基于多孔介质弹性理论的碳酸盐岩地层超压预测

碳酸盐岩地层超压预测目前仍然是国内外研究的难点问题。碎屑岩超压预测方法均是建立在明显的超压测井、地震宏观响应规律基础上的经验关系,这些经验性方法不适用于因岩性致密使得超压地球物理响应微弱的碳酸盐岩地层。通过碳酸盐岩样品超压岩石物理模拟实验,分析了在应力-孔隙压力共同作用下岩石中声波速度、弹性参数的变化规律;基于多孔介质弹性理论和广义胡克定律推导并建立了表征孔隙压力与岩石弹性参数定量关系的理论模型,即多孔介质弹性理论的超压预测量化模型。以川东北地区典型碳酸盐岩超压钻井为例,开展了碳酸盐岩地层超压预测应用研究:针对碳酸盐岩地层选择油气水测井综合解释模型获取岩石物性参数;利用Voigt-Reuss-Hill平均模量模型计算岩石基质体积模量,利用Wood模型和Patchy模型计算孔隙流体体积模量,利用BISQ模型计算岩石骨架体积模量,然后通过多孔介质弹性理论量化模型预测超压。预测结果显示预测压力与钻杆实测压力(DST)吻合较好,与泥浆密度换算压力和随钻监测压力变化趋势相近,表明这种基于多孔介质弹性理论的超压预测量化模型是一种解决碳酸盐岩地层超压预测的新途径。     

基于孔隙度扰动模型致密砂岩弹性性质变化特征数值分析

孔隙度对致密砂岩弹性性质具有重要影响,深入开展两者关系研究对致密砂岩储层物理模拟、钻完井设计、地震及测井解释等方面具有重要参考价值。研究以沁水盆地南部地区山西组和太原组致密砂岩为研究对象,从微观孔隙尺度层面入手,考虑了岩石骨架的非均匀性,基于孔隙度扰动模型探讨了孔隙度有效应力系数(n)对致密砂岩弹性性质的影响。研究结果表明,孔隙度扰动模型能较好的描述所研究致密砂岩弹性性质的变化规律。对于岩石体积模量(Ks)与未封套体积模量(Ks′)间的关系,当n=1时,未考虑孔隙度扰动,此时Ks=Ks′;当n1时,KsKs′;当n1时,KsKs′。随着n值从1到0逐渐降低的过程中,岩石不封套孔隙体积模量(K_Φ)逐渐降低。目的层致密砂岩的n值主要分布在0.4~0.8范围内,平均值约为0.6。当n取平均值0.6时,随着岩石孔隙度从2.2%增加到4.8%的过程中,岩石K_Φ从23GPa降到了6GPa,降幅较为明显。K_Φ与岩石孔隙度间具有较好的负相关性,当不考虑孔隙度扰动(n=1)时,会在一定程度上高估地层岩石K_Φ值。     

长期注水对致密砂岩油藏岩石力学性质影响机制研究

注水开发是致密砂岩油藏增产的重要手段,长时间注水会改变地层岩石物理力学性质,影响油井产量。为探究长时间注水对地层岩石物理力学性质影响的微观机制,选取同一储层已注水15a及尚未注水岩芯进行对比试验分析。通过试验得到了注水前后地层岩石在弹性力学参数、矿物成分、微观孔隙结构等方面的差异。长时间注水后,岩石矿物成分及内部结构发生变化,主要表现为黏土矿物及方解石含量降低,岩石颗粒间填充物及胶结物大量减少,中小孔隙发育为大孔隙,孔隙度增大,进而导致致密砂岩力学性质弱化,变形能力增大。     

普光气田礁滩相复杂孔隙类型储集层渗透率地震预测方法*

礁滩相碳酸盐岩储集层孔隙类型多样,孔—渗关系复杂,由于缺少相应的岩石物理模型,储集层渗透率地震预测一直是一个难题。作者以普光气田为例,通过分析复杂孔隙类型对储集层渗透率的控制作用及不同孔隙类型储集层在常规测井和声学测井上的响应特征,引入反映孔隙形态和连通性的 “孔构参数”表征相似孔隙度样品的岩石物理参数变化;进而建立基于孔构参数的孔隙类型判别标准和不同孔隙类型储集层孔—渗关系模型,对储集层测井渗透率进行精细解释和评价;并通过分析不同孔隙类型储集层的弹性参数与孔构参数的关系,建立起基于孔构参数的岩石物理量版;采用叠前统计学反演方法首先开展孔隙度、孔构参数的地震反演,进一步开展基于孔隙度和孔构参数的渗透率地震反演,实现了复杂孔隙类型储集层渗透率的定量预测。     

流体饱和致密砂岩的实验测量与岩石物理建模应用

与孔隙几何相对简单的高孔隙度、高渗透率砂岩不同,致密砂岩的岩石骨架和孔隙结构通常表现出不同尺度上的非均质性。为了研究这种非均质性和饱和流体对致密砂岩性质的影响,测量了具有9块不同孔隙度的致密砂岩在不同围压、干燥和水饱和条件下的超声波速度。利用速度随有效压力的变化曲线估计软孔隙的纵横比分布,进而利用喷射流模型进行流体替换效应解释。基于超声测试数据和局部流机制,建立了考虑软孔隙随纵横比分布的喷射流模型,实现了致密砂岩跨频段岩石物理建模,利用此模型分析了超声频段和地震频段内饱和致密砂岩的流体敏感性。基于超声频段测量的流体敏感度被高估,实际上地震频段的流体敏感度可能与超声分析结果存在较大差异,因此实现实验室低频直接测量对于准确的岩石物理建模和应用具有关键性的意义。     

岩石物理建模技术在致密砂岩储层预测中的应用——以鄂尔多斯盆地北部H区块为例

岩石物理建模是叠前反演前重要的基础工作。以致密砂岩储层为目标,剖析了岩石物理建模涉及的主要过程。将测井评价与岩石物理建模视为迭代过程,测井评价提供岩石物理建模的输入数据,岩石物理建模控制测井评价参数的质量。在测井参数具有较高质量的情况下,优选岩石物理建模方法,优化关键参数,较为准确地预测了横波速度等弹性参数,为叠前弹性参数反演提供了可靠的基础数据。利用岩石物理解释模板对叠前反演纵横波速度体进行了解释,提高了致密砂岩气层的识别精度,在鄂尔多斯盆地取得了较好的应用效果。     

基于岩石物理模型的页岩孔隙结构反演及横波速度预测

准确预测储层的等效孔隙纵横比对页岩储层岩石物理建模及横波速度预测具有重要意义。为分析页岩储层孔隙纵横比及预测横波速度,提出了基于岩石物理模型的页岩孔隙纵横比反演及横波速度预测方法。本文首先通过岩石物理模型建立岩石的纵、横波速度与孔隙纵横比、孔隙度和矿物组分等参数之间的定量关系,寻找最佳孔隙纵横比;然后通过使理论预测与实际测量的纵波速度之间误差达到最小的方式反演孔隙纵横比,并以此为约束预测横波速度。实际测井数据反演结果表明,龙马溪组页岩地层的孔隙纵横比稳定,而围岩的孔隙纵横比变化范围较大;说明与围岩相比,页岩的孔隙结构更为稳定。同时,预测得到的页岩横波速度与实测横波速度的误差较小,另外对于缺少矿物组分资料的页岩层段,用平均矿物组分预测得到的横波速度误差仍较小;说明与矿物组分相比,龙马溪组页岩的纵、横波速度对孔隙纵横比参数更敏感。综上所述,利用该方法可预测到较为准确的等效孔隙纵横比和横波速度。     

普光气田礁滩相复杂孔隙类型储集层渗透率地震预测方法

礁滩相碳酸盐岩储集层孔隙类型多样,孔—渗关系复杂,由于缺少相应的岩石物理模型,储集层渗透率地震预测一直是一个难题。作者以普光气田为例,通过分析复杂孔隙类型对储集层渗透率的控制作用及不同孔隙类型储集层在常规测井和声学测井上的响应特征,引入反映孔隙形态和连通性的"孔构参数"表征相似孔隙度样品的岩石物理参数变化;进而建立基于孔构参数的孔隙类型判别标准和不同孔隙类型储集层孔—渗关系模型,对储集层测井渗透率进行精细解释和评价;并通过分析不同孔隙类型储集层的弹性参数与孔构参数的关系,建立起基于孔构参数的岩石物理量版;采用叠前统计学反演方法首先开展孔隙度、孔构参数的地震反演,进一步开展基于孔隙度和孔构参数的渗透率地震反演,实现了复杂孔隙类型储集层渗透率的定量预测。     

利用常规测井资料基于岩石物理和多矿物分析反演横波速度

测井横波速度是测井地震联合反演的重要标定参数.为克服大量老井缺少横波速度资料和现有横波速度估算方法的不足, 基于孔隙介质岩石物理理论, 通过常规测井资料求取多矿物组分, 利用VRH模型求得地层的等效弹性模量; 最后利用纵波速度作为约束条件, 根据Biot-Gassmann方程得到地层横波速度.计算结果与实测结果对比表明, 平均相对误差限在5%左右, 与Xu-White模型相比, 该方法物理意义更为明确, 使用更简便, 计算精度提高一倍左右.      

致密砂岩储层岩石物理模型的优化建立

Krief模型、Nur模型和Pride-Lee模型通常被用于计算砂岩储层干岩石模量,但对于致密砂岩储层却效果不佳。基于Krief模型和Nur模型,在满足纵波或横波预测值与实测值差值最小的条件下,通过Gassmann方程求出模型中的岩性指数m或临界孔隙度O_c,进而将模型中通常采用的经验参数表示成随采样点变化的值,提高了Krief模型和Nur模型估算纵横波速的精度,称为变参数Krief模型和变参数Nur模型。此外,对比不同约束条件下纵横波预测精度,可知在致密砂岩储层中3种模型的剪切模量公式的精度更高、适用性更好。Han提出的K_(dry)与u_(dry)关系式不受孔隙度、岩性等因素的影响,将该关系式与上述3种模型中任意一种剪切模量公式结合建立干岩石模型,应用到Gassmann方程中对鄂尔多斯盆地苏里格气藏盒8致密砂岩储层横波速度进行预测,提高了预测横波速度的精度,同时获得了3种模型中每个采样点对应的岩性指数m、临界孔隙度O_c和固结参数c的值,这些参数值可以反映出储层的岩性差异、孔隙结构、压实程度等特征,映射了储层的地质特征。     

准中4区块致密砂岩孔隙结构特征研究

致密砂岩孔隙结构是影响储层物性、储集性能和渗流特性的主要因素,准确表征岩石的孔隙结构特征是储层评价的重要内容之一。为此通过岩心观察、CT扫描成像及其图像处理等对准噶尔盆地中部4区块董11井致密砂岩储层孔隙结构特征进行了定性及定量综合研究。研究结果表明,采用USM锐化、阈值选取及中值滤波法对微CT扫描灰度图像进行图像处理,可以更好地区分岩石内部骨架和孔隙的边界,提高了图像的分割精度;当数字岩心立方体模型边长在450体素时,孔隙度趋近定值;研究区致密砂岩储层储集空间主要以粒间孔隙和微裂隙为主,伴有少量的解理裂隙,孤立孔隙较多,孔隙形状复杂,分布不均匀;研究区致密砂岩连续截面面孔率分布不均匀,离散性强,在连续截面上面孔率频繁出现极大值与极小值（跳跃性较大）,容易在流体流动的过程中产生压降过大,造成部分孔隙喉道堵塞;研究区致密砂岩储层孔隙大小分布不均匀,孔隙直径在15~35 μm之间,占总孔隙数的60%左右,其面积占18%;直径在50~200 μm的孔隙数量占总孔隙数的20%,其面积占比达60%,为油气赋存提供了有利的储集空间。      

非常规油气致密储集层微观结构研究进展*

致密储集层储集性能差, 孔喉以纳米级为主, 孔喉连通复杂。中国南方高过成熟海相页岩有机质纳米孔与粒内孔大小约为20～890 nm;陆相泥页岩孔喉类型为有机质孔与基质孔, 主体介于30～200 nm之间;致密砂岩微米级孔喉为粒间溶孔、颗粒溶蚀孔与微裂缝, 主体介于10～200μm之间, 纳米级孔隙大小介于70～400 nm之间, 以原生粒间孔与自生矿物晶间孔为主;致密灰岩孔喉类型有方解石粒内溶孔、粒间溶孔与微裂缝, 大小介于50～500 nm之间。页岩微孔喉总体随热演化程度增高呈先减少后增加趋势, 致密含油砂岩中油气赋存有4种状态, 粒间微孔为油气赋存最有利位置。针对非常规油气储集层独特特征, 仍需在仪器研发、技术方法与评价参数等方面加强研究探索。     

影响碎屑岩天然气储层物性的主要控制因素

碎屑岩天然气储层，尤其是埋藏历史较长、埋深较大的致密碎屑岩天然气储层物性的控制因素比较复杂，本文通过对我国中新生代主要含气盆地的碎屑岩储气层埋藏历史和成岩阶段与孔隙度关系的研究，提出了按产状将碎屑岩储层孔隙分为粒间孔、粒间溶孔、组分内孔隙和裂隙四种类型的划分方案，分析了各类孔隙对砂岩孔渗性的贡献。从碎屑颗粒物理性质和化学性质；砂岩中泥质杂基和自生粘土矿物；沉积速度与埋藏历史；碎屑岩粒径和分选程度；泥质岩成岩作用；构造背景和构造运动以及镜质体反射率和有机质成熟度等方面讨论了它们对碎屑岩天然气储层物性的控制机理。     

缝洞型碳酸盐岩气藏多类型储集层孔隙结构特征及储渗能力——以四川盆地高石梯-磨溪地区灯四段为例

为全面表征缝洞型碳酸盐岩气藏多类型储集层的孔隙结构特征及储渗能力,借助多种测试技术对四川盆地高石梯-磨溪地区灯四段储集层样品进行分析与研究。首先利用铸体薄片和扫描电镜技术定性刻画了储集层的岩性、物性、储集空间和喉道特征,然后根据高压压汞得到的毛管压力曲线对储集层进行分类,最后基于多尺度CT扫描定量表征了3类样品的二维、三维孔隙结构特征。结果表明：研究区储集空间既有受组构控制的粒间溶孔、粒内溶孔和晶间溶孔等,又有不受组构控制的溶洞、溶缝和构造缝;喉道以缩颈、片状和管束状为主;根据毛管压力曲线特征,储集层可划分为缝洞型、孔洞型和孔隙型;缝洞型大孔隙与溶洞发育,分布均匀且连通性好,喉道粗大且数量较多,微裂缝与溶洞串接呈串珠状分布,沟通了孤立的储集空间,具有最好的储渗能力;孔洞型多尺度孔隙与溶洞发育,储集能力强,喉道粗大但数量较少,连通性较差,各储集空间无法有效沟通,渗流能力受限;孔隙型细小孔隙发育且分布不均,大部分区域被岩石骨架占据,喉道数量少且连通性极差,储渗能力弱。     

准噶尔盆地玛湖坳陷侏罗系储层

通过对玛湖坳陷侏罗系储层特征的研究,表明该区储层主要为辫状河三角洲、河流相砂体。孔隙以溶蚀孔隙、原生粒间孔隙和残余粒间孔隙为主。储集物性变化大,属中-低孔、中-低渗储层。储集性主要受成岩压实和塑性岩屑影响。最后,结合该地区评价标准,将层序D和B划分为较好储层,层序C和A为较差储层。      

多孔介质中天然气水合物稳定性的实验研究进展

勘探表明天然气水合物多产出于细碎屑沉积物中,其分布和赋存形式受温度、压力、水化学条件等多种物理化学因素的影响。前人的实验研究表明不同孔径尺度中的甲烷水合物稳定性有别于块状、层状水合物,同时孔隙表面的润湿性也是影响因素之一。在综合分析前人研究成果的基础上,系统阐述了孔隙的孔径、孔隙内表面润湿性对所含天然气水合物稳定性的影响规律,总结了可能的内在机理;并指出了当前应当尽快建立包括空间效应、温度、压力和组分等因素的综合天然气水合物相图,查明含天然气水合物沉积物的孔隙结构和表界面特征,建立天然气水合物的稳定性模型,将有助于精确预测天然气水合物的分布和规模,对于水合物开发和甲烷存储技术的研发也有着重要的意义。     

岩石颗粒胶结方式对储层岩石弹性及渗流性质的影响

为研究岩石颗粒胶结方式对储层岩石弹性和渗流性质的影响,采用过程模拟法构建了三维数字岩心,在此基础上,分别利用有限元方法和格子玻尔兹曼方法研究了胶结物均匀生长、沿孔隙生长和沿喉道生长3种胶结方式对岩石弹性和渗流特性的影响规律.结果表明:岩石颗粒胶结方式会影响岩石刚性和孔隙连通性,引起岩石弹性模量和渗透率的变化.在相同孔隙度下,胶结物沿喉道生长形成的岩石抗压性最强,渗透率最小;沿孔隙生长形成的岩石抗压性最弱,渗透率最大.3种胶结方式下,岩石弹性模量随着胶结物含量增加而增大,变化率近似相等;岩石渗透率随着胶结物含量的增加而减小,岩石渗透性对颗粒胶结方式的变化更敏感.      

中扬子地区震旦系陡山沱组页岩储层孔隙结构特征

通过氩离子抛光-SEM技术,分析了中扬子地区震旦系陡山沱组页岩储层孔隙类型、孔隙形态、孔径和面孔率特征,探讨了这些孔隙的油气地质意义。研究认为,陡山沱组页岩储层发育有机质孔隙、粒间孔隙、粒内孔隙和微裂缝4种孔隙类型。页岩孔隙形态可分为不规则多边形孔、圆形或椭圆形孔、复杂网状孔、串珠状孔、长条形孔、线状孔6种类型,其中复杂网状孔的连通性最好,有利于压差传递,可提高页岩气的解吸效率和储层的渗透率。页岩孔径为10~2 000 nm,主体范围为20~200 nm,平均面孔率为1.4%~6.2%。不同类型的孔隙能够为页岩气的赋存提供不同尺度的储集空间,微裂缝和粒间孔隙对页岩气的运移最为有利。     

川东北元坝地区须家河组储层特征与超致密成因探讨

元坝地区须家河组砂岩的致密化程度极高,以超低孔、超低渗储层为主,属于超致密砂岩。本文基于铸体薄片、阴极发光、扫描电镜和物性等资料,在对砂岩的岩石组分、孔隙类型及物性特征分析的基础上,通过与国内外典型致密砂岩对比,揭示研究区砂岩较其他砂岩致密化程度高的原因,分析超致密砂岩的勘探潜能。结果表明,研究区砂岩具有较高的塑性岩屑、碳酸盐岩岩屑和黏土杂基含量;填隙物以黏土杂基和钙质胶结物为主,较强的硅质胶结作用仅发育于石英砂岩中。孔隙多为黏土杂基晶间微孔,喉道呈窄缝状或不发育,孔喉分选差,偏细歪度。砂岩致密化程度高主要有两方面的原因:一是原始组构差,成分成熟度低,含有较高的塑性岩屑、碳酸盐岩岩屑和黏土杂基含量,导致砂岩在早成岩阶段既已经历了很强的压实作用和钙质胶结作用,致密化时间早,溶蚀作用不发育;二是成岩演化阶段高,砂岩经历了中成岩阶段的压溶及进一步的钙质/硅质胶结,使得砂岩超致密化。与国内外典型致密砂岩气藏对比表明,超致密砂岩有效孔隙少,对天然气的富集能力有限。元坝地区须家河组只有孔隙度近于8%(如长石岩屑砂岩)的砂岩才可成为有利的致密气储层。