基于导电结构的岩石导电机制与流体饱和度计算方法研究

Archie's laws have been utilized for more 70 years. Many researchers in home and aboard have made efforts to understand the physical base, ranges of applications and parameter determinations of them. Some extended formulae, such as Waxman-Smits model, dual-water model, have been reported to improve Archie's laws. In this study, we are going to integrate nuclear magnetic resonance (NMR)data (logging and core analysis), conversational logs and pore structure model to perform wettability identification, pore structure analysis, shale distribution and volume calculation, and then conduct the research on rock conductive mechanism. Based on these researches, we can understand the mechanism of rock conduction and characterize it. An optimization saturation algorithm of oil-gas and gas hydrate can be built up in this study to improve the precision of saturation estimations. Of course, it is the key problem how to determine the conduction structure of rock. According to the measurement mechanism of rock resistivity, the conduction structures do put influences on rock resistivity, and it may include many factors, such as fractures, microspore and microspore geometry, types and distributions of pore fluid etc. In order to determine the rock resistivity in good precision, Laplace equations, resistance law and Archie's laws are integrated to check the forming mechanism systematically for rock resistivity.

Archie公式提出并应用的时间已经超过70年了。70多年以来，围绕Archie公式的物理基础、应用范围和参数的确定方法，国内外学者进行了不懈探索。先后提出了Waxman-Smits模型，双水模型等扩展形式。本次研究，综合核磁数据（测井和岩心），常规测井和孔隙结构模型，在润湿性识别、孔隙结构分析、粘土分布及含量的基础上，研究储层岩石的导电机制，形成对岩石导电机制的理解和描述方法。据此，形成针对储层特点，采用不同参数计算油气藏及天然气水合物饱和度的处理程序,达到提高油气藏及水合物饱和度计算精度的目的。其中，确定岩石的导电结构是核心研究内容。就岩石电阻率的测量机制而言，测量数值受到岩石内部导电结构的影响，其构成要素包括宏观裂缝、微观孔隙结构、流体类型和流体的分布形态。本次研究结合Laplace方程、电阻定律和Archie公式，系统考察岩石电阻率测量数值的形成机制，找到客观确定岩石电阻率方法。

本次项目研究，综合核磁数据（测井和岩心）、常规测井和孔隙结构模型，在润湿性识别、孔隙结构分析、粘土分布及含量的基础上，研究储层岩石的导电机制，形成对岩石导电机制的理解和描述方法。采用有限元和数字岩心方法、地震AVO（Amplitude variation with offset）数据，以及测井声电（Controlled-Source ElectroMagnetic Measurement）综合反演的计算方法，考虑孔隙结构分形特征在电测井数据中的响应特征，采用核磁测井数据与常规测井数据联合反演算法，根据不同类型的储层特征，采用不同参数的孔隙流体饱和度模型计算油气藏及天然气水合物饱和度，达到提高油气藏及水合物饱和度计算精度的目的。针对不同孔隙结构、物性渗流特征、以及润湿性特点所导致的非线性Archie公式，采用基于支持向量机（SVM，Support Vector Machine）的分类技术，建立了反映不同类型储层岩石导电特征的描述方程，以及相应的饱和度计算模型。就岩石电阻率的测量机制而言，测量数值受到岩石内部导电结构的影响，其构成要素包括宏观裂缝、微观孔隙结构、流体类型和流体的分布形态。本次研究采用有限元、变分原理及数字岩心的方法，描述实验岩样中的电能耗散形式，并模拟岩样中导电特征。研究结果证明：复杂岩石孔隙结构、复杂的天然气溶解形式、复杂的缝洞配置关系、复杂的岩石固体表面润湿特征等多种因素，均可能导致Archie公式的非线性化。在研究以上多种岩石导电因素的基础上，基于多种数据分析方法和数据联合反演方法，本次研究形成了适用于不同岩石导电类型的饱和度计算模型，并把这些饱和度计算模型写成了计算处理程序，成功挂接到国内不同的主流测井解释平台（LEAD，CIFLog）上，完成了实际测井数据的处理。实际测井数据处理表明，新的储层饱和度模型计算精度提高了8%左右。本次项目的研究内容，适用于低孔低渗储层和天然气水合物储层，而且综合使用多种观测数据，包括地震AVO数据、岩心分析数据、核磁测井数据、常规测井数据。因此，本次项目研究成果有利于充分挖掘地球物理观测数据中有用信息，提高地球物理观测数据在资源勘查中的应用效果，特别是有利于提高岩石物理观测数据在页岩油气勘探开发中的应用效果。

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