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.     

多方法对比分析及随钻声波测井曲线的预测

声波测井曲线是井震联合反演过程中必不可少的资料.在没有声波测井资料的情况下,必须对其进行预测.X油田大部分开发井均没有实测的纵、横波测井资料,这给该油田剩余油的挖潜工作带来较大困难.文章基于聚类分析算法、岩石物理模型和多元线性拟合三种方法,开展了纵波测井曲线的预测,以模型的稳定性、精确度、实用性作为衡量指标,选用多元线性拟合方法预测纵波测井曲线,其预测模型的相对误差约为3.18%.在准确预测纵波测井曲线的基础之上,采用Han公式、Greengerg-Castagna(GC)公式和Xu-White模型预测横波测井曲线,其中基于GC公式所建立的预测模型精度最高,其相对误差约为4.36%,从而选取GC公式来预测横波测井曲线.纵、横波测井曲线的准确预测为X油田剩余油分布预测及井位优化研究工作奠定了坚实的基础,具有较强的现实意义.     

水平井及斜度井声波测井响应正演模拟研究（英文）

常规声波测井解释方法建立在各向同性地层中的垂直井基础之上,对各向异性地层中的水平井和斜度井并不适用。在水平井和斜度井的钻井过程中,岩屑会溅到井壁并最终在井壁底部形成一层薄岩屑层。同时,高速层和各向异性也可能会影响声波时差的测量。本文采用结合了Hybrid-PML的交错网格时域有限差分方法(SGS-FDTD),研究阵列声波仪器在各向异性介质中的水平井和斜度井条件下,不同因素对测得时差所带来的影响。模拟结果揭示了声波时差在高速层,薄岩屑层,井斜角,层厚,各向异性等不同影响因素下的相应规律。我们发现当波长远小于井壁与高速层的距离时,能够准确测得目的层时差;然而在两者处于同一量级时的近场条件下,几何声学理论不再适用;当井眼底部存在岩屑层时,费马原理依旧适用,对真实时差测量没有影响;在各向异性地层环境下,井斜角的增大使得测得时差由垂直向时差逐渐趋近于水平向时差;对于特定源距的声系,仪器在目的层中所移动的距离超过一定距离时,方可获得薄层时差值。基于不同井斜角和不同各向异性大小均匀TI地层模型的模拟结果,绘制了时差估计图版,可以对任意井斜角和各向异性比的模型进行时差的定量估计。通过对不同声系和不同弹性参数的模拟实验,证明了这种时差估计方法对TI地层中的水平井和斜度井准确有效。     

套管井应力集中诱导井周波速各向异性的研究

针对在套管井中应用正交偶极声测井检测地层各向异性和确定异常构造应力的需要, 本文通过求解水平构造应力作用下套管井的应力场分布,应用声弹性理论说明应力集中对套管井井周弹性波速空间分布的影响,分析了波速空间分布对加套管后的正交偶极各向异性声测量的影响.井孔、套管、水泥环和地层系统的复杂性改变了原裸眼井情况地层中的应力场分布,使应力集中的范围明显缩小到井眼附近.对应不同方位径向偏振横波的交叉点向井孔附近移动.横波波速空间分布的方位极值规律发生变化,但纵波波速空间分布的方位极值规律不变,仍能提供最大远场构造应力施加的方向.     

双相各向异性介质中弹性波传播伪谱法数值模拟研究

当地下介质存在各向异性时,在观测坐标系下的弹性参数与自然坐标系下的弹性参数不一定相同．首先,根据势能密度和耗散能密度与坐标轴无关的原理,推导出了双相各向异性介质中观测坐标系下弹性参数与自然坐标系下弹性参数之间的关系;然后,从任意双相各向异性中弹性波波动方程出发,得出了该方程的伪谱法数值解法;最后,通过数值模拟,观测到了存在于双相各向异性介质中的４类波,即快纵波、慢纵波、快横波和慢横波．在双相各向异性介质中,ＳＶ波传播的波前面上仍然存在波面尖角,这些尖角在界面上要发生反射和透射．另外,数值模拟结果中可见转换慢纵波和慢纵波的转换波．      

岩石物理测试分析的Vp-Vs关系式的适用性分析

选取渤海海域古近系19块岩石样品,采用MTS815超声波测试系统进行地层温压状态下的纵波速度与横波速度的测试,获得了上述岩样的纵、横波速度.然后,采用Castagna公式拟合得到了测试数据(纵、横波速度)的Vp-Vs关系式;再采用该关系式和研究区古近系地层的测井(7口取芯井)获得的纵波速度计算横波速度(预测的横波速度);发现预测的横波速度与测井获得的横波速度具有相同的宏观变化规律,但是存在一个常数差值.上述分析结论表明,岩石物理测试获得纵横波速度的关系式不能直接应用于测井的横波速度预测,需要进行常数校正.     

基于岩石力学特征的陆相泥页岩脆性地球物理测井评价——以鄂尔多斯盆地东南部下寺湾地区延长组长7段为例

岩石力学参数表征泥页岩的脆性,反映泥页岩在应力作用下发生破坏产生裂缝的能力.开展泥页岩的脆性评价研究,可为压裂设计提供技术支撑,是提高页岩产能的关键.鄂尔多斯盆地东南部下寺湾地区延长组长7段陆相泥页岩层系内大量发育粉砂质泥页岩条带,岩性非均质性强,对页岩气产量影响显著.针对这一地质实际,本文分页岩、粉砂质泥页岩两种岩性开展三轴压缩等力学实验,对力学弹性参数特征、应力-应变特征、岩石破裂模式及脆性进行了分析,认为其力学破坏具有明显的脆性断裂特征.通过不同岩性横波时差与纵波时差、密度等测井数据的最小二乘法拟合,构建横波波速模型,计算动态力学参数,并利用动静态力学参数间的关系,校正测井计算的力学参数,进而定量评价泥页岩层段脆性.通过误差分析,并与YY22井ECS测井解释的矿物组分脆性加以对比,认为本文计算的脆性剖面是可信的.综合实验分析和测井脆性评价结果,为确定下寺湾地区长7段内的高脆性段,优选压裂目的层,提供了重要的地质依据.     

气体钻井中泥页岩地层声波时差的实验研究

普通声波测井的径向探测深度甚小于泥页岩的水化深度,在水基钻井液井孔中只能测到泥页岩水化后的信息。用这种声波测井数据直接进行气体钻井原状地层的井孔稳定性分析,存在一定偏差。因此,有必要设法从泥页岩水化后声波时差来反求原状地层声波时差。为此,进行了不同声波频率的高压空气泥页岩钻心室内实验研究,分析了水化时间、水化程度与声波时差变化的关系。实验表明,泥页岩的纵波时差随水化时间的增加而增大;大量的微裂缝会使纵波时差在水化后变小;频率增加会使声波时差变小。     

基于粒子群算法的页岩孔隙结构反演及横波速度预测

提出了基于粒子群算法的页岩孔隙纵横比反演以及横波速度预测的方法.基于岩石物理模型,建立岩石纵、横波速度与密度、孔隙度和矿物组分等参数之间的定量关系,利用传统遍历搜索方法和粒子群算法两种方法计算最佳孔隙纵横比,使理论纵波速度与实际纵波速度的误差最小,并以孔隙纵横比作为约束进行横波速度预测,将预测结果与实测横波速度对比,验证了粒子群算法的有效性和精确性.反演结果表明页岩部分的孔隙结构比围岩部分的孔隙结构更加的稳定,利用粒子群算法的预测结果比利用传统算法的预测结果更加准确.     

基于拟合随钻声波时差曲线的地震导向水平井技术

松辽盆地北部扶余油层是近几年致密油勘探的热点领域.针对平面展布窄小、厚度超薄储层的地震导向水平井问题,提出了基于拟合随钻声波时差曲线的地震导向水平井技术.其实现过程可概括为:(1)钻前利用已知直井拟合声波时差曲线,在此基础上开展纵波阻抗地质统计学反演,提高储层预测精度,优化井位轨迹设计;(2)钻探过程中目的层上方钻遇标志层(青山口组三套油页岩)时,调整时深转换参数,重新设计井轨迹;(3)钻头进入扶余油层,利用随钻伽马曲线阶段性拟合声波时差曲线,在此基础上开展动态拟纵波阻抗地质统计学反演储层及深度预测,指导井轨迹调整.通过对水平井Z的模拟分析,证明该方法可以有效导向水平井入靶、指导水平井钻进的同时,也能满足钻井现场的时效性要求.     

偶极声波测井技术应用现状及研究进展

偶极声波测井技术自投入使用近30年来,以其在横波测量、横波各向异性分析方面的独特优势使其在测井、地震、地质、油藏工程各方面得到了广泛运用.偶极声波测井资料包含的纵波、横波、斯通利波等诸多储层声学信息,通过时差提取、能量计算、横波各向异性分析、岩石力学参数计算等处理过程,能够有效解决储层流体性质判别、地应力方向确定、裂缝分析、储层改造评价等诸多现实问题,提高了声学测井资料解决油气地质及工程问题的能力.本文简要回顾了偶极声波测井技术的发展历史,详细论述了其目前在国内外的应用现状,并对其在仪器设备、探测模式及数据处理方面的技术进展及研究方向进行了简要分析说明和讨论.     

基于微纳米孔隙理论的页岩气储层岩石物理建模方法

页岩储层由于其复杂的构造和孔隙特征,目前一般的岩石物理模型无法对其进行精确描述.微纳米孔隙作为页岩气主要的储集空间,对页岩整体弹性参数有较大影响.干酪根作为页岩中重要的有机质矿物,在页岩中的赋存状态随成熟度不同而变化,同时干酪根也是纳米级孔隙的主要发育场所.目前常规的岩石物理建模方法没有体现微纳米孔隙的作用,同时较少考虑不同成熟度下干酪根对页岩储层弹性性质的影响.本文采用一种微纳米孔隙理论描述页岩微纳米孔隙特性,考虑微纳米孔隙和不同成熟度下干酪根的赋存状态,应用上述微纳米孔隙模型、各向异性SCA-DEM模型、各向异性Eshelby-Cheng模型和Brown-Korringa固体替换方程等建立一种新的页岩储层岩石物理模型.利用中国西南某工区页岩气井对该模型进行验证,模型预测的横波速度与测井速度拟合较好.结果表明不同干酪根成熟度的页岩岩石物理建模结果具有一定的差异,据此可大致区分该工区井的干酪根成熟度;最后对微纳米孔参数进行正演分析,结果反映了页岩的纵横波速度随微纳米孔隙参数的变化趋势.     

不同围压下岩石中泊松比的各向异性

由弹性波纵横波速比计算得到的泊松比,在利用地震波反演地下结构和物质组成时,可以提供比单纯地利用纵波或者横波波速更强的约束. 为了研究不同岩石中泊松比及其各向异性随围压的变化,选取19块典型的岩石样品,在不同围压下沿相互正交的3个方向同时测量纵、横波速度,并通过计算得到了泊松比及其各向异性. 结果表明,在大部分样品中泊松比各向异性与纵波速度各向异性有一定的相关性,但在有的样品中泊松比各向异性与纵波速度各向异性没有明显的关系,甚至表现出完全相反的变化规律. 由于泊松比也表现出很强的各向异性,在排除微裂隙的影响后有的仍可以达到30髎以上,在利用实际地震波传播数据通过泊松比反演地下物质结构时必须考虑其各向异性的影响.     

四川盆地龙马溪组页岩气储层各向异性岩石物理建模及应用（英文）

不同类型的页岩,微观物性特征差异明显,本文针对四川盆地龙马溪组页岩气储层进行岩石物理建模及VTI各向异性参数反演。首先,基于前人对粘土矿物的定向排列是产生页岩固有各向异性主要原因这一地质认识,在岩石物理建模过程中引入粘土矿物压实指数CL参数描述粘土矿物的弹性各向异性。之后,基于岩石物理模型开发反演算法,计算页岩储层CL参数及Thomsen各向异性参数,解决了由于无法测得与井壁垂直方向上的声波速度,各向异性直接测量存在困难的问题。计算结果表明,通过在岩石物理建模中引入粘土压实参数,反演方法能够合理估计龙马溪页岩储层的弹性各向异性,反映了龙马溪页岩的微观物性特征。进一步分析发现,龙马溪页岩中粘土含量与参数CL相关性较弱,表明粘土矿物的多少对其压实或各向异性程度影响较小。同时,参数CL在目标层龙马溪组底部和五峰组具有高异常值,反映了储层微观结构与含油气特征具有关联性。最后,基于模型构建了岩石物理模板,可用于储层测井数据与多物性参数关系的定量解释。测井数据在岩石物理模板上的合理分布也验证了岩石物理建模方法的有效性。     

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.     

井间高分辨率纵横波层析成像研究井间油藏

采用视速度-偏振井间波场分离法分离得到纵波和横波波场,使用跨孔地震走时层析成像级联方法计算井间纵波和横波速度结构以及泊松比空间分布.综合纵横波速度、泊松比和测井参数,分析两井间岩性和储层特性.数值模型试验表明该方法垂直分辨率达到主频波长的1/4,并能准确分辨倾斜断层和垂直断层.处理相同纵波资料结果表明本文方法分辨率远远高于以往的井间走时层析成像方法,比井间声波层析成像分辨率更高.使用该方法处理垦71区井间资料,得到同台同源纵波和横波速度结构和泊松比分布.泊松比的低/高变化与测井参数指示的砂/泥岩层基本吻合.根据泊松比分布,参考岩石地震物理学测试数据,可以区分井间介质中的泥岩层、砂岩层,以及砂岩层中的饱水和饱油区,确定储层的连通性,圈定井间的剩余油藏.     

基于变形P-L模型的矩阵方程迭代精细横波预测

横波速度预测问题的关键有两个,一是如何建立合理的岩石物理模型,二是针对建立的横波预测目标函数,如何准确高效地求解.针对第一个问题,对Pride模型和Lee模型(P-L模型)进行变形,提出拟固结指数的概念,将干岩石模量和岩石基质模量相联系,变形后的P-L模型在没有降低P-L模型准确度的情况下简化了问题的复杂度,建立起了饱和流体岩石弹性模量与干岩石模量、岩石基质模量、混合流体模量之间的关系,进而计算理论上的纵波速度,并通过比较实测纵波速度与计算的理论纵波速度大小,最终建立了横波预测的目标函数.针对第二个问题,借鉴了地震反演的思路,将该目标函数的最优化问题转化为线性矩阵方程组迭代求解问题,通过几步迭代就可以求解出合适的拟固结指数,进而得到预测横波速度.实际验证和应用表明,该横波预测方法具有很好的稳定性和准确性,并且岩石物理模型的构建和目标函数的求解思路可用于其他储集类型地层的横波预测.     

各向异性介质地层中多极源声波测井的现状与发展

多级源声波测井最初是针对直接横波速度测井这一目的而被提出并发展起来的。然而在实际情况中,多极源声波测井的意义除主要集中在横波测量（特别是在软地层时）以上外,更为重要的意义是对井孔周围地层的各向异性作出可能的分析和判断。因此,各向异性介质地层中多极源声波侧井的研究已越来越被人们关注和重视,近年来已取得了很大的进展。本文在消化、吸收大量文献的基础上,对各向异性多极源声波侧井的发展进行了回顾和分析,对具     

含偏心点声源的随钻测井声场模拟和地层各向异性反演研究

地层横波波速测量以及各向异性评价是目前随钻声波测井应用及方法研究的难题之一.针对这些问题,本文试图从钻铤上的偏心点声源在各向异性地层中的响应出发,寻求和探讨解决方案.我们基于三维有限差分模拟的随钻测井信号,研究了偏心点声源在水平横向各向同性(HTI)慢速地层井孔中激发声波传播规律,研究结果表明:在HTI地层中偏心点声源能够同时激发出快、慢两种波形,并且此两种波形中主要分别包含快、慢弯曲波,由于与钻铤波的耦合作用,其速度总是分别小于地层快、慢横波波速,所以无法直接用于地层横波波速的测量.但根据进一步的灵敏度分析可知当在3kHz以上时,它们的相速度分别对地层参数水平和垂直剪切模量(c66和c44)最为敏感.基于此特性,本文提出一种基于解析近似解的最小二乘拟合法,能够通过快、慢波频散曲线反演地层横波波速,所测值误差小于3%,并且具有很好的容错率和稳定性;进而由横波速度反演值评价地层各向异性大小.最后,地层快横波偏振方位可以利用垂直于偏心声源方向的偶极采集的信号能量变化曲线来获取.     

定量表征压实和胶结作用的砂岩声波速度岩石物理模型

成岩作用是影响砂岩声波速度的地质因素之一,定量表征压实和胶结作用的砂岩声波速度岩石物理模型具有重要的理论和实践应用意义.选取视压实率和视胶结率定量表征砂岩成岩作用,通过建立视压实率与颗粒配位数的关系将压实作用的影响引入修正的定量表征胶结作用的CCT模型,最终建立了一种能够定量表征压实和胶结作用对砂岩声波速度影响的岩石物理模型.理论考察发现,随胶结率的增大,岩石声波速度首先迅速增大,随后趋于稳定;随视压实率增大,岩石声波速度同样逐渐增大,当胶结率较大时声波速度变化更为明显.为了验证该声波速度模型,分别对人造砂岩和天然样品进行了声波速度实验观测,结果表明：实验结果与理论分析的趋势吻合良好.该模型易于使用,能够为应用地震和测井资料识别有利储层、定量评价孔隙度以及开展横波速度预测等应用提供理论基础.