裂缝性岩石的多频复电阻率及饱和度模型研究

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裂缝性油气藏在世界范围内具有非常大的储量和产量,是重要的勘探开发目标。然而裂缝性储层具有比均质孔隙性储层更为复杂的孔隙结构和极强的非均质性,所以裂缝性储层测井评价的难度也远大于均质孔隙性储层,尤其是饱和度的计算。在测井中对于流体的识别和饱和度的计算,主要依靠电测井测量电阻率来完成。饱和度计算主要依赖于著名的Archie公式,根据不同储层的有关参数(胶结指数m,饱和度指数n)来进行均质储层饱和度的定量评价。现有裂缝性岩石饱和度计算模型通用的方法是基于均质岩石的Archie公式,仅通过胶结指数m来考查100%含水时岩石导电性受裂缝的影响。尽管考虑油气饱和度不同时裂缝对n的影响的研究已经引起重视,但研究成果较少。已有的介电饱和度模型主要是基于单频率下相对介电常数,没有考虑到频率以及裂缝的影响。目前的电测井主要是测量某个(或几个)频率的电阻率。复电阻率测井的理论和测量方法正在积累中,不久的将来会实现工业化应用。为了充分利用复电阻率的实部和虚部以及不同频率测量信号所蕴含的岩石结构以及流体饱和度的信息,同时考虑矿物表面润湿性的影响进行复电阻率饱和度模型研究是非常必要的,并且已经初露端倪。裂缝性岩石的复电阻率饱和度模型研究将是裂缝性储层测井评价的发展方向。本文从岩石多频复电阻率基础理论出发,参考均质岩石的复电阻率岩石物理模型,建立了裂缝性岩石的多频复电阻率饱和度模型。然后构建含扁平椭球状裂缝的数字岩心并对其进行电性模拟。再通过构建人造裂缝性岩石,进行复电阻率实验测量。通过数值模拟和复电阻率实验验证本文提出的裂缝性岩石的多频复电阻率饱和度模型。最后提出一种利用岩石复电阻率通过遗传算法反演岩石含水饱和度的方法。论文具体包括以下几个方面的内容:首先,在介电混合定律以及岩石频散机理分析的基础上,提出了裂缝性岩石的多频复电阻率饱和度模型。该模型主要考虑了含水饱和度、裂缝特征和岩石润湿性等参数对岩石复电阻率的影响。然后,构建了含扁平椭球状裂缝的数字岩心,利用有限元方法数值模拟计算含扁平椭球状裂缝的数字岩心不同饱和状态下宽频范围(1OOHz-1GHz)内的复电阻率,并重点研究了100Hz-1MHz频率范围内不同裂缝参数岩石的复电阻率和含水饱和度的关系。通过对比饱含水岩石的电阻率和相对介电常数分别与裂缝参数的关系,证明了本文模型的可靠性。接着,通过中低频段范围内(100Hz-1MHz)复电阻率实验,测量并研究均质岩石和不同裂缝参数的裂缝性岩石的复电阻率随饱和度变化关系。通过人工切割造缝的方式来构造具有不同裂缝参数(裂缝宽度、裂缝密度和裂缝倾角)的裂缝性岩石。利用两极法测量裂缝性岩石中低频段(100Hz-1MHz)内蒸发过程中复电阻率的变化。重点研究了 100Hz、1kHz和10kHz下均质岩石以及不同裂缝参数岩石含水饱和度Sw与电阻增大率IR、含水饱和度Sw与介电常数变化率Iε的关系。实验结果表明,裂缝的加入,增加了岩石中的电解质和导电路径,使实部非频散区岩石复电阻率实部减小,频散区复电阻率虚部幅值减小。随着裂缝宽度、密度和倾角的变大,实部非频散区岩石复电阻率实部减小,频散区复电阻率虚部幅值减小,时间常数减小,特征弛豫频率增大。蒸发过程中,高含水饱和度区域,裂缝中溶液先蒸发,导致随着裂缝宽度和裂缝密度的增加,IR-Sw曲线饱和度指数n值突变点对应的IR值增大,含水饱和度值减小。数值模拟结果也有相同的规律。随着裂缝倾角的增加,IR-Sw和Iε-Sw曲线斜率增加。裂缝不仅使饱含水岩石特征弛豫频率变大,还使相同饱和度范围内岩石特征弛豫频率范围变广,使得均质岩石100Hz、1kHz和10kHz下的IR-Sw曲线基本不分离,Iε-Sw曲线分离程度很小,裂缝性岩石100Hz、1kHz和10kHz下的IR-Sw曲线发生分离,Iε-Sw曲线分离程度变大。通过对比实验和数值模拟结果发现本文提出的裂缝性岩石复电阻率饱和度模型计算结果能较好地描述实验现象,说明此模型是可靠的,适合于规则形态的裂缝性岩石。最后,提出一种利用岩石复电阻率通过遗传算法反演岩石含水饱和度的方法,并使用实际裂缝性岩石复电阻率数据反演岩石含水饱和度,取得了较好的效果。通过对裂缝性岩石多频复电阻率的研究,可以提高裂缝性储层含油气性识别以及定量评价含水饱和度的可靠性,将为裂缝性储层油气藏勘探开发提供一定依据。
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