致密砂岩波速各向异性及弹性参数随围压变化规律的实验研究

为研究致密砂岩储层弹性波速度各向异性及弹性参数随围压的变化规律,应用地质力学研究所从美国New England Reaearch Inc引进的Autolab2000岩石物性实验设备,对采自长庆油田延长组储层的3组典型致密砂岩,对其X、Y、Z三个方向分别取样,进行了不同孔隙介质(干燥、饱水及饱油)条件下弹性波速度随围压(5~180 MPa)变化规律的实验研究工作,得到了X、Y、Z三个方向分别在干燥、饱水及饱油时的弹性波速度,并对X、Y、Z三个方向的各向异性进行计算和对比分析.同时根据测得的弹性波平均速度得到样品的弹性参数随围压的变化规律,对实验曲线进行拟合,获得不同孔隙介质条件下弹性波速度、各向异性、弹性参数随围压的变化规律及其拟合公式.结果表明,垂直方向速度值最低,横波各向异性指数小于纵波各向异性指数;随着围压的增加,致密砂岩波速增大,其各向异性以幂函数形式减小,体模量、弹性模量、剪切模量和拉梅常数以对数函数形式有不同程度的增加,泊松比因所含介质不同而有不同的变化趋势,除个别线外,拟合系数皆在0.956以上.在围压高于140 MPa时,干燥、饱水和饱油状态下的泊松比皆在0.24左右.     

利用含可控裂缝人工岩样研究裂缝密度对各向异性的影响

利用新方法制作出含可控裂缝的双孔隙人工砂岩物理模型,具有与天然岩石更为接近的矿物成分、孔隙结构和胶结方式,其中裂缝密度、裂缝尺寸和裂缝张开度等裂缝参数可以控制以得到实验所需要的裂缝参数,岩样具有真实的孔隙和裂缝空间并可以在不同饱和流体状态下研究流体性质对于裂缝介质性质的影响.本次实验制作出一组具有不同裂缝密度的含裂缝人工岩样,对岩样利用SEM扫描电镜分析可以看到真实的孔隙结构和符合我们要求的裂缝参数,岩样被加工成八面棱柱以测量不同方向上弹性波传播的速度,用0.5 MHz的换能器使用透射法测量在饱和空气和饱和水条件下各个样品不同方向上的纵横波速度,并得出纵横波速度、横波分裂系数和纵横波各向异性强度受裂缝密度和饱和流体的影响.研究发现流体对于纵波速度和纵波各向异性强度的影响较强,而横波速度、横波分裂系数和横波各向异性强度受饱和流体的影响不大,但是对裂缝密度的变化更敏感.     

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.     

不同孔隙流体下延长组砂岩波速各向异性的实验研究

利用Autolab 2000岩石物性测试设备,在0~200 MPa及三种不同孔隙流体条件下（干燥、水饱和及油饱和）研究了三种来自延长油田延长组的砂岩沿平行和垂直层面两个方向（即H和V）的纵波、横波速度,并分别计算了这些弹性波速的各向异性系数.结果表明：三种砂岩Y1、Y2和Y3两个方向上的V_P、V_SH和V_SV均随围压增加而基本呈对数函数形式变化,且纵波饱油曲线的斜率远大于饱水;Y1、Y2砂岩H方向的V_P、V_SH和V_SV在干燥、饱水和饱油条件下基本上均大于对应的V方向的波速;干燥、饱水和饱油条件下Y1、Y2的波速各向异性系数ε、γ和ζ和围压之间呈指数或二次函数降低;Y1、Y2、Y3三个岩样之间的速度各向异性差异明显,以Y2的各向异性最显著,其次是Y1,而Y3基本没有各向异性.另外,Y1、Y2的各向异性系数ε、γ和ζ之间表现出明显的与压力和流体状态相关性,且在实验压力范围内,饱油条件下的ε、γ均大于对应的饱水条件.实验结果可以为该地区地震资料的解释、油水层划分及与声波测井之间的对比提供重要的基础数据.     

新疆哈密砂岩地震波速、各向异性及弹性性质的实验研究

地震波是研究地球内部物质成分和结构最有效的工具之一.鉴于哈密地区油田对砂岩地震波性质研究的需求,本文在室内利用Autolab2000岩石物性测试设备,开展干燥、饱水及饱油条件下,砂岩X、Y、Z三个正交方向的弹性波速测试,得到不同压力下纵横波速随含水饱和度的变化规律,并在不同含水饱和度下分析了动态弹性常数(E和υ).结果表明:(1)波速与压力呈对数关系,相关系数在0.96以上;纵波速度与含水饱和度呈正相关,但随压力的增加,其增加速率会减小;横波速度在低压下基本不受含水饱和度影响,但随压力增加,其与含水饱和度呈负相关.(2)砂岩Z(垂直)方向波速最小;横波各向异性小于纵波;不同压力下,纵横波各向异性都是干燥大于饱油,并皆大于饱水状态.(3)恒定含水饱和度时,杨氏模量和泊松比皆随围压增加而增加,低压下(小于80 MPa,约3 km深度)增加速度快,而高压下(大于80 MPa)增速变缓;相同围压下,泊松比随含水饱和度增加而增加,而杨氏模量则有增有减.     

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.     

泥质砂岩在干燥与饱和流体状态下纵波速度之间的关系

岩石从干燥状态下到饱和流体后纵波速度的变化情况对于地震速度预测、AVO分析以及流体识别具有重要意义,而有关泥质砂岩在干燥与饱和流体状态下纵波速度之间关系的研究甚少.因此本文利用三组实验数据研究了泥质砂岩在干燥与饱和流体状态下纵波速度之间关系的影响因素,并通过多元线性回归分析方法建立泥质砂岩饱和流体后的纵波速度与干燥状态下的纵波速度、孔隙度以及黏土含量之间的关系.研究表明:泥质砂岩在干燥与饱和流体状态下纵波速度之间的简单线性关系容易受到固结程度、孔隙流体性质以及围压的影响,而多元线性回归分析与简单线性分析相比,其拟合结果的判定系数明显提高,标准误差明显减小.此外,本文首次提出黏土含量与孔隙度比的概念(CPR),发现CPR与泥质砂岩饱和流体前后纵波速度差之间有很好的正相关性,随着CPR的增加,纵波速度差也表现出增大的趋势,CPR的提出为解释流体替换过程中岩石物理属性的变化情况提供了新的思路.     

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.     

人造砂岩制作方法及其声学性质研究

人造砂岩具有参数可控特点,可广泛的应用于物理模拟及实验研究领域,文章介绍了压制法制作人造砂岩的基本流程.对人造砂岩物理参数及声学性质进行实验研究.测量了密度、孔隙度等参数,给出压制压力与密度、纵波速度关系图.利用超声波透射法测量人造砂岩纵横波速度,对人工砂岩在饱含气与饱含水状态下速度变化进行定量分析,给出纵横波速度随孔隙度变化曲线.饱含气状态变化到饱含水状态后,纵波速度上升,横波速度下降.利用Gassmann方程对流体替换后速度进行预测,实际测试数据的纵波速度与预测计算数据比较吻合.纵横波速度变化规律与天然砂岩基本一致.     

应力诱导饱和流体岩石弹性波各向异性

各向同性岩石中裂隙随机分布,施加单轴方向的压应力后,与压应力方向垂直的缝隙会优先闭合.应力作用下裂隙的闭合导致岩石呈现出横向各向异性的特征,进而影响弹性波的传播特征.前人对干燥岩石中应力引起的弹性波速度各向异性开展了大量研究,但未考虑充填流体对于应力诱导各向异性和弹性波传播的影响.弹性波通过应力作用的岩石时会诱导微孔隙结构上的"挤喷流"效应,从而造成弹性波显著的频散和衰减.在本文中,我们分析应力诱导各向异性岩石中挤喷流对弹性波传播的影响.利用硬币型裂隙模型,同时考虑挤喷流和应力诱导各向异性的影响,我们建立了应力作用下含流体岩石各向异性模型.基于本文的模型,我们研究了裂隙介质中单轴应力和充填流体对弹性波传播的影响.我们的模型成功预测了弹性波速度随应力的增加,同时表明了挤喷流造成纵波的各向异性频散更显著.     

Analysis of elastic anisotropy of tight sandstone and the influential factors

Tight sandstone has a certain anisotropy. Using ultrasonic measurements of samples in three different directions and related matched experiments, this study systematically analyzes the pore structure and anisotropy of tight sandstone samples obtained from oil fields and compares results with those of shale. Results firstly show that the anisotropy of tight sandstone is mainly related to the compositional layering and thin interbedding which occur in different sedimentary environments. Tight sandstone has typical transverse isotropic medium characteristics, Young’s modulus increases in different directions with increasing confining pressure, Poisson’s ratio change is not obvious, anisotropic coefficients decrease with increasing effective pressure, and a certain linear relationship exists between ε, γ, and δ. This article finally summarizes anisotropy in different areas, thereby providing a foundation for the use of suitable appraisal models in different regions. This research can be used as an experimental reference for logging evaluation, seismic data interpretation, and fracturing develop of tight sandstones.     

低孔隙度泥页岩应力依赖的各向异性裂纹演化特性研究

本文在实验室对所获取的东营地区层理发育的低孔隙度页岩和泥岩的各向异性裂纹演化特性进行了研究,获得了各向同性条件下泥页岩的力学与超声波响应特性,分析了应力幅度对于页岩声波速度和各向异性的影响.主要结论包括:(1)泥页岩在循环载荷下存在滞后效应,表明其经历了去压实或油气产生导致的超压;(2)泥岩和页岩具有不同程度的各向异性,随着各向同性压力的增高微裂隙逐渐闭合,样品的各向异性程度减弱;(3)分析了岩石韧度和裂纹损伤参数随压力的变化特征,相比泥岩,页岩各向异性程度更高,随压力变化更明显,其裂纹导致的附加各向异性更强;(4)分析了各向异性岩石的动态弹性模量特征,由于软裂隙空间的闭合,动态弹性模量在低压条件下都随着围压的增加有硬化趋势.     

低渗砂岩储层渗透率各向异性规律的实验研究

应用1摩尔/升的盐水作为孔隙介质,采用液体压力脉冲法对采自鄂尔多斯盆地某油田三叠系延长组低渗砂岩样品进行了渗透率随有效应力的变化规律实验研究.在围压0～100MPa,孔隙压力0～12MPa范围内,样品的渗透率变化范围在0～60×10-18 m2之间,实验结果表明样品的渗透率随有效应力的增加而减少.通过拟合实验结果,得到渗透率随有效应力的变化规律较好的符合幂函数关系,相关系数介于0.903～0.984之间.同时对同一样品的X,Y,Z相互垂直三个方向的渗透率随有效应力的变化进行了比较,结果表明渗透率的各向异性同样是压力的函数,且随着有效应力的增加,不同平面内的渗透率各向异性表现出了不同的变化规律.但在实验压力范围内,渗透率各向异性皆为正值,表明在有效应力为100MPa范围内孔隙内流体的流动方向未发生改变.研究结果为鄂尔多斯盆地低渗(超低渗)油气田开发,特别是对深部油气田开发过程中开发方式的选择与设计,充分利用渗透率各向异性的特点,提高采收率提供了新的岩石物性资料.     

泥岩、页岩声速各向异性及其影响因素分析

在实验室超声波频率下(纵波主频为700kHz、横波为250kHz)对层理发育的页岩和泥岩的各向异性进行了研究,给出了在干燥和油饱和条件下,样品不同方向上纵、横波速度以及各向异性参数随压力的变化规律. 用X 射线衍射和扫描电镜分析了样品中引起各向异性的原因,指出平行于层理定向排列的粘土矿物和微裂隙是使样品显示出强弹性各向异性的内在原因. 随着压力的增高微裂隙逐渐闭合,样品的各向异性程度减弱. 孔隙流体的存在增强了孔隙（裂隙）的刚度,减弱了各向异性随压力增大而减小的趋势.     

地层条件下砂岩含水饱和度对波速及衰减影响的实验研究

为了研究含气地层对地震波传播的影响，在地层温压条件下，用超声波测试了长庆油田苏里格气田砂岩样品在不同饱和度下的纵、横波速度和衰减Q值.实验表明砂岩样品的物性和流体含量对纵波的速度和衰减的影响均大于横波,含气饱和度大于60％时纵波Q值变化明显；物性越好，含气饱和度越高，纵波Q值越小，吸收越大.分析实验结果和相应的影响机理，给出了利用纵波的吸收衰减预测砂岩含气性的应用实例.     

Azimuthal anisotropy analysis of walkaround vertical seismic profiling vertical seismic profiling: a case study from Saudi Arabia

Understanding fracture orientations is important for optimal field development of fractured reservoirs because fractures can act as conduits for fluid flow. This is especially true for unconventional reservoirs (e.g., tight gas sands and shale gas). Using walkaround Vertical Seismic Profiling (VSP) technology presents a unique opportunity to identify seismic azimuthal anisotropy for use in mapping potential fracture zones and their orientation around a borehole. Saudi Aramco recently completed the acquisition, processing and analysis of a walkaround VSP survey through an unconventional tight gas sand reservoir to help characterize fractures. In this paper, we present the results of the seismic azimuthal anisotropy analysis using seismic traveltime, shear‐wave splitting and amplitude attenuation. The azimuthal anisotropy results are compared to the fracture orientations derived from dipole sonic and image logs. The image log interpretation suggests that an orthorhombic fracture system is present. VSP data show that the P‐wave traveltime anisotropy direction is NE to SW. This is consistent with the cemented fractures from the image log interpretation. The seismic amplitude attenuation anisotropy direction is NW to SE. This is consistent with one of the two orientations obtained using transverse to radial amplitude ratio analysis, with the dipole sonic and with open fracture directions interpreted from image log data.