致密砂岩气储层孔隙结构特征及其成因机理分析

通过岩心观察、普通薄片、铸体薄片、荧光薄片、X衍射、物性分析、扫描电镜分析和高压压汞曲线等资料,对克深地区巴什基奇克组致密砂岩储层的岩石学特征、物性特征和微观孔隙结构特征进行了研究.结果表明储层以岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主,物性总体较差,孔隙类型多样,大小相差悬殊,孔喉组合类型以中孔微喉和小孔微喉型为主,连通性差.根据毛管压力曲线形态和参数特征分析,可将储层基质孔隙结构划分为4种类型.最后从沉积、成岩和构造三方面入手深入剖析储层孔隙结构的成因机理,认为孔隙结构受砂体原始组分和结构的先天控制,成岩过程中的压实、胶结和粘土矿物转化等将造成孔隙变小,喉道变窄,结构复杂,而溶蚀作用又可使孔隙变大,喉道变宽.侧向上构造挤压进一步减孔,而伴随构造裂缝而产生的微裂缝是改善储层物性和增强孔隙结构非均质性的另一重要因素.     

基于微观孔隙结构特征的致密砂岩部分饱和岩石物理模型研究（英文）

储层的复杂微观孔隙结构对于弹性波诱导的孔隙流体发生流体流动的影响十分复杂。深入的调查流体流动机制有利于更加精确的描述储层弹性波传播特征与规律。在油气藏勘探开发过程中,实际储层大多是部分饱和的,因此,需要开展部分饱和储层弹性波传播机理的研究。本文基于等效介质理论,利用不同压力下干燥状态的超声波实验数据,获取岩石微观孔隙结构特征。将部分饱和理论模型与考虑不同裂隙纵横比喷射流模型进行结合,形成部分饱和-扩展Gurevich喷射流弹性波传播模型。通过数值模拟分析了含水饱和度、外部球体半径及粘度等参数对弹性波传播特征的影响。选取鄂尔多斯盆地庆阳地区致密砂岩样本,开展不同压力下部分饱和岩石的超声波实验观测,并利用理论模型对实测数据进行分析。相比于部分饱和模型,本文模型综合考虑了部分饱和效应与不同裂隙纵横比喷射流效应对弹性波传播的影响,所预测的纵波速度与衰减结果更符合于实验测量结果。     

基于微CT技术的砂岩数字岩石物理实验

数字岩石物理技术可弥补传统岩石物理实验的诸多不足,为岩石物理学研究提供一个新平台.本文以常规砂岩为研究对象,利用微CT扫描结合先进的图像处理技术建立了具有真实孔隙结构特征的三维数字岩芯模型;应用Avizo软件内含的多种形态学算法进行数字岩芯孔隙结构量化及表征研究,统计获取了孔隙度、孔隙体积分布及孔径分布特征,建立了等价孔隙网络模型;将Avizo与多场耦合有限元软件Comsol完美对接,实现了孔隙尺度的渗流模拟并计算获得绝对渗透率,对于考虑固相充填孔隙的情况,模拟计算了岩石有效弹性参数,并与近似Gassmann方程良好验证.本文所提出的将Avizo与Comsol结合使用的方法丰富了现有的数字岩石物理研究手段,为其大规模发展提供了一条新途径.     

基于改进Stacking算法的致密砂岩储层测井流体识别

致密砂岩储层物性差,测井响应对孔隙流体不敏感,应用传统测井解释图版划分流体类型精度较低.机器学习技术通过学习更多维度的特征,可以建立合适的流体识别模型.相较于单一算法,集成学习可以通过联合多个专家模型提升预测精度,但是不同的集成学习策略性能差距较大.本文提出了一种改进的Stacking算法,通过平均影响值法寻找敏感测井曲线作为输入,利用不同的特征集构建多个子模型,并使用不同集成策略将其组合为若干性能更佳的专家模型进行训练,同时引入独立专家避免过拟合,将专家模型的预测结果通过交叉验证的方式进行模拟预测,最后应用元学习器预测最终结果.将该方法用于库车坳陷迪北气藏致密砂岩储层流体识别,测试准确率可达93%,优于CatBoost模型和XGBoost模型,证明了该方法的有效性和适用性.为致密砂岩储层流体识别提供了新的思路.     

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.     

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.     

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.     

致密砂岩油气藏储层建模技术方案及其应用

致密砂岩油气藏是当前重要的油气勘探开发目标.该类油气藏普遍具有岩性致密、低孔、低渗的地质特征,储层与围岩的地球物理特征差异较为微弱,先验地质模型特征模糊、地球物理数据体约束性差,从而导致储层地质模型不能充分体现致密砂岩储层较强的非均质性特征.如何综合应用地质、地球物理信息,建立深度域的、定量化的致密砂岩油气藏储层三维地质模型,成为石油工业界关注的重要问题之一.本文在回顾储层建模技术原理及发展历程基础上,形成了将地质研究和地震数据信息充分结合起来的致密砂岩油气藏储层建模方案.在该方案中,在储层地质研究的基础上构建储层地质知识库,量化先验地质认识;通过地震属性优化和储层地震反演,构建对储层参数较为敏感的地震约束信息库;通过精细速度模型构建,将时间域和深度域的数据信息很好地进行匹配;通过构造建模、沉积相/岩相建模、相控下的连续型储层参数建模,建立起完备的致密砂岩油气藏储层地质模型.通过该方案在致密砂岩油气藏储层建模中的实施和应用,证实了该方案的有效性.     

一种评价致密砂岩储层孔隙结构的新方法及其应用(英文)

致密砂岩储层的孔隙结构对其渗透性和电性影响显著,是此类复杂储层岩石物理研究的关键。针对仅从连通喉道半径评价渗透率的多解性以及储层孔隙结构与电性关系研究欠缺等不足,综合影响物性的主要因素,提出了一种同时考虑孔隙度、最大连通喉道半径及分选性三种因素的新型孔隙结构参数δ的计算公式。利用岩心及实测数据对比分析表明,δ值能够较连通喉道半径等传统方法更精确地刻画致密砂岩储层渗透性,同时它与储层电性具有密切关系,可用于估算地层因素F和胶结指数m。据此提出将孔隙结构对电阻率的影响进行归一化校正以及基于核磁共振测井预测储层完全含水电阻率R0的评价方法,从而突出储层流体性质变化引起的电性变化,并提供了一种新的致密砂岩储层流体识别思路,研究结果得到了实验资料和实际测井试油资料的验证。     

伊拉克H油田碳酸盐岩储层的孔隙结构特征及其对电阻的影响

针对伊拉克H油田碳酸盐岩储层较强的非均质性,本文利用岩心资料研究了M2组颗粒灰岩与泥粒灰岩的孔隙结构特征,并详细分析了M2组下段油层低阻的成因.根据实验得到的孔喉半径分布曲线划分的大孔、中孔和小孔的累计比例,把储层划分为大、中、小三种孔隙结构,结果表明M2组上段颗粒灰岩以大孔和中孔为主,下段泥粒灰岩以中孔和小孔为主.压汞毛管压力曲线表明下段的非均质性强于上段.找出了以中、小孔为主孔隙结构及其复杂的润湿性是造成M2组下段油层低电阻率的原因.用毛管孔径划分的三种孔隙结构刻度了核磁T2谱,结果显示毛管孔径划分的三种孔隙结构与核磁T2谱划分的三种孔隙具有很好的一致性,岩心渗透率与核磁得到的渗透率也具有很好的一致性,找到了用核磁资料准确评价储层的孔隙结构的一种有效途径.     

基于有效流动孔隙的低孔渗泥质砂岩储层渗透率确定方法

针对低孔渗储层渗透率主要受孔隙结构影响致使利用常规孔隙度和束缚水饱和度等参数预测渗透率精度低的难题,依据低孔渗岩石孔隙中流体渗流的特点,考虑岩石孔隙空间中对流体渗流贡献最大的那一部分孔隙,引入有效流动孔隙概念,以提高低孔渗岩石渗透率计算精度.考虑岩性、物性、电性变化,设计岩石物理实验,根据压汞实验数据计算岩样对应不同孔隙半径的进汞孔隙度与渗透率之间的相关系数,制作相关系数与孔隙半径交会图,将相关系数达到某一值(如0.8)对应的孔隙半径确定为有效流动孔隙半径下限,其对应的进汞孔隙度确定为有效流动孔隙度实验分析值.依据水流与电流流动相似性原理,从导电角度推导有效流动孔隙度的计算公式.对于含水低孔渗泥质岩石,将束缚水和粘土水看成不导电干骨架,采用能够描述孔喉比的等效岩石元素模型推导出只有可动水孔隙存在的低孔渗岩石地层因素的公式;根据有效流动孔隙的含义,只有可动水孔隙存在的低孔渗岩石的有效流动孔隙可以等效为具有相同岩石体积和地层因素且由骨架和弯曲毛细管组成的岩石结构中的毛管孔隙,根据弯曲毛管模型推导出地层因素与有效流动孔隙度关系式,结合两式可得到有效流动孔隙度的表达式.根据实验数据采用最优化方法确定公式中参数,从而给出有效流动孔隙度计算式.统计有效流动孔隙度实验值与岩心分析渗透率关系,回归得到低孔渗泥质岩石渗透率的计算式.对B区X1、X2井低孔渗储层进行处理,从实际应用效果方面证实该方法提高了低孔渗泥质储层渗透率计算精度.     

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VP、VSH和VSV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VP、VSH和VSV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.     

介观尺度孔隙流体流动作用对纵波传播特征的影响研究——以周期性层状孔隙介质为例

介观尺度孔隙流体流动是地震频段岩石表现出较强速度频散与衰减的主要作用.利用周期性层状孔隙介质模型,基于准静态孔弹性理论给出了模型中孔隙压力、孔隙流体相对运动速度以及固体骨架位移等物理量的数学解析表达式,同时利用Biot理论将其扩展至全频段条件下,克服了传统White模型中介质分界面处流体压力不连续的假设. 在此基础上对准静态与全频段下模型介质中孔隙压力、孔隙流体相对运动速度变化形式及其对弹性波传播特征的影响进行了讨论,为更有效理解介观尺度下流体流动耗散和频散机制提供物理依据.研究结果表明,低频条件下快纵波孔压在介质层内近于定值,慢纵波通过流体扩散改变总孔隙压力, 随频率的增加慢波所形成的流体扩散作用逐渐减弱致使介质中总孔压逐渐接近于快纵波孔压,在较高频率下孔压与应力的二次耦合作用使总孔压超过快纵波孔压.介质中孔隙流体相对运动速度与慢纵波形成的流体相对运动速度变化形式一致;随频率的增加孔隙流体逐渐从排水的弛豫状态过渡到非弛豫状态,其纵波速度-含水饱和度变化形式也从符合孔隙流体均匀分布模式过渡到斑块分布模式,同时介质在不同含水饱和度下的衰减峰值与慢纵波所形成的孔隙流体相对流动速度具有明显的相关性.     

介观尺度孔隙流体流动作用对纵波传播特征的影响研究——以周期性层状孔隙介质为例

介观尺度孔隙流体流动是地震频段岩石表现出较强速度频散与衰减的主要作用.利用周期性层状孔隙介质模型,基于准静态孔弹性理论给出了模型中孔隙压力、孔隙流体相对运动速度以及固体骨架位移等物理量的数学解析表达式,同时利用Biot理论将其扩展至全频段条件下,克服了传统White模型中介质分界面处流体压力不连续的假设. 在此基础上对准静态与全频段下模型介质中孔隙压力、孔隙流体相对运动速度变化形式及其对弹性波传播特征的影响进行了讨论,为更有效理解介观尺度下流体流动耗散和频散机制提供物理依据.研究结果表明,低频条件下快纵波孔压在介质层内近于定值,慢纵波通过流体扩散改变总孔隙压力, 随频率的增加慢波所形成的流体扩散作用逐渐减弱致使介质中总孔压逐渐接近于快纵波孔压,在较高频率下孔压与应力的二次耦合作用使总孔压超过快纵波孔压.介质中孔隙流体相对运动速度与慢纵波形成的流体相对运动速度变化形式一致;随频率的增加孔隙流体逐渐从排水的弛豫状态过渡到非弛豫状态,其纵波速度-含水饱和度变化形式也从符合孔隙流体均匀分布模式过渡到斑块分布模式,同时介质在不同含水饱和度下的衰减峰值与慢纵波所形成的孔隙流体相对流动速度具有明显的相关性.     

流体饱和度对裂缝-孔隙岩石频变纵波速度及其各向异性的影响

流体饱和度会改变裂缝性储层的纵波速度,从而影响地层速度的频散特性及各向异性程度,导致储层地震响应特征复杂,储层预测多解性强,流体识别难度大.本文根据多相流体饱和裂缝性储层的特点,借助于Norris和KG模型,建立部分饱和裂缝-孔隙等效介质模型,给出频变地震波速度随流体饱和度变化的精确关系式.数值模拟结果表明,当气、水两相共存时,随着含水饱和度的增加,高频段纵波相速度逐渐增大,各向异性程度逐渐减小;低频段纵波相速度逐渐减小,各向异性程度不变;相速度频散及其各向异性程度逐渐增强.组合已有的孔隙弹性理论模型,对实验室人工裂缝-孔隙砂岩岩样的纵波速度进行拟合,计算得到的曲线与实验室测量散点值吻合度较高,表明组合模型在给定参数下的有效性.该研究能够为多相流体饱和裂缝性储层的地震响应特征分析奠定扎实的理论基础,为提高储层预测的确定性和流体识别的准确性提供可靠的理论依据.

     

孔隙流体作用对地震活动影响的计算机模型研究

研究了孔隙流体对地震活动的影响．首先讨论了含有多个断层的地壳中流体的传输方程,并将该方程离散化,以期更有效地将流体的作用加到弹簧 滑块 阻尼器模型中;然后应用含有6个断层、每个断层含有8个震源的构造模型（简称68模型）,在给定镜像边条件的情况下,对孔隙流体的传输方程求显式和隐式解．通过分析有水源的情况,认为进行多步迭代时用隐式解法比较合理．利用隐式解法得到的结果,根据镜像边条件及无水源的初条件,对地震发生后破裂元件上孔隙流体压与周围未破裂元件上孔隙流体压,按某种比例进行了计算,并对所得结果进行了初步讨论．计算表明,有孔隙流体作用的系统中,地震活动明显增强,地震的频度和强度都有所增强．孔隙流体对模型系统地震活动的增强作用是不均衡的,因而流体压对地震系统的作用更增加了地震预测的复杂性．      

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Vp、Vs1和Vs2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Vp、Vs1和Vs2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Vp、Vs1和Vs2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Vs1和Vs2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.     

压力和温度对致密砂岩纵波速度影响的实验研究

高温高压条件下测量的岩石纵波速度对于储层评价具有重要作用,但该条件下岩石声波速度的测量要比常温常压条件下复杂的多,而高温高压和常温常压条件下的岩石纵波速度的关系,受到孔隙度和孔隙结构等因素的影响.为了研究温度和压力对岩石纵波速度的作用及影响因素,测量了随压力和温度变化的致密砂岩纵波速度,得到了压力和温度对纵波速度的影响系数,建立了影响系数与孔隙度及表征孔隙结构特征的核磁参数之间的关系,从而获得了不同样品的纵波速度与压力和温度的关系.基于该关系对储层的纵波速度进行计算,并与测井数据进行对比,计算结果与测井数据有很好的一致性,说明本文建立的关系是有效的.因此基于本文的研究,可以根据常温常压下的纵波速度计算高温高压条件纵波速度,这为常规条件测量纵波速度的应用提供了支持.     

一种定量评价致密砂岩储层流体性质的新方法——相关系数法

致密砂岩储层具有物性差、孔隙结构差的特点,测井解释面临着低阻气层、高阻水层以及相似物性条件下产能相差大的难点.常规碎屑岩储层中使用的根据孔隙度及电阻率判断流体性质的方法完全失效,经典的定性的测录井结合及阵列声波"含气指示"法也符合率较低,制约了致密气的勘探及开发.为了明确致密砂岩储层的流体性质,以鄂尔多斯盆地临兴神府地区上古生界致密砂岩为研究对象,通过对常规测井资料深入挖掘,以经典的阿尔奇公式为理论依据,使用密度孔隙度与电阻率测井分别对已经测试的气层、水层及干层进行回归分析,求取幂函数的相关系数.分析结果表明:在产气的储层中,密度孔隙度与电阻率测井相关性较差,而测试为干层和水层的储层则相关性较好;水层及含水干层密度孔隙度与电阻率具有负相关性,而含气干层具有正相关性;在此基础上,通过对研究区已经测试的24个层位的密度孔隙度与电阻率进行回归分析并进行统计.统计结果显示:干层及水层相关系数在0.2以上,而工业气层相关系数小于0.2.该方法在致密砂岩测井解释工作中取得了很好的效果,大大提高了解释的符合率.     

含气饱和度对致密砂岩纵波速度影响的实验研究及应用

本文为探索声波速度和含气饱和度之间的关系,对取自鄂尔多斯盆地致密砂岩层的岩心在不同的含气饱和度下进行了纵波速度的测量,结果表明:(1)岩心含水饱和时的的纵波速度要比含气饱和时的大;(2)含气饱和度大于70%时,纵波速度对含气饱和度的变化反映不敏感,或随着含气饱和度的增大略有增加,含气饱和度小于70%时,纵波速度随着含气饱和度增大近似成线性降低;(3)该实验研究为声波测井数据指示气层奠定了一定的理论基础,为致密砂岩层气层的识别提供了依据;(4)本文建立了纵波速度随着含气饱和度变化而变化的关系式,并将之应用到致密砂岩层含气饱和度的评价中,评价效果良好.这为导电性评价饱和度失效时,评价致密砂岩气层提供了新的方法.