专利名称：确定混合体中成分参数的方法
本专利涉及一种确定由多种成份构成的混合体中一种成分的电导率和体积比参数的方法。本发明特别有利于确定地层中一种成分的体积比，例如确定含烃地层中油气的成分。截止目前，已有许多确定这些油气方法被应用，它们一般都是以经验模型为基础的。
这类已知的方法被描述为“含油泥质砂岩中的导电性”。1967年10月1～4日在德克萨兹州休斯顿举行SPE第42届秋季年会上，Waxman M.H.和Smits L.J.M.提出上述观点。
他们的论文提出了确定由多种成分构成的混合体中一种成分的导电率和体积比参数方法，其中包括混合体的电传导性的测量和混合体传导性和一种成分传导性关系的选择。
这种已知方法采用下面关系式，通常称之为Waxman-Smits模型Co＝Cw/F*+BQv/F*其中Co＝完全被盐水浸透岩石的导电性Cw＝地层中盐水的导电性F*＝地层系数B＝钠粘土-交换阳离子作为Cw的函数的等价导电性Qv＝单位孔隙体积阳离子交换量。
这种方法所得出的结果并非总是十分精确的，可能是由于Waxman-Smits模型的经验性质，它仅提供了地层导电率和其它多种参数之间一种关系。
本发明的目的在于提供一种比较精确的方法确定由多种成分构成的混合体(composition)中一种成分的导电率和体积比参数方法。
根据本发明的方法包括以下内容-测量混合体的导电性；-选择混合体导电性和各种混合体参数的一种关系，对于每一种成分包括代表该成分的导电性和体积比例的物理参数，这些成分实际上在所述关系中运用所述物理参数被等同地表示。
-从所述关系和混合体的所测导电性中确定所述被选择参数。
显然地，用导电率可以表示它自己或由它所推导的任何数量，诸如电阻率。而且，在这种关系中，成分实际上等同地代表成分特征暗示在这种关系中每一种成分可以实际上用与其它任何成分一样的方法表示。
根据这个发明的方法能够实现结果的精度的提高。这种选择的关系精确地说明各成分分别对混合体的传导性的贡献。据此发明的方法中所应用的关系在成分上是对称的，即任何成分都不较其它成分占优势。而且，已经发现据此发明的方法为成分的任何渗滤门限提供理想的精度。在这方面已被认识到一种成分的渗滤量取决于这种成分在混合体的连续程度。例如，一种成分突然停止渗滤则意味着这种成分在混合体中完地被驱散，同样一种成分完全渗滤则表明该成分在整个混合体中是连续的。
所述有利的各种混合体参数包括至少一种适当的参数，其中每一适合的参数由运用所述关系到一个数据库来决定，该数据库由测量代表所述混合体的至少一个所述参数的各种值的至少一个样品的导电所获得。
所述优选各种参数包括一个辅助参数，它取决于该成分在混合体中的几体结构。
如果所述辅助参数被选作各种变量的函数，用辅助成分的精确几何表示可以实现。每个变量取决于所述成分之一的传导率和一个混合系数，这个混合系数取决该成分在混合体的几何结构。
确定每一个适合的参数的有利步骤是将所述关系输入到这个成分的数据库中且反复地进行此过程。这个重复过程包括采用最小化方案反复地运行所述关系。这种最小化方案优先应用利所述成分所测得导电率和通过所述关系确定的成分的导电率之间松散关系。
本发明将在之后用下面实例和对比例子详细地描述。
例子假定地层中内含主要球状成分的均质体系统，其成分主要由四种物质组成非传导性的孔隙岩石介质，非传导性烃流体，传导性粘土，和传导性盐水。地层的传导性取决于孔隙空间中部分盐水的饱和度，烃流体成分与岩石介质结合，两者均为非导体。因此，烃成分和岩石介质成分仅以它们的体积比代入下面方程。这个地层的有效传导率Seff可以通过下面公式进行评价(δeff-δo)·(Lδeff+(1-L)δo)-1＝∑φk(δk-δo)·(Lδk+(1-L)δo)-1其中δo是以传导张量形式表示的辅助参数。
k＝1…N，N是成分的数目。
δeff表示这个样品的传导张量。
δk表示成分k的传导张量。
φk表示成分k的体积比。
L表示去极化张量(形态张量)。
通常去极化张量是正值且有单元量。在实施过程中去极化张量是单位张量的1/3。
术语δo表示一种辅助参数，它能够被认为是一种主导体，成分增加进入主导体中，正到主导体完全被该成分所取代，以至于体积比例与主导体无关。主导体的存在能使该模型在所有的成分是对称的模型的任何成分岩石，粘土或盐水都不较其它任何成分占优势。δo对已确定的各种参数的依赖性控制了模型的渗滤作用。设定δo＝δbrine产生已知平均T-矩阵近似值，也被称之为简化的Clausius-Mossotti方程。由于只有盐水发生渗滤不考虑其体积比例，该模型的盐水成分和其它成分存在明显的不对称性。选择一种连续的主导体的传导率，即δo＝δeff，则产生已知连贯可能的近似值，也被称作为简化的Bruggeman方程。该模型对于所有成分是对称的，但也存在不实际地需要每个成分重的渗滤门限。
在适当的实施中，辅助参数δo被选作如下值δo＝∑hkδk；对于k＝1，2，3其中hk代表与成分k有关的混合系数张量。此张量包含了代表地层中该成分的空间分布的几何信息的混合系数。这些系数决定连通性，即单个成分渗滤量。该系数是非负数且实现了标准化条件∑hk＝1；对于k＝1，2，3
标准化关系确保所得的有效传导率δeff满足Hashin-Shtrikman条件，它是该领域技术人员所熟知的。
而且，已经消失小的体积部分的成分不能渗滤，因此对应的连通率参数也应当消失lim hk＝0；对于φk0一般地，混合系数张量被定义为hk＝λkφkVk(∑λnφnVn)-1其中k，n＝1…N，N是所述许多成分中的成分数量。
λk代表与成分k相关的渗滤率张量。
φ代表成分k的体积比。
V表示与成分k相关的渗滤指数。
通常hk，λk和V至少有一个形成一个适当的参数。
包含27个泥质砂岩岩芯样的数据库已被用于测试本发明，该数据库是上面提及的SPE论文中所描述。该论文提供Co-Cw曲线，岩芯样品范围从几乎纯净砂岩(Qv＝0.017eq/l)到极端的泥质砂岩(Qv＝1.47eq/l)。这些样品包含高岭土、蒙脱石和伊利石，每个样品或是几个矿物的混合物或者分离的矿物。每个样品的特征岩石物理资料被列在附表中，其中φ表示样品的孔隙度，k表示样品的渗透率，Qv表示样品单位孔隙体积阳离子的交换量。每个样品在完全盐水饱和条件的传导测定盐水8至10个盐度。而且，还作了样品汇集薄膜潜力测量。
该模型所选参数如下1)盐水；盐水体积部分φb是由孔隙度，粘土附着水量和水饱和度所决定的。盐水传导率δb(＝Cw)是盐水的盐度和盐水的温度所决定。两个渗滤参数，λb和v是自由参数。
2)岩石/烃烃的体积φhc是由总孔隙度，粘土吸附水量和烃饱和度I-Sw所决定，而岩石介质的体积φr可用总的规则和体积比求得。岩石和烃都有减弱的传导性。两个成分的渗滤参数λr和λhc被设为值1。与岩石/烃比hr/hc的混合系数紧跟在条件∑hk＝1之后。
3.粘土粘土φc体积和粘土传导性δc是自由适合参数。渗透率λc被设值为0，它适合于非层状粘土。而且显示出增加自由参数并没有对适合该数据库模型产生重大的改进。
大范围的盐度范围的Co-Cw测量已做，即盐水盐度范围介于1-300之间。对于给定样品，盐水体积比在整个盐度范围仅有稍稍的变化。由此，渗透参数V在测试中被设等于整体的值，因此，简化渗透参数hb为一个常数，且简化自由参数的个数为3。
对于每个样品，Co-Cw曲线上一系列值被简化为相对离散值，其定义如下
其中Co，计算＝完全盐水饱和的岩石样品所计算出的传导率Co，实测＝完全盐水饱和的岩石样品所实测的传导率。∑＝所有盐度的总和。
附表中给出了三种相对的参数φc，δc和hb以及相对松散度的结果。
而且，该表给出了由本发明的方法计算的薄膜潜量(ψcale)和实测的薄膜潜量(ψmeas)之间的松散度
薄膜潜量是一个特别有意义的值，它是粘土对整个传导性的贡献直接的和非破坏性度量，总的传导性还未被用于确定适合的参数。
为了更加具体地说明本发现，下面的对比实例可以作为参考。
对比实例如上所述，参考实例1除了说明了27个岩芯样的数据库之外，而且进一步揭示了一个经验模型，即通常所指的Waxman-Smits模型。为了对比据本发明的方法与Waxman-Smits模型，实测的传导性和据Waxman-Smits模型推导的传导性之间的的相对非相关性，实测的聚集薄膜潜量和由Waxman-Wmits模型推导的聚集薄膜潜量之间的相对非相关性被确定。所有27样品的相对非相关系数被列于表中。在运用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当m是一个自由参数(它由被作为胶结指数)，Qv取决于样品的测定，正如孔隙度φ，和标准B图表也被用于计算盐度和温度对传导率测量的影响。
从据本发明的方法推导的非相关值和用Waxman-Smits模型的非相关值之间对比，显然，据本发明的方法改进了计算结果。特别是聚集薄膜潜量的极低非相关值，而且该值在整个Qv范围变化不大，表明据本发明的方法提高了结果的粘度。
据本发明的方法一般能运用于确定地层中的盐水或烃的体积比，据此代表地层导电率的测井曲线被提供。例如，这样运用下面方式进行。地层中导电率测井是采用测井工具在穿过地层的井中进行。对于包含盐水(以B表示)，粘土(以C表示)，和非导电的岩石十烃(表示为R/HC)成分的均质地层，岩石和烃由于它们消失的传导性因而聚集在一起。所选择的关系式如下δeff-δoδeff+2δo=Σk=13φk·δk-δoδk+2δo]]>其中δo＝∑hkδkhk＝λkφkvk(∑λnφnvn)-1其中δo表示辅助参数kn＝1…N，N是成分编号δeff表示地层的传导率δk表示成分k的传导率hk表示与成分k相关的混合系数λk表示与成分k相关的渗透系数vk，n表示与成分k，n相差的渗透指数每个分组k有4个参数φk，δk，λk和vk，其中φB，δB和δR/HC是直接测量所得。而且，对于分散状粘土，λc＝0。从总体上，接着确定hR/HC和φR/HC。还未确定的参数是δc，λB，VB和φc。这些参数通过试验资料进一步模拟确定。δc，λB和VB在整个地层中是常量，而φB取决于深度。确定参数的实验资料由含盐水带的测井资料，实验地层电阻系数(FRF)测量和盐水饱和度试验。正如测井技术专业人员所熟知，从含盐水带的测井信息可以用于将当地的参数φc对照标准的多种测井或一种测井曲线。δc，λB和φB和φC与标准测井曲线的相关系数可以应用于含油气地层。从测井曲线，上述关系和所述参数以及盐水的体积比，因此，油气(烃)的体积比作为深度的函数也可以确定。
表
权利要求
1.确定含有多种成分混合体中一种成分的导电率和体积比参数的方法。该方法包括-测量混合体的导电率；-选择混合体的导电率和许多混合体参数之间的一种关系，对于每一种成分，包括表示该成分的导电率和体积比的物理参数，这种成分在所述的关系中通过所述物理参数实际上被等同地表示，-从所述的关系和混合体所测量的导电率决定所述所选取参数。
2.要求1的方法，其中所述混合体多种参数包括至少一个适当的参数，且其中每个适当的参数由将所述关系输入数据库来确定，此数据库通过测量至少一个样品的导电率所获得，这类样品代表混合体的至少一个所述参数的各种量值。
3.权利要求1或2的方法，其中所述各种参数包括取决于混合体中成分的几何结构的一种辅助参数。
4.权利要求3的方法，其中所选择的所述关系是(δeff-δo)·(Lδeff+(1-L)δo)-1＝∑φk(δk-δo)·(Lδk+(1-L)δo)-1其中δo代表以传导张量形式表示的辅助参数。k＝1…N，N是成分的个数，δeff表示样品的传导张量，δk表示成分k的传导张量，φk表示成分k的体积比。L表示去极化张量。
5.权利要求3或4的方法，其中所述辅助参数被选作各种变量的一种函数，每一个变量取决于所述的一种成分的传导率和混合系数，因此这个混合系数取决于混合体中该成分的几何结构。
6.权利要示3-5中任何一条的方法，其中所述辅助参数被选作为δo＝∑hkδk其中δo表示以传导张量形式表示的辅助参数，此张量表示了三个方向的传导率；k＝1…N，N是成分的数量；δk表示成分k的传导率张量；hk表示与成分k相关的混合系数张量；
7.权利要求5或6方法，其中所述混合系数被选以至于混合系数的总和实际上等于整体。
8.权利要求5-7条中任何一条的方法，其中所述混合系数是非负值。
9.权利要求5-8中的任何一条的方法，其中每一混合系数被选作与所述混合系数有关的成分的体积比的一个函数。
10.权利要求9的方法，其中所述函数在与混合系数有关的成分的体积比是单调增加函数。
11.权利要求9或10条的方法，其中所述函数被选取以致于与混合系数有关的成分中体积的消失，混合系数也已不存在。
12.权利要求5-11中任何一条的方法，其中每个混合系数被选作hk＝λkφkVk(∑λnφnVn)-1其中k，n＝1…N，N是所述多种成分中成分的数目，λk表示与成分k相关的渗透率张量，φk表示成分k的体积比，Vk，n表示与成分k，n相关的渗透指数。
13.权利要求12的方法，其中hk，λk和V中至少一个形成一个适当的参数。
14.权利要求4-13中任何一条的方法，其中去极化张量是正值。
15.权利要求4-14中任何一条的方法，其中去极化张量有单位迹量(trace)。
16.权利要求4-15中任何一条的方法，其中去极化张量等于单位张量的1/3。
17.权利要求1-16中任何一条的方法，其中通过将所述关系输入到数据库中来确定每个适当参数的步骤需要反复进行。
18.权利要求17条中的方法，其中反复运算过程包括在最小化方案中重复地运用所述关系。
19.权利要求18条中的方法，其中最小化方案被运用于所述成分测量的导电率与通过所述关系所推导的成分的导电率之间不匹配情形。
20.权利要求1-19中任何一条中的方法，其中所述混合体包括地层。
21.权利要求20条中方法，其中所述地层至少包括岩石，盐水，烃流体和粘土中之一。
22.权利要求21条中方法，其中所确定的所述参数形成烃流体和盐水中之一的体积比。
全文摘要
本发明提出一种确定包含多种成分的混合体中一种成分的导电率和体积比参数的方法。这种方法包括测量混合体的导电性,选择一种混合体的传导率和多种混合体参数之间的关系。对于一种成分,参数包括代表传导性和体积比例,所述关系是指那些成分在这种关系中通过所述物理参数实际上等同地被表示。混合体中的成分所选取的参数取决于所述的关系和混合体所测量的传导性。
文档编号G01V3/38GK1179214SQ96192729
公开日1998年4月15日 申请日期1996年3月19日 优先权日1996年3月19日
发明者约翰尼斯·马里·维安内·安东纽斯·克尔曼, 安德列·德·奎朴 申请人:国际壳牌研究有限公司
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