裂缝性岩石低频下复电阻率与饱和度关系研究

储层中裂缝的发育影响着油气运移和储存,因此识别裂缝以及得到裂缝性储层的表征参数与物理性质对于预测天然气的产量有重要的意义.本文主要通过实验和数值模拟研究了低频段（100 Hz~1 MHz）内均质岩样和不同裂缝参数的裂缝性岩样的复电阻率频散特性.利用有限元模拟计算简易岩样模型的复电阻率,研究了完全饱和水状态下均质岩样与裂缝岩样复电阻率频散特性的区别.并重点研究了100 Hz、1 kHz和10 kHz下均质岩样以及不同裂缝宽度、密度、倾角岩样含水饱和度S_W与电阻增大率I_R、含水饱和度S_W与介电常数变化率I_ε的变化关系.实验结果显示完全饱含水的情况下裂缝的出现,使得岩样的复电阻率实部降低,复电阻率虚部的幅值减小;不同频率（100 Hz、1 kHz和10 kHz）下I_R-S_W曲线发生分离.裂缝密度和裂缝倾角的增加,导致岩样的复电阻率实部降低,复电阻率虚部的幅值减小;并使得不同频率下的I_R-S_W和I_ε-S_W分离程度变大.讨论了阿尔奇公式中饱和度指数n与系数b以及仿阿尔奇公式中介电饱和度指数n'与系数b'与裂缝参数的关系,说明在高含水饱和度时,导电与介电的幂指数规律基本一致.通过对裂缝性岩石上述参数的研究,为多频复电阻率测井仪的研发提供理论与实验支撑,进而提高裂缝性储层含气性识别以及定量评价含气饱和度的可靠性.

     

电测井和油气层关系的一个理论公式

为研究电测井和油气层的关系,根据电场理论,将砂岩电导率定义为地层水电导率、含量、相对电场强度的积.提出电介质颗粒面电荷与电偶极子等效的认识,进一步得出砂岩的电场方程.解砂岩电场方程得出相对电场强度表达式,将其带入砂岩电导率定义得电测井和油气层关系的一个理论公式,并用实验资料验证了公式的有效性.     

代县地电阻率降雨影响及数值模拟

多年观测数据表明,代县地电阻率年变受降雨影响比较显著,通过褶积滤波法获取降雨量对视电阻率的影响值,定量分析降雨与视电阻率的相关性。在此基础上,利用代县地电阻率电测深数据及相关地质资料,建立三维有限元模型,模拟降雨对地电阻率的影响,进一步确定降雨对视电阻率影响的物理机制。结果表明:降雨是造成代县地电阻率年变的主要因素,且与视电阻率呈正相关性;降雨造成表层介质含水饱和度发生变化,使得相应电阻率下降近10倍,从而引起地电阻率年变幅度发生近1/10的改变。     

Prediction of capillary air-liquid interfacial area vs. saturation function from relationship between capillary pressure and water saturation

This short communication investigates if the capillary air-liquid interfacial area vs. saturation relationship A_lv(S) can be predicted from the capillary pressure vs. saturation relationship S(h), using the theoretical sample scale model of Diamantopoulos and Durner (2013, 2015). We selected three published experimental datasets, where S(h) and A_lv(S) relationships had been measured for the same porous media. The sample scale model was fitted to the retention curve S(h) of each porous medium and then used to predict the air-liquid interfacial area A_lv(S). We also included in the analysis the thermodynamic models of Leverett (1941) and Grant and Gerhard (2007). For two sandy materials and especially for high saturation values, the model predicted the capillary A_lv(S) successfully, which was in one case given by a pore-network model simulation (Kibbey and Chen, 2012) and in the other case experimentally determined (Brusseau et al., 2006). For glass bead experiments, the contact angle needed to be fitted to properly describe the experimental A_lv(S) curve.     

数值模拟方法驱动的数据流过套管电阻率测井技术

过套管电阻率测井在寻找剩余油、油藏动态监测方面是一种重要的测井技术.文中依据大数据流技术原理,建立以Hadoop架构为核心、集成仪器响应模拟、仪器关键参数设计、影响因素分析校正、岩石物理参数获取与测井评价为一体的过套管电阻率测井系统.这将打破了测井方法、仪器制造、测井采集、岩石物理与测井解释之间的部门界限,实现了不同用户实时访问统一的数据库,实时解决仪器刻度、数据采集与校正,以及综合解释中的岩石物理参数的选择等问题.基于"众包算法"实现测井解释专家的知识共享.根据过套管电阻率测井各种模拟方法特点,建立对应全空间、半空间、三层模型、径向分层纵向分层所对应不同地层模型所对应的解析法、传输线方程法、边界元、模式匹配法、有限元法所的优化高效模块,在系统中快速实现仪器响应分析、影响因素校正及仪器刻度等功能.实例表明,基于这种模拟方法驱动的大数据流过套管电阻率测井技术,能从过套管电测井数据源头上保证数据质量,从而准确求取剩余油饱和度,实现过套管测井地层评价,进而为油藏监测提供可靠的保证,最终为油藏开发方案的决策提供可靠依据.     

隆尧地电阻率与地下水位关系分析

利用线性回归法,分析河北省隆尧地电阻率和地下水位的关系,发现该地区地电阻率季节性年变和近年来显著的趋势上升变化与地下水位动态变化相关.调查发现,年降雨量减小和农业用水量增大引起该区地下水位下降,从而导致地电阻率发生趋势上升变化.     

随钻声波测井固井质量评价理论与数值模拟研究

大斜度井、水平井的固井质量评价需求,推动了基于随钻测井仪器的固井质量评价技术的发展.本文基于弹性波传播理论,建立柱状分层介质的套管井随钻测井模型,模拟了不同水泥胶结情况的随钻声场响应,特别是其波形特征.结果表明,套管井中随钻与电缆波形特征最大的区别在于随钻波列中存在隔声衰减后的钻铤波.特别是当水泥胶结较好时,钻铤波与套管波幅度大小相近,甚至钻铤波幅度更大,而时间域上两者波形重叠,该特点使得常规电缆声波（声幅/变密度）固井质量评价方法不适用于随钻测井环境.本文考察了不同水泥胶结程度下随钻波列中套管波幅度和衰减与胶结指数的关系,形成一种同时利用幅度和衰减的随钻声波胶结指数计算方法,为随钻声波固井质量评价提供理论指导.

     

脉冲中子双伽马谱饱和度测井方法及数值模拟研究

脉冲中子双伽马谱饱和度测井方法是利用特定的脉冲和测量时序设计,采用远、近伽马探测器记录非弹性散射和俘获伽马能谱以及伽马射线时间谱,通过获取C/O和地层宏观俘获截面等信息来确定地层含油饱和度.采用大直径仪器和BGO晶体探测器时,其采集的非弹性散射和俘获伽马能谱计数统计性优于国外仪器,重复脉冲发射中子后伽马射线时间谱仍满足指数衰减规律,且能使伽马射线时间谱的道计数累积,计数统计性好于常规中子寿命测井,得到的地层宏观俘获截面与单脉冲发射近似相同.在地层孔隙度未知的情况下,利用C/O和地层宏观俘获截面交会技术可以定量确定含油饱和度.     

储层渗透性与地层因素关系的实验研究与分析

本文对渤海湾盆地不同孔隙结构样品的孔、渗、核磁、岩电、压汞、X衍射及铸体薄片等配套岩石物理实验数据进行了综合分析,通过逐一考察同一套岩芯样品的地层因素与渗透率、压汞喉径均值、储层品质指数之间的实验关系,并分别与地层因素—孔隙度交绘图进行对比分析,发现储层渗透性与地层因素之间并非简单的单调函数关系,孔隙度相近但孔隙结构类型不同、渗透率差异明显的岩芯可以具有相近的地层因素,导电能力接近.在实验数据分析的基础上通过理论分析证明了这一实验关系的合理性,并指出孔隙度及导电能力相近的岩芯,其渗透率差异与喉径均值的平方比、孔隙曲折度及几何形态相关.     

天然气水合物饱和度与声学参数响应关系的实验研究

天然气水合物饱和度是评估天然气水合物资源量的重要参数,而用来估算饱和度的速度模型则是有限的几个,它们有的为经验公式,有的是以实验数据或野外资料为基础建立起来的,需要进行实验验证和参数分析以确定其使用的适用性.本文首次利用超声和时域反射联合探测技术,研究了沉积物中水合物饱和度与声学特性的关系,并对时间平均方程、伍德及其修正方程、李权重方程和BGTL（Biot-Gassmann Theory by Lee）理论等常用的水合物饱和度估算模型进行了验证.实验结果表明,超声和时域反射联合探测技术能有效地实时获得水合物饱和度和纵、横波速的实验数据,李权重方程和BGTL理论的速度预测值与实验值比较吻合,有广泛的适用性.     

昆仑山断裂带围陷波的有限差分数值模拟解释

利用交错网格有限差分方法对昆仑山断裂带人工爆破产生的围陷波进行了三维数值模拟解释.为提高断裂带最终模型的可信度,在围陷波模拟的同时考虑了人工爆破记录的三个分量.对昆仑山断裂带围陷波的模拟结果表明,影响围陷波特性的断裂带深度主要在1.0 km以内.S波速度和断裂带宽度对围陷波的到时、频率、振幅和相位影响较大.数值模拟解释获得的昆仑山断裂带的细结构参数是：浅部断裂带宽度为300 m,深部为250 m;深度在400 m以上断裂带内S波速度为0.98 km/s,外部围岩S波速度为1.70 km/s,Q值为13.8;S波速度和Q值随着深度的增加而增加;1000 m以下断裂带内S波速度为2.80 km/s,围岩S波速度为3.3 km/s.     

不同土壤中含油污水污染区的电性变化研究及污染区探测

本文利用室内电阻率测试的方法研究了研究了饱和土和不饱和土两类土中含油污水的侵入量对其导电性的影响.测试结果表明,对于不饱和土,含油污水的侵入会改变土的饱和度从而引起其电阻率的降低,侵入量越大其电阻率越低;而饱和土的电阻率随含油污水侵入量的增大而增大直到趋于稳定.基于此,通过室内模拟土层污染和野外实地观测污染土层的方式研究了含油污水污染不同饱和度土层的电剖面异常特征,在不饱和土层中污染区域表现为相对低阻异常区而在饱和土层中表现为相对高阻异常区.通过对比不同时期的监测结果显示异常区的范围随污染区的变化而变化,并可反映出污染区的实际分布.文章分析了利用电阻率法进行含油污水污染地下介质调查的几个模糊点,对提高探测效果具有指导意义.     

裂隙展布特征对EGS采热影响的理论数值模拟研究

增强型地热系统(EGS)储层的裂隙展布特征决定了热开采的效果.基于EGS储层压裂得到的裂隙网络呈现出较强的非均匀性,本文构建EGS平行多裂隙非均匀展布模型研究裂隙展布特征对EGS采热影响.为表征裂隙展布的非均匀性,创新地引入了优势流动比的概念.研究结果表明:在体积为500 m×600 m×600 m,初始温度200℃,均匀激发热储层7条裂隙展布,流量为30 kg/s时,储层产出温度可保持储层初始温度15年,并在热开采进行50年后仍能保持较高产出温度192.3℃,电功率为2.88～3.10 MW,电功率的降幅仅为7.1%.非均匀激发热储层的采热性能受到裂隙数量和裂隙展布特征的共同影响.产出温度与裂隙数量呈不严格的正相关性,并与优势裂隙比呈负相关性.非均匀压裂的热储层中,通过封堵优势裂隙或增强储层压裂使裂隙宽度均匀化,均可增强系统的采热性能.综合来看,裂隙数目越多,裂隙宽度分布越均匀,流体产出温度越高,采热效果越好.本文对EGS地热田的储层激发,和人工热储层的构建有一定的指导意义.     

鲜水河断裂带跨断层变形分析和数值模拟

鲜水河断裂带积累了20多年的跨断层变形资料, 如何解释这种变形是一个重要的问题。 该文采用了弹性上地壳覆盖在粘弹性Maxwell体之上的模型。 炉霍1973年M_S7.6地震按该粘弹性模型计算的震后形变曲线能够在很大程度上解释实测观测结果, 显示与一些断层(如圣安德烈斯断层某些段落)存在缓慢蠕滑而无大地震发生不同, 鲜水河断裂带观测到的跨断层变形, 有相当一部分可以用大地震后的粘弹性变形来解释。 当然, 计算得到的震后粘弹性形变幅度同跨断层短基线和短水准的实测形变幅度比较还存在一些差异, 不能完全解释, 表明了大陆断层活动的复杂性, 并值得进一步深入研究。     

土的工程力学性质与其电阻率关系实验研究

建立岩土的工程力学性质与其地球物理参数的量化关系是实现工程物探资料量化解释的必然前提。本次工作在分析影响土的工程力学性质和电阻率的共同因素基础上，通过室内实验，研究了不同类型土的粒度成分、含水率、饱和度、密实度与其电阻率的关系，并在此基础上探讨了耗土的压缩系数、粘聚力、压缩模量与电阻率的关系，得出了一系列的关系曲线及一些拟合公式，并对这些公式的含义进行了解释。     

临汾地震台地电阻率异常变化特征与盆地内地震关系分析

主要以临汾盆地及周边地区近20年来所发生的6次4．5级以上地震为例,通过对这几次地震前临汾地震台地电阻率观测数据的分析,总结出临汾地震台地电阻率对应中强地震的中短期异常变化特征,特别是盆地内发生的3次地震,每次震前两测向曲线均统一表现为各向异性的变化特征,为判定该地区的震情趋势提供了信度较高的依据。     

宝坻台地电观测的水文地质背景及其电阻率变化与降雨量和水位变化的关系

通过对宝坻台地电阻率与当地降水量以及该台深、浅井水位观测资料的相关性计算,并结合该地区水文地质和构造背景的分析,对该台十余年来地电阻率观测出现的缓慢下降的原因进行了研究。结果表明宝坻台地电阻率的长期缓慢下降主要与地下基岩背斜溶岩裂隙储水构造的含水量减少有关,而每年下半时段由降水集中引起的浅水位变化对地电阻率的短期变化具有影响。     

Dynamic simulation of interactions between major earthquakes on the Xianshuihe fault zone

The authors firstly evaluate the strain accumulation rate of the Xianshuihe fault zone based on earth- quake activity. We calculated the stress and seismic moment accumulation rate for each subsection of the Xianshuihe fault zone based on the distribution of geological slip rate and GPS survey results. According to the results, we get the recurrence intervals of characterized earthquakes on each sub- section respectively. A three-dimensional finite element model for western Sichuan is constructed to discuss the earthquakes triggering among major earthquakes (M>6.7) that occurred along the Xianshuihe fault zone since 1893. The calculated Coulomb failure stress changes (ΔCFS) show that 5 of the 6 earthquakes with Ms>6.7 were triggered by positive ΔCFS. The interactions between major earthquakes not only influence recurrence intervals of characterized earthquakes on each subsection, but also change recurrence behavior of major earthquakes along the whole fault zone.     

The influence of unavoidable saturation averaging on the experimental measurement of dynamic capillary effects: A numerical simulation study

Many studies over the past four decades have observed that capillary pressure–saturation (P_c–S_w) relationships are often different when measured dynamically under rapidly changing pressure inputs. This phenomenon has been referred to as a dynamic capillary effect, and its magnitude is often quantified by the dynamic capillary coefficient, τ. Experimentally-reported values of τ have varied by orders of magnitude, even for seemingly similar experimental systems. The purpose of the present work is to numerically explore the likely impact of fluid properties on the calculation of τ from experimental measurements. Specifically, the emphasis is on understanding how spatial averaging of the saturation profiles resulting from different fluid combinations contributes to the apparent magnitude of τ derived from experimental measurements.Simulations of dynamic drainage in a packed sand column were conducted using the CompSim multiphase flow simulator. Four nonwetting phase fluids with viscosities spanning four orders of magnitude were studied. Comparison between local and spatially-averaged rates of saturation change show significant differences, with the magnitude of the difference increasing with increasing viscosity to interfacial tension ratio and increasing drainage rate. Results show that at averaging scales likely to be experienced during experimental saturation measurements, this effect is likely to produce significant differences in the ultimate magnitude of the calculated τ values for different fluid systems and drainage rates. This result means that conventional flow phenomena may produce an inherent systematic bias in experimental measurements of τ, amplifying measured values for high viscosity or low interfacial tension systems and for experiments where higher drainage rates are used.     

Theoretical and experimental study on relationship between stress-strain and temperature variation

Principle on temperature response to the stress-strain variation is fundamental to the relationship between thermal radiation variation and stress-strain field. Current research indicates that temperature has a sensitive response to rock deformation under the condition of normal temperature background. However, the basic physical relationship between deformation and temperature variation is not clear and need to be investigated further. In this paper, principle on temperature response to stress-strain variation is studied in detail, based on thermodynamics, elastic strain theory, and experiments on both ideal material and rock. In the stage of elastic deformation, results indicate that: 1) temperature increment is positively correlated with volume strain variation. Temperature rises with hydrostatic pressure increase. In other words, temperature rises when the specimen is under the compressive state whereas temperature drops under the tensile state. 2) Pure shear deformation does not contribute to temperature variation. Namely, shape change of specimen does not produce temperature variation. However, there exist the relative tensile area and the compressive one in the specimen under the state of pure shear. Temperature drops within the relative tensile area while temperature rises within the compressive areas during the process of loading.