流体体积模量计算方法研究

Wood模型、Patchy模型、Domenico模型及Brie的经验公式是常用的流体体积模量计算模型,目前低孔低渗或致密储层一般采用Brie的经验公式来计算流体体积模量.通过深入研究这几种模型,计算出流体体积模量的上下界,将上下界分别带入Gassmann方程反推出Brie干岩石剪切模量模型指数值范围,从指数范围内寻找一个最优值,使得纵横波预测误差最小,这个最优值即为剪切模型中的指数值.Brie剪切模型中采样点的指数值为固定值,将该固定值表示为随深度变化的变量,优化了Brie干岩石模量的计算方法.将优化后的Brie干岩石模型与Gassmann方程相结合反推出流体的体积模量.本文对Weyburn油田常规储层、胜利油田低孔低渗储层及苏里格气田致密储层进行研究,得出如下结论:(1)流体体积模量除了受各相流体的体积模量、含水饱和度、压力的影响外,还与孔隙的连通程度有关,即在有效压力不大的情况下,流体体积模量随含水饱和度的变化规律主要是连通性决定的;(2)低孔低渗、致密储层流体体积模量岩石物理模型与常规储层有很大的区别,Wood模型适用于常规储层流体体积模量的计算,而Wood模型和Domenico模型相结合的形式适用于低孔低渗和致密储层流体体积模量的计算.     

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.     

基于自相容近似的致密储层岩石物理建模

致密储层在油气勘探开发中越来越受到人们的重视.致密储层具有低孔低渗的特征,我们在分析致密储层孔隙特征的基础上考虑了基质固体颗粒的影响.在不知道基质颗粒几何细节的情况下,HS界限和VR界限只能给出基质模量的近似取值范围.为了更加精确计算岩石弹性模量和速度,需要考虑固体颗粒几何形状的影响.基于自相容近似,我们给出了一个新的模型S-S模型,该模型同时考虑了孔隙形状和固体颗粒形状对岩石纵横波速度的影响.通过实例应用,发现考虑固体颗粒形状的影响可以提高横波速度预测精度,验证了新模型的适用性.     

阿姆河右岸麦捷让地区碳酸盐岩储层流体检测研究

阿姆河右岸麦捷让地区碳酸盐岩气藏非均质性强,储层横向厚度变化大,前期研究多结合地震波场模拟进行储层预测,气藏流体检测工作较少,新钻井情况表明内部流体关系复杂,需要开展流体检测工作对气藏内部流体分布进行全面认识.本文从岩石物理模型入手,分析石灰岩纵横波速度、弹性参数与岩石基本性质之间的定量关系,寻找对流体敏感的弹性属性,认为纵横波速度比能较好地识别气水分布.通过测井弹性参数交会和流体替换,以实际资料验证岩石物理分析结果并选择气藏敏感参数,建立了适合本地区的气藏预测模版.利用叠前时间偏移得到的共反射点道集,开展三维叠前同时反演,利用反演结果进行了储层流体识别.预测结果与验证井吻合良好,且含气分布范围揭示了两个气藏存在.     

部分饱和砂岩储层地震物理模拟及含气饱和度预测分析

含气饱和度预测是天然气储层地震解释工作的重要目标.本文将岩石物理分析与地震物理模拟技术相结合,构建了部分;饱和砂岩储层物理模型并进行含气饱和度预测分析.物理模型中设置了高孔渗常规砂岩和低孑孔渗致密砂岩两种模拟储层,每种储层都是由具有不同含水饱和度的气-水双相饱和砂体组成.岩石物理分析结果显示在低孔渗致密砂岩中气-水混合流体更加倾向于非均匀的斑块分布,而结合了Brie等效流体公式的Gassmann流体替换理论可以更准确地描述纵波速度随含水饱和度的变化趋势.对物理模型进行地震资料采集处理后,对比了AVO特征和叠前同步反演结果对两种砂岩储层含气饱和度预测能力的差异.AVO特征结果显示,对于混合流体均匀分布的高孔渗砂岩储层,AVO响应曲线和属性变化很难对含气饱和度进行估算;对于混合流体斑块分布的致密砂岩储层,AVO特征可以定性地分辨出储层是否为高、中、低含气情况.反演结果显示,密度及纵横波速度比分别对高孔渗及致密砂岩储层的含气饱和度有着较好的指示能力.     

有效应力变化对致密砂岩孔隙结构及弹性波响应的影响规律

致密砂岩气藏具有裂缝发育和有效应力高的特征,研究不同有效压力下孔、裂隙介质地震波传播特征,有利于地震解释与地下储层的识别.但是前人的研究较少考虑岩石内部微观孔隙结构特征与孔隙、裂隙间流体流动的关系.本文首先通过选取四川盆地典型致密砂岩岩样,在不同有效压力下对岩石样本进行超声波实验测量.然后基于实验测得的纵、横波速度进行裂隙参数反演,得到不同有效压力下致密砂岩样本的裂隙孔隙度.再将裂隙孔隙度和样本岩石物理参数代入双重孔隙介质模型,模拟得到不同有效压力下饱水致密砂岩样本纵横波速度频散和衰减的变化规律.结果表明模型预测的速度频散曲线与纵波速度实验测量结果能够较好的吻合.最后统计分析了致密砂岩裂隙参数,得到了致密砂岩储层裂隙参数随有效压力及孔隙度变化特征.依据实际岩石物理参数建立模型,其裂隙参数三维拟合结果能够较好描述致密砂岩裂隙结构与孔隙度、应力的关联,可为实际地震勘探中预测储层裂缝性质提供基础依据.     

饱和多相流体岩石导电规律的数值实验

储层储量评价是石油勘探开发中的关键问题,而饱和多相流体岩石的电传输特性是储层储量评价的基础.通常这种电传输特性表现为Archie公式,但是在低孔、低渗复杂储层的研究中发现大量不符合Archie公式的非Archie现象.针对这一问题,利用数值模拟的方法,从微观角度研究孔隙结构、流体特性等因素对电传输特性的影响,揭示非Archie现象的成因.研究表明Archie公式中的饱和度指数是饱和度、孔隙度的函数,通过结合岩石物理实验,提出新的岩电关系模型,新模型与实验数据吻合得很好,表明新模型的有效性.     

储层参数岩石物理反演在“甜点”储层预测中应用研究——以W17油田为例

乌石凹陷流砂港组地层岩石粒度变化大,低孔、低渗目标占比近50%,"甜点"储层预测是实现油田经济开发的关键因素,而储层孔隙度、黏土杂积含量评价是"甜点"储层预测的核心问题.本文应用一种新的直接求解包体理论岩石物理方程的储层参数反演方法来进行"甜点"储层评价,该反演方法基于约束最小二乘与信赖域算法直接求解有效介质包体理论岩石物理方程,能够关联弹性参数与储层参数之间的高阶变化,可反演地质体孔隙度、黏土含量空间细节变化特征,通过孔隙度、黏土含量双参数约束实现"甜点"储层分布评价.本文以W17油田为例,首先通过岩石物理分析明确常规储层与"甜点"储层的岩石物理规律;然后运用相控叠前地质统计学反演技术得到高分辨率敏感弹性参数体;最后开展孔隙度、黏土含量储层参数岩石物理反演和"甜点"储层预测.通过与当前业界常用的基于统计关系的地质统计学协模拟储层参数评价方法结果进行对比得到,本次研究应用的储层参数岩石物理反演方法得到的地质体内部细节丰富,盲井预测孔隙度及黏土含量参数精度提高,具有精细刻度储层内部的参数变化,保持弹性反演的分辨精度等优势,有利于解决"甜点"储层连通性及非均质性评价等难点问题.     

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.     

南堡凹陷4号构造沙一段叠前优势储层预测

南堡凹陷4号构造沙一段砂、泥岩纵波阻抗叠置严重,利用叠后纵波阻抗反演难以有效预测优势储层砂岩分布.为此,本文综合运用岩石物理分析、叠前同时反演和岩性与流体概率分析技术对南堡4号构造沙一段优势储层砂体进行预测.在测井资料预处理的基础上,通过岩石物理建模正演估算横波速度,并建立岩石物理量版,确定优势储层砂岩的敏感参数;再利用叠前同时反演技术对优势储层进行预测,获得纵波阻抗、纵横波速度比和密度数据体;最后应用贝叶斯岩相与概率分析技术将纵波阻抗和纵横波速度比数据体转化为易于分析的砂岩概率体和优势储层砂岩概率体.经实钻结果检验,预测结果与井实测结果吻合度高,表明叠前预测结果真实、可靠;同时结合研究区构造特征,揭示出NP4-55井东南部和PG1井区为沙一段有利开发目标区.     

含流体砂岩地震波频散实验研究

为了研究孔隙流体对不同渗透率岩石地震波速度的影响,在实验室利用跨频带岩石弹性参数测试系统得到了应变幅值10-6的2~2000Hz频段下的地震波速度和1 MHz频率下的超声波速度,利用差分共振声谱法得到了频率600Hz岩石干燥和完全饱水情况下岩石声学参数.实验表明,在低饱和度下,致密砂岩在地震和超声频段下没有明显的频散;在高饱和度下纵波速度的频散变得明显.从干燥到完全水饱和条件,不同频率测量的致密砂岩的体积模量随岩石孔隙度增高而降低,且体积模量的变化量受岩石微观孔隙结构的影响较大.高孔、高渗砂岩无论在低含水度下还是在高含水饱和度下频散微弱,并且在地震频段下围压对于岩石纵横波速度的影响要大于频率的影响.高孔、高渗砂岩和致密砂岩不同含水饱和度下的频散差异可应用于储层预测,油气检测等方面,同时该研究可以更好地帮助理解岩石的黏弹性行为,促进岩石物理频散理论的发展,提高地震解释的精度.     

基于常规测井数据的纵波本征衰减估计

地震波本征衰减反映了地层及其所含流体的一些特性,对油气勘探开发有重要意义.已有的理论研究与实验发现,地震频带内的衰减主要与中观尺度(波长与颗粒尺度之间)的斑状部分饱和、完全饱和岩石弹性非均匀性情况下波诱导的局部流体流有关.这种衰减与岩石骨架、孔隙度及充填流体的性质密切相关.本文着重讨论均匀流体分布、斑状或非均匀流体分布两种情况下部分饱和岩石的纵波模量差异.以经典岩石物理理论和衰减机制认识为基础,通过分析低频松弛状态、高频非松弛状态岩石的弹性模量,讨论储层参数(如孔隙度、泥质含量以及含水饱和度等)与纵波衰减之间的确定性关系.上述方法与模型在陆相砂泥岩地层与海相碳酸盐岩地层中的适用性通过常规测井资料得到了初步验证.     

不同压力下部分饱和砂岩纵波衰减的理论及实验研究

深入了解不同压力、频率、流体含量和流体分布对岩石中弹性波传播特性的影响,对指导油气勘探开发具有重要意义.不同尺度下的波致流效应,是声波传播过程中产生速度频散和衰减的重要原因.本文以不同压力下水饱和区域改进的骨架模量为纽带,建立了联合介观尺度斑块饱和效应与微观尺度喷射流效应的部分饱和岩石声学理论模型.开展针对性声学实验,根据不同压力下部分饱和砂岩纵波速度测量数据,确定理论模型中的相关参数,从而实现对不同压力下部分饱和岩石纵波衰减的定量表征.在此基础上,通过理论与实验测量的纵波衰减的对比,分析不同压力、含水饱和度以及频率对岩石纵波衰减的影响.研究结果表明,在较低压力,较高含水饱和度以及较高频段,喷射流效应较强,因此新建模型计算的衰减明显大于斑块饱和模型的衰减.由于新建模型体现了斑块饱和效应与喷射流效应的综合影响,相比于斑块饱和模型,新建模型计算的部分饱和岩石的纵波衰减更接近于实测衰减,但受到岩石自身因素影响,新建模型计算的衰减仍略小于实测衰减.     

热处理对致密岩石物理性质的影响

致密气藏低孔低渗和超低含水饱和度等特征使其潜在水相圈闭损害严重,致密天然气产出表现为多尺度特征.选取泥页岩、致密砂岩和致密碳酸盐岩岩心,开展了100~600℃高温处理对岩心渗透率、孔隙度、重量、长度、直径和声速的影响实验.实验结果表明,碳酸盐岩、致密砂岩和泥页岩的热开裂阈值分别在300~400℃、300~500℃和500~600℃;高温处理后,岩心重量和密度降低,体积增加,泥页岩岩心孔隙度和渗透率提高幅度最显著,600℃处理后声波时差比常温时岩心声波时差提高了1.3倍.热处理消除了水相圈闭和粘土矿物膨胀损害,提高岩石孔隙度和渗透率,恢复或改善致密储层多尺度传质,有利于致密天然气资源开发,但同时高温使岩石破裂,扩展天然裂缝或产生新裂缝,导致工作液漏失,因此,热致裂给勘探开发致密天然气提出了机遇与挑战.     

A physical model for shear-wave velocity prediction1

The clay-sand mixture model of Xu and White is shown to simulate observed relationships between S-wave velocity (or transit time), porosity and clay content. In general, neither S-wave velocity nor S-wave transit time is a linear function of porosity and clay content. For practical purposes, clay content is approximated by shale volume in well-log applications. In principle, the model can predict S-wave velocity from lithology and any pair of P-wave velocity, porosity and shale volume. Although the predictions should be the same if all measurements are error free, comparison of predictions with laboratory and logging measurements show that predictions using P-wave velocity are the most reliable. The robust relationship between S- and P-wave velocities is due to the fact that both are similarly affected by porosity, clay content and lithology. Moreover, errors in the measured P-wave velocity are normally smaller than those in porosity and shale volume, both of which are subject to errors introduced by imperfect models and imperfect parameters when estimated from logs. Because the model evaluates the bulk and shear moduli of the dry rock frame by a combination of Kuster and Toksöz’ theory and differential effective medium theory, using pore aspect ratios to characterize the compliances of the sand and clay components, the relationship between P- and S-wave velocities is explicit and consistent. Consequently the model sidesteps problems and assumptions that arise from the lack of knowledge of these moduli when applying Gassmann's theory to this relationship, making it a very flexible tool for investigating how the v_P-v_s relationship is affected by lithology, porosity, clay content and water saturation. Numerical results from the model are confirmed by laboratory and logging data and demonstrate, for example, how the presence of gas has a more pronounced effect on P-wave velocity in shaly sands than in less compliant cleaner sandstones.     

多极子声波测井在低孔低渗气层中的数值研究

现有的天然气勘探中的测井技术,在评价低孔低渗气层时遇到诸多难题,本文引入了一种新的气藏评价方法,即利用多极源激发的模式波的幅度来识别气藏,并对此方法进行了数值验证.以Biot多孔介质理论为基础建立了低孔低渗含气储层计算模型,数值计算了多极子声源在充液井孔中激发的频散曲线、衰减曲线以及全波列波形.结果表明,挠曲波和螺旋波的衰减系数与相速度相比,对孔隙中的流体性质更敏感,且随着多极源级数的增加和工作主频的提高,挠曲波和螺旋波的衰减系数的变化程度明显增强;在偶极子和四极子激发的全波列波形中,可清晰的观测到对地层孔隙流体不敏感的地层横波,在这种情况下,可以通过对比波列中地层横波和频散的弯曲波(或螺旋波)幅度来识别气层.     

基于三相孔隙弹性理论的火山岩气层岩石物理响应特征分析

Unlike previous theories with velocity and/or elastic modulus averaging, we use a three-phase porous rock physics model developed by Santos for analyzing the seismic response of two immiscible fluids in saturated porous media. Considering reservoir reference pressure and coupling drag of two fluids in pores, the effects of frequency, porosity, and gas saturation on the phase velocities of the P-and S-waves are discussed in detail under field conditions. The effects of porosity and gas saturation on Vp/Vs are also provided. The data for our numerical experiments are from a sample of deep volcanic rock from Daqing. The numerical results show that the frequency dispersion effect can be ignored for deep volcanic rocks with low porosity and low permeability. It is concluded that for deep volcanic rocks the effect of gas content in pores on Vp/Vs is negligible but the effect of porosity is significant when there is a certain amount of water contained in the pores. The accurate estimate of lithology and porosity in this case is relatively more important.     

基于非饱和Biot-Stoll模型的海底沉积物介质声频散特性研究

利用含气非饱和Biot-Stoll模型研究了声波在海底表层沉积物介质中的传播,讨论了骨架耗散、含气饱和度对快纵波、慢纵波和横波速度和衰减的影响,并与Biot模型的结果进行了对比.研究结果表明:孔隙流体黏滞耗散与骨架耗散共同影响声波传播速度和衰减,低频情况下骨架耗散引起的衰减占主要地位,高频情况下骨架耗散引起的衰减较小;少量气体(<1%)的引入显著改变了快纵波速度,气体含量的变化对快纵波衰减影响很大,低频情况下气体对慢纵波速度的影响不大,而对横波速度的影响较大,气体含量的变化对慢纵波和横波衰减影响较小.利用超声波测量系统测量了一例杭州湾海底沉积物样品的纵波速度和衰减,当含气量趋近0%时,Biot-Stoll模型预测的纵波速度和实验测量结果较为一致.     

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.