基于岩石物理模型的页岩储层裂缝属性及各向异性参数反演

针对富有机质页岩储层复杂的矿物组分与微观孔缝结构,本文提出基于岩石物理模型和改进粒子群算法的页岩储层裂缝属性及各向异性参数反演方法。应用自相容等效介质理论与Chapman多尺度孔隙理论建立裂缝型页岩双孔隙系统岩石物理模型。开发基于岩石物理模型的反演流程,引入模拟退火优化粒子群算法解决多参数同时反演问题,反演算法能够避免陷入局部极值且收敛速度快。将本文方法应用于四川盆地龙马溪组页岩气储层,反演得到的孔隙纵横比、裂缝密度等物性参数和各向异性参数与已有研究结果一致,能为页岩储层的评价提供多元化信息。     

页岩储层岩石物理模型及地震AVO响应模拟

通过模拟并分析各向异性页岩岩石物理模型,研究页岩中干酪根含量变化对页岩弹性各向异性的影响,其结果为应用AVO方法定量解释页岩储层厚度和干酪根含量提供依据。岩石物理模型预测了页岩速度和各向异性参数随干酪根含量的变化规律。应用传播矩阵方法计算薄层页岩的AVO响应,得到反射系数关于页岩层厚度、入射波频率、干酪根含量和入射角的函数。数值模拟结果表明:在干酪根含量不变且在同一入射角下的反射系数在频率域呈周期变化,该周期与薄层厚度成反比;对同一频率入射波和相同入射角,反射系数幅值随干酪根含量增加而变大。     

纵波AVOA垂直裂缝参数反演与运用

包含定向排列的垂直裂缝性储层,可用具有水平对称轴的横向各向同性介质(HTI介质)来描述。通过分析HTI介质的描述和介质中纵波的动力学性质振幅随观测方位角和入射角的变化,给出运用HTI介质中纵波的AVOA特征反演裂缝的拟各向异性系数Gani,以及方位相角Φsym等参数的方法。对一个二层HTI介质模型和实际的宽方位纵波资料进行裂缝参数的反演。数值实验和实际资料的反演结果及分析表明,该方法是可行的。     

基于岩石物理模型的碳酸盐岩储层微观孔隙特征分析方法

碳酸盐岩储层的微观孔隙结构普遍具有类型复杂和纵向变化快的特征。由于地球物理资料尺度的限制,现有的解释手段不能有效刻画这些关键特征。笔者采用临界孔隙度模型作为理论依据,建立了微观孔隙结构与宏观弹性参数响应之间的定量关系;以岩石物理实验数据为约束,提出了一种基于概率统计学的方法估算储层关键参数并识别岩石孔隙类型。在YS1井的应用表明：新方法有效挖掘了声波测井数据中隐含的微观信息,参数预测结果达到较高的精度（平均相对误差小于10%）,可以为优质储层段的划分提供可靠的参考依据。     

基于模拟退火粒子群优化算法的裂缝型储层各向异性参数地震反演

发育垂直定向排列裂缝的地下岩石可等效为具有水平对称轴的横向各向同性（horizontal transverse isotropic,HTI）介质。针对HTI介质模型,本文研究了裂缝型储层的各向异性参数地震振幅随方位角变化（amplitude variations with azimuth,AVAZ）的反演方法。首先,在地震AVAZ反演流程中,提出采用模拟退火粒子群优化算法实现裂缝型储层各向异性参数反演。之后,通过理论模型测试,验证了基于模拟退火粒子群优化算法的地震AVAZ反演的有效性。最后,将反演方法应用于四川盆地龙马溪组页岩气储层实际方位地震数据;在反演之前先利用傅里叶级数方法估计裂缝方位并对实际数据进行方位校正,以提供更准确的输入数据;通过计算得到的P波、S波各向异性参数可用于评价裂缝发育程度。反演结果表明,研究区域构造顶部裂缝较发育,与地质基本理论一致,验证了反演方法的合理性。     

HTI型煤层裂缝参数的地震AVOA响应正演模拟

裂缝是控制煤层渗透性的关键因素,关乎着煤层气勘探开发的成败。为此,聚焦HTI型煤层裂缝参数的地震AVOA响应机制开展研究。依次采用Mori-Tanaka模型和Brown-Korringa各向异性流体替换理论模型,计算含垂向干裂缝和流体饱和裂缝煤层的等效弹性模量。基于煤层裂缝的岩石物理表征和HTI型煤层模型的正演模拟,分析裂缝参数的地震响应特征。结果表明：裂缝密度变化引起水平向纵、横波速度和各向异性系数,以及煤层顶界面各向异性梯度项变化显著;水平向纵波速度、各向异性系数ε⁽(v))主要受裂缝孔隙度控制和影响,而横波速度、各向异性系数γ⁽(v))、δ⁽(v))以及煤层顶界面各向异性梯度项对裂缝孔隙度和纵横比变化均敏感;入射角大于0时,随着入射角或裂缝密度增大,煤层顶界面P-P波反射系数和煤层反射复合波最大正振幅方位各向异性增强,且当方位角为0时,裂缝密度变化引起的P-P波反射系数和煤层反射复合波最大正振幅变化显著。因此,分析并厘清HTI型煤层裂缝参数地震AVOA响应机制有助于为煤层裂缝的地震探测提供理论支撑。     

基于岩石物理模型的页岩孔隙结构反演及横波速度预测

准确预测储层的等效孔隙纵横比对页岩储层岩石物理建模及横波速度预测具有重要意义。为分析页岩储层孔隙纵横比及预测横波速度,提出了基于岩石物理模型的页岩孔隙纵横比反演及横波速度预测方法。本文首先通过岩石物理模型建立岩石的纵、横波速度与孔隙纵横比、孔隙度和矿物组分等参数之间的定量关系,寻找最佳孔隙纵横比;然后通过使理论预测与实际测量的纵波速度之间误差达到最小的方式反演孔隙纵横比,并以此为约束预测横波速度。实际测井数据反演结果表明,龙马溪组页岩地层的孔隙纵横比稳定,而围岩的孔隙纵横比变化范围较大;说明与围岩相比,页岩的孔隙结构更为稳定。同时,预测得到的页岩横波速度与实测横波速度的误差较小,另外对于缺少矿物组分资料的页岩层段,用平均矿物组分预测得到的横波速度误差仍较小;说明与矿物组分相比,龙马溪组页岩的纵、横波速度对孔隙纵横比参数更敏感。综上所述,利用该方法可预测到较为准确的等效孔隙纵横比和横波速度。     

利用纵波资料反演裂缝发育密度和方向

使用地震纵波资料、利用振幅随入射方位角变化可定量预测裂缝的发育方向、定性预测裂缝发育密度,该方法具有简便、稳定、可操作性强、资料前期处理方法成熟等特点。该文在该方法的基础上提出采用广一性反演来克服由于地震振幅的补偿和入射方位角计算不准确带来的计算误差,并提出了相邻面元组合、同偏移距真振幅校正等一系列实用算法和处理流程。经某地区三维地震资料的实际处理证明：该方法具有较强的抗干扰能力,对覆盖次数较低的     

南海ODP1144站深海沉积牵引体的岩石物理模型研究

ODP1144站是南海唯一钻揭深海沉积牵引体的站位,其完整的岩芯和测井资料为开展该沉积牵引体的岩石物理模型研究提供了良好的基础。此项研究对于理解南海深海沉积物中岩性参数与弹性参数间的关系具有重要意义,并可为根据反射地震资料开展定量岩性参数预测提供依据。对现有的深海沉积物岩石物理模型包括Wood悬浮模型、等球体颗粒接触模型、Sun速度一孔隙度关系模型进行了综述。根据岩芯分析资料将1144站深海沉积物的矿物组分简化为粘土矿物、碳酸盐、陆源碎屑和硅质生物4类;其中后3种组分的弹性模量及密度值分别由其代表矿物——方解石、石英及蛋白石的理论值代替,粘土矿物组分的等效弹性模量和等效密度则分别由Voigt-Reuss-Hill平均和体积平均计算得出。将3种岩石物理模型应用于1144站,计算得出深海沉积物的纵波速度并将其与声波测井纵波速度进行比较。结果表明,Sun模型计算结果与实测结果的吻合最好,误差最小;Wood模型所得结果在浅层与实测结果较吻合,在深层与实测结果出现偏差,误差较小;而等球体颗粒接触模型计算结果整体偏高,误差较大。     

基于等效介质模型和频变AVO反演的裂缝储层参数估算方法

由于裂缝性油气藏具有突出的资源潜力和经济效益,利用地震方法对裂缝储层进行精细的定量描述逐渐成为勘探地球物理的关键任务之一。为了克服以往数据驱动类反演方法无法直接获得裂缝参数、而基于静态等效介质模型驱动的反演方法无法描述孔隙内部结构和流体信息的缺点,笔者提出一种基于动态等效介质模型的储层定量描述新方法。该方法通过频变AVO(amplitude variation with offset)理论建立目标函数并使用全局最优化算法反演裂缝参数。一维和二维模型测试证实,由于充分利用了反射系数频变响应对裂缝密度和时间尺度因子的敏感性,反演方法可以对裂缝储层实现有效描述。     

裂隙岩体水力等效连续介质中物理量的讨论

基于力学基本原理和等效原则．总结了裂隙岩体水力等效连续介质中一些物理量的定义。其中，从力的运动效果和对应应力状态性质两方面讨论了渗透作用力，证明了水力等效连续介质中渗透作用力运动效果等效的必然性和对应应力状态性质的一致性。     

双重介质流线模拟技术在天然裂缝性油藏开发中的应用

为了更好地把握天然裂缝性油藏的开发动态,提升大型复杂油藏模型的运算速度,建立了以流线模拟技术为基础的双重介质模型,对天然裂缝性油藏的井型、注水速率、注水周期等影响采收率的因素进行研究,确定了油藏的最佳井型、最佳注水速率、最佳注水周期等指导油藏开发的关键参数,证实了流线模拟技术可以更直观地显示三维驱替前缘。在流线模拟技术与有限差分方法运算时间的比较中,也证实流线模拟技术具有更快的运算速度。     

井筒与油藏耦合的压裂水平井非稳态产能计算模型

为了准确预测压裂水平井的产量,综合考虑流体在储层、井壁、压裂裂缝、射孔孔眼以及水平井筒中的流动过程,根据势叠加原理,建立了考虑射孔孔眼、压裂裂缝生产干扰作用下的井筒、油藏耦合压裂水平井非稳态产能计算模型。结果表明:只考虑裂缝生产与裂缝、孔眼同时生产时的水平井产量在生产初期差别较大,生产后期差别变小;由于裂缝、孔眼的干扰,水平井筒两端裂缝的产量高于中间裂缝的产量;由于井筒摩阻作用,关于水平井筒中心对称的裂缝流量不相等;随着裂缝长度增加,裂缝、射孔孔眼、水平井产量增大;随着裂缝导流能力增加,裂缝产量增大,射孔孔眼产量降低,水平井产量增大;射孔段越长,孔眼与裂缝的干扰愈强,单个孔眼的产量降低,但由于射孔数增加,水平井产量增大;射孔深度增加,压裂水平井产量增加。     

裂缝性致密油藏直井体积改造产能评价模型

针对裂缝性致密油藏,基于拉普拉斯变换及Stehfest数值反演, 建立了一种可用于直井体积改造产能评价的半解析两区复合模型,模型内区包含有限条无限导流水力裂缝,外区是经典的Warren-Root双重介质系统. 并分析了导压系数比α、裂缝传导率比β、储容比ω、窜流系数λ以及改造半径r_eD等参数敏感性,绘制了产量递减图版。结果表明：从产量递减曲线,可以看出体积改造直井产能遵循“L”形递减规律;导压系数比越大,初期产量越高;裂缝传导率比对整个生产周期的产能都有影响,裂缝传导率比越大,单井产量越高,同时还会伴有明显的复合边界流特征;储容比和窜流系数分别影响双重介质基质-裂缝系统窜流发生的程度和时间;内区人工主裂缝条数越多或改造渗透率越大,复合边界流越明显,产能也越高,这说明改造程度与改造体积对产能的增加都很重要,应注意两者的合理优化。矿场实例验证了该模型在裂缝性封闭边界油藏直井多次压裂改造以及裂缝性致密油藏直井体积改造方面的适用性和实用性。     

应用随裂缝倾角变化的孔隙模型改进储层饱和度计算

复杂的孔隙结构及多变的孔隙类型使得裂缝性储层成为测井评价的难点,通过假定不同孔隙类型间的导电方式来建立合理的孔隙模型,进而结合阿尔奇方程实现饱和度计算是目前裂缝性储层定量评价的主要方法和途径。在经典的双孔隙模型中求取岩石系统的总孔隙指数m时,未考虑裂缝与电流线的夹角变化带来的影响。通过在裂缝性储层中同时考虑裂缝曲折度、裂缝与电流线夹角双重因素,构建了改进双重孔隙模型,并结合电成像资料提供的倾角信息进行了实例处理。结果表明,改进模型的计算值与取心分析有着更好的一致性;若不考虑裂缝与电流线夹角等因素,将带来321%的相对误差。     

基于各向异性AVO的裂缝弹性参数叠前反演方法

基于各向异性理论,将具有水平对称轴的高角度裂缝介质等效为HTI介质。首先,通过分析HTI介质反射界面的纵波反射系数公式,研究裂缝介质振幅随偏移距和方位角的变化特征,探索了方位各向异性介质弹性参数和各向异性参数的叠前反演方法。其次,为更好地估测介质的弹性参数:纵波阻抗IP、横波阻抗IS以及各向异性梯度Γ,对反射系数近似式进行了简化,同时对简化公式的精度进行了对比分析。最后,选取2D逆掩断层模型,利用褶积公式制作不同方位的合成地震道集,并对合成地震道集添加随机噪声(信噪比为2∶1),将其应用于方位AVO叠前反演算法试算中。结果表明,当信噪比为2时,方位AVO叠前反演所得纵波阻抗、横波阻抗及各向异性梯度的估测值与模型真实值基本吻合,而且估测值能够较准确地反映原始模型的地层特征,验证了方位AVO叠前反演算法的准确适用性。     

裂缝储层岩芯检测技术及其应用

针对目前裂缝岩芯检测的技术缺陷,建立了裂缝面、在层层面及钻井井身等产状要素之间的空间几何学联系,利用这种联系可以确定非定向取芯井裂缝的真实产状,研制了裂缝岩芯检测资料处理系统软件,可提高代作效率和精确度;应用该技术对江汉盆地王场地区潜江组非砂岩进行了研究,结果揭示了目的层裂缝成因类型、空间分布及对油气的控制作用。据此所提出的靶区经钻探已获得油流,说明该技术具有实用价值。