基于双相介质理论的储层参数反演方法

传统基于单相介质理论的储层参数反演方法将孔隙流体与固体骨架等效为单一固体,弱化了孔隙流体的影响,反演结果精度不高.本文提出根据双相介质理论反演储层参数的方法.首先,在前人研究的基础上,利用岩石物理模型建立弹性参数与孔隙度、饱和度、泥质含量等储层参数间的关系,进而将双相介质反射系数推导为储层参数的函数;其次,根据贝叶斯反演理论,在高斯噪声假设的基础上,采用更加符合实际情况的修正柯西分布函数描述反射系数的稀疏性,推导出储层物性参数目标反演函数;最后,应用差分进化非线性全局寻优算法来求解目标反演函数,使得反演结果与实际资料间误差最小.新方法旨在突出流体对介质反射系数的影响,以期得到较高的储层参数反演精度.模型与实际资料测试均表明该方法可行、有效且反演精度较高.     

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.     

流体饱和度对裂缝—孔隙岩石频变纵波速度及其各向异性的影响

流体饱和度会改变裂缝性储层的纵波速度,从而影响地层速度的频散特性及各向异性程度,导致储层地震响应特征复杂,储层预测多解性强,流体识别难度大.本文根据多相流体饱和裂缝性储层的特点,借助于Norris和KG模型,建立部分饱和裂缝-孔隙等效介质模型,给出频变地震波速度随流体饱和度变化的精确关系式.数值模拟结果表明,当气、水两相共存时,随着含水饱和度的增加,高频段纵波相速度逐渐增大,各向异性程度逐渐减小;低频段纵波相速度逐渐减小,各向异性程度不变;相速度频散及其各向异性程度逐渐增强.组合已有的孔隙弹性理论模型,对实验室人工裂缝-孔隙砂岩岩样的纵波速度进行拟合,计算得到的曲线与实验室测量散点值吻合度较高,表明组合模型在给定参数下的有效性.该研究能够为多相流体饱和裂缝性储层的地震响应特征分析奠定扎实的理论基础,为提高储层预测的确定性和流体识别的准确性提供可靠的理论依据.     

基于Kelvin-Voigt黏弹性骨架的含非饱和流体孔隙介质BISQ模型(英文)

本文综合考虑了在波传播过程中孔隙介质的三种重要力学机制——"Biot流动机制一squirt流动机制-固体骨架黏弹性机制",借鉴等效介质思想,将含水饱和度引入波动力学控制方程,并考虑了不同波频率下孔隙流体分布模式对其等效体积模量的影响,给出了能处理含粘滞性非饱和流体孔隙介质中波传播问题的黏弹性Biot/squirt(BISQ)模型。推导了时间-空间域的波动力学方程组,由一组平面谐波解假设,给出频率-波数域黏弹性BISQ模型的相速度和衰减系数表达式。基于数值算例分析了含水饱和度、渗透率与频率对纵波速度和衰减的影响,并结合致密砂岩和碳酸盐岩的实测数据,对非饱和情况下的储层纵波速度进行了外推,碳酸盐岩储层中纵波速度对含气饱和度的敏感性明显低于砂岩储层。     

礁滩储层内部孔隙结构模型模拟与孔隙度预测

地下岩石是由岩石基质和孔隙流体组成的双相介质,其有效弹性参数受岩石基质、孔隙度、孔隙结构及孔隙流体的影响,因此为了得到孔隙度与岩石有效弹性参数之间的关系,必须消除其他因素对孔隙度的影响.本文首先引进等效体的概念和Eshelby椭球包体裂缝理论,然后在合理的假设前提下,运用Gassman流体替换方程,推导并建立了生物礁滩...     

双相介质分界面上弹性波的反射与透射

本文基于Biot理论,推导出Zoeppritz形式的双相介质分界面上弹性波的反射与透射公式,对单相Zoeppritz公式与双相反射系数公式进行了比较,对双相介质含油、水、气不同流体时的反射规律以及孔隙度、渗透率、饱和度等储层参数对纵波反射的影响进行了研究.数值模拟分析表明,双相与单相反射公式的主要差异在于双相介质反射公式中考虑了液相、固液耦合相弹性模量的影响;油砂、水砂、气砂岩的慢P波反射差异明显;快P波反射对孔隙度的变化敏感,饱和度次之,对渗透率和频率的变化不敏感.     

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.     

油水两相渗流多孔介质弹性波传播动力学模型研究

弹性波在储层渗流场中的传播与衰减规律是研究波场强化采油动力学机理的重要基础.基于等效流体理论和饱和静态流体弹性波传播Biot理论,建立油水两非混相流体渗流条件下储层多孔介质中弹性波传播的动力学模型,通过算例求解与分析,发现含油水两相渗流储层多孔介质中同时存在着3种纵波P1、P2、P3和1种横波S;受频率和含水饱和度的影响,各波波速和品质因子呈现出不同变化规律,4种体波波速与频率、饱和度正相关,P1、P2波品质因子与饱和度正相关,P3和S波品质因子与饱和度负相关;最后,通过与传统静态弹性波模型结果对比,进一步分析了宏观渗流场对弹性波传播特征的影响规律,为揭示低频人工地震波辅助强化采油技术的动力学机理和工艺参数优化提供了重要理论依据.     

近地表强衰减介质中的地震波传播模型

建立符合油气储层近地表复杂介质强衰减性质的数学-物理模型是油气勘探和开发的重要课题.本文针对D'Alembert黏弹性介质模型存在的量纲不统一和不能充分刻画孔隙介质结构的不足,通过引入孔隙度和渗透率等参数修改耗散项,改进了原D'Alembert模型,获得了能精细刻画具有强吸收衰减特征的近地表复杂介质模型,即改进的近地表黏弹性模型.基于这种改进的模型,推导了波频散和衰减的表达式,并研究了孔隙度、流体黏度等物理参数对波频散和衰减的影响,获得了相应的规律性认识.为了验证新模型预测近地表介质中波衰减的有效性,本文将新模型应用于胜利油田YX工区的近地表实测数据,同时与弹性Biot模型和BISQ模型以及黏弹性BISQ模型进行了比较.结果表明,与其它三个模型比较,改进的近地表黏弹性模型能够很好地刻画近地表介质的强衰减性,而且新模型所涉及到的物理参数明显少于其它几种模型,有利于新模型在油气储层近地表复杂介质地震勘探的实际应用.     

双相介质人造岩心含水饱和度对声学参数影响的研究

双相介质储层的物性参数对地震勘探技术和油气田的开发具有十分重要的意义,由于人造岩心样品具有实验参数可控、性能稳定、重复性好等特点,被广泛应用于地震物理模拟的相关研究.本文对采用石英砂和环氧树脂胶结成型的双相介质人造岩心样品进行了测试分析,主要研究了样品孔隙度及含水饱和度对其声学特性的影响,尤其是讨论了含水饱和度变化对双相介质人造岩心纵、横波速度和弹性参数的影响.实验结果表明,当双相介质人造岩心样品孔隙度小于10%时,纵波波速会随样品含水饱和度的增加而呈现上升趋势;当样品孔隙度介于10%至25%之间时,纵波波速呈现出加速线性上升的趋势;当样品孔隙度大于25%时,纵波波速会先下降,在含水饱和度在0.4~0.5时达到最低值,然后开始上升,逐渐恢复到比含水饱和度为0时略高的范围,而其横波速度随含水饱和度增加未出现明显变化.通过对比双相介质人造岩心饱水前后弹性模量的变化特征,发现泊松比ν是弹性参数中识别流体最敏感的指示因子.     

背景为各向异性的含裂缝岩石频散和衰减计算方法研究

裂缝广泛分布于各类储层岩石中,并且会显著提高储层的渗流能力.因此,裂缝的评价和表征对于提高油气产能具有重要意义.由于裂缝与背景介质之间的波致流会显著影响地震波的频散和衰减特性,所以地震勘探是评价裂缝性储层的有效手段.裂缝地震定量表征的前提是要基于含裂缝岩石中波致流对频散和衰减的影响建立含裂缝岩石物理特性与地震性质的关系.然而,目前相关的理论研究大部分基于各向同性背景这一假设,难以有效应用于常见的各向异性储层.本文针对背景为各向异性的含裂缝岩石提出了频散和衰减的计算方法.该方法首先将含裂缝岩石中的各向异性背景介质等效为层状背景介质;然后,通过分析不同频率下层状含裂缝岩石中的流体压力分布,理论计算了两个特定的中间频率并求解得到两个中间频率下的弹性参数;进一步,以计算得到的两个特定中间频率以及高低频极限下的弹性参数为基础,应用数值方法求解得到弛豫函数中的未知参数,最终实现了背景为各向异性含裂缝岩石中频散和衰减的理论模拟.通过将理论预测结果与实验测量和数值模拟结果进行对比,验证了该方法在背景为各向异性含不同分布裂缝岩石中的有效性.本文提出的方法考虑了常见的各向异性背景对含裂缝岩石频散和衰减的影...     

多种物理机制耦合作用下的储层介质参数反演研究

孔隙介质的黏弹性、孔隙流体的Biot流动和喷射流动是影响波传播的重要物理机制.本文分别基于弹性和黏弹性BISQ模型,利用自适应杂交遗传算法研究了多种物理机制耦合作用条件下储层介质参数反演.为了测试自适应杂交遗传算法的有效性,本文分别利用自适应杂交遗传算法和传统实数编码遗传算法对含有不同噪声的理论合成数据进行了反演试算.对比理论合成数据反演结果可知,自适应杂交遗传算法具有抗干扰能力强且收敛速度快的特点,是一种有效的储层介质参数反演方法.同时本文也利用不同频率尺度和不同温度条件下的P波和S波实测数据进行了联合反演.对比研究表明,黏弹性BISQ模型能够很好地解释不同频率尺度的波频散特征,不仅能够很好地预测P波速度,而且也能够很好地预测S波速度,从而证明了黏弹性BISQ模型能够准确地描述低频条件下的波频散.     

基于反演基质矿物模量和多约束条件的双相介质AVO正演方法（英文）

基于双相介质理论的AVO正演技术是储层性质描述和流体预测的有效技术手段之一,但是输入参数中基质矿物模量的准确性和双相介质模型的的合理性极大地影响双相介质AVO正演效果。因此,本文采用基于流体因子的基质矿物模量反演方法,自适应反演基质矿物体积模量。引入具有岩石物理意义的多约束条件,使得流体替换技术制作的双相介质模型具有岩石物理意义。保证获得的双相介质AVO特征反映实际地层响应,真实可靠。通过不同岩性岩样的对比分析,说明反演方法的优越性和准确性。同时LH地区实际资料应用,获得孔隙度和流体饱和度等重要岩性参数变化时双相介质AVO特征,特别是不同储层孔隙度在同一入射角对应快纵波和横波反射系数幅值的大小差异和突变角差异是分辨储层孔隙度大小的依据。     

含混合裂隙、孔隙介质的纵波衰减规律研究

地下多孔介质中的孔隙类型复杂多样,既有硬孔又有扁平的软孔.针对复杂孔隙介质,假设多孔介质中同时含有球型硬孔和两种不同产状的裂隙(硬币型、尖灭型裂隙),当孔隙介质承载载荷时,考虑两种不同类型的裂隙对于孔隙流体压力的影响,建立起Biot理论框架下饱和流体情况含混合裂隙、孔隙介质的弹性波动方程,并进一步求取了饱和流体情况下仅由裂隙引起流体流动时的含混合裂隙、孔隙介质的体积模量和剪切模量,随后,在此基础上讨论了含混合裂隙、孔隙介质在封闭条件下地震波衰减和频散的高低频极限表达式.最后计算了给定模型的地震波衰减和频散,发现地震波衰减曲线呈现"多峰"现象,速度曲线为"多频段"频散.针对该模型分析讨论了渗透率参数、裂隙纵横比参数以及流体黏滞性参数对于地震波衰减和频散的影响,表明三个参数均为频率控制参数.     

煤层中流体地震可探测性的模拟分析

作为一种典型的强阻抗差低阻抗薄层,煤层中孔隙含流体时是否会引起地震反射产生明显的异常是回答地震检测流体是否可行的根本.为此,本文针对强阻抗差薄层模型,基于Biot双相介质理论,通过弹性波有限差分法数值模拟,与各向同性单相介质假设的煤层反射对比,探讨了反射复合波受煤层孔隙度及流体性质变化的影响程度.模拟分析发现：由于薄层孔隙度和孔隙流体属性的变化在Biot理论中表现为纵波速度的变化,PP波反射AVO（Amplitude Versus Offset,振幅随偏移距变化）特征对薄层是否含流体相对敏感;综合使用PP与PS波对比有利于薄层中流体的预测;孔隙度一定时,PP波反射振幅随着含气饱和度的增加而增大;受薄层调谐作用的影响,孔隙和流体变化对煤层反射的频谱特征影响不大,近似于单相介质时的情况.     

饱和Maxwell流体孔隙介质波传播模型研究

岩石中的弹性波传播特性研究一直是地球物理学研究中的基础科学问题和难点.Biot理论的提出为流固双相介质理论奠定了基础.Biot理论中假设固相、液相的本构关系是线弹性的.而当实际储层中含高黏度的流体时,流体往往表现出一定的非牛顿流体性质.本文主要针对含高黏度流体的孔隙介质,在Biot理论模型中引入线性黏弹性的Maxwell流体本构方程.要通过动态黏度入手,表征非牛顿流体的特性,改进并给出了含高黏度孔隙流体介质的模型.通过数值模拟分析了所提出的模型的特性,并分析了初始黏度和孔隙度参数对模型数值分析结果的影响.最后选取超声波实验数据验证了模型的适用性,结果表明该理论模型的预测结果可较好地反映含高黏度流体孔隙介质的波传播特性.     

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.     

含泥质低孔渗各向异性黏弹性介质中的波频散和衰减研究

本文定义了各向异性黏弹性参数修正因子,并将其引入到黏弹性模型中以体现泥质含量对黏弹性机制的影响,同时将波传播过程中孔隙介质骨架黏弹性力学机制与两种孔隙流体流动力学机制（Biot流动和喷射流动机制）有机地统一起来处理,从而给出了描述含泥质低孔渗孔隙各向异性介质中波传播规律的黏弹性Biot/squirt (BISQ)模型.数值计算结果表明,入射波的方位角、各向异性渗透率以及泥质含量等对含流体复杂孔隙介质中波频散和衰减的影响具有显著的方位各向异性特征,在低频范围内（地震波勘探频率）黏弹性力学机制对波传播能量的衰减起主导作用.     

基于改进BISQ机制的双相HTI介质波传播伪谱法模拟与特征分析

改进BISQ(Biot-Squirt)机制在不引入特征喷流长度的情况下,将含流体孔隙介质中Biot流动和喷射流动两种重要的力学机制有机地结合起来,且各相关参数具有明确物理意义和可实现性.本文将改进BISQ机制一维孔隙流体压力公式推广到三维具有水平对称轴横向各向同性介质(HTI介质)情况,结合裂缝各向异性理论,给出了基于改进BISQ机制的双相HTI介质模型及其二维三分量波传播方程,采用伪谱法求解该方程,进行了不同相界、不同频率以及双层地质结构情况下该类介质中波场的数值模拟与特征分析.数值模拟结果表明:伪谱法模拟精度高,压制网格频散效果好,可以得到高精度的波场快照和合成记录;基于改进BISQ机制的双相HTI介质模型兼具裂缝各向异性特征和孔隙弹性特征,其为从双相各向异性理论角度深入研究裂缝性储层的地震响应奠定了理论基础.     

双相介质中地震波的频率-空间域数值模拟

本文利用优化的25点频率-空间域有限差分算法对基于BISQ模型双相各向同性介质中的地震波进行了数值模拟.通过与经典的Biot模型理论模拟结果进行对比,分析了Biot流动（宏观流体流动）和Squirt流动（微观流体流动）耦合作用对地震波在孔隙介质中传播特性的影响.数值模拟在地震频段进行,结果显示：在理想相界和黏滞相界情况下,Squirt流动机制都比Biot流动机制产生了更大的速度频散和能量衰减.其中,在Biot流动和Squirt流动耦合作用下的快P波的速度和振幅小于仅考虑Biot流动影响下快P波速度和振幅,而且慢P波的衰减也更加强烈.本文还研究了地震波在双层双相各向同性介质分界面处的反射和透射特征,双相介质中波的反射与透射现象类似于单相介质的情况.模拟结果表明,利用优化25点频率-空间域有限差分法模拟双相孔隙介质中的地震波场是可行的,这为开展双相孔隙介质全波形反演问题的研究提供了可能.