基于孔喉腔模型研究孔隙结构对于多孔介质孔隙度指数的影响

多孔介质的导电特性取决于多孔介质的孔隙空间结构,孔隙空间结构通常使用孔隙尺寸和孔隙迂曲度描述,而已有模型仅仅研究了孔隙尺寸对于孔隙度指数的影响.为了全面研究孔隙空间孔隙尺寸和孔隙迂曲度对于孔隙度指数的影响,基于孔隙网络基本单元孔喉腔,以及孔喉腔等效电路中喉道并联导电而后与孔隙体串联的假设,推导出孔喉腔电阻率.使用阿尔奇公式建立孔喉腔孔隙度指数计算模型,研究孔隙结构对于孔隙度指数影响.对于毛管模型,孔隙度指数随着孔隙迂曲度或孔隙横截面积的增大而增大,当孔隙迂曲度为1时,孔隙度指数不受孔隙横截面积的影响恒为1.0.当孔喉腔只有一个喉道时,该模型等价于溶孔发育的双孔隙度模型.在该孔喉腔中,随着孔隙与喉道迂曲度的增大,孔隙度指数增大;随着孔隙横截面积的增大,孔喉比增大,孔隙度指数增大;而随着喉道面积的增大,孔喉比降低,孔隙度指数首先降低而后增大.孔隙度指数与孔喉比有关.对于具有两个喉道的孔喉腔,该模型等价于溶孔、裂缝发育的三孔隙度模型,能够研究孔隙类型,孔隙几何特性对于孔隙度指数的影响.当孔隙固定,两个喉道的迂曲度增大时,孔隙度指数增大;两个喉道横截面积增大时,孔喉比降低,然而孔隙度指数增大,最大孔隙度指数对应的孔喉比并非最大值.当一个喉道固定,孔隙的横截面积增大时,孔隙度指数增加;喉道的横截面积增大时,孔隙度指数首先降低而后增大.孔喉比与孔隙度指数具有一定相关性,而孔隙度指数最大情况下的孔喉比与模型最大孔喉比并不完全对应.孔隙度指数是孔隙空间几何与拓扑特性共同作用的结果.岩心图像分析获取迂曲度与孔喉比后建立孔喉腔孔隙度指数模型的结果符合岩电实验数据,岩心分析饱和度和测井解释结论,表明孔喉腔孔隙度指数模型在地层评价中具有实际测井解释能力.     

基于可变临界孔隙度模型的致密砂岩储层参数地震反演方法

储层参数地震反演是通过地震观测数据定量评估储层物性及含油气性的重要途径.中国西部致密砂岩油气分布范围广泛, 具有巨大的勘探开发潜力, 但其孔隙结构复杂, 储层参数的定量预测难度较大.本文提出了一种基于可变临界孔隙度模型的储层参数地震反演方法.为有效描述储层的复杂孔隙结构, 本方法将临界孔隙度作为变量, 使其具有随深度变化的特征, 以表征复杂孔隙结构, 进而提高致密砂岩储层岩石物理建模的精度.此外, 为直接从观测地震数据反演储层参数, 结合岩石物理模型和地震反射系数方程建立正演算子; 基于贝叶斯框架构建反演问题, 采用混合高斯模型构建储层参数先验约束, 用以描述储层的岩性(相)差异特征; 基于临界孔隙度、泥质含量与孔隙度的统计关系, 结合快速模拟退火算法, 在迭代优化中使临界孔隙度与储层参数交替更新, 用以提高反演结果稳定性.选用中国西部四川盆地某工区实际资料, 对本方法进行应用测试与验证, 结果表明本方法对于含气储层具有良好的指示性, 相比常规固定临界孔隙度方法, 本方法可以有效提升反演结果准确性.

     

礁滩储层内部孔隙结构模型模拟与孔隙度预测

地下岩石是由岩石基质和孔隙流体组成的双相介质,其有效弹性参数受岩石基质、孔隙度、孔隙结构及孔隙流体的影响,因此为了得到孔隙度与岩石有效弹性参数之间的关系,必须消除其他因素对孔隙度的影响.本文首先引进等效体的概念和Eshelby椭球包体裂缝理论,然后在合理的假设前提下,运用Gassman流体替换方程,推导并建立了生物礁滩储层孔隙度与其他弹性参数和描述岩石孔隙形状的孔隙纵横比的关系式,合理和有效地模拟了非均质性较强的生物礁滩储层的孔隙结构.经实际资料验证,利用建立的孔隙度与弹性参数的关系式可以较有效地进行生物礁滩储层的孔隙度预测.     

基于临界孔隙度模型的地震波传播

基于岩石物里学中临界孔隙度模型,建立一种简洁的均匀弹性流体饱和孔隙介质模型,进行地震波传播研究.首先定义了构建目标模型的基本力学模型:介绍了全孔隙度区间内基本力学模型和目标孔隙介质的含义,其中基本力学模型除了完全弹性固体模型S和完全弹性流体模型F还包括临界孔隙模型C.然后通过等效力学模型推出了目标力学模型介质本构关系的组分表达形式.文中分别通过直接求取弹性参数的表达形式和运用应力应变关系两种方法得到介质模型的本构关系,进而得到该模型波动方程的组分表达形式.最后对这种介质模型进行了地震波传播的数值模拟,结合模拟结果分析孔隙对地震波传播的影响.     

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.     

岩石的临界孔隙度反演及横波预测(英文)

临界孔隙度模型是利用岩石的临界孔隙度来计算岩石骨架的弹性模量,岩石的临界孔隙度值受到很多因素的影响,而实际应用中通常无法获得准确的临界孔隙度值,只能选取经验临界孔隙度值,就会给岩石物理建模带来误差。本文提出了一种利用纵波速度反演岩石的临界孔隙度的方法,并且把它应用于横波预测中。实验室和测井数据应用结果表明本文提出的方法可以降低以往选取经验值带来的不确定性,并且能够为横波预测提供准确的临界孔隙度值,提高了横波预测的精度。     

煤储层分形孔隙结构中流体运移格子Boltzmann模拟

耦合理论模型与数值模拟方法,详细分析了煤储层孔隙结构分形特征对煤层气运移的控制作用．首先,采用Menger海绵体构造思想模拟了三维煤岩介质的非线性孔隙结构;随后,借助多孔介质渗透率的串联,并联模式预测模型,推导出分形多孔介质渗透率同孔径分布特征之间的关系,并采用格子波尔兹曼方法验证了其有效性．基于耦合方法,系统分析了分形多孔介质孔隙度仍孔隙结构分形维数仇,孔径范围[rmm,rmax]等参数对其渗透率椭影响,结果表明：①最大孔径rmax形成的通道主宰k,呈近2次方关系;②最大孔径同最小孔径比越大,渗透率越高;③D。与x2_间呈负幂乘关系,并表现出分段特征,拐点为Db=2．5附近．综合以上分析结果,推演出分形多孔介质渗透率预测模型为盯=Cyr n/max其中C为常量,F／为接近2的常量,．厂是同孔隙结构信息相关的表达式．最后,本文还讨论了Db=2时,本文预测模型与Kozeny和Carman模型r=-Cr2的等效性．     

煤岩孔隙结构3D建模与孔隙度计算（英文）

煤岩是一种双重孔隙介质,由基质孔隙和切割基质的裂隙组成,二者对流体的渗流和储集起着不同的作用,构建煤岩的微观孔隙结构对研究煤层气勘探开发中具有重要意义。在本研究中,我们使用煤岩数字岩芯和三维建模来研究煤岩的孔隙结构。首先利用煤岩2D薄片图像对其微观孔隙结构进行了定量分析,提取了煤岩孔隙和裂缝（割理）结构的定量信息,分析得到了实际煤岩薄片的面孔隙度以及孔隙半径的均值和标准差。使用二分法和基于压缩的球形随机堆积法确定孔隙数量。结合岩石物理分析结果,以非等径球体表示煤岩孔隙,得到了煤岩单重孔隙结构模型。随后,以纵横比远小于1的椭球表示煤岩中的裂缝（割理）,进而得到了煤岩的双重孔隙结构模型。在此基础上,探究了不同孔隙纵横比与孔隙度之间的关系,得到了拟合关系式,结果表明两者之间存在非线性关系。此关系模型可为煤岩孔隙结构、孔隙结构参数预测和煤层气储层内部结构认识提供参考。     

裂缝性储层孔隙指数、饱和度及裂缝孔隙度计算研究

裂缝性储层的裂缝孔隙度、饱和度和孔隙指数等参数的计算一直是测井界亟待解决的难题,它直接关系到对裂缝性储层的发育程度、含油气性、储量规模等方面的评价,前人已在这些方面做了大量的研究工作,但仍需进一步提高和深化对裂缝性储层参数计算的认识.基于考虑裂缝倾角和裂缝曲折度问题的Aguilera孔隙指数计算模型,研究了裂缝性储层孔隙指数的变化规律,研究表明裂缝性地层的孔隙指数受裂缝倾角、岩石总孔隙度、裂缝孔隙度和裂缝曲折度影响大.单组系裂缝性储层饱和度的计算采用将复合系统的孔隙指数代入阿尔奇公式的方法来计算,计算结果与目前国内仍广泛使用的基于串、并联关系建立的双重孔隙饱和度模型计算结果存在较大差别.对比分析了利用成像测井和三种基于双侧向资料的裂缝孔隙度计算模型计算的裂缝孔隙度,表明不同裂缝孔隙度模型计算的裂缝孔隙度大小差别较大.基于双侧向的裂缝孔隙度计算模型只适用于特低孔或致密地层,在由非裂缝因素引起的电阻率降低段使用该模型计算裂缝孔隙度时会出现错误,引入校正系数可拓宽模型的使用范围.     

应用三重孔隙模型评价火成岩储层

火成岩岩性特殊,储层非均质性非常严重,裂缝、孔洞发育,属于典型的多重孔隙介质储层,定量计算火成岩储层基质和裂缝的孔隙度和饱和度是评价火成岩油气层的关键。由基质、天然裂缝和非连通孔洞组成的储层可以模拟成基质和裂缝的并联导电网络,非连通孔洞和基质／裂缝的组合的串联导电网络。采用密度测井资料求取总孔隙度,用深浅双侧向电阻率计算裂缝孔隙度,采用密闭取心分析的孔隙度作为基质孔隙度。通过建立以基质、天然裂缝和非连通孔洞组成的储层的三重孔隙解释模型,找到适合于火成岩缝洞型复杂储层的饱和度方程。将三重孔隙解释模型应用于松辽盆地北部火成岩储层,计算的含水饱和度平均相对误差由16．85％降低至12．42％,精度明显提高,为火成岩储层评价、储量计算与地质建模提供了定量参数。     

Rock physics modelling of porous rocks with multiple pore types: a multiple-porosity variable critical porosity model

A critical porosity model establishes the empirical relationship between a grain matrix and a dry rock by the concept of critical porosity. The model is simple and practical and widely used. But the critical porosity in the model is a fixed value that cannot relate to pore structure. The aim of this paper is to establish the theoretical relationship between critical porosity and pore structure by combining Kuster–Toksöz theory with the critical porosity model. Different from the traditional critical porosity model, critical porosity is not an empirical value but varied with pore shape and the ratio of bulk modulus versus shear modulus of the grain matrix. The substitution of the theoretical relationship into Kuster–Toksöz theory will generate the formulae for the bulk and shear moduli of multiple-porosity dry rocks, which is named the multiple-porosity variable critical porosity model. The new model has been used to predict elastic moduli for sandstone and carbonate rock. We compare the modelling results for P- and S-wave velocities and elastic moduli with the experimental data. The comparison shows that the new model can be used to describe the elastic properties for the rocks with multiple pore types.     

裂缝和孔洞型储层孔隙模型的理论进展

对有洞的和裂缝型储层的分析已经成为一个热点,因而孔隙模型的研究近年得到了很好的发展.目前已经用双孔隙和三孔隙模型研究这类储层的特性并寻找估计孔隙指数的方法,以便计算含水饱和度.用串联或并联电阻网络模拟储层表明：双孔隙模型适用于基质与非连通孔洞储层以及裂缝和（或）连通孔洞的储层.三孔隙模型更适用于由基质、裂缝和不连通孔洞组成储层的岩石物理评价,对于当前碳酸盐岩和火成岩以及变质岩储层评价具有明显的指导意义.     

基于微观孔隙结构特征的速度频散和衰减模拟

孔隙尺度的喷射流流动是引起地震波速度频散和衰减的重要机制之一. 目前,大多数喷射流模型仅考虑硬孔隙与微裂隙之间的局部流动,而忽略了具有不同孔隙纵横比微裂隙间的喷射流作用. 为了研究各种类型孔隙间的流体流动效应,本文对经典喷射流模型进行了扩展,通过结合等效介质理论和孔隙结构模型,根据从干燥岩石超声速度-压力曲线中提取的微裂隙孔隙纵横比分布,求取出岩石中各种微裂隙的体积压缩系数,并在此基础上,利用孔隙空间的压力松弛效应对微裂隙间的喷射流效应进行了模拟,并运用Biot理论描述了硬孔隙间的宏观流动效应. 扩展后的理论模型不仅考虑了微裂隙与硬孔隙间的局部流动、硬孔隙与硬孔隙间的Biot宏观流,还加入了微裂隙与微裂隙间的喷射流作用,且模型的高、低频极限始终与Mavko-Jizba理论和Gassmann方程保持一致. 模型应用分析发现,对于砂岩和大部分致密灰岩样品,扩展模型均能给出与超声实验测量数据吻合良好的估计结果. 此外,扩展模型预测的速度频散及衰减表明,喷射流机制在地震和测井频段发挥着重要作用,其速度频散曲线由低频至高频呈逐渐增大趋势,不具有明显的快速变化特征,与经典频散曲线形态存在显著差异;在低有效压力下,频散和衰减程度较大,喷射流机制发挥主要作用,而随着有效压力的增加,Biot宏观流机制开始占主导,频散和衰减程度逐渐减小.

     

基于数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构对弹性性质的影响研究(下篇):储层孔隙结构因子表征与反演

碳酸盐岩复杂的孔隙结构如何影响其弹性性质一直是地球物理研究的难点问题,在此基础上如何半定量甚至是定量地对碳酸盐岩储层预测,特别是如何有效地获取孔隙结构参数相关的地震属性体一直是油气工业界追求的目标,本研究从数字岩心角度入手,联合测井以及地震数据尝试探究这一问题的解决方案.首先针对代表不同孔隙结构类型的有限数目的碳酸盐岩样品获得其对应的高精度数字岩心数据体,为了获得更加可靠的具有地球物理含义的弹性性质随孔隙度变化的统计规律,我们通过子网格的技术,在有限数目的碳酸盐岩数字岩心数据体上获得了大量的数字岩心子网格样本,对于每个子网格样本可以分别获得其对应的数字岩心图像孔隙度、表征孔隙软硬程度的孔隙结构参数（γ）、以及基于有限元法模拟的弹性性质,由此基于数字岩心的研究思路,我们最终获得了基于孔隙结构因子表征与分类下的弹性性质与孔隙度的定量化解释量版.与此同时,在地震尺度上通过叠前地震资料获取的纵横波及密度属性体后,基于如上获得的定量化解释量版,我们最终获得了针对碳酸盐岩储层的新的属性体——孔隙结构参数（γ）属性体,这使得在地震尺度上预测碳酸盐岩储层的孔隙结构类型成为可能,也使利用地震数据在孔隙结构参数表征与分类下的碳酸盐岩储层反演精度的提高成为可能.

     

Assessment of critical path analyses of the relationship between permeability and electrical conductivity of pore networks

Critical path analysis (CPA) is a method for estimating macroscopic transport coefficients of heterogeneous materials that are highly disordered at the micro-scale. Developed originally to model conduction in semiconductors, numerous researchers have noted that CPA might also have relevance to flow and transport processes in porous media. However, the results of several numerical investigations of critical path analysis on pore network models raise questions about the applicability of CPA to porous media. Among other things, these studies found that (i) in well-connected 3D networks, CPA predictions were inaccurate and became worse when heterogeneity was increased; and (ii) CPA could not fully explain the transport properties of 2D networks. To better understand the applicability of CPA to porous media, we made numerical computations of permeability and electrical conductivity on 2D and 3D networks with differing pore-size distributions and geometries. A new CPA model for the relationship between the permeability and electrical conductivity was found to be in good agreement with numerical data, and to be a significant improvement over a classical CPA model. In sufficiently disordered 3D networks, the new CPA prediction was within ±20% of the true value, and was nearly optimal in terms of minimizing the squared prediction errors across differing network configurations. The agreement of CPA predictions with 2D network computations was similarly good, although 2D networks are in general not well-suited for evaluating CPA. Numerical transport coefficients derived for regular 3D networks of slit-shaped pores were found to be in better agreement with experimental data from rock samples than were coefficients derived for networks of cylindrical pores.     

压力及流体对岩石孔隙结构与黏弹性的影响规律研究:理论模型及实验观测

地质成因和构造/热应力导致地壳岩石中的孔隙结构（裂隙和粒间孔）的变化.影响岩石黏弹性的因素包括压力、孔隙度、孔隙中包含的流体和孔隙几何形状等.相对于岩石中的硬孔隙,岩石黏弹性（衰减和频散）受软孔隙（裂隙）的影响更大.本文选取三块白云岩样本,进行了不同围压和流体条件下的超声波实验测量.利用CPEM（Cracks and Pores Effective Medium,裂隙和孔隙有效介质）模型获得了岩石高、低频极限的弹性模量,并通过Zener体（标准线性体）模型将CPEM模型拓展到全频带而得到CPEM-Zener模型,用该模型拟合岩石松弛和非松弛状态下的实验数据,本文得到平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度以及纵波速度和品质因子随频率的变化关系.结果表明,饱水岩石的平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度均高于饱油岩石,随着压差（围压和孔隙压力的差值）的增加,饱油岩石中的裂隙首先闭合.并且压差在70 MPa以内时,随着压差增大,岩石的平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度在饱水和饱油时的差值增大,此时流体类型对于岩石裂隙的影响越来越显著,此外,对饱水岩石,平均裂隙纵横比随压差增加而增大,这可能是由于岩石中纵横比较小的裂隙会随压差增大而逐渐趋于闭合.在饱水和饱油岩石中,裂隙孔隙度和裂隙密度都随着压差增加而减小.通过对裂隙密度和压差的关系进行指数拟合,本文获得压差趋于0时的裂隙密度,且裂隙密度随孔隙度增大而增大,增大速率随压差增加而降低.针对饱水和饱油的白云岩样本,CPEM-Zener模型预测的纵波频散随压差增大而减小,此变化趋势和实验测得的逆品质因子随压差的变化关系基本一致,由此进一步验证了模型的实用性.本研究对岩石的孔隙结构和黏弹性分析以及声波测井、地震勘探的现场应用有指导意义.