基于计算岩石物理方法的页岩储层弹性参数提取

发展了应用数值计算方法获取页岩储层的速度、各向异性参数的计算岩石物理系列方法.该系列方法包括了大尺度精细地质模型数值建模、计算网格尺度的地球物理建模和地震波数值模拟提取岩石物理弹性参数.本文方法利用储层的统计数据而不是具体岩心的测量数据,可获得储层岩石物理弹性参数的变化规律.相比于基于岩心测试的岩石物理方法,本文方法可精细考虑实际储层的非均匀特征,可得到岩心测试难以求取的与尺寸效应高度相关的弹性参数,也避免了求取弹性参数变化规律时获取不同地质特征岩心的困难.本文发展了计算岩石物理方法,为计算岩石物理面临的大尺度地质建模和计算能力限制问题提供了有效的解决方案.文中以胜利罗家的页岩储层为例,求得了储层TOC含量从3%到21%变化情况下储层的P波、S波速度以及各向异性参数变化规律.

     

基于纳米孔隙弹性理论的页岩气储层地震弹性反演方法

页岩中的有机质干酪根广泛发育大量纳米级别的孔隙,这些孔隙具有极大的表面-体积比,孔隙表面会产生明显的表面效应,从而对页岩整体弹性性质产生影响.在对页岩进行储层预测时,考虑纳米孔隙的影响是十分必要的.现有的AVO技术以经典弹性理论为基础,通常可以预测页岩储层的纵横波速度、弹性模量和密度等,但往往忽略了纳米孔隙的表面效应.结合纳米孔隙弹性理论和AVO技术,将表征纳米孔表面效应的参数(表面弹性模量、纳米孔径)耦合到反射系数近似公式中,提出了一种新的AVO参数化表征方法,直接体现了纳米孔隙相关参数对反射系数的响应特征.新方法中包含3个待反演参数：基质剪切模量、纳米孔隙相关参数和密度.基于平滑背景约束的贝叶斯反演策略,利用测井的模型试验和实际地震数据验证了所提方法的可行性和适用性,实现了对页岩纳米孔隙相关属性的定量预测.通过定量关系转换,创建了一种用以描述页岩含气能力的指示因子.本文提出的方法为预测页岩气储层弹性性质提供了一种新的思路.     

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.     

高压背景砂岩储层岩石物理建模方法与应用

地震岩石物理建模是连接地震弹性参数和储层物性参数的桥梁,是研究高压背景下砂岩储层的地震响应特征、储层预测的理论基础．为了在建模过程中合理的考虑压力的作用,本文基于双孔隙理论,根据高压背景条件下砂岩储层不同孔隙结构的抗挤压能力差异区分硬孔隙和软孔隙．通过引入孔隙空间刚度理论描述岩石骨架模量随软孔隙的变化关系,最终构建了包含有效压力参数的高压背景砂岩储层岩石物理模型．基于本文建模方法,针对实际工区目的层段岩石物理特征构建的弹性参数量版在实际资料中具有较好的应用效果,验证了该方法的合理性与有效性．     

不同页岩及干酪根比表面积和孔隙结构的比较研究

运用氮气吸附和扫描电子显微镜实验研究了中国南方古生界不同页岩及其干酪根孔隙发育形态及影响因素.结果显示:二叠系大隆组页岩比表面积介于2.22~3.52 m2 g-1,比表面积与TOC含量之间没有相关性;干酪根纳米孔隙不发育,比表面积为20.35~27.49m2 g-1;志留系龙马溪组页岩比表面积介于17.83~29.49 m2 g-1,比表面积与TOC含量之间有极好的正相关性;干酪根纳米孔隙发育很好,比表面积高达279.84~300.3 m2 g-1;寒武系牛蹄塘组页岩比表面积介于20.12~29.49 m2 g-1,比表面积随TOC含量和蒙脱石含量增加而增加;干酪根发育有一定量的纳米孔隙,比表面积为161.2 m2 g-1.作为比对样品,油柑窝组油页岩比表面积为19.99 m2 g-1;干酪根孔隙极不发育,比表面积仅为5.54 m2 g-1,说明了油页岩的比表面积可能主要是来自蒙脱石等粘土矿物的贡献.页岩比表面积的高低及孔隙的多少与有机质含量、类型、成熟度和蒙脱石含量等因素密切相关.低成熟干酪根基本没有孔隙发育而显示出极低的比表面积;高过成熟干酪根具有较好的孔隙发育及较高的比表面积.龙马溪组干酪根比牛蹄塘组干酪根具有更为发育的纳米孔隙和更高的比表面积,这可能与它们的干酪根类型及显微组分等因素有关.较高的蒙脱石含量也会对页岩比表面积有一定的贡献.低成熟干酪根的孔容和比表面积主要是来自大于10 nm孔的贡献,高过成熟干酪根的孔容主要是大于10 nm孔的贡献,但4 nm左右孔也有一定的贡献,比表面积则主要是来自小于4 nm孔的贡献.通过对比研究不同页岩及干酪根的比表面积与孔隙结构可以得出龙马溪组和牛蹄塘组页岩比大隆组页岩具有更强的吸附能力.     

基于逆建模理论的储层特征定量预测方法

定量描述储层特征的物理量称为储层参数,在储层描述工作中储层参数预测是一个重要环节.本文以岩石物理理论为基础研究了利用岩石物理逆建模理论进行储层参数预测的方法.在合理、有效的岩石物理模型的基础上,逆建模方法通过弹性参数的等值面的空间交会可以预测出储层参数.在此基础上提出了一种扩展的岩石物理逆建模方法,在两个不同的储层参数域进行三维岩石物理逆建模,通过逆建模结果的参数域转换可以预测更多的储层参数,为储层特征描述提供了更加充分的数据支持.输入数据的种类对于预测结果的准确性有较大影响,利用本文建立的弹性参数适用性分析方法可以选择出适用性好的弹性参数组合作为输入数据.将本方法应用于模型数据和实际工区数据,取得了较好的预测效果,证明方法具有一定的实用性.     

鄂尔多斯盆地延长组页岩油储层岩石物理特征（英文）

鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段中低成熟度陆相页岩油储层是国内页岩油勘探开发的主力层位之一。为了查明研究区延长组7段陆相页岩的岩石物理特征及变化规律,开展了目标层段页岩油样品系统声学测试工作,本文结合X射线衍射分析、光学薄片以及扫描电镜（SEM）等分析手段,总结地震弹性性质变化规律。研究结果表明,延长组7段页岩油样品主要为岩屑长石砂岩,发育长石溶孔和粒间孔,分布广泛的微米级孔隙、喉道,孔隙度与渗透率呈正相关关系。样品速度受孔隙度和矿物组分的影响,速度随钙质含量增大而增大,随粘土含量增加减小,在相同的岩石结构情况下（石英骨架或粘土骨架）,与孔隙度+TOC含量成负相关。岩石弹性性质横向各向同性（T1介质）,黏土的定向排列方式控制岩石速度各向异性,TOC主要赋存于原生粒间孔隙中,对各向异性无贡献。研究结果可为延长组7段陆相页岩油储层的地震预测提供参考。     

基于统计岩石物理模型的各向异性页岩储层参数反演

提出了各向异性页岩储层统计岩石物理反演方法.通过统计岩石物理模型建立储层物性参数与弹性参数的定量关系,使用测井数据及井中岩石物理反演结果作为先验信息,将地震阻抗数据定量解释为储层物性参数、各向异性参数的空间分布.反演过程在贝叶斯框架下求得储层参数的后验概率密度函数,并从中得到参数的最优估计值及其不确定性的定量描述.在此过程中综合考虑了岩石物理模型对复杂地下介质的描述偏差和地震数据中噪声对反演不确定性的影响.在求取最大后验概率过程中使用模拟退火优化粒子群算法以提高收敛速度和计算准确性.将统计岩石物理技术应用于龙马溪组页岩气储层,得到储层泥质含量、压实指数、孔隙度、裂缝密度等物性,以及各向异性参数的空间分布及相应的不确定性估计,为页岩气储层的定量描述提供依据.

     

致密砂岩衰减岩石物理图板分析:储层微裂隙预测

致密砂岩储层普遍具有孔隙度低、微裂隙发育的特点,岩石内部常含有强烈的结构非均质性.致密砂岩发育的微裂隙使储层具有良好的连通性,促成高饱和气的天然气成藏.针对川西某探区须家河组高含气饱和度致密砂岩,本文选取致密砂岩岩心样本,进行了不同围压下的超声波实验测量.考虑储层完全饱气情况下的粒间孔隙、微裂隙双重孔隙结构,采用Biot-Rayleigh双重孔隙方程,构建致密砂岩岩石物理模型,进而分析了裂隙含量对纵波频散和衰减的影响.基于地震波衰减,构建了致密砂岩多尺度岩石物理图板.采用谱比法和改进频移法估算致密砂岩样本及储层衰减,对超声和地震频带下的图板进行校正.将校正后的图板应用到研究工区,选取二维测线和三维区块,进行储层孔隙度和裂隙含量的定量预测.对比实际资料进行分析,结果显示,本文预测的孔隙度和裂隙含量与三口测井的孔隙度曲线和实际产气情况基本吻合,基于孔隙-裂隙衰减岩石物理模型有效地预测了优质储层的分布区域.

     

基于页岩岩石物理等效模型的地应力预测方法研究

地应力的精确预测是对页岩地层进行水平井钻井轨迹设计和压裂的基础.本文在分析页岩构造特征的基础上, 提出了适用于页岩地层的岩石物理等效模型的建立流程, 并以此为基础实现了最小水平地应力的有效预测.首先, 通过分析页岩地层的矿物、孔隙、流体及各向异性特征, 将其等效为具有垂直对称轴的横向各向同性介质, 进行了页岩岩石物理等效模型的构建;然后建立了页岩地层纵横波速度经验公式, 并将该经验公式与岩石物理等效模型均应用于实际页岩工区的横波速度预测中, 二者对比表明, 本文中建立的页岩气岩石物理等效模型具有更高的横波预测精度, 验证了该模型的适用性;最后, 利用该模型计算各弹性刚度张量, 进而实现了页岩地层最小水平地应力的预测, 与各向同性模型估测结果对比表明, 该模型预测的最小水平地应力与地层瞬间闭合压力一致性更高, 且储层位置更为明显, 具有较高的实用性.     

泥页岩岩石物理建模研究

泥页岩由于其复杂的岩石特性（主要是裂缝及有机质的存在）,目前还没有有效的岩石物理模型可以较为精确的模拟其性质.本文在自洽模型和微分等效介质模型的基础上,引入Berryman三维孔隙形态及Brown-Korringa固体替代技术,建立适用于富有机质泥页岩的新型岩石物理模型.在此基础上进行正演分析,讨论不同孔隙形态对于自洽模型的临界孔隙度以及岩石速度的影响.正演分析的结果表明即使将未知的混合岩石作为背景岩石,微分有效介质模型的引入使得固体相和流体相仍然不是对称的,临界孔隙度不一定要落在0.4到0.6之间.且不同的孔隙形状对于自洽模型的临界孔隙度以及岩石的速度具有明显的影响.此外,基于岩石物理模型,文章讨论了不同孔隙形态、不同泥质含量时有机质对于岩石弹性性质的影响.最后利用一口页岩气井对该模型进行验证,预测的纵横波速度与测井结果吻合的很好,证明了该模型对于富有机质泥页岩的适用性.     

基于各向异性岩石物理的缝隙流体因子AVAZ反演

裂缝型储层表现出较强的各向异性特征.缝隙中充填不同流体时,裂缝储层的地震响应特征也不相同.本文从各向异性岩石物理模型出发,引入可有效识别缝隙流体的指示因子,并研究缝隙充填流体类型、饱和度以及缝隙纵横比与流体因子的相互关系,进而分析不同流体充填时介质的地震响应特征,并基于AVAZ反演方法估测缝隙流体指示因子.首先对缝隙流体因子的敏感性进行了分析,讨论当缝隙充填不同流体时,缝隙流体因子值的变化特征,同时研究了不同流体类型充填时裂缝储层反射系数随方位角和入射角的变化特征.某工区测井数据和复杂裂缝模型应用表明,基于各向异性岩石物理的缝隙流体因子AVAZ反演方法合理、可靠,且具有良好的抗噪性,即当对合成地震记录添加信噪比不小于1/2的随机噪声时,利用AVAZ反演方法估测所得流体因子值与真实值仍然吻合较好.     

横观各向同性页岩岩石物理模型建立——以龙马溪组页岩为例

在龙马溪页岩微观物性特征分析的基础上,综合利用测井解释、微观测试分析资料,建立了一种适用于龙马溪页岩的横观各向同性岩石物理模型,该模型建模过程：将各向异性SCA和DEM模型联合模拟得到的黏土和干酪根混合物作为背景介质;采用SCA模型对脆性矿物混合物进行模拟,利用各向异性DEM将脆性矿物混合物添加到背景介质;进一步将空孔隙添加到页岩基质,并利用Brown-Korringa模型进行各向异性条件下的流体替换,从而得到横观各向同性页岩岩石物理模型.通过对四川盆地A井龙马溪页岩进行岩石物理建模分析,计算了孔隙纵横比、纵横波速、各向异性系数和弹性参数,检验了模型的准确性.研究结果表明：矿物颗粒和孔隙纵横比是影响模型精度的关键参数,黏土和干酪根颗粒纵横比为0.05,图像识别获得的脆性矿物颗粒纵横比主要分布于0.45~1.0（集中分布于0.5~0.85）,横波波速反演获得的孔隙纵横比主要分布于0.1~0.3（平均值约为0.22）;模型预测和实测纵波波速之间误差为-2.40%~2.21%（平均绝对误差仅1.20%）,预测和实测横波波速之间误差为-1.93%~1.42%（平均绝对误差仅0.64%）,证实了本文模型的准确性和精度.本文模型能够准确计算页岩5个独立的刚度系数,为页岩弹性参数、声波波速、各向异性和脆性分析提供了有效手段,也为后续地球物理和工程地质参数分析提供了重要依据.

     

横观各向同性页岩岩石物理模型建立——以龙马溪组页岩为例

在龙马溪页岩微观物性特征分析的基础上,综合利用测井解释、微观测试分析资料,建立了一种适用于龙马溪页岩的横观各向同性岩石物理模型,该模型建模过程：将各向异性SCA和DEM模型联合模拟得到的黏土和干酪根混合物作为背景介质;采用SCA模型对脆性矿物混合物进行模拟,利用各向异性DEM将脆性矿物混合物添加到背景介质;进一步将空孔隙添加到页岩基质,并利用Brown-Korringa模型进行各向异性条件下的流体替换,从而得到横观各向同性页岩岩石物理模型.通过对四川盆地A井龙马溪页岩进行岩石物理建模分析,计算了孔隙纵横比、纵横波速、各向异性系数和弹性参数,检验了模型的准确性.研究结果表明：矿物颗粒和孔隙纵横比是影响模型精度的关键参数,黏土和干酪根颗粒纵横比为0.05,图像识别获得的脆性矿物颗粒纵横比主要分布于0.45~1.0（集中分布于0.5~0.85）,横波波速反演获得的孔隙纵横比主要分布于0.1~0.3（平均值约为0.22）;模型预测和实测纵波波速之间误差为-2.40%~2.21%（平均绝对误差仅1.20%）,预测和实测横波波速之间误差为-1.93%~1.42%（平均绝对误差仅0.64%）,证实了本文模型的准确性和精度.本文模型能够准确计算页岩5个独立的刚度系数,为页岩弹性参数、声波波速、各向异性和脆性分析提供了有效手段,也为后续地球物理和工程地质参数分析提供了重要依据.     

基于碳酸盐岩裂缝岩石物理模型的横波速度和各向异性参数预测

高角度缝隙充填的碳酸盐岩储层可以等效为具有水平对称轴的横向各向同性介质.本文提出了适用于裂缝型碳酸盐岩的岩石物理模型构建流程,重点介绍了在碳酸盐岩各向同性背景中,综合利用微小裂隙模型和线性滑动模型添加缝隙系统,并分析了当缝隙充填不同流体时,各向异性参数随纵横波速比的变化特征.同时本文讨论了裂缝密度和缝隙充填流体对地震反射系数的影响,推导了不同类型流体充填时储层反射系数与裂缝密度的近似关系式,阐述了各向异性流体替换理论,最终实现饱含流体碳酸盐岩裂缝储层的纵横波速度和各向异性参数的估测.选取某碳酸盐岩工区A井对该方法进行试算,结果表明基于碳酸盐岩裂缝岩石物理模型估算的纵横波速度值与测井值吻合较好,而且估测所得的各向异性参数值也能够较好地反映出裂缝储层位置.     

基于贝叶斯框架的各向异性页岩储层岩石物理反演技术

页岩岩石物理建模旨在建立页岩矿物组分、微观结构、流体填充与岩石弹性参数的关系.对四川盆地龙马溪组页岩进行岩石物理建模研究,针对页岩黏土含量高、层间微裂缝发育等特点,利用Backus平均理论描述页岩黏土矿物弹性参数,利用Chapman理论计算与水平微裂缝有关的VTI各向异性,并利用Bond变换考虑地层倾角的影响.提出以黏土矿物纵、横波速度和孔隙纵横比为拟合参数进行岩石物理反演的方法,并引入贝叶斯框架减小反演的多解性.由已知的黏土矿物纵、横波速度和孔隙纵横比作为先验信息,并以测井纵、横波速度作为约束条件建立反演的目标函数,同时利用粒子群算法进行最优化搜索.计算结果表明,基于先验约束和粒子群算法的反演方法能够较准确地反演黏土矿物的弹性参数、孔隙形态参数以及裂缝密度等参数.计算得到的黏土纵、横波速度较高,并且在一定范围内变化,这可能与龙马溪组页岩的黏土矿物组分中具有较高弹性模量的伊利石含量较高有关,同时也与黏土定向排列等微观物性特征有关.反演得到的裂缝密度与纵波各向异性参数ε呈明显的正相关,而与横波各向异性参数γ相关性较小.另外,页岩各向异性参数与黏土垂向的纵横波速度有较强的相关性.

     

A rock physics model to map gross lithology using compaction

Differential compaction has long been used by seismic interpreters to infer subsurface geology using knowledge of the relative compaction of different types of sediments. We outline a method to infer the gross fraction of shale in an interval between two seismic horizons using sandstone and shale compaction laws. A key component of the method involves reconstruction of a smooth depositional horizon by interpolating decompacted thicknesses from well control. We derive analytic formulae for decompaction calculations using known porosity–stress relations and do not employ discrete layer iterative methods; these formulae were found to depend not only upon the gross fraction of shale but also on the clay content of the shales and the thickness of the interval. The relative merits of several interpolation options were explored, and found to depend upon the structural setting. The method was successfully applied to an oil sands project in Alberta, Canada.