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.     

基于电震耦合理论研究电极法储层岩石复电阻率频散特性

复电阻率测井在识别油水层的能力上优于常规电阻率测井,然而储层岩石复电阻率特性的微观机理还没有统一完整的解释和数学模拟方法,致使复电阻率测井技术的开发缺乏足够的理论基础.本文基于孔隙介质Pride电震耦合理论,结合谐变信号激励下渗流场与电流场的耦合理论,推导出一级近似条件下的Pride电震耦合理论.采用格林函数方法建立了一维电震波场的波动方程及其解.构造了双电极法测量储层岩石复电阻率的物理模型和数学模型,从理论上阐明了岩石复电阻率频散特性的微观机制与电震效应的关系,定量分析了储层岩石复电阻率频散特性的影响因素.数学模拟结果表明:储层岩石复电阻率的频散现象是在电震快纵波和电震慢纵波的共同作用下,由孔隙介质中的电渗流机制形成的;储层岩石的复电阻率随孔隙度的增大而减小,随渗透率的增大而增大,地层水矿化度的增加或阳离子交换量的增大使得同频率的复电阻率减小.慢纵波界面极化频率受孔隙度、渗透率和地层弹性模量的影响较大,而快纵波界面极化频率受地层弹性模量的影响较大.     

致密碳酸盐岩跨频段岩石物理实验及频散分析

致密碳酸盐岩在成岩和后成岩过程中形成了复杂的孔隙结构特征,其速度等地震弹性参数不仅与孔隙度有关,而且还与孔隙结构特征密切相关.为了进一步研究致密碳酸盐岩内部流体相关的速度频散特征,针对致密碳酸盐岩进行实验室的频散测量与频散理论分析尤为重要.本研究选用了一块典型的致密型碳酸盐岩样品,在对样品进行了精细的包括CT扫描与镜下薄片的孔隙结构描述基础上,进行了实验室跨频段（从地震频段-超声频段）的频散测量与频散响应分析.比较实验室跨频段岩石物理频散测量可以获得如下认识：1）较之于典型的"喷射流"机制,改进的"喷射流"模型可以半定量地解释频散测量的结果,这大大提高了对致密碳酸盐岩频散响应的理解与认识;2）改进的"喷射流"模型还不能完全精确地匹配实验室频散测量结果,这说明除了微观尺度下的"喷射流"机制,还存在着其他控制频散与衰减的机制;3）本项工作对研究致密碳酸盐岩储层中不同频段地震波响应以及对储层预测与流体识别提供了理论依据.     

岩石磁化率各向异性的频散现象

在磁化磁场为恒定磁场（无定向磁力仪─—Ａ）与１０ｋＨｚ交变磁场（ＭｉｎｉｓｅＰ旋转磁力仪─—Ｍ）的两种情况下,作岩样比测时发现,后者测得的主磁化率值кＭ较小,而且沿磁性叶理面方向ｆ的主磁化率值кｍａｘ与кｉｎｔ比沿其法线方向ｎ上的кｉｎｔ减少得更多．作者以涡流磁滞机构对磁性载体材料的“磁屏蔽”作用发生了各向异性的影响来解释此现象;并推测磁化率各向异性存在频散现象．     

基于岩石电性参数频散特性评价润湿性的实验方法研究

岩石电性参数频散特性与润湿性之间存在着密切的关系,在油驱水、水驱油的岩石电性参频散特性的实验中,不同润湿性岩石,其复电阻率模值频散率Pρ和相位频散率Pφ随含水饱和度变化曲线的斜率k不同,亲油岩石的斜率k最大,中性润湿的岩石次之,亲水岩石的斜率k最小,其中油驱水相位频散率Pφ的斜率k与岩石润湿性的关系表现得最为明显.因此,可以利用油驱水相位频散率Pφ的斜率k定性的评价储层岩石的润湿性.     

岩石磁化率各向异性的频散现象

在磁化磁场为恒定磁场（无定向磁力仪─-Ａ）与１０ｋＨｚ交变磁场（ＭｉｎｉｓｅＰ旋转磁力仪─-Ｍ）的两种情况下，作岩样比测时发现，后者测得的主磁化率值к^Ｍ较小，而且沿磁性叶理面方向ｆ的主磁化率值к_ｍａｘ与к_ｉｎｔ比沿其法线方向ｎ上的к_ｉｎｔ减少得更多．作者以涡流磁滞机构对磁性载体材料的“磁屏蔽”作用发生了各向异性的影响来解释此现象；并推测磁化率各向异性存在频散现象．     

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.     

基于层状双孔介质的地震波反射和透射系数频散特性研究

本文研究了纵波垂直入射情况下两种介质分界面处的纵波反射和透射系数的频散特性,分界面上下两侧分别为层状双孔页岩介质和层状双孔砂岩介质.当纵波沿垂直于分界面的方向传播至分界面处时,会在上层双孔介质中产生三类反射纵波,在下层双孔介质中产生三类透射纵波.基于层状双孔介质的特性,给出了分界面处的六个边界条件.根据层状双孔介质的波动方程,利用平面波分析得到了纵波的反射和透射系数.结果表明：当多孔介质中存在流体时,纵波的反射和透射系数与频率相关,即存在频散现象.波致流体流动是造成纵波反射和透射系数频散的主要原因.此外,结果还表明局部流体流动引起地震频带内反射和透射系数的频散,宏观Biot流引起超声频带内反射和透射系数的频散.本文同时对岩石参数对反射和透射系数频散曲线的影响进行了研究.

     

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.     

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。     

Experimental measurements of the streaming potential and seismoelectric conversion in Berea sandstone

The streaming potential across a porous medium is induced by a fluid flow due to an electric double layer between a solid and a fluid. When an acoustic wave propagates through a porous medium, the wave pressure generates a relative movement between the solid and the fluid. The moving charge in the fluid induces an electric field and seismoelectric conversion. In order to investigate the streaming potential and the seismoelectric conversion in the same rock sample, we conduct measurements with Berea sandstone saturated by NaCl solutions with different conductivities. We measure the electric voltage (streaming potential) across a cylindrical sample in NaCl solutions with different conductivities and under different pressures to determine the DC coupling coefficients. We also measure the seismoelectric signals induced by acoustic waves with a Berea sandstone plate at different frequencies and solution conductivities. The pressures of the acoustic waves are calibrated with a standard hydrophone (Brüel & 8103) at different frequencies (15–120 kHz). We calculate the quantitative coupling coefficients of the seismoelectric conversion at DC and at high frequencies with samples saturated by solutions with different conductivities. When the Berea sandstone sample is saturated by the NaCl solution with 0.32 mS/m in conductivity, for example, the DC and seismoelectric coupling coefficients at 15 kHz are 0.024 μV/Pa and 0.019 μV/Pa, respectively. The seismoelectric coupling coefficient is an important and helpful parameter for designing a seismoelectric tool. More experimental measurements of seismoelectric coupling coefficients in the frequency range of 100 Hz to 15 kHz are needed in the future.     

饱和砂岩在温度和频率域的衰减和速度频散

利用Metravib热机械分析仪, 在天然地震的频率和温度范围内, 首次对泵油和甘油饱和两种孔隙度的彭山砂岩的衰减和速度频散进行了实验研究． 结果表明, ① 泵油饱和彭山砂岩对频率和温度的依赖呈热激活弛豫规律; ② 杨氏模量和弹性波速度与孔隙度、 温度呈负相关, 与饱和液体的黏滞系数、 频率呈正相关; ③ 频散效应因频率上升而增强, 因温度增高而减弱． 这一规律性的结果为地震波理论研究提供了实验基础．     

Permeability dependence of streaming potential coefficient in porous media

In theory, the streaming potential coefficient depends not only on the zeta potential but also on the permeability of the rocks that partially determines the surface conductivity of the rocks. However, in practice, it is hard to show the permeability dependence of streaming potential coefficients because of the variation of zeta potential from sample to sample. To study permeability dependence of streaming potential, including the effects of the variation of the zeta potential and surface conductance due to the difference in mineral compositions between samples, we perform measurements on 12 consolidated samples, including natural and artificial samples saturated with 7 different NaCl solutions to determine the streaming potential coefficients. The results have shown that the streaming potential coefficients strongly depend on the permeability of the samples for low fluid conductivity. When the fluid conductivity is larger than than 0.50 S/m for the natural samples or 0.25 S/m for the artificial ceramic samples, the streaming potential coefficient is independent of permeability. This behavior is quantitatively explained by a theoretical model.     

Zeta potential of porous rocks in contact with mixtures of monovalent and divalent electrolytes

The zeta potential is one of the most important parameters influencing the electrokinetic coupling. Most reservoir rocks are saturated or partially saturated by natural water containing various types of ions (mostly monovalent and divalent ions). Therefore, understanding how the zeta potential behaves for mixtures of electrolytes is very important. In this work, measurements of the zeta potential for four different silica-based samples saturated by seven different mixtures of monovalent and divalent electrolytes are then carried out at a fixed ionic strength. It is seen that the magnitude of the measured zeta potential decreases with increasing divalent cation fraction. The experimental results are then explained by a model developed for mixtures of monovalent and divalent electrolytes. The result shows that the theoretical model is able to reproduce the main trend of the variation of the zeta potential with divalent cation fractions. Additionally, the model can fit the experimental data reported in literature well for reasonable values of the input parameters.     

基于改进声波方程和MCPML边界的频率域高精度正演模拟

数值频散和边界反射是频率域模拟时需要解决的两个重要问题.然而,受计算效率和分解阻抗矩阵时的内存占用量的制约,提高有限差分算子长度或增加有限差分网格数目均不是提高频率域模拟精度的最优解决方案.本文首先分析了数值频散产生的理论机制,在此基础上,推导了一种"波数补偿"的声波方程表达式来压制数值频散,并给出其物理意义,有效地改善了数值频散问题,提高了模拟精度;在边界问题上,本文采用多轴卷积完全匹配层（MCPML）边界条件代替传统的完全匹配层（PML）边界条件,快速吸收边界内的残余能量,压制边界反射.结合改进声波方程和MCPML边界条件,给出了一种高精度的频率域声波方程有限差分格式.数值模拟结果表明,在不增加计算量和内存占用量的前提下,本文研究的方法、正演精度高、波场模拟清晰、无干扰反射,是一种可靠高效的频率域模拟方法.     

低频交变压差作用下岩心流动电流和zeta电势实验测量

实验测量岩样zeta电势,对于认识地震诱导的电磁场现象以及探索利用动电效应的测井方法具有重要意义.本文介绍了专门设计的岩样流动电流和流动电势实验测量系统及一种获得岩样zeta电势的测量方法——流动电势和流动电流综合测量法.实验采用交流锁相放大技术,测量了3~100 Hz频率范围内交变压差作用下岩样的流动电势系数和流动电流系数,实验表明,这两个系数均随溶液浓度增大而减小,随pH值增大而增大.实验通过对不同浓度饱和岩样的流动电势和流动电流测量,获得了岩样的有效面积-长度比,进而计算出岩样的zeta电势和表面电导. 实验还论证了忽略表面电导是导致常规流动电势测量法获得zeta电势低于实际值的原因.     

流动电势和电渗压力的连续测量实验研究及低矿化度下Onsager互易性的验证

连续测量岩心的流动电势效应和电渗效应,可以获得岩心的动电渗透率,并验证Onsager互易性.通常这两个实验的岩心夹持器需要使用不同的堵头,而更换堵头会导致岩心内流体的参数和边界条件发生变化.本文设计了新的岩心夹持器和激励压力源,避免了在测量过程中更换堵头,提高了两个实验的一致性.本文测量了蒸馏水、以及0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4和0.6 mol/L氯化钠溶液饱和的10块岩心的流动电势效应和电渗效应,获得了动电渗透率,并验证了低矿化度下的Onsager互易性.结果表明,Onsager互易性在低矿化度下是成立的;对于高矿化度,电渗效应能够取代流动电势效应用于反演渗透率.

     

HTI煤层介质槽波波场与频散特征初步研究

煤层内裂隙较为发育,具有明显的各向异性.目前槽波理论研究以各向同性介质为主,对HTI介质中槽波及其频散性质研究很少.本文以弱各向异性、含垂直裂隙HTI煤层介质为研究对象,研究了HTI煤层介质中的三维槽波波场,采用交错网格高阶有限差分法模拟槽波,推导了三层水平层状HTI煤层介质的Love型槽波理论频散公式和振幅深度分布,分析了HTI各弹性参数对频散曲线的影响.HTI介质和各向同性介质基阶Love槽波频散曲线差异较小,高阶较大;煤厚主要影响Airy相频率,而Airy相速度不变;煤层v_s对Airy相速度影响很大;煤层γ对基阶Love槽波影响很小,高阶稍大.各波偏振方向不再与波的传播方向平行或垂直,而是呈一定夹角.利用基阶Love槽波频散曲线推测裂隙发育较为困难,可利用高阶频散曲线.