裂缝诱导HTI双孔隙介质中的裂缝参数分析

裂缝诱导HTI双孔隙介质模型是将一组垂直排列的裂缝系统嵌入到统计各向同性的孔隙岩石基质系统中而建立的.为了研究裂缝参数对地震波在该模型中传播规律的影响,本文分别对裂缝弱度、裂缝孔隙度和裂缝渗透率这三个主要的裂缝参数进行了分析研究.数值结果表明,裂缝诱导HTI双孔隙介质中,裂缝弱度越大,介质的各向异性强度越强;与基质孔隙系统相比,裂缝系统孔隙度对介质等效孔隙度的影响很小,而裂缝系统渗透率的增大则将显著提高介质在裂缝发育方向上的等效渗透率,这符合对裂缝系统"低孔"、"高渗"特性的认识.此外,裂缝系统渗透率的增大也使慢纵波的振幅显著增强.     

致密油粉砂岩脆性特征实验分析研究

岩石脆性直接影响储层压裂,是储层压裂改造之前必不可少的环节。本文对松辽盆地青山口组粉砂岩,分析岩石动、静态脆性特征。基于岩石力学实验获得的应力-应变的关系,调查岩石的脆塑性体特征,结果显示静态弹性参数获得的脆性指数与应力跌落系数呈现负相关性,其中脆性指数B_2(杨氏模量E和泊松比v归一化后的均值)与应力跌落系数相关性最好。分析矿物组分与脆性指数B_2、杨氏模量和泊松比的关系,认为相关层系石英、黄铁矿、碳酸盐岩类矿物可作为脆性矿物。基于B_2,在超声波实验中调查了孔隙流体、孔隙度对岩石动态脆性特征的影响,发现孔隙流体能够增强岩石的塑性,降低岩石脆性,且孔隙度越大,岩石脆性降低幅度越大。在饱含不同流体的岩石中,饱气粉砂岩的脆性最高,饱油次之,饱水最小,且饱油、饱水岩石脆性非常接近。对比岩石力学和超声波实验测量结果显示,整体上超声波实验获得的脆性指数比岩石力学实验获得的脆性指数大,不过,二者均随着孔隙度增大而降低,且差值随孔隙度增大而增大。原因在于超声波属于无损测试,而力学实验过程中导致了岩石内部的微裂缝、孔隙发生了改变。此外,低孔隙度岩石的脆性,主要与岩石内部微裂缝的发育程度有关。     

压力及流体对岩石孔隙结构与黏弹性的影响规律研究:理论模型及实验观测

地质成因和构造/热应力导致地壳岩石中的孔隙结构（裂隙和粒间孔）的变化.影响岩石黏弹性的因素包括压力、孔隙度、孔隙中包含的流体和孔隙几何形状等.相对于岩石中的硬孔隙,岩石黏弹性（衰减和频散）受软孔隙（裂隙）的影响更大.本文选取三块白云岩样本,进行了不同围压和流体条件下的超声波实验测量.利用CPEM（Cracks and Pores Effective Medium,裂隙和孔隙有效介质）模型获得了岩石高、低频极限的弹性模量,并通过Zener体（标准线性体）模型将CPEM模型拓展到全频带而得到CPEM-Zener模型,用该模型拟合岩石松弛和非松弛状态下的实验数据,本文得到平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度以及纵波速度和品质因子随频率的变化关系.结果表明,饱水岩石的平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度均高于饱油岩石,随着压差（围压和孔隙压力的差值）的增加,饱油岩石中的裂隙首先闭合.并且压差在70 MPa以内时,随着压差增大,岩石的平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度在饱水和饱油时的差值增大,此时流体类型对于岩石裂隙的影响越来越显著,此外,对饱水岩石,平均裂隙纵横比随压差增加而增大,这可能是由于岩石中纵横比较小的裂隙会随压差增大而逐渐趋于闭合.在饱水和饱油岩石中,裂隙孔隙度和裂隙密度都随着压差增加而减小.通过对裂隙密度和压差的关系进行指数拟合,本文获得压差趋于0时的裂隙密度,且裂隙密度随孔隙度增大而增大,增大速率随压差增加而降低.针对饱水和饱油的白云岩样本,CPEM-Zener模型预测的纵波频散随压差增大而减小,此变化趋势和实验测得的逆品质因子随压差的变化关系基本一致,由此进一步验证了模型的实用性.本研究对岩石的孔隙结构和黏弹性分析以及声波测井、地震勘探的现场应用有指导意义.     

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.     

基于孔喉腔模型研究孔隙结构对于多孔介质孔隙度指数的影响

多孔介质的导电特性取决于多孔介质的孔隙空间结构,孔隙空间结构通常使用孔隙尺寸和孔隙迂曲度描述,而已有模型仅仅研究了孔隙尺寸对于孔隙度指数的影响.为了全面研究孔隙空间孔隙尺寸和孔隙迂曲度对于孔隙度指数的影响,基于孔隙网络基本单元孔喉腔,以及孔喉腔等效电路中喉道并联导电而后与孔隙体串联的假设,推导出孔喉腔电阻率.使用阿尔奇公式建立孔喉腔孔隙度指数计算模型,研究孔隙结构对于孔隙度指数影响.对于毛管模型,孔隙度指数随着孔隙迂曲度或孔隙横截面积的增大而增大,当孔隙迂曲度为1时,孔隙度指数不受孔隙横截面积的影响恒为1.0.当孔喉腔只有一个喉道时,该模型等价于溶孔发育的双孔隙度模型.在该孔喉腔中,随着孔隙与喉道迂曲度的增大,孔隙度指数增大;随着孔隙横截面积的增大,孔喉比增大,孔隙度指数增大;而随着喉道面积的增大,孔喉比降低,孔隙度指数首先降低而后增大.孔隙度指数与孔喉比有关.对于具有两个喉道的孔喉腔,该模型等价于溶孔、裂缝发育的三孔隙度模型,能够研究孔隙类型,孔隙几何特性对于孔隙度指数的影响.当孔隙固定,两个喉道的迂曲度增大时,孔隙度指数增大;两个喉道横截面积增大时,孔喉比降低,然而孔隙度指数增大,最大孔隙度指数对应的孔喉比并非最大值.当一个喉道固定,孔隙的横截面积增大时,孔隙度指数增加;喉道的横截面积增大时,孔隙度指数首先降低而后增大.孔喉比与孔隙度指数具有一定相关性,而孔隙度指数最大情况下的孔喉比与模型最大孔喉比并不完全对应.孔隙度指数是孔隙空间几何与拓扑特性共同作用的结果.岩心图像分析获取迂曲度与孔喉比后建立孔喉腔孔隙度指数模型的结果符合岩电实验数据,岩心分析饱和度和测井解释结论,表明孔喉腔孔隙度指数模型在地层评价中具有实际测井解释能力.     

CPU-GPU异构并行计算在数字岩心线弹性静力学有限元模拟中的应用

线弹性静力学有限元模拟是计算数字岩心弹性模量的有效方法之一,已被用于研究数字岩心的弹性模量与其微观结构、物质组成之间的关系.若要形成解决实际问题的能力必须计算足够多的数字岩心样本,而有限元模拟的计算量较大,因此并行计算对于该方法的成功应用非常重要.本文将数字岩心线弹性静力学有限元模拟算法分解为在CPU和GPU上执行的两个部分,由CPU负责协调控制,GPU负责大规模数值计算,实现CPU-GPU异构并行计算,获得计算效率提升.采用该并行算法计算孔隙数字岩心、裂缝数字岩心和裂缝—孔隙数字岩心的弹性模量,得到的弹性模量—孔隙度关系符合一般的岩石物理规律.CPU-GPU异构并行的线弹性静力学有限元模拟能够迅速计算大量数字岩心的弹性模量,提供相当于物理实验的"观测数据",对岩石物理学研究具有重要的意义.     

考虑储层孔隙结构的岩石导电机制研究

经典Archie公式解决了测井数据的定量计算问题,但是,Archie公式只能用于孔隙结构相对简单的储层.面对日益复杂的油气勘探对象,Archie公式的计算精度受到一定的限制.本次研究,应用球管模型方法,针对不同孔隙结构研究了岩石饱和盐水及饱和油气时的导电性质,得到了不同孔隙结构、具有不同流体饱和度时岩石导电性的数值模拟结果. 本次研究的数值模拟结果证明岩石孔隙结构是导致岩电实验数据发散现象的因素之一,对比孔隙结构不同而饱和度相同岩石的导电性质,证明复杂孔隙结构是形成低电阻油层的重要因素.     

气水两相裂缝型介质孔隙流体微观分布模式及其声学响应特性

关于声波速度与流体饱和度的关系已开展了大量实验工作,声波速度随饱和度的变化规律与孔隙流体在孔隙尺度范围分布的不均匀性有关,从理论上采用等效流体模型来定量表征通常存在着较大偏差。从弹性波动理论出发,以纵波震源作为激发震源项,采用时间域二阶和空间域八阶的交错网格有限差分方法对气水两相裂缝型介质的声波波场进行了数值模拟。通过计算不同孔隙流体分布模式下和不同饱和度情况下岩样的声波速度,分析了岩样在不同孔隙流体分布模式下声波速度随饱和度的变化规律,并对物理实验得出的声波速度随饱和度变化的规律从孔隙流体微观分布角度给出了合理解释。数值计算方法简单且精度高,对地震数据解释以及烃类开采过程中监测孔隙流体结构和组分变化有一定的指导作用。     

基于数字岩心的含裂隙储层砂岩介电性质研究

了解储层岩石的介电特性在石油工业的各个方面都有重要的应用.小尺度裂隙是影响岩石介电性质的地质因素之一,获得裂隙对含裂隙岩石介电性质影响的定量关系具有重要的理论和实践意义.以含裂隙人造砂岩的三维微观数字结构为基础,通过基于三维有限差分算法计算的岩石介电性质与实验数据的对比验证数值计算方法的有效性.在此基础上,通过理论模型获得不同孔隙度基质的介电性质,并在不含裂隙人造砂岩的三维微观数字结构中人为添加以裂隙密度和纵横比为定量表征参数的裂隙,应用验证后的数值算法模拟随频率变化的含裂隙砂岩的介电性质,分析和研究不同孔隙度基质中定向排列裂隙对砂岩介电性质的影响.结果表明,当裂隙孔隙度随裂隙纵横比或裂隙密度发生改变时,含裂隙砂岩的介电性质与裂隙密度以及裂隙纵横比呈正相关关系,而当裂隙孔隙度保持不变时,含裂隙砂岩的介电性质随裂隙纵横比的减小而增大;裂隙参数的改变对不同基质孔隙度的含裂隙砂岩的介电性质的影响趋势较为一致,但随着基质孔隙度的减小,裂隙对砂岩介电性质的影响逐渐增大.裂隙参数和基质孔隙度对含裂隙砂岩介电性质影响的研究结果为基于介电特性的裂缝性油气储层的定量表征提供了依据,在油气勘探开发中具有重要的应用前景.     

裂缝孔隙参数定量表征和刻度及影响因素分析

精确评价裂缝孔隙发育情况对于评价碳酸盐岩等裂缝性地层具有重要意义.评价裂缝孔隙的参数包括裂缝面孔率和裂缝孔隙度,根据两者的定义,对水平缝、低角度缝、倾斜缝、高角度缝和垂直缝分别建立了裂缝孔隙参数计算模型,对不同裂缝倾角、不同井径和不同窗长时的裂缝面孔率和裂缝孔隙度及两者比值进行数值模拟.模拟结果表明:对于低角度缝,窗长...     

含孔隙、裂隙致密介质中多极子声波的传播特征

非常规油气藏（如致密性地层及蕴藏油气的页岩地层）的重要特征是低孔、低渗,但裂隙或裂缝比较发育.为满足非常规勘探的需求,本文将孔、裂隙介质弹性波传播理论应用于多极子声波测井的井孔声场模拟,重点研究了致密介质中裂隙发育时多极子声波的传播机理以及衰减特征.井孔声场的数值计算结果表明裂隙的存在明显改变了弹性波和井孔模式波的频散、衰减和激发强度,尤其是井壁临界折射纵波的激发谱的峰值随着频率的增加逐渐降低,这与应用经典的Biot理论下的计算结果相反,且裂隙的存在也使得饱含水和饱含气时临界折射纵波激发强度的差异变大.井孔模式波的衰减与地层横波衰减和井壁流体交换有关,井壁开孔边界下致密地层裂隙发育还使得井孔斯通利波和艾里相附近的弯曲波对孔隙流体的敏感性增强,在井壁闭孔边界条件下引起井孔模式波衰减的主要因素是裂隙引起的地层横波衰减造成的,且在截止频率附近弯曲波的衰减与地层的横波衰减一致.数值计算结果为解释非常规油气地层的声学响应特征提供了参考.     

黏弹性EDA介质中地震波的衰减特性研究

本文首先由Christoffel方程推导出黏弹性EDA介质中均匀、 非均匀P波、 SV波和SH波的相速度表达式, 然后参照极端各向异性介质的相关计算方法, 推导出EDA介质中均匀、 非均匀地震波相衰减系数和群衰减系数的表达式, 并通过数值计算分析了相速度、 相衰减系数、 群衰减系数与裂隙方位的关系. 结果表明: 均匀介质中SH波的相速度和相衰减系数均可指示裂隙的走向; 非均匀介质中SH波相衰减系数随非均匀角的增大而增大, 且其对称轴与介质对称轴的夹角也相应增加; 由于地震波振幅的衰减随岩石物理性质的变化比地震波速度的变化更为灵敏, 而且携带了更多的岩石物理性质信息, 因此可用来探明裂隙走向、 密度及含水特性, 进而应用于预测、 预防地下工程地质灾害事故.      

裂隙参数对衰减各向异性影响的数值模拟

Propagation through stress-aligned fluid-filled cracks and other inclusions have been claimed to be the cause of azimuthal anisotropy observed in the crust and upper mantle.This paper examines the behavior of seismic waves attenuation caused by the internal structure of rock mass,and in particular,the internal geometry of the distribution of fluid-filled openings Systematic research on the effect of crack parameters,such as crack density,crack aspect ratio(the ratio of crack thickness to crack diameter),pore fluid properties(particularly pore fluid velocity),VP/VS ratio of the matrix material and seismic wave frequency on attenuation anisotropy has been conducted based on Hudson’s crack theory.The result shows that the crack density,aspect ratio,material filler,seismic wave frequency,and P-wave and shear wave velocity in the background of rock mass,and especially frequency has great effect on attenuation curves.Numerical research can help us know the effect of crack parameters and is a good supplement for laboratory modeling.However,attenuation is less well understood because of the great sensitivity of attenuation to details of the internal geometry.Some small changes in the characteristics of pore fluid viscosity,pore fluids containing gas and liquid phases and pore fluids containing clay can each alter attenuation coefficients by orders of magnitude.Some parameters controlling attenuation are therefore necessary to make reasonable estimations,and anisotropic attenuation is worth studying further.     

含流体致密砂岩的纵波频散及衰减:基于双重双重孔隙结构模型描述的特征分析

致密砂岩普遍具有低孔、低渗及微裂缝发育的地质特征,并且呈现出很强的非均匀性.致密砂岩储层与常规砂岩储层比较,具有明显的岩石物理性质、渗流力学性质方面的差异.致密砂岩内部的非均匀性对弹性波频散、衰减有显著影响,其中包括孔隙结构的非均匀性,即岩石内部孔隙参数的不均一性,以及孔隙内部不相混溶流体的非均匀分布;此外,非均匀性的尺度也决定了波出现显著频散与衰减的频段.综合考虑致密砂岩孔隙结构非均匀性及流体斑块状饱和的非均匀性,本文采用双双重孔隙介质结构模拟了致密砂岩的弹性波响应,分析了同时具备两类非均质性岩石中的波传播特征.调查分析了两组分别来自中国鄂尔多斯盆地苏里格气田及四川盆地广安气田的不同类型致密砂岩储层的岩芯超声波实验数据,给出了岩石样本的弹性波速度频散与衰减曲线.结果显示理论模型预测结果与完全饱和、部分饱和岩石的实验数据吻合良好.对两个地区致密砂岩岩芯数据进行对比分析,苏里格致密砂岩样本总体上比广安致密砂岩渗透率高,在各孔隙度范围内,特征模拟显示苏里格样本的裂隙尺寸明显大于广安样本.广安致密砂岩在低孔隙度范围内发育了更多、更小的颗粒裂隙/接触.致密砂岩的速度频散与衰减结果受流体黏度、晶体破裂及流体斑块状饱和的共同影响.此外,孔隙度越大,部分饱和岩石中斑块状饱和机制对总衰减的贡献越低,与之相对,结构非均质性所占的比重则有所增强.     

Propagation properties of guided wave in the anchorage structure of rock bolts

We investigated the properties of guided wave propagating in grouted rock bolts and the formation of the interface wave through theoretical analysis along with experimental and numerical simulations. Experimental and numerical simulations reveal that the wave propagating in anchorage structure is related to boundary conditions within the range of excitation wave frequencies. Waves with different frequencies have different propagation velocities and attenuation characteristics. The optimal excitation wave occurs in grouted rock bolts with minimized attenuation and maximized propagation distance, and the end reflection of grouted rock bolts can be observed clearly. Longitudinal wave propagating in rock bolts is very sensitive to anchorage strength. With the increase of anchorage strength, longitudinal wave gradually attenuates and eventually disappears. Subsequently, interface wave appears and the velocity of wave propagating in the grouted part becomes that of the interface wave. Based on these studies, ultrasonic guided wave was used to study the end reflection of embedded rock bolts with different anchorage strengths and bonding lengths. The relationships among anchorage strength, bonding length and attenuation coefficient K, as well as the means to inspect the bonding quality of the embedded rock bolts were also evaluated.     

碳酸盐岩孔隙结构参数构建与储层参数反演(英文)

碳酸盐岩储层孔隙结构相对碎屑岩更复杂,常用的岩石物理模型不能较好的描述其孔隙结构的变化规律,且岩石孔隙结构的差异较大程度上会影响岩石的弹性性质。本文首先利用岩石薄片分析了碳酸盐岩的微观孔隙结构。然后基于Gassmann方程和Eshelby-Walsh椭球包体裂缝理论,在合理的假设前提下给出了一种新的岩石物理建模方法,并且从中提取了一个参数来表征孔隙结构的变化规律。最后,基于全波列测井数据,我们利用该方法计算了单井的孔隙度,并与用常规方法预测的结果进行了比较,同时进行了地震储层参数反演。研究结果表明,孔隙结构对岩石的弹性性质的影响较大,且新的建模方法预测的孔隙度误差仅为0.74%。因此,该方法可有效的减小孔隙结构对计算各岩石弹性参数的影响并提高孔隙度的预测精度。     

基于数字岩心动态应力应变模拟的非均匀孔隙介质波致流固相对运动刻画

地震波传播激发的不同尺度的流固相对运动(宏观、中观和微观)是许多沉积岩地层中地震波频散和衰减的主要原因,然而野外观测和试验测量都难以对非均匀多孔介质孔隙压力弛豫物理过程进行精细刻画.通过数字岩石物理技术,本文建立了三个典型的数字岩心分别用于表征孔隙结构、岩石骨架和斑状饱和流体引起的非均质性,利用动态应力应变模拟技术计算数字岩心的位移和孔隙流体增量图像.通过分析和比较三个数字岩心的位移和孔隙压力增量图像,细致刻画了发生于非均匀含流体多孔介质内的宏观、中观和微观尺度的流固相对运动:1)宏观尺度的波致孔隙流体流动导致波长尺度上数字岩心不同区域的孔隙压力和位移差异;2)中观尺度的流体流动发生在软层与硬层之间、气层与液层之间;3)微观尺度的流体流动发生在孔隙内部或相邻孔隙之间.数值模拟试验也证明基于数字岩心的动态应力应变模拟技术可以从微观尺度上更好的理解波致孔隙流体流动发生的物理机理,从而为建立岩石骨架、孔隙流体、孔隙结构非均质性和弹性波频散-衰减特征的映射关系奠定基础.     

Influence of pore pressure on velocity in low-porosity sandstone: Implications for time-lapse feasibility and pore-pressure study

As seismic data quality improves, time‐lapse seismic data is increasingly being called upon to interpret and predict changes during reservoir development and production. Since pressure change is a major component of reservoir change during production, a thorough understanding of the influence of pore pressure on seismic velocity is critical. Laboratory measurements show that differential pressure (overburden minus fluid pressure) does not adequately determine the actual reservoir conditions. Changes in fluid pressure are found to have an additional effect on the physical properties of rocks. The effective‐stress coefficient n is used to quantify the effect of pore pressure compared to confining pressure on rock properties. However, the current practice in time‐lapse feasibility studies, reservoir‐pressure inversion and pore‐pressure prediction is to assume that n= 1. Laboratory measurements, reported in both this and previous research show that n can be significantly less than unity for low‐porosity rocks and that it varies with porosity, rock texture and wave type. We report the results of ultrasonic experiments to estimate n for low‐porosity sandstones with and without microcracks. Our results show that, for P‐waves, n is as low as 0.4 at a differential pressure of 20 MPa (about 3000 psi) for a low‐porosity sandstone. Thus, in pore‐pressure inversion, an assumption of n= 1 would lead to a 150% underestimation of the pore pressure. Comparison of the effective‐stress coefficient for fractured and unfractured samples suggests that the presence of microfractures increases the sensitivity of P‐wave velocity to pore pressure, and therefore the effective‐stress coefficient. Our results show that the effective‐stress coefficient decreases with the differential pressure, with a higher differential pressure resulting in a lower effective‐stress coefficient. While the effective‐stress coefficient for P‐wave velocity can be significantly less than unity, it is close to one for S‐waves.