙度以及飽和度。測井記錄和巖心數(shù)據(jù)可以采用巖性或礦物組分的體積占比、孔隙度、存在于巖層中的流體的相對占比的形式來遞送結(jié)果。然而，該體積和組分分析不致力于礦物組分的幾何分布。
[0003]圖1描繪了示出針對砂粒、頁巖、孔隙度以及流體飽和度的常規(guī)巖石物理分析解答的各種圖形。圖1標(biāo)繪的數(shù)據(jù)根據(jù)簡單測井系列導(dǎo)出，包括電阻率、伽馬射線、密度以及熱中子測井記錄。該標(biāo)繪結(jié)果在圖1的第四屏面(PANEL4)中，是隨深度標(biāo)繪的砂粒和頁巖的體積占比，在圖1的第一屏面(PANELl)中，是隨深度標(biāo)繪的油基泥漿(OBM)濾液飽和度，在圖1的第一屏面(PANELl)中，是隨深度標(biāo)繪的侵入帶中的原生水和氣體飽和度，而在圖1的第二屏面(PANEL2)中，是隨深度標(biāo)繪的未擾動區(qū)域氣體飽和度。該測井系列中的四個單個測井記錄的響應(yīng)方程，加上指定該巖石和流體占比共計(jì)為一的暗指“單位”方程涉及巖石和侵入?yún)^(qū)域流體，以使可以量化多達(dá)五種巖石和流體組分。通過求解所確定或超定的一組響應(yīng)方程來遞送結(jié)果的諸如斯倫貝謝的ELAN的程序被頻繁地用于該任務(wù)。圖1的第三屏面(PANEL3)中的隨深度標(biāo)繪的總孔隙度表示存在于地層中的所有流體，同時有效孔隙度考慮了孔隙空間，其中，孔隙和孔喉足夠大，以允許流體流動，烴類安置和生產(chǎn)。如可以清楚，術(shù)語“飽和度”被用于孔隙度內(nèi)的流體的相對占比。術(shù)語“體積、占比或體積占比”涉及針對整個地層的組分，即，巖石加流體。
[0004]圖2A-2D描繪了純砂巖和因存在結(jié)構(gòu)性、分散狀或?qū)訝铐搸r而改性的砂巖的示意性常規(guī)表示。在純砂巖中，離散砂粒組成剛性包并由此形成其間的孔隙，如圖2A中所繪。在因存在頁巖而改性的砂巖中，如在許多碎屑儲集層序列中的情況下，因存在頁巖而改性的砂巖可以包括薄層狀砂粒和頁巖地層的間隔(如圖2D所示)，和在由填砂柱形成的孔隙空間內(nèi)的具有均勻分布的頁巖的“頁巖質(zhì)砂體”間隔，如圖2C所示。然而，對于“頁巖質(zhì)砂體”的情況來說，頁巖還可以存在為結(jié)構(gòu)性顆粒或“碎屑”或形成砂質(zhì)顆粒旁邊的部分充填顆粒，如圖2B中所示。
[0005]圖1中標(biāo)繪的常規(guī)結(jié)果僅提供了有關(guān)砂粒和頁巖的總體比例的信息，但未提供對砂粒內(nèi)的頁巖分布的任何指示，因?yàn)樗谐鰷y井記錄僅敏感于巖石的總體積占比，而不敏感于它們的紋理結(jié)構(gòu)分布。將這稱為“組分分析”。
[0006]假定地層特性中的變化按精細(xì)的垂直標(biāo)度出現(xiàn)，因而測井記錄響應(yīng)于在垂直分辨率(其對許多公共測井記錄來說大約為兩英尺)上平均化的地層特性。該分辨率由在該測井記錄中使用的設(shè)備或裝置或測量系統(tǒng)(如伽馬射線Compton散射或者高能量中子的慢化長度)來限定。
[0007]如可以看出，在圖2B-2D中，可以考慮砂巖內(nèi)的粘土或頁巖的三類分布。粘土分布對該地層的巖石物理特性具有顯著影響。結(jié)構(gòu)性頁巖碎屑(圖2B所示)替換砂粒而維持孔隙度和滲透性基本上無變化。分散頁巖，或等同的自生粘土(圖2C所示)填充該孔隙空間，因而，相對較小量縮減了孔隙空間，導(dǎo)致滲透性、孔隙尺寸以及烴類體積占比顯著降低。按圖2D所示層積序列，巖石的砂質(zhì)部分的固有特性無變化。垂直滲透性為零，而地層的單位立方體的水平滲透性與乘以砂粒占比的純砂巖相同。類似的是，按層積序列，有效孔隙度等于純砂粒孔隙度乘以砂粒占比。
[0008]這些觀察導(dǎo)致諸如Thomas和Stieber (TS)的標(biāo)繪圖或構(gòu)造(參見ThomasE.C.和 Stieber S.J.的“The Distribut1n of Shale in Sandstones and its effecton Porosity”，1975, SPffLA 16th Annual Logging Symposium and its Effect onPorosity, Paper T)。圖3描繪了按有效孔隙度格式標(biāo)繪的TS構(gòu)造的示例，其使用孔隙度與頁巖占比之間的關(guān)系來暗示頁巖分布。y軸表示有效孔隙度，而X軸表示總頁巖占比。總頁巖占比是頁巖體積除以總體積(該總體積等于砂粒體積、孔隙體積以及頁巖體積之和)。該類型構(gòu)造在此被稱為“紋理結(jié)構(gòu)”分析。如可以清楚，理解巖石紋理結(jié)構(gòu)補(bǔ)充和添加針對組分分析的值。
[0009]根據(jù)諸如圖1所示計(jì)算結(jié)果的計(jì)算孔隙度和頁巖占比對在網(wǎng)格(如圖3所示的TS網(wǎng)格)上標(biāo)繪。圖3例示了針對具有0.3的純砂粒孔隙度(在y軸上)的地層的示例，如圖3上的點(diǎn)M所示。零孔隙度表示大致具有所有頁巖的結(jié)構(gòu)，即，總頁巖占比(在X軸上)等于1.0或100%。具有等于零的孔隙度的點(diǎn)和等于1.0的總頁巖占比被指示為圖3上的點(diǎn)Z。位于從“純砂?！弊畲罂紫抖赛c(diǎn)“M”至零孔隙度的虛線“L”上的點(diǎn)，100%頁巖點(diǎn)“Z”表示層狀地層，其中，在砂粒地層中保持純砂粒孔隙度。層狀頁巖占比沿線“L”線性增加。
[0010]形成嵌套傾斜V字形“V”圖案的實(shí)線是恒定層狀頁巖占比的線。點(diǎn)“D”是其中所有孔隙空間充滿分散頁巖的點(diǎn)。在點(diǎn)“D”，分散頁巖占比為0.3(30%)，并且有效孔隙度為零(孔隙空間中存在的頁巖將孔隙度縮減至零)。點(diǎn)“D”處的分散頁巖占比等于點(diǎn)“M”處的最大孔隙度(即，0.3)。圖2B所描繪的結(jié)構(gòu)性頁巖被假定成替換砂粒而不改變孔隙度，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)性頁巖簡單地替換砂巖中某些粒度的砂粒，而砂巖內(nèi)的孔隙保持不變。最大理論結(jié)構(gòu)性頁巖孔隙度由此用點(diǎn)“S”表示，其中，所有砂粒已經(jīng)被結(jié)構(gòu)性頁巖替換。點(diǎn)“S”的X軸值等于I減點(diǎn)“M”處的孔隙度。恒定分散狀和結(jié)構(gòu)性頁巖的線與線“L”平行定位。
[0011]TS構(gòu)造下潛在的許多特定假定和限制:
[0012](a)第一假定是，純砂層保持相同孔隙度，而不管砂粒與層狀頁巖的背景。然而，根據(jù)巖心的反證指示，隨著砂粒-頁巖比率的縮減，砂粒變得更細(xì)?；⒎诸惛?，并且具有比更厚砂層更低的孔隙度；
[0013](b)第二假定是，三種頁巖類型(即，結(jié)構(gòu)性頁巖、分散頁巖以及層狀頁巖)具有相同特性。然而，考慮到(例如)深水濁積巖序列的沉積條件，結(jié)構(gòu)性頁巖碎屑在高能量條件下與砂粒同時沉積，而層狀頁巖在更加靜態(tài)的時段期間沉積。被視為分散頁巖的物質(zhì)可以是來自包含粘土礦物和其它精細(xì)?；樾嘉镔|(zhì)的頁巖的、具有十分獨(dú)特特性的自生粘土礦物。存在用于量化幾種粘土類型的技術(shù)，但在這個示例中，需要不止有限的測井記錄系列，并且在任何情況下，更完整的礦物解釋不能按其常規(guī)格式饋送到Thomas-Stieber(TS)構(gòu)造中O
[0014](c)第一限制是，TS構(gòu)造未解釋結(jié)構(gòu)性和分散頁巖共存的可能性。例如，位于層狀砂線“L”上的點(diǎn)可以等同地具有寬范圍的分散頁巖和結(jié)構(gòu)性頁巖的平衡化占比。
[0015]巖心描述和圖像測井記錄可以提供層狀砂粒和頁巖占比的另選獨(dú)立估算。該巖心描述和圖像測井記錄通常被認(rèn)為十分可靠。然而，一般來說，它們不同于來自TS構(gòu)造的結(jié)果，并且不能容易地協(xié)調(diào)。
[0016]盡管有這些可確認(rèn)的缺點(diǎn)，但TS構(gòu)造仍通常用于其中紋理結(jié)構(gòu)分析跟隨組分分析的序列工作流程。因此，需要一種或多種致力于解決常規(guī)方法中的這些和其它缺陷的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的一個方面是，提供一種用于對巖層的組分和紋理結(jié)構(gòu)同時執(zhí)行巖石物理分析的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法。該方法包括以下步驟:將針對存在于所述巖層中的砂粒、頁巖以及流體的一組響應(yīng)方程輸入到計(jì)算機(jī)中，其中，所述頁巖包括層狀頁巖、分散頁巖以及結(jié)構(gòu)性頁巖；通過計(jì)算機(jī)同時確定該組響應(yīng)方程的解，所述解描述所述巖層的組分和紋理結(jié)構(gòu)；以及根據(jù)所述解，通過計(jì)算機(jī)確定針對砂粒、頁巖以及流體的組分體積占比，和所述頁巖的紋理結(jié)構(gòu)，包括層狀頁巖、分散頁巖以及結(jié)構(gòu)性頁巖占比。
[0018]本發(fā)明的另一方面是，提供一種用于對巖層的組分和紋理結(jié)構(gòu)同時執(zhí)行巖石物理分析的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括:存儲器，該存儲器被配置成存儲針對存在于所述巖層中的砂粒、頁巖以及流體的一組響應(yīng)方程，其中，所述頁巖包括層狀頁巖、分散頁巖以及結(jié)構(gòu)性頁巖。所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還包括處理器，該處理器被設(shè)置成，同時確定該組響應(yīng)方程的解，所述