不同围压和流体饱和状态下致密砂岩弹性各向异性特征

为研究致密砂岩声波速度及其各向异性随围压的变化规律以及不同流体饱和状态下的弹性各向异性特征,钻取了不同方向的岩心并在实验室超声波频率下对致密砂岩的声学特性进行了测量,分别给出干燥和饱和水状态下,不同方向样品纵横波速度、刚性系数以及各向异性系数随围压的变化规律,并对实验结果进行了分析讨论.实验结果表明致密砂岩纵横波速度、纵横波速度比以及刚性系数均随围压增加而增加,但其在不同饱和状态下的变化率却截然不同;纵横波速度比、各向异性系数在饱和水状态下变化规律不明显,表明孔隙流体的存在对于岩石物理性质有着非常重要的影响.这方面的实验工作不但对于考察不同流体性质对致密岩石弹性各向异性影响是必要的,而且有助于致密砂岩油水和气层的识别.     

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.     

致密砂岩储层CO2驱油特征的核磁共振实验研究

利用核磁共振技术对致密砂岩储层不同渗透率级别基质岩心和裂缝基质岩心不同驱替压力下CO2驱油特征进行了研究,简述核磁共振原理及实验方法。表明:致密砂岩储层特低、超低渗透基质岩心在初始CO2驱替压力下,岩心毛细孔隙和微毛细孔隙区间的油不同程度被采出,随着CO2驱替压力增大,特低、超低渗透基质岩心毛细孔隙区间油的采出程度不断增加且累积采出程度不同。裂缝致密砂岩储层岩心,裂缝和毛细孔隙区间的油在初始CO2驱替压力下,岩心裂缝中的油及毛细孔隙中的部分油被驱替出来,CO2驱替压力提高毛细孔隙、微毛细区间油的采出程度和累积采收程度较小。致密砂岩储层特低、超低渗透基质岩心和裂缝致密砂岩储层岩心,随着CO2驱替压力增大毛细孔隙区间的部分剩余油成正比增加进入到微毛细孔隙区间改变储层剩余油分布。核磁共振技术能够深入研究致密砂岩储层CO2不同驱替压力阶段,岩心裂缝、毛细孔隙区间、微毛细孔隙区间油的采出程度和剩余油分布情况,对于研究致密砂岩储层微观驱油机理具有较重要的价值。      

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。     

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.     

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.     

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.     

不同温压条件下蛇纹岩和角闪岩中波速与衰减的各向异性

在实验室中研究了蛇纹岩和角闪岩样品在不同温压条件下的纵、横波速度和Q值．这两种岩样对应的主要组成矿物叶蛇纹石和普通角闪石都具有很强的晶格优选方位（LPO）．随着围压的增加,波速和Q值均增大,但是在相互正交的三个方向上（垂直或平行于层理面及线理方向）增大的速度并不相同,这与微裂隙的逐渐闭合密切相关．在600MPa的围压下升高温度直到600℃以上,由于微裂隙的热扩张受到约束,波速和Q值下降幅度很小．观测到的波速和Q值的各向异性具有不同的机理,波速各向异性主要与定向分布的微裂隙和主要矿物的LPO等构造因素有关;高围压下纵波Q值各向异性与速度各向异性正好相反,可能是由于形成层理面的定向排列的平板状矿物晶体沿不同方向边界之间接触程度不同造成的．     

云南高黎贡山典型板岩地震波各向异性研究

板岩作为一种浅变质岩在我国有着广泛的分布,对其地震波速度的研究将有助于对这类过渡性岩石的有效区分,对于浅层地壳的各向异性研究也具有重要意义.本文对采自云南丙中洛地区的板岩样品进行了地震波速度的室内实验研究,其中部分实验是在加拿大Dalhousie High Pressure Laboratory完成.实验获得了板岩在围压10~600 MPa条件下、不同构造主方向（X,Y和Z）上的地震波速度,在围压600 MPa时,X、Y、Z三个方向的P波速度分别为6.58、6.46、5.91 km/s,平均速度为6.30 km/s,S波平均速度约为3.62 km/s,V_P/V_S=1.74;并初步分析了板岩地震波速度、横波分裂及其波速各向异性随着围压的变化规律,发现所测量的板岩在较低围压（<150 MPa）时波速的各向异性随围压升高而迅速减小,主要是由于其内部微裂隙的定向排列引起的,而随着围压的继续增加（>150 MPa时）微裂隙基本闭合,黑云母、阳起石等片状矿物的定向排列成为其地震波各向异性的主导诱因,此时（围压为600 MPa）V_P、V_S的各向异性分别稳定在13%、16%左右.本研究所获取的基础实验数据及所探讨的板岩地震波性质将为确定地壳上部显微裂隙的优选定向、浅层地壳的各向异性分析、地球物理模型条件约束等提供基础.     

围压对低渗砂岩渗透率有效应力系数的影响

多孔岩石渗透率有效应力系数的取值至今仍没有一致的认识,影响取值的因素较为复杂.为了探索围压对低渗砂岩渗透率有效应力系数的影响,实验上采用较大的围压范围(10MPa～50MPa),选取两块低渗致密砂岩岩样,进行渗透率测试,并利用二元线性回归方法,计算了不同围压组合下的渗透率有效应力系数值,获取了该系数随围压的变化趋势.实验中,两块岩样的渗透率有效应力系数随围压的增加而减小,但各自的减小趋势略有不同.利用Bernabé和Berryman提出的模型,理论上解释了围压对渗透率有效应力系数的影响,并得到渗透率有效应力系数的下限值为岩样孔隙度.尽管渗透率有效应力系数不是一个常数,但可以表示为压差的函数,进而起到简化分析的作用.     

热处理对致密岩石物理性质的影响

致密气藏低孔低渗和超低含水饱和度等特征使其潜在水相圈闭损害严重,致密天然气产出表现为多尺度特征.选取泥页岩、致密砂岩和致密碳酸盐岩岩心,开展了100~600℃高温处理对岩心渗透率、孔隙度、重量、长度、直径和声速的影响实验.实验结果表明,碳酸盐岩、致密砂岩和泥页岩的热开裂阈值分别在300~400℃、300~500℃和500~600℃;高温处理后,岩心重量和密度降低,体积增加,泥页岩岩心孔隙度和渗透率提高幅度最显著,600℃处理后声波时差比常温时岩心声波时差提高了1.3倍.热处理消除了水相圈闭和粘土矿物膨胀损害,提高岩石孔隙度和渗透率,恢复或改善致密储层多尺度传质,有利于致密天然气资源开发,但同时高温使岩石破裂,扩展天然裂缝或产生新裂缝,导致工作液漏失,因此,热致裂给勘探开发致密天然气提出了机遇与挑战.     

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.     

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.     

龙马溪页岩弹性各向异性与矿物分布之间的关系探讨

岩石弹性各向异性特征是普遍存在的,但导致岩石弹性各向异性的原因复杂且仍然存在一定争议.本研究以龙马溪页岩为例,试图建立页岩弹性各向异性和矿物分布之间关系.研究使用无损超声波探测获取岩石弹性各向异性参数,并使用背散射技术获取岩石矿物分布特征.研究通过引进变异系数来描述矿物或孔裂隙在不同方向的差异性,并通过2个正交方向的变异系数建立微观异质性指标,用于表征微观尺度上矿物或孔裂隙在不同方向的差异程度.微观背散射图像显示,龙马溪组页岩主要由石英和伊利石构成,且这两种矿物和孔裂隙在X和Y面上都有定向排列特征.相应地,它们的变异系数在X面和Y面上均表现出随角度增大而降低的特征;而在Z面,石英、伊利石和孔裂隙变异系数变化不明显,这与Z面上矿物和孔裂隙无明显方向性的特点一致.无损超声波探测结果显示,波速在X和Y面上随角度增加而减小,这与主要矿物和孔裂隙变异系数变化趋势相同;而在Z面,波速变化不大,与主要矿物和孔裂隙变异系数变化不明显的特征一致.以上观测结果说明,宏观波速与矿物的微观变异系数明显相关,暗示岩石弹性各向异性与矿物分布直接相关.     

Compressibility of porous rocks: Part I. Measurements of Hungarian reservoir rock samples

Pore volume compressibility is one of the physical properties of a reservoir that must be specified in many reservoir-engineering calculations. In the presented research, the effect of compact pressure, temperature and porosity on compressibility was investigated. A total of twenty-two different cores were tested: five limestone, one friable sandstone, fourteen medium to hard sandstone, and two very dense sandstone. Core samples were placed in the test cell and subject to compacting pressure up to 10,000 psi. Runs were made at room temperature and at 52°C for limestone samples. Although there were some publications concerning measurement and study of the effect of pressure and temperature on pore volume compressibility of reservoir rocks, nothing has been published about compressibility of Hungarian reservoir rocks, except of the work of Tóth and Bauer (1988). The present study showed pore volume compressibility data for different Hungarian fields. The result of the study at high temperature (52°C) shows that pore compressibility increases with increasing temperature.     

含不同孔隙流体的砂岩地震波速度随压力变化的实验研究

岩石的地震波性质是区域构造研究和浅部地震勘探应用的基础.延长油田是我国重要的油气生产基地之一,但目前仍缺乏地震波性质方面的基础资料.作者利用Autolab2000多功能岩石物性自动测试设备,在0~180MPa及饱含不同孔隙流体(干燥、饱水及饱油)条件下,研究了三种来自延长油田砂岩岩芯的纵波、横波速度.结果表明:三种砂岩的V_p、V_s1和V_s2均随压力增加(或降低)而基本呈对数曲线增大(或减小);干燥、饱水和饱油三种波速间的关系因砂岩类型不同而不同,这主要取决于岩石的有效弹性模量、孔隙流体性质以及岩石的内部结构等;含同种孔隙流体的不同类型砂岩,其V_p、V_s1和V_s2随压力变化的规律主要受岩石孔隙度和粒度的影响;而含不同孔隙流体的同种砂岩,其V_p、V_s1和V_s2随压力变化的规律则主要受控于岩石的有效弹性模量和流体密度.另外,含水或含油饱和度的变化对V_s1和V_s2基本没有影响.实验结果可以为该地区地震资料的解释及与声波测井之间的对比提供重要的基础数据和参考依据.     

原始电阻率各向异性岩石电阻率变化的方向性

在3种非含岩成分造成的岩石原始电阻率各向异性标本(在采集和加工过程中，标本完整性遭 到破坏的标本)，和一种由含岩成分形成的 岩石原始电阻率各向异性标本上，布设多个电极，并将标本用水饱和. 然后用多电极组合法 ，将己布电极组合成不同方向、不同极距的电阻率各向异性测线. 采用单轴压缩、低围压 三 轴压缩和剪切3种加载方式，对标本进行动态电阻率变化实验. 观测标本电阻率随承载力的 变化. 实验结果表明∶对于岩石原始电阻率各向异性标本，在电阻率变化各向异性方面，与 岩石 原始电阻率各向同性标本相似，即∶裂隙和破碎带通过区域的测点，视电阻率变化各向异性 结果好，４种组合求得的４个各向异性主轴方向趋向一致，且与破碎带方向基本吻合；裂隙 和破碎带不经过区域的测点，４个视电阻率变化各向异性主轴方向不一致，或者根本求不出 各向异性解. 这后一种情况，在裂隙面平行测量面时，表现最为明显.     

INDUCED POLARIZATION,A METHOD TO STUDY WATER-COLLECTING PROPERTIES OF ROCKS*

During the last decade many hypotheses were suggested to explain the phenomenon of induced electrical polarization in ionic conductive media. The most reliable of these is Fredricksberg's. Fredricksberg (1962) supposed that the pore spaces of a rock is composed of successively narrow (active zones) and wide (inactive zones). He simulated these pore spaces by a synthetic material that has an extremely high resistance. The pore spaces were generally in tube forms which exhibited some constrictions. He saturated these tubes with an electrolyte of a given concentration. An electric current was passed through this model. He observed an induced polarization voltage after current interruption. He attributed the formation of this voltage to a concentration gradient which took place due to the presence of excess charges in the active zones. Fredricksberg introduced a parameter (9) which described the relation among the lengths and cross sectional areas of the wide zones, the number of ions within each zone after current interruption with the recorded polarizability. The aim of this work is to correlate Fredricksberg's parameter with a parameter determined for natural rocks and to show experimentally the validity of this hypothesis when applying for some varieties of sandstones and volcanic rocks. The new parameter will help to evaluate a relationship between the polarizability and the water-collecting properties of rocks. Herein, we used the tortuosity T of sandstone samples instead of the parameter φ which was used by Fredricksberg to represent the pore geometry within his model (tortuosity of the passes within the model). It was shown that both φ and T have the same relationship with the polarizability ν of the rock samples and if φ or T have very low or very high values the polarizability ν tends to its minimum value, i.e. the curve representing the relation between ν and T has a maximum point corresponding to an intermediate value of T. This result supports Fredricksberg's hypothesis and confirm his results on synthetic models. For volcanic rocks the formation factor F was used since it was difficult to determine the porosity of the samples and consequently to calculate the tortuosity T as for sandstone samples. Experimental results confirm those obtained from sandstone. The grain constituents of sandstone samples were represented on equilateral triangle and the magnitude of induced polarization ν of each sample was deduced and represented on this triangle. Equipolarizability values ν drawn on this triangle showed that TJ will increase as the silty fractions of the rock increase, where the center of this triangle (represents minimum porosity) has polarizability less than 0.25%. An attempt was made to determine the coefficient of anisotropy of volcanic rock samples using the induced polarization method. For this reason the polarizability was deduced by measuring the induced polarization voltage for two perpendicular directions in a fractured cubes of andesitic basalt samples the coefficient of anisotropy was found to be equal 1.18.     

不同温度作用下砂岩热开裂的实验研究

砂岩的热开裂研究具有广泛的工程背景,本文实时在线观察和研究了不同温度作用下平顶山砂岩的热开裂：温度低于150℃时,砂岩几乎不发生热开裂;温度从150℃升高到300℃过程中大量的热开裂发生.而不同的矿物成分发生热开裂的阈值温度不完全相同,因此热开裂的阈值温度或者阈值温度范围只具有统计意义.砂岩热开裂主要与矿物成分的热学与力学性质有关,除了受到矿物热膨胀不匹配及热膨胀各向异性的影响,更重要的还受到矿物颗粒形状的影响,如热开裂多发生在矿物颗粒的短轴方向、优势结晶取向、颗粒奇异界面等,且热开裂的分布具有随机性.实验还观察到砂岩表面微缺陷发生闭合的全过程,在冷却过程也有微裂纹形成等现象.