復雜巖性儲層常規測井曲線求取巖石力學參數方法及應用研究

才 慶，郭 銳

(1.大慶油田有限責任公司 采油工程研究院，黑龍江 大慶163453;2.大慶師范學院，黑龍江 大慶163712)

0 引 言

巖石的力學性質通過巖石力學參數來表征。常用的巖石力學參數主要有彈性模量(E)、剪切模量(G)、體積模量(K)、泊松比(ν)等。巖石力學參數是地層縱、橫波時差的函數，對于有全波列測井資料的井，可根據測井資料所獲得的縱、橫波時差以及密度求取巖石力學參數。但是由于此類特殊測井費用高昂，一般不會大規模開展，計算巖石力學參數必須依靠資料相對比較齊全的常規測井資料。但目前的測井計算巖石力學參數，忽視了巖相、巖性對巖石力學特征的影響:

1 宏觀沉積和微觀巖石結構對巖石力學的影響

1)微觀組分對巖石力學參數的影響。如:同一相帶巖性相同的兩塊砂巖(鈣質油斑砂巖、含油砂巖)，因微觀組分中鈣質的存在導致力學參數差異，詳見表1。

表1 相同巖性的巖石力學參數差異表

2)沉積相對巖石力學參數的影響。如:相同巖性的兩塊巖心由于成巖作用階段不同，導致力學參數差異，詳見表2。

表2 成巖階段不同導致的巖石力學參數差異表

2 分段、分巖性測井計算力學參數模型的建立

2.1 建立分段建立地質研究單元

在測井曲線質量控制和區域標準化的基礎上，對南屯組的GR 分布頻率進行統計。南屯組二段的GR分布峰值在125API;南屯組一段的GR 分布峰值在150API。說明N1 段自然伽馬受凝灰質影響高于N2段，因此將研究區縱向分為南屯組二段和南屯組一段，詳見圖1。

圖1 南一段、南二段GR 分布頻率圖

2.2 建立多曲線的組合巖性－測井響應關系

從研究區南屯組粘土礦物與自然伽馬關系可見，南屯組一段GR 值與粘土礦物的相關性大大低于南屯組二段，受凝灰質影響南屯組一段利用GR 曲線無法準確識別巖性，詳見圖2。

圖2 南一段、南二段粘土礦物含量與GR 關系圖

根據巖心觀察5 口井，以手標本、薄片鑒定和全巖分析結果，分兩段分別建立了儲層5 類主要巖石的巖性和測井響應特征關系，優選AC、GR 曲線建立巖性識別標準。根據巖心描述的103 個巖性段，應用標準解釋符合巖心觀察的有86 段，符合率為83.5%，詳見圖3。

圖3 南一段巖性——測井響應關系圖版

2.3 分巖性建立常規巖石力學與參數測井響應關系

根據彈性動力學理論，巖石力學參數與聲波時差、密度存在一定的關系，通過XMAC 測井曲線建立了彈性模量與聲波時差、密度，泊松比與聲波時差、密度的經驗關系式，詳見表3。

表3 未分巖性回歸力學參數與測井響應關系

通過4 種關系的相關系數可以看出，彈性模量與聲波時差相關系數最好為0.8702，而與其他曲線之間相關性很差。因此，可以采用聲波時差曲線進行巖石力學參數的經驗關系計算。盡管彈性模量與聲波時差有良好的回歸關系，但是對于同一聲波時差，其彈性模量變化范圍較大，如當聲波時差為250us/m，其彈性模量變化范圍從20000～45000MPa，最大與最小值相差一倍多，在測井巖性識別的基礎上，按不同的巖性分別進行彈性模量與聲波時差經驗關系的回歸，回歸精度獲得較大提高。鈣質砂巖彈性模量范圍為30000～55000MPa、沉凝灰巖彈性模量范圍為35000～55000MPa，可視為固定材料不參與回歸，詳見表4。

表4 分巖性回歸力學參數與測井響應關系

通過彈性力學理論，在已知彈性模量、密度、縱波時差的條件下可以求得橫波時差。由巖石力學參數的相互計算關系，即可計算出其余的巖石力學參數。

在上述分析、計算的基礎上進行了研究區內8 個深度點的計算彈性模量與巖心測試值對比，相對誤差小于25%，復合率較高，詳見表5。

表5 巖石力學參數計算結果對比表

3 結 語

1)通過研究和實測數據對比，利用常規測井曲線計算含凝灰質儲層巖石力學參數是可行的;

2)采用GR 和AC 曲線組合，可以準確識別含凝灰質儲層的巖性;

3)通過特殊測井計算巖石力學參數與常規測井響應關系回歸，分巖性建立基于常規測井響應的巖石力學參數計算模型可以提高計算精度;

4)求取的計算模型具有一定的經驗性和地區性，不同油田、不同區塊必須選擇具有代表性的測井資料、巖心測試資料進行系統的解釋分析，得到適合本地區的計算模型。

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