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.     

高孔隙岩石变形的离散单元模型

实验和野外观测表明颗粒破碎显著影响高孔隙岩石的变形特征.为建立高孔隙岩石变形的数值模型,我们以弹性理论为基础并根据问题的特征进行合理简化,给出了一种颗粒破碎机制,并根据此颗粒破碎条件改进传统的离散单元模型.利用改进的离散单元模型,研究了不同压力条件下高孔隙岩石变形的宏观和微观特征.数值模拟结果表明考虑颗粒破碎的模型能重现高孔隙岩石在不同围压下变形的应力-应变关系、声发射特征、应变局部化和剪切增强压缩等特征.我们还发现,与野外观测结果一致,在高孔隙岩石脆性阶段剪切带内部及附近伴有显著的颗粒破碎.     

基于碳酸盐岩孔隙结构预测孔隙度方法研究

许多研究都已经证实在碳酸盐岩储层中孔隙结构对声波速度影响很大,因此在孔隙度反演时必须考虑孔隙结构的影响.本文通过对Gassmann方程的合理简化并引入Eshelby-Walsh干燥岩石椭球包体近似公式,推导出包含岩石孔隙结构参数、饱和岩石压缩系数与岩石基质压缩系数三个参数的计算孔隙度的新公式,该式岩石基质压缩系数是通过Russell流体因子和Gassmann-Boit-Geer tsma方程计算式建立目标函数反演获得的,然后通过测井交汇图技术把岩石孔隙结构参数与岩石基质压缩系数优选转换成纵横波速度与密度关系式,进而导出具体地区考虑碳酸盐岩孔隙结构孔隙度具体计算公式,测井与地震资料应用表明,基于碳酸盐岩孔隙结构的孔隙度预测方法的精度高于常规方法.     

基于等效介质理论的煤层气储层岩石物理建模与应用

地震岩石物理建模作为表征油气储层物性参数与地震参数间映射关系的主流工具,鲜有应用于煤层气储层,关键制约因素在于煤层气储层特有的吸附气和双重孔隙的等效计算问题尚未有效解决.为此,本文将吸附气视为类似煤基质的固相,将双重孔隙分解为基质孔隙和裂隙两部分;尝试利用自相容近似模型计算煤基质、吸附气和基质孔隙混合后煤基质干骨架的等效纵、横波速度,通过Mori-Tanaka模型和Brown-Korringa各向异性流体替换理论加入裂隙和流体,以此构建煤层气储层岩石物理模型.在此基础之上,通过正演模拟分析基质孔隙参数、吸附气含量以及裂隙参数的等效纵、横波速度响应;基于模型反演基质孔隙和裂隙参数,并将基于模型预测的纵、横波速度与实测数据对比,论证所构建的煤层气储层岩石物理模型的合理性.进一步通过制作岩石物理量版,探讨煤层气"甜点区"界定的两个关键参数——吸附气含量和脆性指数与储层物性参数(基质孔隙度、裂隙孔隙度)以及地震参数间的关系.结果表明:吸附气含量的变化引起的纵、横波速度、纵横波速度比和纵波阻抗变化微弱,引起的流体因子参数(λρ和μρ)变化略显著;基质孔隙度变化引起的地震参数响应显著强于吸附气含量;裂隙孔隙度与两种脆性指数间均具有明显的负相关性,可认为是煤层气储层脆性的主要影响因素.     

饱和致密砂岩中动态剪切模量硬化的实验研究与理论模拟

Gassmann理论认为岩石的剪切模量在饱和流体前后保持不变,这一认识被广泛应用于高孔高渗常规储层中.然而,致密砂岩等非常规储层通常具有低孔、低渗以及孔隙结构复杂等岩石物理特征,因此Gassmann流体替换理论在此类储层的适用性尚不明确.针对这一问题,本文在1～60 MPa有效压力内分别测量了干燥与饱水致密砂岩样品的超声纵、横波速度,并对饱水前后砂岩的剪切模量变化特征进行了分析.结果表明,致密砂岩的剪切模量在饱水前后可能出现弱化或硬化现象.通过对致密砂岩样品的孔隙纵横比进行定量化分析,发现对于微裂缝主要分布在颗粒间以及颗粒内,并且软孔隙纵横比分布范围宽、软孔隙含量较高的样品更容易表现出剪切硬化的特征.利用一般形式的喷射流模型可以较好的模拟剪切硬化现象,但要考虑微裂缝的闭合情况对输入参数的影响.剪切硬化主要来源于高频弹性波激励下流体的喷射流频散作用.考虑到特定条件下在地震和测井频带也会产生频散现象,因此致密砂岩等非常规储层在进行流体替换时需考虑剪切模量可能会发生变化,盲目使用Gassmann流体替换理论的剪切模量不变假设可能会引起较大的预测误差.     

基于Xu-White模型横波速度预测的误差分析

在砂泥岩剖面中,基于Gassmann方程和Xu-White岩石物理模型,利用常规测井资料及实验室岩石物理数据进行横波速度估算.模型中考虑了泥质砂岩中基质性质、泥质含量、孔隙度大小和孔隙形状以及孔隙饱含流体性质对岩石速度的影响.综合分析了模型中砂、泥岩和孔隙流体弹性参数以及孔隙纵横比等输入参数的误差对预测横波速度精度的影响.数值模型试验表明,在Xu-White模型中采用变化的孔隙纵横比估算出的横波速度远远比采用固定孔隙纵横比估算出的横波速度准确.     

基于孔隙形状替换的储层孔隙类型预测方法（英文）

碳酸盐岩、致密砂岩和页岩等储层具有多种孔隙类型,复杂的孔隙形状导致岩石孔隙度与弹性参数之间的关系非常离散。本文提出了一种基于孔隙形状替换的孔隙类型预测方法,孔隙形状替换表征孔隙形状改变对岩石弹性参数的影响,而岩石矿物成分、孔隙度或流体成分保持不变。基于多孔可变临界孔隙度模型,通过岩石的速度反演得到岩石的等效孔隙纵横比。然后孔隙形状可以被替换为一种新的孔隙形状,或增加或较少另一种孔隙形状的体积含量。理论模型和实际测井数据应用表明,这种孔隙形状替换技术可以用来表征岩石的孔隙类型,排除岩石矿物成分、孔隙度或孔隙流体的影响。     

基于储层砂岩微观孔隙结构特征的弹性波频散响应分析

储层砂岩微观孔隙结构特征不仅影响干燥岩石的弹性波传播速度,也决定了岩石介质中与流体流动相关的速度频散与衰减作用.依据储层砂岩微观结构特征及速度随有效压力变化的非线性特征,将其孔隙体系理想化为不同形状的硬孔隙(纵横比α0.01)与软孔隙(纵横比α0.01)的组合(双孔隙结构).基于孔弹性理论,给出软孔隙最小初始纵横比值(一定压力下所有未闭合软孔隙在零压力时的纵横比最小值)的解析表达式,并在此基础上利用岩石速度-压力实验观测结果给出求取介质中两类孔隙纵横比及其含量分布特征的方法.通过逐步迭代加入软孔隙的方法对基于特征纵横比的"喷射流"(squirt fluid)模型进行了扩展,以考虑复杂孔隙分布特征对岩石喷射流作用的影响及其可能引起的速度频散特征.相较于典型的喷射流作用速度频散模式,对于岩石中软孔隙纵横比及其对应含量在较宽的范围呈谱分布的一般情况,其速度频散曲线不存在明显的低频段和中间频段,速度随频率的增大呈递增趋势直至高频极限.这说明即使在地震频段,微观尺度下的喷射流作用仍起一定作用,同样会造成流体饱和岩石介质的地震速度与Gassmann方程预测结果有不可忽略的差异.本文是对现有喷射流模型的重要补充,也为利用实验数据建立不同频段间岩石弹性波传播速度的可能联系提供了理论依据.     

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.     

含泥含钙致密砂岩导电规律与导电模型

A地区致密砂岩储层具有孔隙结构复杂、高泥、高钙的特征,使其导电规律更复杂,现用饱和度模型不能全面描述三种因素对致密砂岩导电规律的影响,造成A地区致密砂岩储层饱和度评价精度较低.本文首先从实验角度分析了孔隙结构、泥质、钙质胶结对致密砂岩导电规律的影响,得出随孔隙结构变差、泥质含量减小、钙质含量增加,岩石导电性变差.其次,考虑影响A区致密砂岩导电规律三种主要因素,利用有效介质对称导电理论具有描述泥质和钙质胶结对岩石导电性影响的优点,而改进等效岩石元素理论具有更好的描述孔隙结构变化对岩石导电性影响的优点,将两种理论结合,建立了适用于致密砂岩储层饱和度评价的导电模型.理论分析表明,建立的致密砂岩导电模型能正确地描述孔隙结构、泥质、钙质胶结对致密砂岩导电规律的影响,并与实验规律相符.第三,基于含水致密砂岩可动流体孔隙中水流与电流流动的相似性以及改进等效岩石元素模型和弯曲毛管模型,建立了有效流动孔隙度计算式.利用半径均值和无效流动孔隙与有效流动孔隙之比对致密砂岩孔隙结构进行了分类,在分类基础上,采用优化技术和有效流动孔隙度计算式,建立了孔隙结构效率和孔隙曲折度计算式.利用致密砂岩岩电实验数据,采用优化技术确定了模型中流体非均匀分布指数、渗滤速率及渗滤指数等参数值,并建立了相应参数计算式.与密闭取心井的饱和度对比,致密砂岩导电模型计算的含水饱和度平均绝对误差为4.5%;与试油结果对比,解释结果与试油结论吻合.这表明所建立的导电模型适用于A地区含泥含钙致密砂岩储层饱和度评价.     

基于微纳米孔隙理论的页岩气储层岩石物理建模方法

页岩储层由于其复杂的构造和孔隙特征,目前一般的岩石物理模型无法对其进行精确描述.微纳米孔隙作为页岩气主要的储集空间,对页岩整体弹性参数有较大影响.干酪根作为页岩中重要的有机质矿物,在页岩中的赋存状态随成熟度不同而变化,同时干酪根也是纳米级孔隙的主要发育场所.目前常规的岩石物理建模方法没有体现微纳米孔隙的作用,同时较少考虑不同成熟度下干酪根对页岩储层弹性性质的影响.本文采用一种微纳米孔隙理论描述页岩微纳米孔隙特性,考虑微纳米孔隙和不同成熟度下干酪根的赋存状态,应用上述微纳米孔隙模型、各向异性SCA-DEM模型、各向异性Eshelby-Cheng模型和Brown-Korringa固体替换方程等建立一种新的页岩储层岩石物理模型.利用中国西南某工区页岩气井对该模型进行验证,模型预测的横波速度与测井速度拟合较好.结果表明不同干酪根成熟度的页岩岩石物理建模结果具有一定的差异,据此可大致区分该工区井的干酪根成熟度;最后对微纳米孔参数进行正演分析,结果反映了页岩的纵横波速度随微纳米孔隙参数的变化趋势.     

多孔可变临界孔隙度模型及储层孔隙结构表征

碳酸盐岩、致密砂岩和页岩等储层具有孔隙类型多样、孔隙结构复杂和非均质性强等特征,属于典型的多重孔隙储层,孔隙结构表征是多重孔隙储层预测和流体识别的关键.现有的孔隙结构表征方法大多利用孔隙纵横比或者构建一种新参数来描述孔隙结构.岩石临界孔隙度模型是一种常用的岩石物理模型,具有一定的物理意义和地质含义.本文推导了岩石临界孔隙度与岩石孔隙结构(孔隙纵横比)之间的关系,进而利用极化(形状)因子建立临界孔隙度与弹性参数之间的关系,构建了能够包含多种孔隙类型的多孔可变临界孔隙度模型.利用多孔可变临界孔隙度模型由储层的弹性参数反演不同孔隙类型的体积含量.实验室测量数据和实际测井数据表明,多孔可变临界孔隙度模型能够适用于多重孔隙储层岩石物理建模和孔隙结构表征.     

基于无效导电孔隙概念的致密砂砾岩有效介质导电模型

致密砂砾岩储集层饱和度评价一直是测井领域面临的难题之一,这是由于致密砂砾岩储层分选差、孔隙结构复杂、孔渗非常低造成的,因此,有必要建立一种能描述致密砂砾岩储层导电规律的电阻率模型.本文针对复杂孔隙结构的致密砂砾岩储层存在一定的对岩石导电性几乎无贡献的孔隙,以及虽然这种无效导电孔隙度很小,但其对致密砂砾岩导电性的影响是不能忽略的,引入无效导电孔隙度概念,将研究区砂砾岩储层孔隙划分为无效导电孔隙和有效导电孔隙两部分,利用有效介质对称导电理论建立了致密砂砾岩储层电阻率模型,并从理论上分析了无效导电孔隙度变化对建立的导电模型的影响.利用全直径致密砂砾岩岩样的岩电实验数据,采用最优化方法确定了导电模型参数和该区致密砂砾岩储层无效导电孔隙度值.通过对导电模型进行实验数据拟合,表明本文给出的模型能描述致密砂砾岩储层的岩石导电规律;通过对比导电模型的处理结果与试油结论,表明本文建立的模型适用于致密砂砾岩储层的饱和度解释.     

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。     

致密砂岩气藏裂隙-孔隙型弹性岩石物理模板研究:以川西坳陷A区为例

相对于常规砂岩,致密砂岩在岩石物理性质、力学性质等方面具有明显差异,并呈现出很强的非均质性.岩石物理模型能将储层参数与地震特性信息联系起来,因此可以作为致密砂岩储层参数与地震特性信息转换的桥梁.常规的岩石物理模型通常只考虑单一因素(例如非均匀性,单一孔隙,单一尺度等),建立的岩石物理模板并不适用于致密砂岩.本文针对高饱和气、微裂隙发育、非均质性强的致密砂岩储层,利用Voigt-Reuss-Hill模型计算混合矿物的弹性模量,采用微分等效介质(DEM)模型描述含裂隙、孔隙岩石的骨架弹性模量,基于Biot-Rayleigh波动方程构建了岩石物理弹性模板,给出了致密砂岩储层弹性参数与物性的关系.基于测井数据和实验数据对岩石物理弹性模板进行校正,并将校正后的岩石物理弹性模板结合叠前地震资料应用于川西地区储层孔隙度与裂隙含量预测.结果显示,反演裂隙含量、孔隙度与储层试气报告、测井孔隙度基本吻合,表明该模板能够较合理地应用于致密砂岩储层孔隙度及裂隙含量解释中.     

微晶结构对碳酸盐岩地震弹性与储层物性特征变化规律的影响（英文）

碳酸盐岩储层是油气勘探的重要储层类型,不同地区的碳酸盐岩储层在沉积、成岩过程都存在着明显的差异,这种差异是引起其物性及地震弹性性质变化的的主要因素。为认识这种机制,在本文中我们对取自塔里木盆地不同地区碳酸盐岩储层不同层位的98块样品进行了岩石学特征、岩石微观结构特征、物性特征和地震弹性特征识别分析,并研究了样品物性对地震弹性性质的影响及其变化规律。研究结果表明,碳酸盐岩样品物性与地震弹性性质整体变化规律受微晶方解石结构特征的控制,而传统的岩石结构及孔隙结构分类不能完全反应上述特征的变化。依据形态特征可将样品微晶结构分为多孔微晶、紧密微晶体和致密微晶三种类型,随着上述三种微晶中晶体边界紧密缝合接触的程度增加,其微晶晶间孔隙度与孔喉半径逐渐减小,同时方解石晶体颗粒边界刚度特征与弹性均匀性的逐渐增强,致使样品渗透率与速度等地震弹性特征表现出随孔隙增大而逐渐减小的总体趋势。对于以致密微晶为主的低孔隙度样品(孔隙度φ5%),微晶孔隙对样品孔隙及渗透率贡献较小,同时微晶弹性性质接近岩石基质,致使岩石宏观物性特征与弹性性质受裂隙、溶蚀孔隙等的影响更为明显,样品物性与地震弹性性质的特征表征孔隙结构的控制作用。孔隙纵横比对孔隙类型也具有明显的指示作用,溶蚀孔隙的体积模量纵横比高于0.2,粒间孔体积模量纵横比介于0.1~0.2之间,多孔微晶与紧密微晶体积模量纵横比小于0.15,而致密微晶的体积模量纵横比接近于0.2。研究结果可为碳酸盐岩储层的分类以及相关储层的岩性及烃类地震检测提供依据。     

基于等效介质理论分析川中低孔砂岩的骨架结构分析(英文)

川中广安地区的致密含气砂岩储层具有分布广,丰度低的特点。采自该地区的砂岩样本孔隙度普遍偏低,孔隙连通性差。本文采用Mori-Tanaka模型分析致密砂岩样本的波速观测数据,基于理论与实验分析,给出了该地区砂岩骨架的物理模型。通过经验关系获取基质模量,将实验数据与Mori-Tanaka模型在不同孔隙形态时的预测值进行对比,结果显示实验数据与低纵横比的软孔模型比较接近。综合考虑基质模量和孔隙形态变化的影响,分析表明在矿物成分变化不大的情况下,样本的等效孔隙纵横比随孔隙度增加有上升的趋势。     

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。     

饱和岩石的动态渗透率和动电耦合系数解析式

动态渗透率和动电耦合系数是描述岩石中渗流波动和弹性-电磁耦合波效应的重要参数.本文基于毛细管束模型,提出了流体饱和孔隙介质的动态渗透率和动电耦合系数的解析表达式和简化表达式,并通过与前人近似式结果的对比,分析了不同表达式的合理性和适用性.在此基础上,理论分析了孔隙几何形状和孔径分布对渗透率和动电耦合系数的频率响应以及井孔震电耦合波场的影响.研究结果表明:当认为孔道均匀且达西渗透率、孔隙度和弯曲度恒定时,孔隙几何形状的影响很小,可以忽略,而前人的近似式高估了孔隙几何形状的影响;孔径分布的影响显著,随着孔径分布的增大,渗透率的临界频率显著减小,动电耦合系数的临界频率显著增加,震电测井的斯通利波及其伴随电场幅度显著增大.     

泥页岩岩石物理建模研究

泥页岩由于其复杂的岩石特性（主要是裂缝及有机质的存在）,目前还没有有效的岩石物理模型可以较为精确的模拟其性质.本文在自洽模型和微分等效介质模型的基础上,引入Berryman三维孔隙形态及Brown-Korringa固体替代技术,建立适用于富有机质泥页岩的新型岩石物理模型.在此基础上进行正演分析,讨论不同孔隙形态对于自洽模型的临界孔隙度以及岩石速度的影响.正演分析的结果表明即使将未知的混合岩石作为背景岩石,微分有效介质模型的引入使得固体相和流体相仍然不是对称的,临界孔隙度不一定要落在0.4到0.6之间.且不同的孔隙形状对于自洽模型的临界孔隙度以及岩石的速度具有明显的影响.此外,基于岩石物理模型,文章讨论了不同孔隙形态、不同泥质含量时有机质对于岩石弹性性质的影响.最后利用一口页岩气井对该模型进行验证,预测的纵横波速度与测井结果吻合的很好,证明了该模型对于富有机质泥页岩的适用性.