[发明专利]用于次表地层的定量岩性和矿物性评估的方法

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2006年4月19日提交的序列号为60/793,477的美 国临时专利申请和于2006年6月28日提交的序列号为60/817,226的 美国临时专利申请的优先权，这两个申请的内容在此并入作为参考。

技术领域

本公开内容总体上涉及用于确定地层岩性和矿物性的方法，更具 体地涉及用于利用专家系统和测井数据来确定地层总体岩性、特定岩 性和矿物性的方法。

背景技术

很长时间以来都存在对这样的空心测井工具与方法的需求，即其 能够提供在选定方向地质地层岩性和矿物性的测量结果、提供既靠近 钻孔又深入地层的矿物性和岩性测量结果、并提供具有高垂直和横向 分辨率的所有这些测量结果。关于储层岩石岩性和相关矿物的定量信 息不仅对确定特定地层的生产潜力而且对作出碳氢化合物勘探与开采 的技术与商业决定都是很重要的。例如，通过确定特定地层的热与成 岩历史、定义地层中沉淀物的起源(源区域)和沉积环境并将特定矿 物与测井关联，勘探地质学者可以使用与地层相关的岩石矿物性信息 来减少发现碳氢化合物过程中的危险。地层矿物性信息还可以在勘探 过程中用于估计储层质量、开发有效的损耗策略并预测岩石-流体相 互作用的效果，同时在生产过程中它可以用于设计研究和完成策略， 例如钻井泥浆和适当激励方法(例如有效的酸化或断裂应用)的选择。

地层岩性的解释也是很重要的，包括总体的和特定的。例如，作 为深度的函数，在围绕钻井的地层中所存在的岩性成分的定量知识在 评定勘探、评估、生产和完成所有各方面时都是有价值的。例如，适 当的应用可以包括相体系结构的区域性研究、估计储层相的分布、建 立所有层中粘土物质的量、通过表征地层矿物来识别沉积或成岩相中 的细小和显著变化及计划增强的恢复策略。

确定地层岩性和矿物性的传统方法使用来自井筒的岩心，常常利 用X射线衍射技术等对其进行分析。但是，这种传统方法是非常耗时 的，而且对于勘探应用中的使用效率不高。因此，通过使用各种测井 工具，通过将测井数据转换成岩性和/或矿物性测量记录，进行了估计、 评估和解释次表地层岩性和矿物性的各种尝试。

例如，为了确定所选地质区域内这种地层的阳离子交换能力，提 出了用于被钻孔穿透的次表地层原地检查的方法。利用自然的伽马射 线测井，开发出了功能上涉及总伽马辐射和涉及钾、铀和钍能带辐射 的信号。根据这些方法，可以通过与由伽马射线光谱仪提供的所选参 数关联以确定函数关系来确定岩心样本的阳离子交换能力。于是，相 同及周围区域中后续钻孔中地层的阳离子交换能力可以通过使用自然 伽马射线光谱仪和这些所建立的关系来原地确定。但是，因为据报道， 阳离子交换能力和通常与粘土或其它类似矿物具有非常小全局关系的 元素相关，而其中粘土或其它类似矿物规定了阳离子交换能力，所以 这种技术看起来具有有限的用途。

现有技术中描述的其它方法提供了作为钻井深度函数对地层矿 物含量的量化和特征化。根据这些方法，从测井工具得到的元素数据 可以输入到元素-矿物变换数学运算中，例如利用多变量统计分析方 法所构造类型的矩阵，以便确定所评估地层中至少一种或多种主要矿 物的量。根据矿物数量信息和基本测井数据，可以预测或猜测地层矿 物。其它相关方法和相关装置提出了用于利用伽马射线光谱术、利用 取自钻孔并由最小二乘光谱拟合过程进行分析的非弹性散射伽马射线 光谱来确定地层岩性的方法与装置，其中利用最小二乘光谱拟合过程 进行的分析确定假定存在于未知地层中化学元素的相对元素作用和对 来自地层的所测量光谱的作用。在有些报告中，基于所选元素的校准 非弹性屈曲荷载，还可以确定来自所测量热中子俘获伽马射线光谱的 元素屈曲荷载的校准估计，从其还可以得到或理论化更多关于地层岩 性的信息。

最近，已经提出了用于量化围绕钻孔的地层岩性成分的几种方 法。这种方法一般涉及来自用于地层的已知测井数据的两个或多个岩 性成分模型的构造及模型的后续组合，以便确定具有由纯成分模型定 义的上限和由成比例混合模型定义的下限的可能解决方案的范围，由 此允许任何岩性成分的最大浓度在0％到100％之间变化。