03_2016_CGG_页岩气储层岩石物理建模

αfrac ≈ 0.02
粒间孔隙：α 通常 在0.08-0.15之间
孔隙度（frac.)
如何定量孔隙类型、大小，及对应的长宽比参数，以及长宽比参数发挥作用的方式， 是影响岩石物理建模精度的决定性因素。 10
技术对策及解决方案
2、页岩岩石物理建模方法
2.1 等效孔隙结构参数（AR）模型-各向同性介质
2016 GeoSoftware UGM
页岩气储层地震岩石物理建模方法及应用
张万龙
赛吉纪技术服务（北京）有限公司 2016年5月
目录
页岩储层关键岩石物理问题 技术对策及解决方案 应用效果 结论及建议
2
页岩油气藏岩石物理问题
1、页岩储层岩石构成及孔隙流体成分复杂
1) 岩石组分多样：骨架包 括钙、硅、黄铁矿等； 2) 粘土类型复杂：伊利石、 蒙脱石、绿泥石… 3) 流体赋存相态多样：粘 土束缚水、毛管束缚水、 吸附气、可动流体… 4) 有机质类型丰富: 油、气、干酪根等
干岩石
密度
Batzl e&Wa ng等 流体属性计算方法 水 Vp, ρ 气Vp, ρ K,ρ K,ρ
Gassmann 流体置换模型
横波
温度、压力、地层水矿化度、气比重
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饱和流体岩石
纵波
技术对策及解决方案
2、页岩岩石物理建模方法
2.1 等效孔隙结构参数（AR）模型-工作流程
Density P-velocity S-velocity Vp/Vs Volumes 低长宽比(Low AR )参数适合于 裂缝孔隙发育段 岩石物理建模； 高长宽比(High AR)参数适合于 孔洞孔隙发育层 段岩石物理建模； 中等长宽比 (Middle AR )参 数适合于基质孔 隙发育层段岩石 物理建模；
成果应用
2、地震AVA/AVAZ特征正演分析
2）页岩储层地震正演模型参数设计
模型序号 粒间孔隙 裂缝孔隙 PHIF 0 0 0 0 0 0.001 0.0025 0.005 饱和度 SW 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 钙质 VCAL 0.056 0.053 0.05 0.047 0.044 0.05 0.05 0.05 粘土 VCL 0.167 0.158 0.15 0.142 0.133 0.15 0.15 0.15 黄铁矿 VPYR 0.056 0.053 0.05 0.047 0.044 0.05 0.05 0.05 石英 VQUA 0.667 0.633 0.6 0.567 0.533 0.6 0.6 0.6 有机碳 VTOC 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.1 0.1 0.1
“Dry” Rock
流体
粘土 泥岩孔隙 Xu&Payne岩石物理建模流程
15
After Xu and Payne, 2009
Fluid Saturated
技术对策及解决方案
2、页岩岩石物理建模方法
2.2 Jason Xu&Payne岩石物理模型
Xu&Payne模型成果图版与实测数据吻合精度更高，规律性更好； 相比Xu&Payne模型，迭代Xu&White 模型等效孔隙结构模型成果模板的趋势规律正确， 但正演数据响应区间偏窄，模型预测能力有限。
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成果应用
1、岩石物理建模成果应用目标
建立岩石弹性性质，如速度参数、密度与孔隙度、饱和度等油藏参数之间的关系； 建立利用地震响应预测这些油藏物理参数的理论与方法;
弹性参数：
纵波速度 横波速度 密度 各向异性参数
油藏特征参数：
厚度 TOC 脆性 孔隙度 饱和度 …
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地震参数：
振幅 相位 频率 速度 各向异性参数 …
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技术对策及解决方案
2、页岩岩石物理建模方法
2.1 等效孔隙结构参数（AR）模型-工作流程
粘土Vp,Vs,ρ Km4,μm4,ρm4 Km5,μm5,ρm5 Km1,μm1,ρm1 Km2,μm2,ρm2 Km3,μm3,ρm3
VCL VKERO
充填
K0,μ0,ρ0
总孔隙度 粘土长宽比
有机碳 Vp,Vs,ρ
成果应用
2、地震AVA/AVAZ特征正演分析
1）地震正演分析方法 VTI介质： Thomsen(1993) and Ruger(1997)
HTI介质： Ruger(1996) and Chen(1995)
正交各向异性介质： Chen(1995) and Tsvankin(1997)
21
17
技术对策及解决方案
2、页岩岩石物理建模方法
2.3 EMT-Backus模型-TI介质
粘土、 石英、 方解石、 白云石、 黄铁矿、 … 束缚水 孔隙 孔隙结 构参数 有效 孔隙 有机 碳 孔隙结 构参数
+
基质岩石 (SCA/DEM) 有机质干岩石 (SCA/DEM)
(SCA/DEM)
Gassmann 流体置换
VTI及HTI介质有5个独立参数，而正交各向异性介质有9个独立参数。 有机碳、微裂隙以及考虑介质各向异性特性，需创新岩石物理建模方法
6
目录
页岩储层关键岩石物理问题 技术对策及解决方案 成果应用 结论及建议
7
技术对策及解决方案
1、多矿物最优化测井解释
通过建立和求解物理意义明了的矩阵方程组，得到岩石组分、有机碳含量、有效孔 隙度、裂缝孔隙度、渗透率、吸附气含量、游离气含量...。
3
页岩油气藏岩石物理问题
2、页岩储层孔隙结构变化多样
300um 5um
微裂隙
粘土孔隙
1um 页岩储层孔隙类型：
高角缝
有机孔
解理缝
1) 裂缝：包括构造应力缝，解 理缝，晶间缝等； 2) 无机矿物孔隙：包括粒间孔、 晶间孔等。
低角缝
4
3) 有机质孔隙：有机质内孔隙
页岩油气藏岩石物理问题
孔隙结构是影响地震弹性属性的最重要的因素——王之敬，2001
Backus 平均
VTI 介质
Backus (1962)
各向同性部分
微裂隙
K-T (1974) or 裂缝孔隙 置换
各向异性部分
Xu&Payne(2009)
HTI 介质
EMTBackus(2013)
单位体积岩石 介质
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目录
页岩储层关键岩石物理问题 技术对策及解决方案 应用效果 结论及建议
Passey 模型结 果
根据有机碳含量等定义页岩气储层地质“甜点”
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技术对策及解决方案
2、页岩岩石物理建模方法
岩石物理参数与速度关系
孔隙结构参数： α
αvug ≈ 0.8
纵 波 速 度 ︵ Km/s)
α =a/b, (c=b) αint ≈ 0.15 裂缝：α 接近于0 孔洞：α 接近于1
90 V p 0 V p 0
+
xx c11 c12 c13 yy c22 c23 zz c33 yz zx xy
0 0 0 c44
0 0 0 0 c55
0 exx e 0 yy 0 ezz 0 2eyz 0 2ezx c66 2exy
电阻率成像 高导缝 高阻缝 诱导缝 气测 中子 密度 声波 深电阻率 ECS岩性 脆性 浅电阻率 剖面
ECS
粘土 束缚水 菱铁矿 石英 方解石 白云石 黄铁矿 有机碳 自由水
烃类
硅 质 类 型 钙 质 类 型
流体充填在微结构中
常规测井解释方法最多只能求解除泥质以外的双矿物地层（如CRA），而页岩岩石 成分复杂，还需求解裂缝、流体等参数，传统测井解释方法很难求解此类问题。
声波成像测井弹性参数
优势：能够充分应用电阻率、 核磁、ECS成像等新仪器、新 方法测量信息
含水饱和度、 有效孔隙度
TOC
泊松比 杨氏模量 脆性指数
快横波 慢横波 各向异性参数
Langmuir等温线 自由气 吸附气
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技术对策及解决方案
测井解释成果与XRD分析结果对比实例
石英含量 粘土含量 TOC含量 黄铁矿含量 方解石含量 白云石含量
地 层 模 型 参 数
/ 1 2 3 4 5 6 7 8
PHIB 0.056 0.053 0.05 0.047 0.044 0.05 0.05 0.05
岩石物理建模
模 型 弹 性 参 数
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模型序号 / 1 2 3 4 5 6 7 8
纵波速度 PvelSYN 4960.00 4936.06 4904.98 4867.83 4824.75 4685.02 4403.34 4042.50
灰岩骨架 Vp,Vs,ρ 石英骨架 Vp,Vs,ρ 黄铁矿骨架 Vp,Vs,ρ
VCAL VQUA VPYR
V-R-H
Km,μm,ρm
自恰(Self-Consistence) 干岩弹性参数计算 模型
Ks,μs, Kdry,μdry
砂岩长宽比 方解石长宽比 有机碳长宽比
骨架 流体 Brie方程
Kf,ρf 含气饱和度
次生孔隙结构岩石 原生孔隙岩石
次生粒内孔
纵 波 速 度 ︵ Km/s)
5
5
裂缝孔隙岩石
4
裂缝孔 原生粒间孔
3 20 15 13 10 7 5 2 0
孔隙度（frac.)
After Xu et al, 2007
页岩油气藏岩石物理问题
3、页岩储层多为各向异性介质
0.07 0.06 0.05
直井
3900m/s
横波速度 SvelSYN 3005.22 2997.19 2984.37 2968.09 2949.14 2719.64 2362.84 1862.99
密度 RHOBSYN 2.55 2.49 2.43 2.37 2.31 2.43 2.43 2.42
2.3 EMT-Backus模型-TI介质
Commercial service only!
依据Backus (1962)理论，将TI介质看做若干独立的各向同性介质构成，首先应用有 效介质理论岩石物理模型得到各向同性页岩岩石弹性参数特征，之后应用Backus平均 计算得到各向异性条件下Thomsen各向异性系数ε,γ,δ 的值。
α≈ 0.2
13
Low AR
α≈ 0.02
High AR
技术对策及解决方案
2、页岩岩石物理建模方法
2.1 等效孔隙结构参数（AR）模型-模型精度
Invert AR from Vs
Vp Invert AR
Aspect ratio
Volumes
Density P-velocity S-velocity
A101井 A1井 B3-2井 C1井
水平井 B3-2HF
4500m/s
频数
0.03 0.02 0.01 3000 4000 5000 6000 7000
频数
0.04
水平井
Shale bedding
纵波速度（m/s)
纵波速度（m/s)

V
p
页岩速度差异：(4500-3900) / 3900 百度文库 15.4%
PowerLog3.5 and before!
通过拟合Alpha与孔洞孔隙、裂缝孔隙等关系，建立Alpha关系模型，从而提高正演 纵、横波速度曲线精度。
2.2 Jason Xu&Payne岩石物理模型-各向同性介质
PowerLog9.0！
Jason Xu&Payne模型应用迭代DEM（微分有效介质）方法，逐渐引入孔洞孔隙、 基质孔隙、裂缝孔隙等建立干岩石模型。理论更加严格，能够有效提高正演纵、横波 速度曲线精度。
岩性识别、富含干酪根页岩层识别 核磁孔隙度、可动流体体积、渗透率 电阻率成像裂缝孔隙度
常规测井资料 RT/RXO、DEN、CN、AC、GR 自然伽马能谱测井 U、TH、K、KTH
测井响应方程 最优化方法求解
岩心刻度测井有机碳含量 ΔLogR 有机碳含量
粘土类型判别、粘土含量计算
页岩骨架矿物含量、粘土含量、有效孔隙 度、裂缝孔隙度、束缚水孔隙度、含水饱 和度、有机碳含量。
Vp/Vs
Porosity
M. Sams et al. 2012
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泥岩
页岩甜点
灰岩
页岩
技术对策及解决方案
2、页岩岩石物理建模方法
2.2 Jason Xu&Payne岩石物理模型 R-V-H骨架模型 白云石 方解石 DEM 方法干岩模型 有机碳粒 基质孔隙 内孔隙 裂缝孔 Solid Rock
Gassmann模型
Xu&White 及等效孔隙结构模型 成果模板
孔隙度增加方向
Xu&Payne模型成果模板
粘土增加方向
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技术对策及解决方案
2、页岩岩石物理建模方法
2.3 EMT-Backus模型
Backus模型（Backus,1962） 如果岩石由若干各向同性单层构成，其等效介质仍为横向各向同性（TI），等效介质 属性描述为：