非均质碳酸盐岩储层岩石物理建模:孔隙度估算与烃类检测(英文)

在非均质天然气藏中,天然气一般呈细小"斑块状"分布于含水岩石骨架内。这种非均质性,即"斑块状饱和",会引起显著的地震波速度频散和能量衰减现象。为了建立地震响应和流体类型之间的联系,本文进行了碳酸盐岩岩石物理建模。首先利用CT扫描分析部分饱和岩石中的流体分布,然后预测不同频率下波响应与岩性、孔隙流体基本性质之间的定量关系,基于岩石薄片分析孔隙结构和地震反演数据制作岩石物理图板,并将这种方法应用于阿姆河右岸地区的灰岩气藏,基于叠后阻抗反演和叠前弹性参数反演,采用地震数据估算岩石孔隙度与含气饱和度,预测结果与多井试气结果吻合。     

天然气水合物地层岩石物理模型构建

天然气水合物地震反射特征的识别和物性信息的定量提取存在多解性与不确定性,岩石物理模型是将水合物地层地球物理观测值地震信息定量转化为物性信息的桥梁,而传统的岩石物理模型少有对微观孔隙结构和孔隙充填水合物剪切性质的描述.文章针对孔隙充填和颗粒支撑两种微观分布模式的水合物地层,重点考虑水合物地层的微观孔隙结构以及水合物的剪切性质,基于等效介质理论定量描述地层矿物组分特征和孔隙连通性及形状,利用斑块饱和理论和广义Gassmann理论定量描述孔隙充填水合物的剪切性质,在此基础上构建了两种模式水合物地层的岩石物理模型,揭示了水合物地层宏观弹性性质与微观物理性质之间的定量关系.数值研究发现,纵横波速度比随孔隙度和水合物饱和度增大而减小;颗粒支撑模式地层的纵横波速度对水合物含量较为敏感,且孔隙越狭长,敏感性越高;孔隙充填模式地层的纵横波速度比在高水合物饱和度时对水合物组分剪切性质的敏感性更高.实验数据和神狐海域的实际资料应用结果表明,岩石物理模型可有效地计算水合物地层宏观弹性性质与微观物性特征之间的定量关系,提供常规测井中缺乏的横波速度信息,确定对水合物含量指示能力较强的弹性参数,可以根据实际数据求取水合物饱和度、孔隙纵横比等物性参数,为天然气水合物地层的定量解释和资源评价提供理论依据和数据支持.     

煤层气储层含气量与其弹性参数之间的关系——思考与初探

首先研究了天然气AVO技术的岩石物理基础--Gassmann方程和Biot理论(以下统称为"Gassmann-Biot理论")--对煤层气AVO技术的适用性.根据该理论创始人在建立其理论时的假设条件、煤层气储层的双相孔隙特征、煤层气的双相赋存特征,本文推理认为,由于煤层气储层的基质型孔隙体系的连通性差,裂隙性孔隙在宏观上是非均质的,并且是各向异性的,因此,总体上来说,Gassmann-Biot理论不完全适用于煤层气储层.特别地,当煤层的水饱和状态保持不变而煤层的含气量变化时,因为煤层中孔(裂)隙中流体的体积压缩模量不变或基本不变,即使煤层的弹性参数发生变化,Gassmann-Biot理论也不可能预测其变化趋势.因此,天然气AVO技术的岩石物理基础完全地不适用于水饱和煤层气储层.研究发现,煤层气储层含气量与其密度、纵波速度、横波速度之间存在负相关关系,即含气量高,密度小、纵波速度小、横波速度小;含气量低,密度大、纵波速度大、横波速度大.但是,这些负相关关系不是现有岩石物理理论能够预测或能够解释的.依据煤层气地质学理论以及负相关关系与现有岩石物理理论的一致性,本文提供了对某勘探区A号煤层含气量与其密度、纵波速度、横波速度之间负相关关系的解释,并认为煤层气储层的含气量与其弹性参数之间的负相关关系可能是这类储层内在的固有的规律性的关系.本文证明含气量与其密度、纵波速度、横波速度之间负相关关系可以作为煤层气AVO技术的岩石物理基础,建立了AVO异常与煤层气储层"甜点(即富集高渗部位)"之间的关系,从而能够使用AVO异常探测煤层气富集高渗部位.     

阿尔奇公式的适用性分析及其拓展

阿尔奇年代的储层孔隙结构简单,岩石孔隙可以被实验电解质完全充填,随着油气田勘探开发的逐步深入,对储层孔隙结构复杂程度的认识更加深入.发现岩石孔隙不仅有有效孔隙,也有无效孔隙.不仅有效孔隙导电,无效孔隙也导电,某些岩石骨架同样也导电.如何去除无效孔隙和其他各类岩石附加导电现象的影响,正确评价有效孔隙的贡献往往令人困惑.笔者发现：通过岩石电阻率计算地层因数只是在没有岩石附加导电环境下的特殊应用,在更为普适的条件下,地层因数实质是借助岩石电阻变化率反映孔隙连通性的重要参数.与物理学位移、速度的关系类似,电阻率和电阻变化率之间同样有着密切关系.这一观点的提出为在复杂孔隙结构条件下评价储层孔隙有效性提供了手段.     

复杂孔隙储层三维岩石物理模版

复杂孔隙储层往往同时发育孔缝洞等多种孔隙类型,这种孔隙结构的复杂性使得岩石的速度与孔隙度之间的相关性很差.经典的二维岩石物理模版只研究弹性参数与孔隙度和饱和度之间的定量关系,而不考虑孔隙结构的影响,用这样的模版来预测复杂孔隙储层的物性参数时带来很大偏差.本文首先证明多重孔隙岩石的干骨架弹性参数可以用一个等效孔隙纵横比的单重孔隙岩石物理模型来模拟;进而基于等效介质岩石物理理论和Gassmann方程,建立一个全新的三维岩石物理模版,用它来建立复杂孔隙岩石的弹性性质与孔隙扁度及孔隙度和饱和度之间的定量关系;在此基础上,预测复杂储层的孔隙扁度、孔隙度以及孔隙中所包含的流体饱和度.实际测井和地震反演数据试验表明,三维岩石物理模版可有效提高复杂孔隙储层参数的预测精度.     

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。     

孔、裂隙介质声学理论及其在油气识别应用中的新进展

近年来发展的孔隙、裂隙介质弹性波动理论是孔隙介质声学的重要进展,提高了声学参数对岩石流体识别的灵敏度.岩石中裂隙的存在增大了岩石速度的频散程度.目前发展的孔、裂隙弹性波理论可较好地模拟实验室观测到的岩石频散和衰减特征.将此理论应用于非常规油气储层的油气识别可大大提高解释的可靠性.本文综述了孔隙介质声学及孔裂隙理论的研究现状,阐述了孔、裂隙介质弹性波的传播机理;通过模拟实验室超声测量的岩石声速验证了孔、裂隙弹性波理论的可靠性.将此理论应用于测井实际数据,反演得到了地层的流体性质,反演结果显示明显提高了识别流体性质的可靠性.     

岩石的等效孔隙纵横比反演及其应用

通过融合Gassmann方程和由微分等效介质理论建立的干岩石骨架模型--DEM解析模型,本文提出根据纵波(和横波)速度反演岩石等效孔隙纵横比进行储层孔隙结构评价和横波速度预测的方法.首先,利用Gassmann方程和DEM解析模型建立岩石的纵、横波速度与密度、孔隙度、饱和度和矿物组分等各参数之间的关系;其次,将岩石孔隙等效为具有单一纵横比的理想椭球孔,应用非线性全局寻优算法来寻找最佳的等效孔隙纵横比使得理论预测与实际测量的弹性模量之间的误差最小;最后,将反演得到的等效孔隙纵横比代入到Gassmann方程和DEM解析模型中构建横波速度.实验室和井孔测量数据应用表明,反演得到的等效孔隙纵横比可准确反映储层的孔隙结构,对于裂缝型储层如花岗岩,其孔隙纵横比通常小于0.025,而对于孔隙型储层如砂岩,其孔隙纵横比通常大于0.08.只利用纵波与同时利用纵、横波反演得到的孔隙纵横比结果几乎完全一致,而且由纵波构建的横波与实测横波吻合良好,说明本文提出的等效孔隙纵横比反演及其横波速度预测方法是有效的.     

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.     

祁连山冻土区孔隙型水合物地层速度估算方法研究

水合物地层弹性波速度的准确计算对于水合物地球物理方法的探测与识别至关重要.本文针对祁连山冻土区孔隙充填型水合物,分析了水合物赋存于地层岩石孔隙中的分布状态与水合物饱和度的关系,利用基于等效介质理论的弹性波速度模型研究了水合物储层弹性波速度与水合物饱和度的变化关系.研究表明:水合物的微观分布模式与岩石孔隙中水合物的多少关系密切,可用水合物饱和度来表征;水合物饱和度对于水合物地层弹性波速度的影响可视为简单的线性关系,建立了祁连山冻土区的水合物储层正演模拟弹性波速度模型(模型X);利用研究区不同的水合物储层模型,验证了模型X能够有效评价孔隙型储层的弹性波速度变化特征.研究结果可为祁连山冻土区水合物地震勘探与地层测井评价提供理论依据和技术支撑.     

天然气水合物和游离气饱和度估算的影响因素

讨论了不同水合物胶结类型的流体饱和多孔隙固体中地震波的衰减情况,分析了估算天然气水合物和游离气饱和度影响因素.结果表明, 地层孔隙度、纵波速度模型和弹性模量的计算方法是影响反演水合物和游离气饱和度的关键因素.含水合物地层的吸收与水合物胶结类型密切相关,当水合物远离固体颗粒,像流体一样充填在孔隙时,品质因子出现负异常,而当水合物胶结固体颗粒影响骨架的弹性性质,其品质因子出现正异常.根据布莱克海台地区164航次995井的测井资料,分别应用低频和高频速度模型估算了水合物和游离气饱和度.由低频速度模型得到的水合物饱和度(占孔隙空间的)10%～20%,游离气饱和度(占孔隙空间的)05%～1%;而由高频速度模型得到的水合物饱和度(占孔隙空间的)5%～10%,游离气饱和度(占孔隙空间的)1%～2%.     

Modulus defect,velocity dispersion and attenuation in partially-saturated reservoirs of Jurassic sandstone,Indus Basin,Pakistan

Partially saturated reservoirs are one of the major sources of seismic wave attenuation, modulus defect and velocity dispersion in real seismic data. The main attenuation and dispersion phenomenon is wave induced fluid flow due to the heterogeneity in pore fluids or porous rock. The identification of pore fluid type, saturation and distribution pattern within the pore space is of great significance as several seismic and petrophysical properties of porous rocks are largely affected by fluid type, saturation and fluid distribution pattern. Based on Gassmann-Wood and Gassmann- Hill rock physics models modulus defect, velocity dispersion and attenuation in Jurassic siliclastic partially-saturated rocks are studied. For this purpose two saturation patterns - uniform and patchy - are considered within the pore spaces in two frequency regimes i.e., lower frequency and higher frequency. The results reveal that at low enough frequency where saturation of liquid and gas is uniform, the seismic velocity and bulk modulus are lower than at higher frequency where saturation of fluid mixture is in the form of patches. The velocity dispersion and attenuation is also modeled at different levels of gas saturation. It is found that the maximum attenuation and velocity dispersion is at low gas saturation. Therefore, the dispersion and attenuation can provide a potential way to predict gas saturation and can be used as a property to differentiate low from high gas saturation.     

非均质天然气藏的岩石物理模型及含气饱和度反演

非均质气藏中,天然气一般呈"斑块状"分布于含水岩石内部,这种非均匀分布特征会导致地震波显著的频散与衰减现象.为发展适用于碳酸盐岩储层中流体检测的岩石物理模型,本文基于Biot-Rayleigh波动方程,实现了对非饱和岩石的多尺度理论建模,预测了不同尺度下波响应与岩性、流体间的定量联系.将此项建模技术应用于阿姆河右岸的灰岩气藏,给出了多尺度的岩石物理学图板.通过与实验数据、测井精细解释结果及地震数据的对比分析,本文论证了图板的正确性与可适用性.结合叠后波阻抗反演与叠前弹性参数反演,基于地震资料进行了储层含气饱和度与孔隙度的反演,反演结果与各井实际的产气情况吻合.     

模拟天然气水合物的岩石物理特性模型实验

针对水合物沉积的悬浮、颗粒接触和胶结三种微观模式,制作一组微弱胶结非固结高孔隙度人造样品和颗粒填充渐变的三维物理模型. 通过物理模型实验研究天然气水合物物性参数的敏感性. 实验结果表明：在弱颗粒间胶结物和低有效应力的固结差的沉积物中,声波对孔隙流体性质较敏感. 随着温度的降低颗粒胶结,改变原有沉积物的岩石物理特性,速度、弹性模量和频率升高,声波衰减和Vp/VS减小,沉积层内的反射波消隐.     

Asymmetry in the time-lapse seismic response to injection and depletion

Large changes in seismic reflection amplitude have been observed around injectors, and result from the decrease in elastic‐wave velocity due to the increase in pore pressure in the reservoir. In contrast, the velocity change resulting from the decrease in pore pressure in depleting reservoirs is observed to be smaller in magnitude. Elastic‐wave velocities in sandstones vary with stress due to the presence of stress‐sensitive grain boundaries within the rock. Grain‐boundary stiffness increases non‐linearly with increasing compressive stress, due to increased contact between opposing faces of the boundary. This results in a change in velocity due to a decrease in pore pressure that is smaller than the change in velocity caused by an increase in pore pressure, in agreement with time‐lapse seismic observations. The decrease in porosity resulting from depletion is not fully recovered upon re‐pressurization, and this leads to an additional steepening of the velocity vs. effective stress curve for injection relative to depletion. This difference is enhanced by any breakage of cement or weakening of grain contacts that may occur during depletion and by the reopening or formation of fractures or joints and dilation of grain boundaries that may occur during injection.     

Research Note: Overpressure prediction from C‐wave seismic data

Recently, mode converted shear waves (C‐waves) have been shown to enable overpressure prediction in media where primary wave acquisition is inhibited by gas and fluid effects – C‐wave moveout is analysed and a long standing relationship between differential stress and primary‐wave (P‐wave) velocity is modified and employed. Though pore‐pressure prediction based on C‐waves is supported by empirical evidence from laboratory and field experiments, a theoretical justification has yet to be developed. In this research note, we provide a supporting algebra for the original relationship between pore pressure and C‐wave velocity.     

南海北部神狐海域天然气水合物分解的测井异常

南海北部神狐海域GMGS-1钻探揭示SH3井天然气水合物位于稳定带上部,厚度约为10 m.氯离子异常计算的水合物饱和度最高达26%,高水合物饱和度层出现高电阻率和低纵波速度.为分析该低纵波速度异常,本文基于简化的三相介质理论计算了饱和水纵波速度,在深度195 m附近,测量的纵波速度小于饱和水纵波速度.利用阿尔奇公式,基于原位温度、盐度、密度孔隙度和测量的电阻率,利用交会分析确定了该井的阿尔奇常数为a=1.1和m=2.3.基于该参数,利用阿尔奇方程计算的水合物饱和度占孔隙空间5%~20%,局部地层水合物饱和度达26.8%,在垂向上分布不均匀.由于钻探可能导致水合物发生分解而产生游离气,原位游离气和水合物分解产生的气体都能造成低纵波速度异常.由于地震资料采集在测井之前完成,利用不同速度制作合成地震记录并与地震资料进行对比,能够确定水合物稳定带上部的低速异常形成原因.     

Estimating gas saturation in a thin layer by using frequency‐dependent amplitude versus offset modelling

Various models have been proposed to link partial gas saturation to seismic attenuation and dispersion, suggesting that the reflection coefficient should be frequency‐dependent in many cases of practical importance. Previous approaches to studying this phenomenon typically have been limited to single‐interface models. Here, we propose a modelling technique that allows us to incorporate frequency‐dependent reflectivity into convolutional modelling. With this modelling framework, seismic data can be synthesised from well logs of velocity, density, porosity, and water saturation. This forward modelling could act as a basis for inversion schemes aimed at recovering gas saturation variations with depth. We present a Bayesian inversion scheme for a simple thin‐layer case and a particular rock physics model and show that, although the method is very sensitive to prior information and constraints, both gas saturation and layer thickness theoretically can be estimated in the case of interfering reflections.     

The application of well logging and seismic modeling to assess the degree of gas saturation in Miocene strata (Carpathian Foredeep, Poland)

The presence of natural gas in the pore space of reservoir rocks results in a significant decrease in P-wave velocity. Even low gas saturation can generate seismic anomalies (DHI) and false image of gas accumulation of economic importance. This article presents an attempt to evaluate gas saturation from 2D seismic section in the Miocene sandstone strata in the south-eastern part of the Carpathian Foredeep. The ESTYMACJA program and the Biot-Gassmann model were used to study the dependence between elastic parameters and saturating fluids (water and gas) recorded in wells. Series of calculations was carried out using a method of fluid substitution for various gas saturation. The applicability of seismic data for evaluating gas saturation of reservoir beds was assessed with the use of 1D modelling (synthetic seismograms) and 2D modelling (theoretical seismic section) calculated for different gas saturation. The proposed methodology can be used to identify low and high gas-saturated zones and contour the reservoir.