青藏高原冻土区天然气水合物地层的岩石物理分析

为了获得青藏高原冻土区天然气水合物地层的物性特征,采用岩石物理方法进行分析.首先,对青藏高原冻土区DK-1、DK-3和DK-4三个井孔制作了速度密度交会图,并比较了不同岩性水合物地层的差异.其次,基于DK-1和DK-4含水合物粉砂岩层段的测井数据,提取了水合物地层骨架的物性参数,包括纵波速度、横波速度、密度、体积模量和剪切模量.最后,依据水合物地层各主要成分的物性参数,建立了基于K-T方程的岩石物理模型和区分填充模式的岩石物理模型,将两类模型的速度曲线分别与实际地层数据进行了对比,并分析了模型与实际地层的近似程度,发现填充模式Ⅱ的水合物岩石物理模型更符合实际情况.冻土区水合物地层具有速度大、密度小的特征,砂岩水合物地层相比泥岩地层在速度和密度方面更具规律性,DK-4井孔165.80~166.35 m层段中水合物作为岩石骨架的一部分更能反映其物性特征.     

祁连山冻土区孔隙型水合物地层速度估算方法研究

水合物地层弹性波速度的准确计算对于水合物地球物理方法的探测与识别至关重要.本文针对祁连山冻土区孔隙充填型水合物,分析了水合物赋存于地层岩石孔隙中的分布状态与水合物饱和度的关系,利用基于等效介质理论的弹性波速度模型研究了水合物储层弹性波速度与水合物饱和度的变化关系.研究表明:水合物的微观分布模式与岩石孔隙中水合物的多少关系密切,可用水合物饱和度来表征;水合物饱和度对于水合物地层弹性波速度的影响可视为简单的线性关系,建立了祁连山冻土区的水合物储层正演模拟弹性波速度模型(模型X);利用研究区不同的水合物储层模型,验证了模型X能够有效评价孔隙型储层的弹性波速度变化特征.研究结果可为祁连山冻土区水合物地震勘探与地层测井评价提供理论依据和技术支撑.     

天然气水合物地层岩石物理模型构建

天然气水合物地震反射特征的识别和物性信息的定量提取存在多解性与不确定性,岩石物理模型是将水合物地层地球物理观测值地震信息定量转化为物性信息的桥梁,而传统的岩石物理模型少有对微观孔隙结构和孔隙充填水合物剪切性质的描述.文章针对孔隙充填和颗粒支撑两种微观分布模式的水合物地层,重点考虑水合物地层的微观孔隙结构以及水合物的剪切性质,基于等效介质理论定量描述地层矿物组分特征和孔隙连通性及形状,利用斑块饱和理论和广义Gassmann理论定量描述孔隙充填水合物的剪切性质,在此基础上构建了两种模式水合物地层的岩石物理模型,揭示了水合物地层宏观弹性性质与微观物理性质之间的定量关系.数值研究发现,纵横波速度比随孔隙度和水合物饱和度增大而减小;颗粒支撑模式地层的纵横波速度对水合物含量较为敏感,且孔隙越狭长,敏感性越高;孔隙充填模式地层的纵横波速度比在高水合物饱和度时对水合物组分剪切性质的敏感性更高.实验数据和神狐海域的实际资料应用结果表明,岩石物理模型可有效地计算水合物地层宏观弹性性质与微观物性特征之间的定量关系,提供常规测井中缺乏的横波速度信息,确定对水合物含量指示能力较强的弹性参数,可以根据实际数据求取水合物饱和度、孔隙纵横比等物性参数,为天然气水合物地层的定量解释和资源评价提供理论依据和数据支持.     

海洋天然气水合物的地球物理研究(Ⅰ)：岩石物性

本文综述了含水合物沉积物的岩石物性模型，讨论水合物饱和度与岩石物性的关系，关于纵波速度与水合物饱和度的关系，有一些简单模型，如孔隙度降低模型，时间平均方程、时间平均－Wood加权方程，也有复杂模型，如根据弹性模量计算的模型、根据等效介质中地震波传播理论的模型，本文还介绍了含水合物沉积物的电阻率、电导率模型与含注重气沉积物的岩石物性。     

天然气水合物赋存形态识别及其饱和度预测

含水合物储层纵横波速度不仅与天然气水合物饱和度有关,还取决于水合物的赋存形态.本文基于考虑水合物微观形态的岩石物理模型预测了水合物海脊1247B和1250F井位的水合物饱和度,并与核磁共振——密度孔隙度评价的饱和度进行比较,以确定水合物在沉积物中的存在形态.而且对比了有效介质模型、改进的Boit-Gassmann模型和简化的三相方程在同一赋存形态下预测的饱和度,以此探究三种模型在含水合物储层定量评价中的适用性.对比预测结果显示,1247B和1250F井位的天然气水合物主要以骨架支撑形态存在.虽然各岩石物理模型在含水合物层段预测趋势一致,但是,相对于简化三相方程预测结果而言,有效介质模型和改进的BiotGassmann模型能更准确预测出海底沉积物中水合物饱和度,并且在同一种模型中纵横波速度联合反演比单纵波预测的水合物饱和度更合理.     

致密砂岩气藏裂隙-孔隙型弹性岩石物理模板研究:以川西坳陷A区为例

相对于常规砂岩,致密砂岩在岩石物理性质、力学性质等方面具有明显差异,并呈现出很强的非均质性.岩石物理模型能将储层参数与地震特性信息联系起来,因此可以作为致密砂岩储层参数与地震特性信息转换的桥梁.常规的岩石物理模型通常只考虑单一因素(例如非均匀性,单一孔隙,单一尺度等),建立的岩石物理模板并不适用于致密砂岩.本文针对高饱和气、微裂隙发育、非均质性强的致密砂岩储层,利用Voigt-Reuss-Hill模型计算混合矿物的弹性模量,采用微分等效介质(DEM)模型描述含裂隙、孔隙岩石的骨架弹性模量,基于Biot-Rayleigh波动方程构建了岩石物理弹性模板,给出了致密砂岩储层弹性参数与物性的关系.基于测井数据和实验数据对岩石物理弹性模板进行校正,并将校正后的岩石物理弹性模板结合叠前地震资料应用于川西地区储层孔隙度与裂隙含量预测.结果显示,反演裂隙含量、孔隙度与储层试气报告、测井孔隙度基本吻合,表明该模板能够较合理地应用于致密砂岩储层孔隙度及裂隙含量解释中.     

含天然气水合物储层衰减岩石物理研究进展

衰减是储层的重要基础物性,正确认识天然气水合物储层的吸收衰减机制对于准确预测水合物饱和度具有重要意义.天然气水合物以不同形态赋存在粗粒砂岩或细粒黏土质沉积物中,而这两种水合物储层对应的衰减特征存在显著差异.为了阐明其内部的衰减机理,近年来学者们提出了多种岩石物理模型.其中,砂岩水合物层的衰减模型大致有两类,其中一类以三相Biot理论为基础,模型中包含多种描述水合物颗粒与砂岩颗粒间接触作用的衰减机制,如颗粒胶结、摩擦、微裂隙导致的喷射流等.这类模型可以较合理地再现实际声波测井资料中衰减随水合物饱和度增加而增加的情况,但在地震频段无法产生有效的衰减强度.另一类模型的衰减主要以等效颗粒模型所描述的水合物内部孔隙水与自由孔隙水之间的交换作用为主导,其能够解释砂岩水合物在地震频段的衰减现象.黏土质沉积物中的水合物衰减研究则是首先基于等效颗粒模型模拟黏土矿物附着水的衰减机制建立背景沉积物的衰减模型;接着在其基础上通过量化纯水合物的物性和水合物赋存对背景沉积物性质的改变来完成建模.该模型也已成功应用于地震频段的反射地震资料中.以上衰减模型的提出使水合物的衰减研究取得了实质性进展,使研究人员能够定量化...     

岩石的等效孔隙纵横比反演及其应用

通过融合Gassmann方程和由微分等效介质理论建立的干岩石骨架模型--DEM解析模型,本文提出根据纵波(和横波)速度反演岩石等效孔隙纵横比进行储层孔隙结构评价和横波速度预测的方法.首先,利用Gassmann方程和DEM解析模型建立岩石的纵、横波速度与密度、孔隙度、饱和度和矿物组分等各参数之间的关系;其次,将岩石孔隙等效为具有单一纵横比的理想椭球孔,应用非线性全局寻优算法来寻找最佳的等效孔隙纵横比使得理论预测与实际测量的弹性模量之间的误差最小;最后,将反演得到的等效孔隙纵横比代入到Gassmann方程和DEM解析模型中构建横波速度.实验室和井孔测量数据应用表明,反演得到的等效孔隙纵横比可准确反映储层的孔隙结构,对于裂缝型储层如花岗岩,其孔隙纵横比通常小于0.025,而对于孔隙型储层如砂岩,其孔隙纵横比通常大于0.08.只利用纵波与同时利用纵、横波反演得到的孔隙纵横比结果几乎完全一致,而且由纵波构建的横波与实测横波吻合良好,说明本文提出的等效孔隙纵横比反演及其横波速度预测方法是有效的.     

碳酸盐岩孔洞储层地震岩石物理建模及应用

碳酸盐岩组成复杂,储集层空间类型多,储层参数的规律性较差,AVO响应特征弱,尤其是孔隙形状对弹性参数的影响不可忽略.针对碳酸盐岩储层的特点,基于自洽模型和微分等效模型构建了多孔隙结构条件下多相介质的碳酸盐岩岩石物理模型.按照各相介质体积含量由小到大的顺序,先利用自洽模型计算孔隙度为50%时的双相等效介质,再通过微分等效模型将孔隙度调整至实际孔隙度,计算实际孔隙条件下的双相介质等效体,重复迭代该过程,最终构建出与实际岩石等效的介质体,计算获得等效岩石的弹性模量参数.通过实验对比了自洽模型、微分等效模型与自洽-微分等效模型的岩石弹性模量与孔隙度、孔隙纵横比之间的适用性规律.最后基于四川龙岗飞仙关组实际测井资料,结合自洽-微分等效模型进行了目标地层的横波预测.结果显示该模型的横波预测效果相对Xu-Payne模型预测,两者预测曲线比较接近,但在形态上更接近实际横波.SCA-DEM模型在孔隙度和孔隙纵横比上具有更好的适应性,为碳酸盐岩孔洞型储层的岩石物理建模提供了一种新参考.     

小生境遗传算法在地震CT中的应用研究

针对含单相饱和流体的孔隙介质,综合费马原理、等效孔隙介质理论、Radon变换等,提出了基于地震CT技术求解速度、孔隙度和岩石密度的小生境多参数反演算法．以此为基础,经过改进,形成了物性参数的隔离小生境反演算法．理论分析与实例计算结果表明,该方法简化了波在层状介质中的传播方程,具有一定的实用价值,可以有效解决井间测井地层问题,获得较高精度的地层物性参数;而且模型简单,有精度高、多峰优化等特点,可用于地下层状介质中油气的寻找,满足油气预测与勘探开发的要求．     

含天然气水合物沉积物的岩石物性模型与似海底反射层的AVA特征

研究含天然气水合物沉积物的岩石物性模型与似海底反射层的振幅随入射角变化(AVA)特征. 基于时间平均-Wood加权方程、三相介质波传播理论模型和弹性模量模型,计算并阐述含天然气水合物岩石弹性参数与水合物饱和度、含游离气岩石弹性参数与游离气饱和度的关系;给出不同模型AVA特征. 结果表明,不同天然气水合物饱和度、不同游离气饱和度的各种组合呈现形态相似但反射系数值不同的AVA特征.     

基于等效Thomsen参数的P-SV波AVO属性研究

在等效Thomsen各向异性参数的P-SV波反射系数近似公式基础上研究了反射系数的多种AVO(振幅随炮检距变化)属性特征,针对不同的属性特征构建了多属性AVO交绘图;并利用反射系数公式对三类含气砂岩AVO的特征进行分析.结果表明P-SV波反射系数公式可以有效的区分第三类含气砂岩;岩石的孔隙度、流体饱和度等信息是影响地震波AVO的重要因素.利用Gassmann方程进行了对上层为HTI介质,下层为孔隙储层的介质模型进行了流体替换计算,分析了孔隙度、含气饱和度和各向异性参数变化对地层AVO的影响.     

复杂孔隙储层三维岩石物理模版

复杂孔隙储层往往同时发育孔缝洞等多种孔隙类型,这种孔隙结构的复杂性使得岩石的速度与孔隙度之间的相关性很差.经典的二维岩石物理模版只研究弹性参数与孔隙度和饱和度之间的定量关系,而不考虑孔隙结构的影响,用这样的模版来预测复杂孔隙储层的物性参数时带来很大偏差.本文首先证明多重孔隙岩石的干骨架弹性参数可以用一个等效孔隙纵横比的单重孔隙岩石物理模型来模拟;进而基于等效介质岩石物理理论和Gassmann方程,建立一个全新的三维岩石物理模版,用它来建立复杂孔隙岩石的弹性性质与孔隙扁度及孔隙度和饱和度之间的定量关系;在此基础上,预测复杂储层的孔隙扁度、孔隙度以及孔隙中所包含的流体饱和度.实际测井和地震反演数据试验表明,三维岩石物理模版可有效提高复杂孔隙储层参数的预测精度.     

海洋含水合物沉积层的速度频散与衰减特征分析

随着水合物含量的增加,往往会引起纵、横波速度的增加,同时也会引起衰减的变化.针对含水合物沉积层的速度频散与衰减特征分析,有助于水合物含量的估计.本文以有效介质理论模型(EMT)为基础,研究了海洋未固结含水合物沉积层的纵、横波速度的非线性变化趋势.同时采用BISQ模型替代有效介质模型中的Gassmann方程,具体分析了全频带范围内海洋含水合物沉积层的速度频散与衰减特征.采用该模型,速度与衰减均随着水合物含量的增加而增加,且岩石孔隙度与泥质含量对衰减系数的影响较小.针对大洋钻探计划(ODP)164航次的实际数据,运用该模型方程计算采用声波测井数据(20kHz)与VSP数据(100Hz),分别获取了水合物稳定带的饱和度数据,平均在5%~7%之间,由于速度频散的影响,VSP估算结果要弱低于声波测井估算数据,均与实测保压取芯的甲烷含量数据、他人研究成果以及神经网络趋势预测结果均有着较好的一致性.对南海神狐海域三口钻位开展了水合物含量预测,与保压取芯结果有着较好的吻合关系.同时基于层剥离法提取该区域某地震测线BSR层的等效Q值,采用本文方法估算了该区域的等效天然气水合物含量15%~30%.数值模拟与实际应用结果表明:含水合物沉积层的速度频散与衰减特征均随着水合物含量的变化而变化,联合利用这一些变化特征,有助于天然气水合物含量的估计.     

模拟天然气水合物的岩石物理特性模型实验

针对水合物沉积的悬浮、颗粒接触和胶结三种微观模式,制作一组微弱胶结非固结高孔隙度人造样品和颗粒填充渐变的三维物理模型. 通过物理模型实验研究天然气水合物物性参数的敏感性. 实验结果表明：在弱颗粒间胶结物和低有效应力的固结差的沉积物中,声波对孔隙流体性质较敏感. 随着温度的降低颗粒胶结,改变原有沉积物的岩石物理特性,速度、弹性模量和频率升高,声波衰减和Vp/VS减小,沉积层内的反射波消隐.     

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.     

基于页岩岩石物理等效模型的地应力预测方法研究

地应力的精确预测是对页岩地层进行水平井钻井轨迹设计和压裂的基础.本文在分析页岩构造特征的基础上,提出了适用于页岩地层的岩石物理等效模型的建立流程,并以此为基础实现了最小水平地应力的有效预测.首先,通过分析页岩地层的矿物、孔隙、流体及各向异性特征,将其等效为具有垂直对称轴的横向各向同性介质,进行了页岩岩石物理等效模型的构建;然后建立了页岩地层纵横波速度经验公式,并将该经验公式与岩石物理等效模型均应用于实际页岩工区的横波速度预测中,二者对比表明,本文中建立的页岩气岩石物理等效模型具有更高的横波预测精度,验证了该模型的适用性;最后,利用该模型计算各弹性刚度张量,进而实现了页岩地层最小水平地应力的预测,与各向同性模型估测结果对比表明,该模型预测的最小水平地应力与地层瞬间闭合压力一致性更高,且储层位置更为明显,具有较高的实用性.     

基于等效介质理论的煤层气储层岩石物理建模与应用

地震岩石物理建模作为表征油气储层物性参数与地震参数间映射关系的主流工具,鲜有应用于煤层气储层,关键制约因素在于煤层气储层特有的吸附气和双重孔隙的等效计算问题尚未有效解决.为此,本文将吸附气视为类似煤基质的固相,将双重孔隙分解为基质孔隙和裂隙两部分;尝试利用自相容近似模型计算煤基质、吸附气和基质孔隙混合后煤基质干骨架的等效纵、横波速度,通过Mori-Tanaka模型和Brown-Korringa各向异性流体替换理论加入裂隙和流体,以此构建煤层气储层岩石物理模型.在此基础之上,通过正演模拟分析基质孔隙参数、吸附气含量以及裂隙参数的等效纵、横波速度响应;基于模型反演基质孔隙和裂隙参数,并将基于模型预测的纵、横波速度与实测数据对比,论证所构建的煤层气储层岩石物理模型的合理性.进一步通过制作岩石物理量版,探讨煤层气"甜点区"界定的两个关键参数——吸附气含量和脆性指数与储层物性参数(基质孔隙度、裂隙孔隙度)以及地震参数间的关系.结果表明:吸附气含量的变化引起的纵、横波速度、纵横波速度比和纵波阻抗变化微弱,引起的流体因子参数(λρ和μρ)变化略显著;基质孔隙度变化引起的地震参数响应显著强于吸附气含量;裂隙孔隙度与两种脆性指数间均具有明显的负相关性,可认为是煤层气储层脆性的主要影响因素.     

骨架、流体信息反演统计方法应用

地震数据资料、岩石物理学和数学上统计方法的结合,有助于定量解析地震数据资料,减少岩石骨架、流体信息预测的风险性.本文基于典型砂岩样品(韩德华的P组砂岩样品)数据,把临界孔隙流体介质模型和数学统计方法相结合,从可测的岩石整体密度速度信息直接反演岩石骨架和流体的密度、速度信息,所得反演信息符合实际情况,证明了方法的可行性....     

基于叠前地震数据和岩石物理的游离气定量估算方法——以印度Krishna-Godavari盆地NGHP01-10A井为例

天然气水合物稳定带下方游离气分布模式、气体含量及其对水合物富集成藏的指示是水合物研究中的难点,而利用振幅随偏移距变化(Amplitude Versus Offset,AVO)与岩石物理模型能够对游离气含量进行地震定量解释.我们对印度Krishna-Godavari(K-G)盆地的地震资料进行了叠前保幅处理,在测井数据和层位标定的基础上,基于等效介质岩石物理模型和AVO正演模拟定量估算了NGHP01-10A井的游离气饱和度,发现水合物下方的游离气饱和度与其分布模式有关.游离气呈均匀分布时饱和度为孔隙空间的0.3%~0.4%,而块状分布时为3%~4%,该结果与NGHP01-10D实测计算的泊松比交汇分析结果吻合很好.最后再根据干燥岩石骨架的泊松比反演结果进一步判断游离气分布为均匀分布,其饱和度为0.3%~0.4%.