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 -6的2~2000 Hz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600 Hz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.     

不同泥质分布形式泥质砂岩导电规律实验研究

本文利用人工制作的不同含量分散泥质和层状泥质砂岩岩心样品,测量不同矿化度和不同含油饱和度的岩心电阻率,从实验角度研究了不同泥质分布形式和含量的岩心导电规律,结果表明,泥质分布形式或含量不同,则泥质砂岩导电规律不同.基于层状泥质与分散泥质砂岩的并联导电实验规律,以及分散粘土和地层水混合物的导电规律可用HB电阻率方程描述,建立了考虑泥质分布形式影响的泥质砂岩电阻率模型.通过1组不同泥质分布形式泥质砂岩人造岩心实验数据的测试,表明该模型可以描述分散泥质砂岩、层状泥质砂岩和混合泥质砂岩地层的导电规律.分散泥质,层状泥质,人造岩样,实验测量,并联导电,HB方程,电阻率模型     

基于差分方程和通用阿尔奇方程的含黄铁矿混合泥质砂岩电阻率模型

针对现有导电模型很难描述含黄铁矿混合泥质砂岩储层导电规律的难题,本文设计并压制了黄铁矿骨架纯岩样,以及不同分散泥质、层状泥质和黄铁矿含量的石英骨架人造岩样,测量了岩样岩电及配套实验数据,从实验角度分析了黄铁矿含量变化对岩石导电性的影响。考虑到岩石中不同物质成分间导电特性的差异,提出将含黄铁矿混合泥质砂岩分为层状泥质、石英颗粒、黄铁矿颗粒、油气、分散粘土颗粒、微孔隙水和可动水,将电导率差分方程与通用阿尔奇方程相结合,利用电导率差分方程描述在主介质中添加分散相介质的导电规律,而利用通用阿尔奇方程描述两种导电介质组成的混合介质的导电规律,在此基础上利用并联导电理论描述分散泥质砂岩与层状泥质的导电规律,建立了一种能够有效描述含黄铁矿混合泥质砂岩导电特性的新型通用电阻率模型。理论验证表明所建立的电阻率模型满足物理约束条件,且预测的导电规律与实验规律相一致,即随着黄铁矿颗粒含量和电导率的增加,R_t和I值均减小。利用实验测量的46块人造岩样在不同含油饱和度下的岩电实验数据,验证了该模型完全能够描述黄铁矿骨架纯岩样、石英骨架混合泥质砂岩岩样,以及骨架含部分黄铁矿的混合泥质砂岩岩样的导电规律。实现了含黄铁矿混合泥质砂岩地层饱和度的准确求取,有效的提高了复杂储层测井解释评价的精度。     

油水饱和泥质砂岩流动电位的频散特性

油水饱和泥质砂岩中流动电位的研究对于揭示含油储层震电勘探和动电测井的机理有着重要的意义.本文首先从岩石孔隙的微观结构出发,构造了描述水润湿条件下油水饱和泥质砂岩储层的毛管模型.在模型中依据油水流动遵守的Navier-Stokes方程和电化学传质动力学理论,建立了描述油水饱和泥质砂岩流动电位的数学方程,并数学模拟了岩石储渗参数对流动电位频散特性的影响规律.研究结果表明:储层孔隙内流体受到的粘滞力与惯性力控制着水相和油相的流动,从而决定了流动电位的频散特性.随着孔隙度的增大,油水两相各自的有效渗透率均增大;而含水饱和度的升高使得水相有效渗透率增大,油相有效渗透率减小.在水润湿条件下,流动电位耦合系数随含水饱和度升高而增大,随束缚水饱和度的升高而减小.另外,流动电位相对耦合系数也随含水饱和度的升高而增大,但无频散现象.     

砂岩样品的震电效应实验研究（英文）

地震波场和电磁场耦合产生的震电效应与储层物性参数有关,含流体孔隙介质中震电效应的研究有助于更好的描述储层特性。本文我们对饱和砂岩样品中的震电效应进行了实验研究,构建了一套震电测量装置。利用此测量装置记录了在声波激励下砂岩样品中产生的震电转换信号,观测得到了砂岩界面产生的震电信号的衰减特性,在此基础上进一步研究了震电信号与砂岩物理参数之间的关系。在震电效应的实验中发现尽量减小参考电位与震电信号扰动区的基准电位之间的电位差是保证震电实验测量精确性的关键点,能够显著提高震电信号的可探测性。震电测量结果证实了地震波在含流体孔隙介质中传播时,能诱导震电耦合,同时给出了震电界面响应的特点。震电信号振幅随着波源与岩样距离的增加呈线性衰减,随着接收电极与岩样界面距离的增加呈指数衰减。不同渗透率砂岩样品中产生的震电响应结果表明震电响应的强弱与样品渗透率成正相关,震电效应可以作为研究储层渗透率的一种新方法。     

泥质分布形式对泥质砂岩电性的影响规律研究

介绍了将混合理论用于结构泥质、将基于距离的升尺度(DBU)方法用于层状泥质电性研究的原理和方法,通过对实际岩心资料以及井资料的分析处理,证实了将混合理论用于结构泥质、将DBU方法用于层状泥质砂岩电性研究的合理性,最后利用上述方法进一步分析了泥质含量、泥质的分布形式等对泥质砂岩电阻率的影响及规律,研究结果表明:随着泥质含量的增加,泥质砂岩电阻率逐渐降低,且降低的幅度随含水饱和度的降低而增大;当测量电流方向与层状泥质垂直时,泥质对电性的影响较弱,但层状泥质和结构泥质的相对含量对结果的影响很大;当测量电流方向与层状泥质平行时,泥质对电性的影响较强,但层状泥质和结构泥质的相对含量对结果的影响不大.     

稀疏时频分解方法的研究与运用（英文）

Gabor变换和S变换是常用的时频分析工具。根据测不准原理,它们的时频分解结果无法在时间域和频率域同时具有很高的分辨率。为了提高非平稳信号时频分解结果的分辨率,本文提出瞬时频率分布函数（IFDF）并利用它表达非平稳信号。当非平稳信号时频成分的分布满足测不准原理对信号可分辨的要求时,瞬时频率分布函数的支集和短时Fourier变换的小波脊支集是同一个集合。利用IFDF的该特征,本文提出一种迭代算法（Sparse-STFT）实现了信号的稀疏时频分解。该算法在每次迭代过程中利用残留信号的短时Fourier变换结果的脊支集更新信号的时频成分,每次迭代得到的时频成分的叠加结果即为最终的稀疏时频分解结果。文中的数值实验证明了Sparse-STFT可以有效地提高非平稳信号时频分解结果的分辨率。最后,本文将该方法应用于地震数据面波的压制中,取得了理想的处理结果。     

流体黏度对砂岩弹性模量频散与衰减影响规律的实验及理论验证

波诱导的孔隙流体流动是造成地震波速度频散与衰减的重要机制, 其中孔隙流体性质(尤其是黏度)是影响速度频散变化特征的关键因素之一.为了研究孔隙流体黏度对速度频散的影响, 本文在饱和不同黏度流体条件下对2块低孔隙度砂岩和3块中孔隙度砂岩样品进行了低频应力-应变岩石物理测试, 获得了岩石样品1~3 kHz的杨氏模量、泊松比和衰减曲线.实验结果发现: 两种砂岩样品都表现出随着有效压力增加, 杨氏模量增加, 频散程度减弱的特征; 同时随着流体黏度增大, 频散梯度增大, 特征频率向较低频率移动.为了更好地解释不同流体黏度条件下的实验数据, 本文采用现有经典岩石物理频散模型对实测速度频散进行了描述.研究结果表明, 经典的Gurevich喷射流模型、Biot模型、White模型、Gassmann方程和BISQ模型在数值上和趋势上均难以定量刻画实测低频数据, 其预测结果存在明显的特征频率且中间过渡频段较小, 而实测速度则随频率的增大呈缓慢递增趋势, 且具有较宽的中间过渡频段.对于中孔隙度砂岩样品, 考虑Biot宏观流作用、软孔与软孔以及软孔与硬孔喷射流效应的扩展Gurevich喷射流模型能够给出与实验数据较为吻合的预测结果; 对于低孔隙度砂岩, 扩展Gurevich喷射流模型的预测结果也能在趋势上与实验数据保持一致.实验数据和理论模型共同指出归一化参数E(f)/E(1 Hz)具有提高储层流体预测与流体识别精度的潜力和重要意义.

     

基于速度频散因子表征的CO_2驱地震监测方法（英文）

二氧化碳注入地层驱油过程中会引起地震波速度的频散现象,这是地震波传播过程中相速度随频率发生变化所造成的。所以综合考虑二氧化碳气驱情况下的速度频散效应,提取频散因子,进而动态监测气驱前后的油藏变化,具有方法的可行性。本文从Robinson频散褶积模型出发,首先推导了速度频散因子的定量表征式,构建了含有速度频散因子的反演方程,给出了四个处理步骤的实现过程,其中包括广义S变换谱分解、井旁道子波提取、谱均衡处理和阻尼最小二乘频散因子提取。根据粘弹性介质理论,建立了基于Q值变化的衰减地层模型,对止演后的偏移剖面进行了时频谱分析,在此基础上进行了频散因子提取与对比,验证了方法的有效性。最后,将本文方法应用到胜利油田高89井区注气前后两期资料的目标处理与驱油监测中。从提取的两期地震频散因子剖面和切片来看,方法能较好地指示二氧化碳驱前后的差异性,研究成果与井场实际考察结果非常吻合。     

饱和储层砂岩中流体粘度引起的超声波速度频散实验研究(英文)

在实验室对5块储层砂岩进行了模拟地层压力条件下的超声波速度测试。砂岩样品采自WXS凹陷的W地层,覆盖了从低到高的孔隙度和渗透率范围。实验选用了卤水和4种不同密度油作为孔隙流体,结合温度变化,实现了对流体粘度引致的速度频散研究。对实验结果的分析表明:(1)对于高孔隙度和渗透率的样品,无论是哪种流体饱和,观察到的超声波速度测试值和零频率Gassmann预测值的差异较小(约2-3%),基本上可以用Biot模型解释;对于中等孔隙度和渗透率的样品,低粘度流体(<约3mP?S)的频散效应也可以用Biot模型得到合理解释;(2)对于低、中孔隙度和渗透率样品,当流体粘度增加时,喷射流机制起主导作用,导致严重的速度频散(可达8%)。对储层砂岩的微裂隙纵横比进行了估计并用于喷射流特征频率的计算,当高于该特征频率时,Gassmann理论的假设条件受到破坏,实验室测得的高频速度不能直接用于地震低频条件下的W地层砂岩的Gassmann流体替换研究。     

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.     

致密油岩石纵波频散及衰减特征研究:实验观测及理论模拟（英文）

非常规油气资源-致密油在中国有广泛分布,致密油储层孔隙类型多样、结构复杂。本文对12块致密油岩石样本开展了超声波实验测量,根据记录的纵波波形,利用谱比法估算了岩石在饱和不同流体时的衰减,结果显示大部分致密油样本在饱气状态下的纵波衰减强于饱水及饱油情况,并且,纵波衰减与岩石渗透率有较好的正相关性。基于扫描电镜分析结果,采用三重孔隙结构模型描述致密油岩石,正演模拟了致密油岩石的波传播特征。基于BIOT理论、BIOT-RAYLEIGH双重孔隙介质理论和三重孔隙模型对比讨论了致密油岩石的纵波速度频散和衰减规律,结果显示BIOT理论和BIOT-RAYLEIGH理论均无法解释该组致密油岩石样本的衰减特征规律,而采用三重孔隙结构模型的预测结果和实验结果能够达到很好的吻合。统计分析了致密油岩石的实验测量结果和模型参数,可推断在5-10%孔隙度范围内致密油岩石含更多的微裂隙,且在高孔隙度范围微裂隙尺寸更大。在不同孔隙度范围内,微裂隙和黏土包体体积比率相近,但微裂隙尺寸明显大于泥质尺寸,微裂隙体积模量低于泥质体积模量。     

井震频散校正及其应用:以西非深水砂岩为例

储层是一种包含固体骨架和流体的孔隙介质,所以在探测频率变化时,储层表具有明显的频散现象.这种现象在地震探测频带(100 Hz)和测井探测频带(1000 Hz)之间表现的愈发明显,且不可忽视.这就对储层预测中地震和测井资料的联合应用造成影响,使一些细小的烃类异常被井震频散引起的差异所掩盖.针对这种现象,本文提出了一种消除井震频散差异的技术和应用流程:在孔隙介质理论的基础上,利用测井数据计算目标区速度随频率变化的曲线,进而估算井震频散差异,并应用于地震反演解释的一系列流程.该技术在西非尼日利亚地区进行了应用,并取得了较好的效果.     

骨架导电的混合泥质砂岩通用孔隙结合电阻率模型研究

在水介质中顺序添加分散粘土颗粒、油珠、导电骨架颗粒、层状泥质,并对每一种成分进行连续积分,建立了一种适用骨架导电及含有分散粘土和层状泥质的泥质砂岩通用电阻率模型.通过对该模型的影响因素分析,发现泥质分布形式对模型计算的含水饱和度有很大影响;对应两个不同粘土颗粒电阻率或骨架颗粒电阻率的地层电导率之差,几乎与总含水饱和度无关,而对应两个不同层状泥质电阻率的地层电导率之差,随总含水饱和度增大而增大;骨架胶结指数变化对地层电导率与总含水饱和度关系曲线的影响最大,而粘土胶结指数变化对地层电导率与总含水饱和度关系曲线的影响最小;饱和度指数对地层电导率与总含水饱和度关系曲线的影响随总含水饱和度的增大而减小.通过一组骨架导电的人造岩样的试验,表明当地层水电阻率.小于颗粒电阻率时,该模型可以用于不含粘土的骨架导电的岩石.通过两组分散泥质砂岩岩样实验测量数据和一组层状泥质砂岩测井资料及实际测井资料的计算,表明本文给出的电阻率模型既适用于分散泥质砂岩地层解释又适用于层状泥质砂岩地层解释,同时,还适用于含有分散粘土和层状泥质的混合泥质砂岩地层解释.     

陆检与海底的耦合作用及其校正方法（英文）

海底电缆双检采集是利用水检和陆检对海水层鸣震的响应极性相反,通过水、陆检数据的合并处理来消除海水层的鸣震,进而拓展了数据的频带范围,提高了资料的保真性和分辨率,而得到了广泛应用。但海底电缆双检资料中的陆检数据,由于受洋流、海底地形和施工工艺等的影响,很难保证其与海底的良好耦合,因而受耦合系统传输函数的影响比较大,造成水、陆检数据在振幅、频率、相位等方面的差异,降低了陆检数据的信噪比,影响了双检地震数据的合并处理效果。而海底电缆双检中的水检资料检测的是海水压力的变化,与海底不存在耦合问题,因而水检数据信噪比往往比较高。本文首先给出了陆检与海底耦合系统传输函数的数学表达式,然后利用水检数据作为约束条件估算出了陆检与海底耦合系统的传输函数,并利用估算出的传输函数对陆检数据进行了耦合校正处理,解决了陆检与海底的耦合效应对陆检数据的振幅、相位等的影响,提高了陆检数据的信噪比,取得了较好的应用效果。     

基于核磁共振测井的致密砂岩储层分类方法研究（英文）

致密砂岩储层孔隙结构复杂,非均质性强,利用传统的常规测井计算孔隙度、泥质含量、J函数和流动单元指数等参数建立的储层分类方法很难有效地对致密砂岩储层进行分类。核磁共振T2分布与储层孔径分布密切相关,可用于表征储层孔隙结构特征。目前常用的方法是应用核磁共振T2分布与压汞毛管压力曲线建立线性函数或幂函数等经验公式,间接求取排驱压力、最大孔喉半径、中值孔喉半径等储层孔隙结构参数并用于储层分类,但经验公式存在地区适应性,且受限于实验样本的代表性,很难有效推广应用。对数正态分布常用来表示岩石孔径分布和粒度分布,通过计算小孔和大孔的体积、平均半径、标准差等参数定量表征储层的孔隙结构特性。本文采用双峰对数正态分布拟合核磁共振T2谱,得到表征岩石孔隙分布和非均质性的六个参数(小孔和大孔的体积、均值、标准差),结合核磁共振测井计算的总孔隙度,采用聚类分析方法进行储层分类。岩心实验测量数据及核磁共振测井数据处理结果表明,该方法可有效划分致密砂岩储层类型,具有较好的应用效果。     

地震低频信息缺失特征分析及拓频方法研究（英文）

地震低频信息能够提高分辨率与成像精度,改善反演质量,甚至直接进行油气检测,需要对其进行有效保护与拓展。对于子波而言,缺失低频信息会导致主瓣幅度降低、第一旁瓣幅度增加,并出现次级旁瓣呈周期震荡衰减的现象;从合成地震记录和典型地质模型来看,低频缺失会产生假同相轴,造成分辨率提高的假象,且模型不同位置的特征存在一定差异;对缺失低频的模型数据进行波阻抗反演,会造成构造失真、岩性改变的假象,特别是高陡构造和薄互层。针对缺失低频的地震资料,本文还研究了基于压缩感知与稀疏约束的拓频方法,开发了相应的模块,并对实际CIP道集进行处理,取得了较好的应用效果。     

利用优化近似解析离散化方法压制声波方程逆时偏移中数值频散（英文）

利用交错网格有限差分法求解波动方程时,空间网格过大、震源主频过高等因素都会引起波场频散,若用小步长网格剖分和高阶差分的交错网格有限差分法压制数值频散会使计算量成倍增加,降低波动方程的求解效率。优化近似解析离散化(optimal nearly analytic discrete,ONAD)方法能够粗网格、高频条件下通过空间节点的位移和梯度的组合共同逼近空间偏导数实现对声波方程更为精确的求解。本文将ONAD方法引入地震波逆时偏移,进行二维声波方程的正、反向延拓,通过归一化互相关原理实现基于ONAD方法的地震波逆时偏移成像,有效压制了数值频散,提高了成像精度。最后,通过利用凹槽模型和SEG/EAGE盐丘模型测试了基于该方法的偏移成像结果,并与时间2阶空间4阶的交错网格有限差分法得到的偏移剖面进行对比。对比结果验证了本文中设计的基于ONAD方法的处理流程,并用于实测资料,有效解决了由震源和炮记录中高频成分引起的数值频散,实现复杂地质构造尤其是精细构造的准确成像,同时实测资料成像结果表明,ONAD方法具有实用价值。     

含有孔隙层的地表分层模型中瑞利波频散特性研究（英文）

瑞利波勘探主要是建立在弹性介质分层半空间模型基础上的。当实际地层中包含孔隙介质层时,需要将孔隙介质简化为弹性介质来进行分析和处理。这种简化处理究竟对瑞利波勘探造成怎样的影响是本文所研究的问题。本文基于弹性介质与孔隙介质共同构成的分层半空间模型,首先推导了分层半空间中两种介质处于不同相对位置时的瑞利波频散方程,解决了不同阶数矩阵之间的变量传递问题然后,针对传递矩阵法在求解频散函数时可能出现的溢出问题,给出了一种可以有效提高计算范围的解决方案;同时,提出了一套新的数值算法用于复频散方程的快速求解。数值计算结果表明:当孔隙介质位于半空间表面时对低频瑞利波频散特性的影响最为显著,而在其它情况下对瑞利波频散特性的影响相对较小。     

不同胶结情况下套管井偶极弯曲波的频散特征研究（英文）

在声波测井领域,交叉偶极声波测井主要用于测量地层横波,判断地层的各向异性和裂缝。本文基于套管井中的偶极弯曲波传播特性,针对水泥胶结良好、I界面窜槽和II界面窜槽三种胶结情况下的基阶地层弯曲波的声场特性,计算了弯曲波的频散曲线并考察了水泥参数（弹性参数和几何尺寸）对弯曲波频散曲线的影响,利用实轴积分法计算了常规水泥或超轻水泥固井情况下软地层套管井的偶极全波,并采用谱域加权相似法对全波进行了频散分析。结果表明：在软地层常规水泥胶结良好的套管井中,弯曲波的截止频率高于常规偶极源的激发频带,但采用超轻水泥固井时,截止频率会向低频移动,超轻水泥固井有利于在软地层中测得弯曲波。当I界面窜槽时,弯曲波的截止频率向低频移动,在软地层中比较明显,超轻水泥固井情况比常规水泥固井向低频移动更为显著。如果II界面窜槽,无论何种水泥固井弯曲波的截止频率均低于2k Hz。不同胶结情况下的全波分析进一步验证和说明了弯曲波的频散特性对套管井水泥胶结质量比较敏感。