基于数字岩心的岩石电性微观数值模拟(英文)

本文利用x射线CT获取反映岩心微观结构的三维数字岩心,利用数学形态学中的开运算模拟了岩石的油驱水排驱过程中,不同含水饱和度下油和地层水在孔隙空间中的分布。利用有限元方法计算了岩石电阻率,进而得到岩石地层因素和电阻率指数,并考查了岩石润湿性对岩石电阻率指数的影响。数值模拟结果表明：基于数字岩心的水湿岩石地层因素和电阻率指数数值模拟结果与实验结果一致,拓展了岩石电阻率实验的能力;岩石润湿性对岩石电性有重要影响,在相同含水饱和度下,油湿岩石电阻率高于水湿岩石电阻率,油湿岩石饱和度指数远大于水湿岩石饱和度指数。     

骨架导电的混合泥质砂岩通用孔隙结合电阻率模型研究

在水介质中顺序添加分散粘土颗粒、油珠、导电骨架颗粒、层状泥质,并对每一种成分进行连续积分,建立了一种适用骨架导电及含有分散粘土和层状泥质的泥质砂岩通用电阻率模型.通过对该模型的影响因素分析,发现泥质分布形式对模型计算的含水饱和度有很大影响;对应两个不同粘土颗粒电阻率或骨架颗粒电阻率的地层电导率之差,几乎与总含水饱和度无关,而对应两个不同层状泥质电阻率的地层电导率之差,随总含水饱和度增大而增大;骨架胶结指数变化对地层电导率与总含水饱和度关系曲线的影响最大,而粘土胶结指数变化对地层电导率与总含水饱和度关系曲线的影响最小;饱和度指数对地层电导率与总含水饱和度关系曲线的影响随总含水饱和度的增大而减小.通过一组骨架导电的人造岩样的试验,表明当地层水电阻率.小于颗粒电阻率时,该模型可以用于不含粘土的骨架导电的岩石.通过两组分散泥质砂岩岩样实验测量数据和一组层状泥质砂岩测井资料及实际测井资料的计算,表明本文给出的电阻率模型既适用于分散泥质砂岩地层解释又适用于层状泥质砂岩地层解释,同时,还适用于含有分散粘土和层状泥质的混合泥质砂岩地层解释.     

润湿性对岩石电性的影响

本文综述了润湿性对岩石电阻率和阿尔奇饱和度指数以及地层因素的影响,这些参数是利用电测井资料评价含油饱和度的重要参数。润湿性影响流体在孔隙中的微观分布,因而影响岩石的电阻率。阿尔奇饱和度指数ｎ在水湿地层和清洗过的岩心中,一般大约为２,在保持为原始状态、非水湿的岩心及地层中,通常大于２,在低含水饱和度的均匀油湿岩心中,ｎ可以达到１０或更大。由于在油湿岩心中,当含水饱和度低时,一部分水被不导电的油圈闭直     

曲折度电阻率模型在大庆G地区低渗储层评价中的应用

大庆G地区P油层孔渗较低、泥质含量较高,属于中低孔特低渗、高含泥储层,利用压汞实验资料对该区储层特征进行分析,研究结果表明该区储层分选性较差、孔喉不均、微观孔隙结构复杂.复杂的孔隙结构会引起导电路径的复杂化,影响储层的电性特征.经典阿尔奇公式由于没有考虑孔隙结构变化对岩石电阻率的影响,不能准确描述孔隙结构复杂的低孔、渗储层的导电规律,因而建立一种适合于低孔、渗复杂储层的电阻率模型成为当务之急.针对P油层具有更复杂的孔隙结构,本文利用曲折度岩石体积物理模型建立了岩石孔隙结构和岩石电阻率之间的联系及关系式.该式表明,孔隙度一定时,孔隙通道越弯曲,孔隙结构越复杂,孔隙曲折度越大,岩石的地层因素值也越大.为了使该关系式实用化,本文提出在曲折度电阻率模型中引入结构系数,解决孔隙曲折度的表征问题,实现对岩石孔隙结构复杂程度的定量计算,从而建立了新的地层因素公式.利用压汞和岩电等实验数据对新的地层因素公式进行验证,证实地层因素和结构系数存在着幂次关系,岩石的孔隙结构越复杂,结构系数越大,地层因素越高.针对研究区泥质含量较高、地层矿化度较低的特点,选用能够描述饱含水地层电阻率与地层水电阻率之间弯曲关系的DOLL方程作为饱和度基本方程,并将新的地层因素公式引入DOLL方程中,建立了该区低孔、渗泥质砂岩饱和度方程.实际处理结果表明,该导电模型在一定程度上考虑了孔隙结构变化对电阻率的影响,计算的含水饱和度平均相对误差小于8％,精度满足低孔、渗储层开发生产的需要.     

致密砂岩电学参数的非阿尔奇现象

致密砂岩孔喉细小,孔隙结构和孔隙表面性质复杂.深入理解电学参数变化规律对认识储层孔隙结构和含油气饱和度具有重要意义.本文选取鄂尔多斯盆地上古生界二叠系某致密砂岩气藏18块岩样,采用自吸増水法建立含水饱和度,测定岩样原地有效应力25 MPa下的电学参数,并采用压汞实验分析了岩样孔隙结构.原地有效应力下,致密砂岩的岩性系数a大于1、b小于1,胶结指数m、饱和度指数n均小于2,反映出致密砂岩的次生孔隙类型和片状孔喉特征;渗透率增加,岩性系数b缓慢增加,饱和度指数n主要介于1.0~1.5之间;在对数坐标系中,低含水饱和度阶段,部分岩石电阻率增大系数与含水饱和度的关系线发生弯曲,出现非阿尔奇现象;高含水饱和度阶段,随含水饱和度增加,部分岩石电阻率增大系数与含水饱和度RI-Sw关系线出现饱和度指数降低的非阿尔奇现象.低含水饱和度阶段,岩石孔隙表面的水润湿性是RI-Sw曲线向下弯曲的主要原因;孔喉连通性差、非均质性强的部分水湿岩石的RI-Sw曲线可能向上弯曲;致密砂岩的进汞中值压力高,孔喉非均匀性强,水在岩石中不均匀地分布,含水饱和度大于(70%~90%)后,RI-Sw曲线出现平缓折线,该阶段的n值远小于2.     

利用注聚合物泥浆伤害岩电实验参数变化评价特低渗透储层

针对鄂尔多斯盆地陕北斜坡长6特低渗透储层受聚合物泥浆伤害,微电极电阻率曲线在渗透层上的正幅度差异不明显,直观指示油气层和水层的深、中,浅探测电阻率在常规储层的有序排列基本消失.通过注聚合物泥浆驱替前后岩石电阻率与孔隙度及含水饱和度实验关系分析,驱替后岩样电阻率显著增大,岩样电阻率随含水饱和度增大而减小的基本规律不复存在.归纳其岩性系数a、电阻率系数b比驱替前大得多,饱和度指数n由正变负,反映出注聚合物泥浆驱替破坏了储层孔隙结构及其基本特征,测井中造成了范围较小的高侵和特高侵地层电阻率带.从而提出在较为致密的低渗砂、致密砂聚合物泥浆伤害储层中,利用微电极负差异及其电阻率曲线不规则增高变化划分特低渗透油层有效厚度,并以实例阐明了利用岩电实验参数变化评价特低渗透储层的方法.     

PNN测井方法的蒙特卡罗模拟结果研究

PNN（脉冲中子-中子）测井是利用He-3管记录热中子时间谱，通过获取地层宏观吸收截面来确定含水饱和度的方法.本文利用蒙特卡罗方法（MCNP-4C）模拟了不同地层水矿化度、孔隙度、饱和度和井眼等条件下的热中子时间谱，研究了地层宏观吸收截面与地层水矿化度的关系，从理论上确定PNN测井适合的地层水矿化度范围约为10～100 g/L，在地层水矿化度为50 g/L时适于测井的孔隙度下限约为10%.井眼流体不同，地层的热中子计数率不同，但对地层宏观吸收截面影响较小.利用远近探测器热中子计数比值可以确定孔隙度，并提出了根据不同岩性和饱和度的地层宏观吸收截面与孔隙度的交会图来评价骨架、含水饱和度以及确定油层、水层和气层的方法.PNN测井方法在低地层水矿化度、低孔隙度地层比其他方法具有优势.     

二维格子气自动机模拟孔隙介质的电传输特性

本文应用2-D格子气自动机模拟饱和油水两相的多孔介质的导电特性。在油水两相界面处,引入反射与透射系数来决定粒子的运动状态,通过调节反射与透射系数就可以改变油水两相的导电性差异。用模拟结果考察Archie公式的地层因素F=R0/Rw和电阻率增大系数I=Rt/R0,其中,R0为百分之百饱和水时的岩石电阻率,Rw为水的电阻率,Rt为不同流体饮和度时的岩石电阻率。结果表明F与孔隙度φ间,I与含水饱和度间都存在幂关系,并可以表示为F=aφ-m,I=bS-nw模拟结果同时证实：公式中的参数a、m的变化反映了孔隙微观结构的变化,参数b、n主要受孔隙度大小和油相分布状态的影响。     

岩石受压过程中应力反复对电阻率的影响

在岩石电阻率随压力变化的不同阶段,部份地减低轴向压力后再加压(每回总压降约为破坏应力的10%).研究这种特殊的加载方式下,即所谓应力反复对电阻率的影响.结果如下:(1)对高水饱和度岩石,随压力不断增加电阻率变化的总趋势为上升——平稳——下降的变化形态(包括饱和度为100——70%).对低饱和度岩石(实验中饱和度为70%和50%),电阻率变化的总趋势已改变.(2)对高饱和度岩石共作了十一次应力反复实验.除了水饱和度为71%的岩石在压力为30MPa 处,应力反复时电阻率无明显变化外,其余均呈现电阻率的负异常(下降幅度约2%左右),我国地电台在震前观测到的地电阻率变化以负异常为主.实验结果为解释这种负异常提供一种新的可能机制.(3)在电阻率随压力变化的下降段,特别是接近岩石破坏时,应力反复所引起的电阻率负异常与一般情况下出现的负异常相比,有以下三个特征:a)负异常的幅度要大一个数量级(约-20%);b)不仅应力下降时电阻率下降,而且应力恢复时电阻率仍然下降;c)各个方向电阻率变化的差别很大(约10%).以上这三个特征可作为岩石临近破坏的标志.而一般的电阻率负异常可能只与应力反复有关,并不意味着岩石处于临近破裂的危险状态.(4)低饱和度岩石,应力反复可能引起电阻率的正异常.作者还用      

裂缝性岩石低频下复电阻率与饱和度关系研究

储层中裂缝的发育影响着油气运移和储存,因此识别裂缝以及得到裂缝性储层的表征参数与物理性质对于预测天然气的产量有重要的意义.本文主要通过实验和数值模拟研究了低频段(100 Hz～1 MHz)内均质岩样和不同裂缝参数的裂缝性岩样的复电阻率频散特性.利用有限元模拟计算简易岩样模型的复电阻率,研究了完全饱和水状态下均质岩样与裂缝岩样复电阻率频散特性的区别.并重点研究了100 Hz、1 kHz和10 kHz下均质岩样以及不同裂缝宽度、密度、倾角岩样含水饱和度SW与电阻增大率TR、含水饱和度SW与介电常数变化率Iε的变化关系.实验结果显示完全饱含水的情况下裂缝的出现,使得岩样的复电阻率实部降低,复电阻率虚部的幅值减小;不同频率(100 Hz、1 kHz和10 kHz)下IR-SW曲线发生分离.裂缝密度和裂缝倾角的增加,导致岩样的复电阻率实部降低,复电阻率虚部的幅值减小;并使得不同频率下的IR-SW和Iε-SW分离程度变大.讨论了阿尔奇公式中饱和度指数n与系数b以及仿阿尔奇公式中介电饱和度指数n '与系数b与裂缝参数的关系,说明在高含水饱和度时,导电与介电的幂指数规律基本一致.通过对裂缝性岩石上述参数的研究,为多频复电阻率测井仪的研发提供理论与实验支撑,进而提高裂缝性储层含气性识别以及定量评价含气饱和度的可靠性.     

Experimental research on the rock electrical parameter dispersion properties in the displacement process

Based on experiments on rock electrical parameter dispersion properties in both water displacing oil and oil displacing water processes, it is found that the frequency dispersion properties of electrical parameters in water-bearing rocks are quite different from those in oil-bearing rocks. Oil saturation can severely impact the rock electrical parameter dispersion properties and as the oil saturation increases, the properties are more distinguishing. The variation of formation water salinity has a significant effect on the rock resistivity, hence the modulus of the rock complex resistivity varies with water saturation and a U-shaped curve occurs over a single frequency, just like the normal resistivity. However, the effect of formation water salinity on the rock frequency dispersion is less than that of oil saturation. As a result, the rock electrical parameter dispersion properties will have a significant potential of application in the evaluation of watered-out zones as well as identification of oil-bearing zones and water-bearing zones.     

阿尔奇公式的适用性分析及其拓展

阿尔奇年代的储层孔隙结构简单,岩石孔隙可以被实验电解质完全充填,随着油气田勘探开发的逐步深入,对储层孔隙结构复杂程度的认识更加深入.发现岩石孔隙不仅有有效孔隙,也有无效孔隙.不仅有效孔隙导电,无效孔隙也导电,某些岩石骨架同样也导电.如何去除无效孔隙和其他各类岩石附加导电现象的影响,正确评价有效孔隙的贡献往往令人困惑.笔者发现：通过岩石电阻率计算地层因数只是在没有岩石附加导电环境下的特殊应用,在更为普适的条件下,地层因数实质是借助岩石电阻变化率反映孔隙连通性的重要参数.与物理学位移、速度的关系类似,电阻率和电阻变化率之间同样有着密切关系.这一观点的提出为在复杂孔隙结构条件下评价储层孔隙有效性提供了手段.     

饱水和排水过程中岩石电阻率各向异性特征的电阻率成像法研究

从电阻率的角度研究岩石裂隙介质的各向异性特征是一种方便而有效的方法,但多限于空间单个点上的测量数据分析.通过在砂岩岩样上的饱水与排水实验以及同步进行的高密度电阻率成像监测,探讨了应用高密度电阻率成像法获得图像研究岩石各向异性特征的可能性,分析了饱水与排水过程中岩石电阻率在不同方向上的响应特性.结果表明,电阻率成像法在分析岩石裂隙介质的各向异性方面具有多方向成像和动态监测的优点,可以通过对不同方向上获得的电阻率图像的分析,提取出岩石沉积结构的空间分布模式,清晰地反映出岩石在饱水和排水过程中电阻率变化空间分布模式的各向异性特征.     

地电阻率与水位关系的机理分析

从地电阻率的观测理论出发, 指出地电阻率场地的电性结构、 岩石的饱和度和孔隙度决定了地电阻率和水位的关系。 在长期的观测资料基础上, 通过实例系统地分析了地电阻率和水位的关系, 给出了不同层位的水位变化和不同方式的水位变化对地电阻率观测结果的影响, 认为非构造水位变化与地电阻率的关系主要取决于表层土壤或岩石的水饱和度, 构造水位变化与地电阻率变化存在明确的相关关系, 从而进一步探讨了与前兆异常有关的水位和地电阻率变化。     

单轴压缩下多裂隙含水岩样电阻率变化与体积应变

在单轴压缩下,对经过高温焙烧的含水辉长岩进行了轴向和径向电阻率变化以及体积应变的同时连续测量.结果表明,在完全饱和前的非弹性压缩阶段,电阻率随压应力增高而降低;在完全饱和的弹性压缩阶段,电阻率升高;在非弹性的体积膨胀阶段,电阻率继续上升.从Archie 公式出发,通过近似分析,导出了电阻率变化和体积应变的关系式.实验结果和近似分析定性上相附.本文的主要结果是发现含水岩样在膨胀阶段电阻率的升高,初步认为这是由于热开裂的张开,降低了饱和度的结果.      

饱和多相流体岩石电性的格子气模拟

利用计算机建立具有不同骨架颗粒形状和不同孔隙度的孔隙介质模型,采用格子气自动机方法模拟孔隙介质在油水饱和度不同的情况下电的传输特性,揭示了流体饱和度与介质电阻率之间呈现非阿尔奇现象的本质原因. 本文发现饱和度指数是饱和度和孔隙度的函数,反映了孔隙介质导电路径的复杂程度随饱和度变化而变化的情况,而不是传统地认为饱和度指数是流体分布状态的反映. 并得到新的饱和度计算公式. 以某油田为例,将计算的饱和度结果与实际岩芯实验的结果作对比,说明新公式的有效性.