岩石电学性质实验研究方向展望

分析了岩心电性实验的内涵,介绍了油藏条件下岩石电学性质的研究现状以及对岩心电性实验方法的冲击.结合目前对不同地层特性岩石的电学性质的认识,就复杂储层评价的岩心电性实验方法、岩心电性实验技术装备、岩心电性实验技术规范化、岩心数值实验方法等方面对岩心电性实验的研究方向做了展望,认为：①岩心电性实验方法应立足于储层岩石的岩性、物性、孔隙结构、非均质性等地层特性;②系统地模拟和控制储层的温度、压力、润湿性条件、毛管与电性平衡等油藏条件,并使各种相关技术规范化,是其发展的必然趋势;③岩心数值实验方法可能作为实验室岩心电性实验的辅助手段之一在储层含油性评价中发挥作用.     

世界超深井岩心物理性质的温压实验结果综述（1）

综述了独联体乌克兰地盾中部克里沃罗日铁矿盆地上超深井岩以标本的电学性质和磁学性质的温压实验。（１）研究了岩石电阻率（ρ）和介电常数（ε）以及它们的和向异性系数与矿和成分，湿度，矿化度，温度，压力以及温压作用因素之间的关系；（２）研究了岩石的矫顽磁力，磁化率，天然剩余磁化率和饱和剩余磁化率及它们的稳定性与成分，结果，温度，压力以及温压同时作用因素之间的关系，（３）岩石电阻率和介电常数是构造灵敏度参数     

地震尺度下碳酸盐岩储层的岩石物理建模方法(英文)

碳酸盐岩油藏的强非均质性以及孔隙结构的复杂性,使得作为连接油藏参数与地震参数重要桥梁的岩石物理模型,以及作为油藏预测和定量表征最有效工具的流体替换成为岩石物理建模的难点与重点。在碳酸盐岩储层复杂孔隙结构与地震尺度下碳酸盐岩储层非均质性分析基础上,研究采用岩石网格化方法,将地震尺度下非均质碳酸盐岩储层岩石划分为具有独立岩石参数的均质岩石子体,根据岩石孔隙成因与结构特征采用不同岩石物理模型分步计算岩石子块干岩石弹性模量,并根据不同孔隙连通性进行流体替换,计算饱和不同流体岩石弹性模量。基于计算的岩石子块弹性模量,采用Hashin-Shtrikman-Walpole弹性边界计算理论方法实现地震尺度下碳酸盐岩储层弹性参数计算。通过对含有不同类型孔隙组合碳酸盐岩储层模型的弹性模量进行计算与分析,明确不同孔隙对岩石弹性参数的影响特征,模拟分析结果与实际资料认识一致。     

岩石物理弹性参数规律研究

根据辽东湾凹陷某区在地层条件和不同流体相态(气饱和、水饱和等)下岩石纵波速度、横波速度及密度等岩心测试数据,以及岩石矿物成分、孔隙度等常规岩心分析数据,统计分析了岩石弹性参数变化规律.采用有效流体模型、斑块饱和模型进行了纵、横波速度理论计算,并和实验测量结果比较,认为高孔、高渗岩石可以看作有效流体模型,低孔、低渗岩石更接近斑块饱和模型.这些规律和认识对于指导储层预测和油气检测及地震振幅综合解释有重要的意义.     

孔隙、裂隙介质弹性波理论的实验研究

近年来发展起来的“孔隙、裂隙介质弹性波理论”提高了人们对实际岩石声学性质的模拟和预测的能力.作为对这一理论的实验验证和重要应用,我们将它用来模拟和解释岩石超声实验中测得的干燥和饱和岩石弹性波速度随压力的变化曲线.理论模拟的重要参数,如岩石的裂隙密度等是从实验数据反演得到的.结果表明：无论是孔隙度较高的砂岩,还是孔隙度很小的致密岩石,如花岗岩,该理论都能很好地描述岩石在干燥和饱和状态下纵、横波速度随压力的变化.造成波速变化的原因是岩石中裂隙在压力作用下的闭合和裂隙密度的减少.本文的结果还指出了将岩石裂隙密度作为描述岩石的重要物性参数,并给出了从实验室超声测量中确定这一参数的方法.     

基于流体替换技术的地震AVO属性气藏识别(英文)

传统上,油藏地球物理工程师是基于测井数据进行流体替换,计算油藏饱和不同流体时的弹性参数,并通过地震正演模拟分析油藏饱和不同流体时的地震响应,从而进行油气藏识别研究。该研究方案为油藏研究提供了重要的弹性参数和地震响应信息,但这些信息仅限于井眼位置。对于实际油藏条件,地下储层参数都是随位置变化而变化的,如孔隙度、泥质含量和油藏厚度等,因此基于传统流体替换方案得到的流体变化地震响应信息对于油气藏识别具有很大的局限性。研究通过设定联系油藏弹性参数与孔隙度、矿物组分等参数的岩石物理模型,并基于三层地质模型,进行地震正演模拟与AVO属性计算。得到油藏孔隙度、泥质含量和储层厚度变化时地震AVO属性,并建立了饱和水储层和含气储层对应AVO属性(包括梯度与截距)之间的定量关系。建立的AVO属性之间的线性关系可以实现基于地震AVO属性直接进行流体替换。最后,应用建立的流体替换前后AVO属性之间线性方程,对模拟地震数据直接进行流体替换,并通过流体替换前后AVO属性交汇图分析实现了气藏识别。     

用孔隙、裂隙介质弹性波理论反演岩石孔隙分布特征

"孔隙、裂隙介质的弹性波动理论"描述了介质中孔隙与裂隙相互作用的弹性波特征,已被广泛用来模拟和解释实际岩石的声学性质.本文将该理论进一步扩展,用以描述孔隙与多形态裂隙体系的相互作用.扩展理论的一个重要应用是模拟实验室流体饱和岩石在压力加载条件下的弹性波速数据,利用不同形态的裂隙在压力作用下产生的波速变化来反演裂隙的纵横比分布谱.对高孔渗砂岩、致密砂岩和花岗岩岩芯数据的反演结果清晰地反映了不同岩性的岩石中裂隙的纵横比分布特征,且与这些岩芯的扫描电镜分析结果一致.本文的研究不仅为扩展理论提供了实验验证,而且给出了一种分析岩石孔隙结构特征的有效方法.     

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.     

上覆压力变化时孔隙岩层弹性波速度的确定及其普遍意义

在沉积正旋回砂砾岩储层的探井中采集了不同岩性的典型样品.在不同的有效覆盖压力P及孔隙流体为不同相态（气饱和、水饱和和油饱和）下测试了岩石的纵、横波速度（Vp,Vs）,分析了不同类型的孔隙流体对速度的影响.用适于低频条件下的Gassmann方程计算水饱和样品的Vp,Vs值,并和实验结果（高频条件下）比较,认为运用Gassmann理论一般可用于计算含有孔隙流体的岩石弹性波速度,以此预测由于孔隙流体的变化所引起的岩石速度的变化,精度是在石油工程的许可范围内的,其结果对声波测井和地震勘探资料处理具有理论和实际意义.     

熔体形态学及其对岩石物理和力学性质的影响

简要回顾了熔体形态学的研究方法，并分别从熔体分数和熔体分布形态两个方面，综合前人在熔体对岩石物理和力学性质的影响领域的主要研究成果，认为在部分熔融初期，熔体分数小，熔体主要分布于孤立的熔体囊内，对岩石的电学性质和力学性质影响不大，但是，对岩石的弹性波波速影响却很明显；随着熔体分数的增大，孤立的熔体囊逐渐连通形成熔体管道网络，岩石的电学性质发生显著变化；当熔体分数增至某一临界数值时，岩石体系结构改变，岩石的力学性质发生突变.     

储层岩石流动电位频散特性的数学模拟

利用储层岩石流动电位的频散特性评价复杂储层已经成为勘探地球物理领域关注的热点,但是目前还没有形成基于储层岩石储渗特性及电化学性质的具有普遍指导意义的理论方法和数学模型.本文利用微观毛管理论,通过随时间谐变条件下渗流场和电流场的耦合模型,建立了描述储层岩石流动电位频散特性的数学方法,定量分析了频率域储层岩石动态渗透率、动电耦合系数和流动电位耦合系数随储层岩石孔隙度、溶液浓度和阳离子交换量的变化规律.研究结果表明:储层岩石流动电位频散特性是储层流体惯性力与流体黏滞力相互作用的结果.储层岩石孔隙度越大,储层维持流体原有运动状态的能力越大,临界频率越小;储层岩石的溶液浓度和阳离子交换量对临界频率没有影响.储层岩石的孔隙度越大,流体流动能力越强,流动电位各耦合系数的数值越大;溶液浓度越小或阳离子交换量越大,孔隙固液界面的双电层作用越强,各耦合系数的数值越大.     

不同矿化度下泥质对岩石电性影响的逾渗网络研究

为了进一步认识泥质对岩石宏观电性的影响规律，本文利用非规整三维逾渗网络模型，通过数值模拟研究了不同矿化度下泥质对岩石电性影响的规律. 模拟结果表明：在中低矿化度下，泥质对岩石导电整体上呈现减阻作用，随着泥质含量的增加，电阻率降低的速度减慢；中等矿化度下泥质的减阻效果明显弱于低矿化度下的减阻效果；在高矿化度下泥质对岩石导电整体上呈现增阻作用. 在高矿化度、高含水饱和度下泥质对岩石电性的影响较小. 泥质起减阻、增阻作用的具体矿化度范围取决于储层的孔隙度、连通性以及地层温度等特性.     

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.     

小波变换在识别储层流体性质中的应用

根据小波变换的特点提出一种识别储层流体的新方法. 本文假设测井所得的信号为地层微观孔隙结构、地层流体性质及岩性和岩相等各部分的综合贡献之和，不同的储层中小波分析的能量谱特征不同，因而通过对已知储层模型进行小波能量谱分析，可得到各种储层的特征能量谱，根据这些储层特征能量谱就可以对待划分的储层段进行储层流体性质判别.     

泥质含量及其分布形式对岩电关系影响的数字岩心仿真(英文)

由于泥质所造成的附加导电现象,泥质含量及其分布形式对电阻率增大系数I和含水饱和度Sw关系具有重要影响,由于岩石物理实验中岩心孔隙结构及其组分构成、分布的微观不可调性,因而泥质分布形式所造成的影响很难通过岩心实验来单独研究。基于数字岩心的格子气自动机方法是一种有效的微观数值模拟方法,本研究利用储层岩心薄片的骨架颗粒尺寸信息资料建立数字岩心模型,结合格子气自动机技术对数字岩心不同饱和流体情况下电的传输特性进行数值模拟研究,揭示了不同泥质含量和泥质分布形式对孔隙介质导电特性非阿尔奇现象产生的影响,建立饱和度指数和泥质含量之间的关系模型,其良好的吻合性表明该方法在岩石物理研究中是一种十分有效的研究方法,而新模型适于在非阿尔奇储层进行准确的饱和度评价。     

四川盆地侏罗系致密砂岩弹性特征及岩石物理建模

近年来围绕四川盆地侏罗系陆相致密砂岩已取得了勘探突破,其中川中—川西过渡带具备形成大气田的地质条件,但对该套致密砂岩弹性性质变化规律的研究还较少,致使利用地震方法进行"甜点"储层预测的精度不高.本文利用四川盆地侏罗系沙溪庙组32块样品开展了系统的声学测量,在此基础上,分析了样品弹性性质的变化规律.结合X射线衍射矿物组分分析、扫描电镜、铸体薄片和岩石薄片特征确定了不同成岩作用对岩石储集性能的影响.研究结果表明,研究区致密砂岩储层表现为孔隙型储层,受差异性成岩作用影响,黏土含量、钙质含量和硅质含量的差异以及它们分布特征之间的差异对岩石弹性性质造成了很大的影响.在研究区对岩石物性及弹性性质有明显影响的成岩作用包括早期的钙质胶结作用、压实作用和溶蚀作用,因此针对不同时期的成岩作用对岩石弹性及物性的影响,利用接触-胶结模型、微分等效模量模型和临界孔隙度校正的Hashin-Shtrikman上限模型建立了研究区致密砂岩的岩石物理模型.     

水库蓄放水对库底岩石介质弹性波速影响的数值模拟

为了解水库水体加、卸载及渗透过程中,库底岩石介质有效应力变化对弹性波速的影响,以及弹性波速变化与孔隙压力、有效应力变化之间的定量关系,以四川省紫坪铺水库为例,在前期已建立库区地质构造与水文地质结构模型,并推导出岩石介质变形与流体渗流耦合数学模型的基础上,进一步建立了有效应力对岩石弹性波速影响的数学模型,利用有限元方法定量计算了库底岩石介质的孔隙压力、附加有效应力和弹性波速的变化。结果表明:在水库水体加、卸载及渗透过程中,地下岩石介质弹性波速增量值的变化并不明显,最大变幅仅为±0.013km/s,变化范围主要集中在库底5km以上的局部区域;弹性波速增量值与附加有效应力变化同步,与水库水位变化形态相似;不同观测点弹性波速变化量的大小与埋藏位置、深度及附加有效应力的变化幅度有关,同一观测点,弹性纵波波速变化幅度大于弹性横波波速。文中数值模拟的结果与一些学者通过环境噪声方法获得的紫坪铺水库附近区域相对波速变化的反演结果在变化形态上大体一致,但变化幅度略有差异。     

Seismic time–frequency analysis as a robust method to estimate the fluid saturation: A case study of carbonates reservoir,Iran

The propagation of seismic waves through a saturated reservoir compresses the fluid in the pore spaces. During this transition, parts of seismic energy would be attenuated because of intrinsic absorption. Rock physics models make the bridge between the seismic properties and petrophysical reality in the earth. Attenuation is one of the significant seismic attributes used to describe the fluid behaviour in the reservoirs. We examined the core samples using ultrasonic experiments at the reservoir conditions. Given the rock properties of the carbonate reservoir and experiment results, the patchy saturation mechanism was solved for substituted fluid using the theory of modulus frequency. The extracted relationship between the seismic attenuation and water saturation was used in time–frequency analysis. We performed the peak frequency method to estimate the Q factor in the Gabor domain and determined the water saturation based on the computed rock physics model. The results showed how the probable fault in the reservoir has stopped the fluid movement in the reservoir and caused touching the water‐bearing zone through drilling.     

3D multi-fractal analysis of porous media using 3D digital images: considerations for heterogeneity evaluation

Pore structure heterogeneity is a critical parameter controlling mechanical, electrical and flow transport behaviour of rock. Multi-fractal analysis method was used for a heterogeneity comparison of three-dimensional rock samples with different lithology. Six real digital samples, containing three sandstones and three carbonates, were used. Based on the mercury injection capillary pressure test on these samples, we found that the carbonate samples are more heterogeneous than sandstones, but primary results of multi-fractal behaviours for all samples were similar. We show that if multi-fractal is used to evaluate and compare heterogeneity of different samples, one needs to follow some considerations such as (1) all samples must have the same size in pixel, (2) samples volume must be bigger than representative volume element, (3) multi-fractal dimensions should be firstly normalized to a determined porosity value and (4) multi-fractal results should be interpreted based on resolution of the imaging tool (effects of fine scale sub-resolution pores are missed). Results revealed that using normalized fractal dimensions, the real samples were divided to less and high heterogeneous groups. Moreover, the study of scale effect also showed that porous structures of these samples are scale invariant in a wide range of scales (from one to eight times bigger).     

Application of alternative digital rock physics methods in a real case study: a challenge between clean and cemented samples

High‐resolution three‐dimensional images are used in digital rock physics to numerically compute rock physical properties such as permeability and elastic moduli. These images are not widely available, and their preparation is both expensive and time consuming. All of these issues highlight the importance of alternative digital rock physics methods that are based on two‐dimensional images and use different approaches to compute effective properties of three‐dimensional samples. In addition, the scale of study in both standard and alternative digital rock physics is very small, which applications of its results are questionable at wells or reservoir scale. The aim of this study is to use two‐dimensional images and alternative digital rock physics techniques for computing seismic wave velocity and permeability, which are compared with well and laboratory data. For this purpose, data from one well in a reservoir located in the southwestern part of Iran are used. First, two clean (carbonate) and two cemented (limy sandstone) samples were collected from well cores at different depths. Then, two‐dimensional images by scanning electron microscope and conventional microscope were captured. In the next step, two alternative digital rock physics methods, namely, empirical relations and conditional reconstruction, have been employed to compute P‐wave velocity and permeability of a three‐dimensional medium. Results showed that, in clean (mono‐mineral) samples, velocity values were reasonably close to well data. However, permeability values are underestimated compared with laboratory data because laboratory data were obtained at ambient pressure, whereas alternative digital rock physics results are more representative of reservoir pressure conditions. Nevertheless, permeability–porosity trends are valid for both samples. In the case of cemented samples, a two‐scale procedure, along with a method for two‐scale computation and grain‐cement segmentation, is presented and developed. Results showed that P‐wave velocity is overestimated probably due to random sampling in this method. However, velocity–porosity trends are in agreement with well data. Moreover, permeability results obtained for cemented samples were also similar to those obtained for the clean samples.