2019年第6期Petrophysics论文摘要翻译
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Inversion of High-Resolution High-Quality Sonic Compressional and Shear Logs for Unconventional Reservoirs
非常规油气藏高分辨率高质量纵波和横波测井曲线反演
Ting Lei, Smaine Zeroug, Sandip Bose, Romain Prioul, and Adam Donald
近年来，精细非均质体的弹性属性解释已经在非常规储层的岩石物理分析、沿层理破裂预测、水力压裂设计工程应用中获得业界认可。声波测井数据处理通常假定在接收器阵列长度范围内（比如至少2英尺）所对应的地层是均质的，但此假设对薄互层储层不再适用。此外，由于低频和高频横波的波长不一样，提取到的高低频横波慢度所对应的岩石也不一致。即便采用相同的接收器阵列，高频单极声源和低频偶极弯曲模式的剪切慢度也会呈现出不同的轴向分辨率。
通过使用单极子、偶极子或四极子阵列仪器采集的声波数据，我们开发了一种新的解释算法来增强薄互地层的慢度差异，从而得到高质量的高分辨率纵横波慢度曲线。该算法基于一种稳定反褶积技术，需采用所有不同阵列精度的慢度曲线来进行反演。得到的声波慢度曲线的分辨率高于传统的1英尺子阵列方法处理结果。最后，利用反演残差作为测井质量控制因子，对于质量较差的井孔数据，会采用低精度慢度曲线结果。
我们对提出的算法的验证包括两部分，首先利用有限差分模拟波形进行验证，然后在一口穿过薄层的井孔实际数据中进行测试。反褶积得到的纵横波慢度精度超过了传统的处理方法，并且与超声成像仪得到的高分辨率慢度曲线一致。现场数据应用表明，这种反褶积算法可增强空间分辨率，更准确地体现出地层慢度差异，同时去除异常值，从而提高对数质量。该方法与常规处理相比，在薄层岩石中应用能得到更好的声学特征信息。估算的弹性模量可以改善岩石力学建模中的应力剖面分析和岩石强度相关性分析。（曾富强译）
New 4.75-in. Ultrasonic LWD Technology Provides High-Resolution Caliper and Imaging in Oil-Based and Water-Based Muds
应用于水基和油基泥浆的全新120.65mm（4.75in）高分辨率井径测量和井壁成像超声随钻测井技术
Peng Li, Jonathan Lee, Richard Coates, Jing Jin, and Siong Ming Wong
基于地层方位随钻测井的成像技术能提供有价值的井筒环境信息，并解决多种钻井和地层评价的问题，例如：井壁稳定评价、裂缝和层理面分析。虽然高分辨率成像技术（例如方位聚焦电阻率工具）已经广泛应用于水基泥浆环境，但在油基泥浆环境中应用较少。本文介绍一种120.65mm的随钻超声成像工具，该工具能在不同类型泥浆中进行高分辨率井径测量和反射波波幅成像。分析该工具测量的数据，在不同密度油基钻井液和多种钻井工况中，该工具的成像技术可以适用于146.05mm 到171.45mm范围内的井眼规格。我们通过展示测井数据和现场数据分析结果，证明了该工具提供的井径和反射波波幅测量的结果具有较好的质量。通过与电缆测井资料的比较可知，考虑到电缆测井技术作业风险和成本较高，随钻超声测井将成为现场主流的成像方法。（汪兴明译）
Deducing Electrical Permittivity of Formations From LWD Resistivity Measurements
基于随钻电阻率测井提取地层介电常数
Stein Ottar Stalheim
过去几十年来，岩石的介电常数一直被测量，并被应用于岩石物理解释。在过去几年，随着新一代介电测井仪器的推出，介电测井的受欢迎度与应用范围也不断增加。新一代仪器的最大优势是可以测量多个频率下的介电常数，从而得到所谓的频散介电常数。其缺点在于，受限于介电测井的探测范围，其主要反映侵入带信息，且目前该仪器主要用于电缆测井。随钻传播电阻率测井主要测量两个接收线圈间的相位差或/与幅度比。这些信号（相位差、幅度比）受地层信息的影响（如电阻率、介电常数、磁导率）。因此，如果给定一点的条件，可以通过随钻传播电阻率测井同时评估储层的电阻率与介电常数。本文的主要目的是阐述，可以通过随钻传播电阻率测井评估地层的介电常数及其频散性质。本研究主要是基于随钻传播电阻率测井已经测量了介电常数与其频散特征的事实，因此，完全可以直接由随钻电阻率曲线评估这些参数。利用随钻电阻率测井可以实时提取已钻遇地层的介电常数，并用于岩石物理评价、地层标记、和地质导向。同时，利用精确的介电常数取代过去采用经验公式得到的介电常数，将会提高利用随钻电阻率曲线求取电阻率的准确度。特别是在高介电常数的地层，如富含干酪根的烃源岩层。本文基于经典的电磁理论，阐述了如何由随钻电阻率测井曲线得到介电常数。文中的实例给出了处理不同随钻电阻率仪器得到的结果，实例表明，通过处理得到介电常数与频散参数，然后模拟得到的曲线能很好地拟合原始测量曲线。同时，文中也对该技术的局限性与随钻介电常数与频散性质的进一步使用进行了探讨。（李虎译）
Crushed-Rock Analysis Workflow Based on Advanced Fluid Characterization for Improved Interpretation of Core Data
基于流体新方法的碎石分析工作流程以提高岩心数据的解释精度
Anton Nikitin, Melanie Durand, Adam McMullen, Aidan Blount, Brian Driskill, and Amie Hows
油公司在高价值二叠纪盆地上进行了持续的勘探与开发，但其利润微薄，这迫使油公司尽可能利用一些此前没有的方式去利用信息。在这种高速竞争的市场环境中，数据精度显得十分关键。厚地层层序剖面通常含有很多“次测井尺度”的岩相，无法利用测井曲线来描述。岩心分析虽然作为提供了地下岩石的静态标定信息的有效手段而广泛应用，但对“次测井尺度”的地层需要昂贵取芯作业进行大量的取芯来收集足够的标定信息。这对成本提出了挑战。
在油气勘探开发中，饱和度是一个关键的岩石物理参数，具有多种用途，包括有利区评估。饱和度计算刻度模型可能有几种方式：专有或联合企业获取的岩心数据、行业联盟数据库、与其他运营商的数据交易、政府数据库或出版物。地下饱和度模型输入的内部和外部评估不断地表明：二叠纪盆地饱和度具有广泛的分布范围和较大的不确定性。目前人们认可的实验室岩心流体饱和度测量方法是基于一些假设来解释测量数据的，从而导致这些测量方法在致密、低孔隙地层应用时，增加了相对不确定性，这使得精确测量致密岩石中的岩心流体饱和度依旧是较为困难的事情。
例如，通过破碎岩芯课可以增强致密岩石中的流体萃取，但是富含流体泥岩地层中的破碎岩芯会出现系统性的流体损失，这些损失的流体在分析过程中通常不会被量化。相反地，通常假设被空气填充孔隙度代表了在采集/回收过程中由于气体膨胀而从岩芯排出的碳氢化合物。此外，商业蒸馏系统中抽提流体的流体回收率（<100%）变动范围大导致了在蒸馏实验中回收流体重量与岩芯损失重量间存在显著的差异。Dean-Stark技术不仅去除水和油，还去除未知体积的溶剂可萃取的有机物，而且只直接量化了萃取水的体积。最后，在实验室处理过程中的液体和固体损失在当前的商业实验室程序中是未评估的。通过两种技术（即蒸馏法或Dean-Stark法）中的任何一种技术获取的流体体积和岩芯重量数据间的一致性核对，都需要满足大量与流体性质相关的前提条件，而这些假设条件通常没有借助实验直接证实。本文证明了这些假设会导致含水饱和度的估计出现极大的不确定性。
为了解决这些关键的不确定性，本文利用改进岩心描述方法和流体提取技术，提出了一种新的基于干馏法的岩心分析工作流程。其中一个进展是：本文提出的工作流程对所有收到的和粉碎的样品进行了系统的核磁共振实验测量，量化粉碎过程中的液体损失。此外，还使用了一种专门开发的液体回收装置，其回收效率接近100%。除了这些测试方面的进展之外，工作流程还被优化了以避免在样品处理过程中的液体损失，以及包括不同阶段的颗粒密度和地球化学重复测量，以达到质量控制（QC）。因此，新的工作流程减少了采集数据中的不确定性，更好地解决了将测量数据解释为岩心总孔隙度和岩心含水饱和度时的假设，如对流体损失的参数修正。本文对一组特拉华盆地Wolfcamp a地层样品进行了验证，结果表明，以往的碎石岩芯分析方案低估了该富液泥岩地层的含水饱和度至少30%或~15个饱和单位（s.u.）。（闫建平、肖文联等译）
NMR Evaluation of Light-Hydrocarbon Composition, Pore Size, and Tortuosity in Organic-Rich Chalks
富含机质白垩地层中的轻烃组分、孔隙尺寸及曲折度的核磁共振评价
Zeliang Chen, Philip M. Singer, Xinglin Wang, Harold J. Vinegar, Scott V. Nguyen, and George J. Hirasaki
本研究中，我们使用岩心-测井综合方法评价富有机质白垩地层中的轻烃组分、孔隙尺寸及曲折度。岩心分析包括原始状态的岩样T1-T2和D-T2核磁共振测量以及对岩样的加压饱和。用于饱和的流体包含水和轻烃，如甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、正戊烷和正癸烷。通过模拟NMR测井仪器的磁场梯度的扩散效应，将实验室测量的烃饱和的岩心T2分布转换为视T2测井曲线（T2app）。将模拟的T2app测井曲线与实际测井对比，利用最小平方误差方法定性评价井下烃的组分。基于实验测量的T1/T2模拟的井下T1/T2app指示了饱和流体之间的差别。因此，T1/T2app比可用于定性流体识别。同时我们发现，通过应用T2app和T1/T2app二维截止值，能够很好地从水和重烃中识别出甲烷和天然气液体（NGLs）。实验室测量的受限扩散系数表明，由于饱和的甲烷扩散系数高，可从液态烃类中将其辨别。此外，实验室测量的不同轻烃的受限扩散系数拟合Pade近似，用以评价平均孔隙尺寸、非均质性长度标度和曲折度。（赵培强译）
Influence of Magnetic Susceptibility Contrast on NMR Studies—Experimental Analysis From Siliciclastic Reservoirs
磁化率差异对核磁共振研究的影响——硅质碎屑岩储层实验分析
Partha Sarathi Sarkar, Soma Chatterjee, Mohan Lal, Manoj Kumar, and P.P. Deo
核磁共振（NMR）实验是指通过对原子核施加磁场继而对岩石原子核进行的核磁共振实验。测量信号的唯一来源来自孔隙流体，因此，NMR测量与岩性无关。由于孔隙流体与岩石表面的接触，岩石基质影响流体响应并使数据解释复杂化。这种情况下，将出现两种现象，即内部梯度和受限扩散。多孔介质中岩石颗粒与孔隙流体磁化率的差异可能导致明显的磁场非均质性。内部梯度源自局部场的非均质性，将进一步引起T2弛豫时间以及T2截止值的减小。在特定条件下，更准确地说，在自由扩散区域内部磁场梯度可通过孔隙流体横向弛豫速率随回波间隔时间的增加而增加来计算。本文对印度东部和西部两个不同盆地的两个特征显著不同的地层/油层进行了NMR综合研究，即Tipam地层的低电阻率/低对比度油层（Assam 和Assam Arakan盆地Charali油田）,和Cambay页岩地层的Chhatral储层（Cambay盆地Gamij油田）。分析了磁敏感材料对NMR T2弛豫以及T2截止值的影响。我们研究了横向弛豫的扩散分量对回波间隔的依赖性，并可以观察到不同的渐近弛豫区。本研究还获取了T1 / T2二维实验数据，并且研究了T1 / T2比以及T2弛豫对回波间距的依赖性。研究的两组实例中，虽然两个地区的渗透率范围不同（其中一个地区渗透率极低，另一地区渗透率中等至高），但是与默认的33 ms截止相比，都得到了较低的T2截止值。我们的研究表明内部梯度磁场的存在，进而指示了孔隙流体和岩石基质之间的磁化率差异。顺磁性矿物的存在是T2截止值减小的因素之一，这在矿物学研究中也有报道。T1/T2比值的观测范围表明，存在磁敏感部位的尺寸、磁化率、浓度和分布的变化以及晶粒大小的不同顺序。（赵培强译）
New Robust Model to Estimate Formation Tops in Real Time Using Artificial Neural Networks (ANN)
利用人工智能（ANN）实时评价地层顶界面的新的稳定模型
Salaheldin Elkatatny, Ahmed Al-AbdulJabbar, and Ahmed Abdulhamid Mahmoud
作为油气井的一个至关重要的参数，地层顶部位置的确定会影响下套管的深度和钻井液的设计选择。由于数据量有限，在现场勘探作业和基于地质数据的成图阶段计算得到的地层顶部位置精度较低。
在本研究中，我们引入一种可以准确预测岩层顶部位置的潜在替代技术。该技术涉及钻井力学参数及钻速（ROP）等参数的在人工神经网络（ANN）中的组合使用。由于该技术组合了钻井力学参数，在不考虑其它钻井参数波动的情况下，该技术可以预测钻速的真实增加或减少。
本研究使用了中东的两个直井（Well-A和Well-B）数据。来自Well-A（4436个数据点）的数据的百分之七十用于训练ANN模型，然后剩余的30％的Well-A数据（1900个数据点）用于测试，并使用来自Well-B（6569个数据点）的数据进行验证。
敏感性分析证实了使用由25个神经元，一个隐含层组成并且以Levenberg-Marquardt反向传播函数作为训练函数的ANN模型，对Well-A的测试数据和Well-B的验证数据分别使用0.94和0.98的相关系数来预测地层顶部是最佳的。开发的人工神经网络模型在估计Well-A的测试数据集和Well-B的验证数据集的地层顶部方面显示出很高的准确性。（罗浩译）
A Comparative Study of Three Supervised Machine-Learning Algorithms for Classifying Carbonate Vuggy Facies in the Kansas Arbuckle Formation
针对堪萨斯阿克布勒组碳酸盐岩溶洞相分类的三种监督机器学习算法的比较研究
Tianqi Deng, Chicheng Xu, Dawn Jobe, and Rui Xu
碳酸盐岩储层的品质会主要受到成岩特征的影响，例如孔洞，裂缝和白云岩体等。这些关于成岩特征的测井响应常与矿物和流体浓度的测井响应混合在一起，难以用测井曲线直接描述。本文基于穿过堪萨斯州阿克布勒地层的一口关键井的岩心和测井数据，开发了一种溶洞相划分的数据驱动的方法。比较了三种监督机器学习方法的准确性、稳定性和计算效率，即人工神经网络（ANN）、支持向量机（SVM）和随机森林（RF）。使用交叉验证和贝叶斯优化对超参数进行调整。此外，为了优化预测结果，本文还评估了不同的特征选择方法和数据标记方案。
结果表明，与使用基于五种溶洞类型标签（准确性〜65％）相比，预测的二元分类（溶洞/非溶洞）的准确性为〜80％。建议直接输入测井曲线作为训练特征，而不要使用从测井曲线中提取的岩石物理特性作为输入。在这三种机器学习算法中，人工神经网络在探测溶洞/非溶洞方面的性能优于其他两种方法。而随机深林RF对于溶洞大小分类的效果最佳。这项工作还表明，根据贝叶斯优化构造的响应曲面可知，RF对超参数的敏感性最低（即最大分裂数和最小叶片尺寸）。SVM对本研究中使用的数据集的计算效率最高。（罗浩译）
Joint Interpretation of Elastic and Electrical Data for Petrophysical Properties of Gas- Hydrate-Bearing Sediments Using Inverse Rock Physics Modeling Method
基于岩石物理建模反演方法的含天然气水合物地层弹性-电性物性参数联合解释
Haojie Pan, Hongbing Li, Yan Zhang, Jingyi Chen, Shengjuan Cai, and Chao Geng
准确解释含天然气水合物地层的孔隙度、水合物饱和度和泥质含量等物性参数对储层描述和资源评价具有重要意义。一般来说，利用地层弹性或电性参数即可估算上述物性参数。本文提出综合弹性和电性等多种类型的物性测量数据，利用岩石物理建模反演方法提高物性参数预测的准确度。首先，利用三维弹性-电性岩石物性属性单元标定得到适用于研究区的岩石物理模型，在储层参数域中生成三维弹性-电性约束多维数据集。然后，利用行进方块法算法（Marching-Cubes）从上述约束多维数据集提取其等值面。最后，利用迭代最小二乘法求出目标函数最小的三个等值面最优交点。为了验证上述联合解释方案的可行性，分别将其应用于模拟数据和大洋钻探计划中的卡斯卡底古陆南部边缘钻出的1247B井测井数据。结果表明，利用模拟数据所预测到的储层物性参数与使用无噪声的初始正演模型参数结果一致。就实测数据而言，其预测结果与岩心数据一致。综合算例和实测资料的反演结果与先验储层物性均方根误差较小，进一步验证了本文提出的联合地层弹性-电性属性的岩石物理建模反演方法可以用来有效估算储层物性参数。（魏周拓译）
Review of Micro/Nanofluidic Insights on Fluid Transport Controls in Tight Rocks
Ayaz Mehmani, Shaina Kelly, and Carlos Torres-Verdín
微流控和纳流控技术已被广泛地应用于石油与天然气工业中的孔隙尺度实验，并作为一种特定的应用工具（例如芯片上的PVT分析实验仪）。前者是在紧凑型芯片实验平台上构建孔和孔网模型；然后，借助显微镜观察研究特定的几何结构或者材料变化参数对模型中流体流动的影响。本文回顾了我们以及其他地球科学和众多多孔介质研究者在微纳流控实验中的研究发现，其与孔隙大小、表面化学（润湿性）、流体类型和组成、表面结构（粗糙度）对流体流动变量的影响有关，例如有效黏度、渗吸、毛管捕集、吸附和扩散过程。例如，我们在微流控研究中发现存在一个临界表面粗糙度值，超过这个临界值时，在驱替过程中毛管捕集显著地增加，原因在于亚孔隙尺度流态的变化。此外，我们在纳流控实验中发现，硅纳约束物的流体极性和表面化学性质能带来附加的接触线摩擦，进而导致渗吸过程显著地偏离连续Washburn方程；这些影响可能通过增加有效粘度而被采纳入定量分析。最后，本文强调了使用芯片实验设备的实际方法，及其相关孔隙尺度下的实验发现，这些可作诊断工具以增强岩石物理实验室测试和指导油田先导性试验。（肖文联译）