各向异性多孔介质数字岩心模型重构通用算法

多孔介质材料内部的微观孔隙结构直接决定着其宏观的各类物理特性, 岩石等天然多孔介质材料内部分布有复杂的孔隙结构, 且呈现出较明显的各向异性特征, 准确的描述和捕捉该特征对于岩石高精度数字岩心模型的构建以及后续的孔隙尺度模拟至关重要.基于先前所提出的重构加速框架, 选用单点概率函数、两点概率函数和线性路径函数等统计函数来对孔隙结构特征进行定量化描述, 通过对孔隙结构在不同方向上的分布特征进行独立的提取表征, 提出了一种能够适用于岩石等各类天然各向异性多孔介质数字岩心模型构建的改进模拟退火算法.以具有显著各向异性特征的人工合成二维切片图像及真实碳酸盐岩和砂岩三维CT扫描图像作为测试参考样本, 分别采用传统方法和本研究所提出方法构建了其相应的数字岩心模型, 并对两者的连通性及不同方向上孔隙结构的分布情况和渗透特性进行了全面的综合对比分析, 结果表明: 相比于传统方法, 本研究所提出方法在确保重构岩心模型具有良好连通性的前提下, 能够对不同方向上孔隙结构分布的差异性进行更加准确的捕获和表征, 且重构岩心模型各个方向上的渗透性也与参考真实岩心表现出了较高程度的一致性, 实现了高精度还原重建参考图像中孔隙结构各向异性特征的目标, 从而验证了本研究所提出的各向异性多孔介质数字岩心模型重构方法的准确性和有效性.

     

基于模拟退火算法的随机模拟方法研究

随着油气田开发难度的加大和技术的进步,储层随机建模技术已经成为储层表征的主要手段.基于地质统计学理论的认识,并结合模拟退火算法,本文研究了退火随机模拟储层地质模型,其结果表明该方法是一种易理解、易实现、较灵活、适应性强、较实用的算法.应用该方法可以建立渗透率、孔隙度、含油饱和度,以及波阻抗等参数的空间分布模型,这些模型很好的保持了已知数据所反映的储层空间特征,并真实地展现了各种参数在储层内的分布,为油气田储层预测和开发提供依据.     

基于二维图像的数字岩心电导率计算方法研究

电导率是表征岩石电学性质的重要物理参数,在地质资源勘查和测井解释等领域发挥着巨大作用.快速、准确地确定岩石电导率具有重要的理论和实践意义.作为近年来发展的一种岩石物理数值模拟工具,数字岩心技术在定量计算电导率等物性参数方面应用广泛.三维微观结构的准确获取是数字岩心技术计算岩石电导率的关键,但传统获取岩石三维微观结构的方...     

地球物理非线性反演模拟退火法的改进

在地球物理非线性反演方法中,模拟退火法是一种较先进的启发式蒙特卡洛（ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ）方法．但是,在处理实际资料时,该方法存在着计算效率不够高的缺点,有时还会失效．为此,从模拟退少法的关键问题──最低温度的选择入手,根据模拟退火法与统计力学的吉布斯－马尔柯夫（Ｇｉｂｂｓ－Ｍａｒｋｏｖ）模型之间的关系导出临界温度的近似表达式;用此式分析目标函数超曲面形状对模拟退火法计算的影响;提出利用模糊先验信息确定最低温度、改造目标函数等改进措施．     

基于数字岩心的岩石电性微观数值模拟(英文)

本文利用x射线CT获取反映岩心微观结构的三维数字岩心,利用数学形态学中的开运算模拟了岩石的油驱水排驱过程中,不同含水饱和度下油和地层水在孔隙空间中的分布。利用有限元方法计算了岩石电阻率,进而得到岩石地层因素和电阻率指数,并考查了岩石润湿性对岩石电阻率指数的影响。数值模拟结果表明：基于数字岩心的水湿岩石地层因素和电阻率指数数值模拟结果与实验结果一致,拓展了岩石电阻率实验的能力;岩石润湿性对岩石电性有重要影响,在相同含水饱和度下,油湿岩石电阻率高于水湿岩石电阻率,油湿岩石饱和度指数远大于水湿岩石饱和度指数。     

基于数字岩心的砂砾岩中聚合物驱油的模拟研究

新疆油田砾岩油藏储量规模大,其岩性变化迅速,非均质性强、孔隙结构复杂,开采难度较大.目前,砂砾岩油藏经过几十年的注水开发,已处于高含水开采阶段.聚合物驱油技术对于砂砾岩油藏的进一步开发意义重大.本研究基于计算流体力学方法和数字岩心技术建立了一套模拟聚合物驱油的方法,实现了包含油驱水、水驱油、聚合物驱油和后续水驱四个过程...     

地球物理非线性反演模拟退火法的改进

在地球物理非线性反演方法中，模拟退火法是一种较先进的启发式蒙特卡洛（ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ）方法．但是，在处理实际资料时，该方法存在着计算效率不够高的缺点，有时还会失效．为此，从模拟退少法的关键问题──最低温度的选择入手，根据模拟退火法与统计力学的吉布斯－马尔柯夫（Ｇｉｂｂｓ－Ｍａｒｋｏｖ）模型之间的关系导出临界温度的近似表达式；用此式分析目标函数超曲面形状对模拟退火法计算的影响；提出利用模糊先验信息确定最低温度、改造目标函数等改进措施．     

龙马溪组页岩数字岩心动态法弹性等效数值建模

数字岩心是计算岩石弹性性质的一类常用方法.龙马溪组页岩具有多矿物构成、复杂微结构和强非均质等特征,常规岩石物理的弹性等效解析建模局限性较大,目前流行的静态数值等效建模方法的精度有限.本文基于高分辨率的页岩数字岩心数据,采用多阈值分割方法将数字岩心分解为黏土、石英、孔隙、TOC、长石类、黄铁矿类等六种矿物类型;利用矿物组分等效模量法计算各类矿物的弹性模量;采用二元函数分水岭方法表征不同压力下的岩石孔隙变形和颗粒接触关系变化;通过取向分布函数（ODF）定量分析矿物颗粒展布造成的各向异性特征.最后基于Biot孔弹方程,采用不分裂卷积完全匹配层（CPML）旋转交错网格有限差分法模拟不同压力下弹性波在数字岩心中的传播.以未加压的数字岩心为参考模型,计算不同压力下弹性波走时的平均时间差,进而估算各压力点的数字岩心等效速度.与该岩心样品的超声实验测量速度比较,动态法数值计算结果略偏高,据此校正数值计算过程中表征岩石微结构及颗粒接触关系随压力变化的二元函数,有效改善动态法弹性等效数值建模精度.

     

数字岩心逆建模理论下的储层参数定量预测方法

数字岩心微观孔隙结构十分复杂,有限元模拟物性参数与弹性参数之间关系是非线性的,直接反演其物性参数准确度低、稳定性差.本文发展了一种数字岩石物理逆建模方法,实现了基于数字岩心的储层参数有效预测.从数字岩心基函数的构建出发,基于有限元方法,计算了一系列具有等间距物性参数值（孔隙度、泥质含量和含水饱和度）的数字岩心弹性参数（体积模量、剪切模量和密度）,通过插值算法建立了数字岩心弹性参数三维数据集,从而实现了弹性模量的有限元数值解的快速构建;然后搜索弹性参数的单值等值面,通过等值面的空间交会得到交点,完成储层参数预测.测试结果表明：基于数字岩心逆建模理论的储层参数预测结果与实际模型一致,具有可行性,并且可以通过增加插值点数目提高预测的准确性;孔隙度和泥质含量预测结果稳定性很好,而含水饱和度对噪声的加入较为敏感.

     

基于数字岩心的含裂隙储层砂岩介电性质研究

了解储层岩石的介电特性在石油工业的各个方面都有重要的应用.小尺度裂隙是影响岩石介电性质的地质因素之一,获得裂隙对含裂隙岩石介电性质影响的定量关系具有重要的理论和实践意义.以含裂隙人造砂岩的三维微观数字结构为基础,通过基于三维有限差分算法计算的岩石介电性质与实验数据的对比验证数值计算方法的有效性.在此基础上,通过理论模型获得不同孔隙度基质的介电性质,并在不含裂隙人造砂岩的三维微观数字结构中人为添加以裂隙密度和纵横比为定量表征参数的裂隙,应用验证后的数值算法模拟随频率变化的含裂隙砂岩的介电性质,分析和研究不同孔隙度基质中定向排列裂隙对砂岩介电性质的影响.结果表明,当裂隙孔隙度随裂隙纵横比或裂隙密度发生改变时,含裂隙砂岩的介电性质与裂隙密度以及裂隙纵横比呈正相关关系,而当裂隙孔隙度保持不变时,含裂隙砂岩的介电性质随裂隙纵横比的减小而增大;裂隙参数的改变对不同基质孔隙度的含裂隙砂岩的介电性质的影响趋势较为一致,但随着基质孔隙度的减小,裂隙对砂岩介电性质的影响逐渐增大.裂隙参数和基质孔隙度对含裂隙砂岩介电性质影响的研究结果为基于介电特性的裂缝性油气储层的定量表征提供了依据,在油气勘探开发中具有重要的应用前景.

     

基于多参量的模拟退火全局优化傅里叶有限差分算子

傅里叶有限差分法(FFD)能够处理复杂地质构造中的波传播问题,但对陡倾角成像仍有明显的误差.优化参数的方法能够在保持计算效率的前提下进一步提高陡倾角的成像精度.本文在有理近似的基础上,将FFD算子展开式中的常系数由两个拓展为四个,然后采用模拟退火算法对这四个参数进行全局优化.本方法除了考虑速度对比度以外,还考虑了频率和延拓步长等参量的影响.理论误差分析和脉冲响应测试均表明该方法能极大地提高FFD算子的精确传播角度.二维SEG/EAGE盐丘模型实验表明本文方法对陡倾角以及盐下构造的成像精度明显高于未优化的FFD法.将本文的方法与交替方向加插值的方法结合应用于三维脉冲响应测试更进一步证实了本文方法的有效性.     

三维数字岩心技术岩石物理应用研究进展

三维数字岩心可在孔隙尺度上对岩石的微观结构进行精细表征,以数字岩心为载体的岩石微观结构分析与岩石物理属性模拟研究已成为岩石物理分析的重要发展方向之一.本文从数字岩心建模、数字岩心图像分析及岩石物理属性模拟三个方面对数字岩心技术进行了介绍.将数字岩心技术在岩石物理领域的应用分为两大类:基于三维数字图像的直接分析和基于三维数字岩心的岩石物理属性数值模拟.通过三维图像分析可获得孔隙结构、矿物成分、粒度分布等信息;通过岩石物理属性模拟可以研究储层岩石电性、弹性、渗流和核磁共振特征.多种手段相结合建立多尺度、多组分数字岩心,突破分辨率与样品尺度的矛盾限制是数字岩心技术未来的发展趋势.数字岩心技术已发展成为岩石物理实验的重要组成部分,如何将孔隙尺度得到的岩石物理参数升尺度到数字井筒、数字油藏中是数字岩心技术发展亟需解决的难题.     

二度半长方体组合模型的重力模拟退火反演

针对重力异常反演的现状,采用矩形单元体网格剖分的二度半体组合模型,模拟任意的多层密度界面或形体,实现了重力正演.该建模方法适应性强,适合于实际工作中常见的密度横向变化的复杂模型.使用改进的全局寻优的快速模拟退火算法,对重力异常进行反演,结合这种灵活的密度建模方法,反演过程中只需要反演各矩形单元体的密度参数,即可同时得到地质体的界面或形态以及密度值分布.通过复杂界面和形体的模型试验,证明了方法的效果.在江苏下扬子地质构造复杂区的实际应用说明,在地震等先验信息约束下,该重力反演方法提高了反演精度并减少了多解性,可有效解决古生界泥盆系-志留系目的层分布等地质问题.     

利用模拟退火法反演大陆地震位置

为了精确得到大陆地震震源位置,利用模拟退火法对大陆地震参数进行反演,并对改变算法中相关参数后的反演结果进行分析,表明反演精度受降温速度和收敛阈值的影响较大,初始温度只影响迭代次数,模拟退火法在对模型参数进行全局搜索情况下能获得质量较好的最优解。     

基于模拟退火算法的设计反应谱标定方法

反应谱的标定是抗震设计的基础工作之一,模拟退火算法是基于模拟固体退火过程而提出的多参数优化组合方法。本文提出将模拟退火算法应用于设计反应谱的标定,并概述了模拟退火算法的基本原理及特点,介绍了运用MATLAB基于模拟退火算法对反应谱进行标定的过程。检验了将模拟退火算法应用于场地相关谱标定的可行性和合理性,给出了将其应用于工程场地地震安全性评价中设计反应谱标定实例。通过检验和实例分析可以看出,基于模拟退火算法的反应谱标定方法所给出的设计反应谱谱形真实地反映了原地震反应谱的特征,较客观的反映了场地相关反应谱的峰值和周期特征。     

基于模拟退火法的青藏高原东缘噪声层析成像研究

青藏高原是全球造山带研究的热点地区,此前在青藏高原开展的三维层析成像研究大多基于线性反演方法.本文利用青藏高原东缘及邻区布设的127个宽频带固定地震台站记录的连续波形资料,首先通过噪声互相关提取了3~50 s Rayleigh波群速度频散曲线并反演得到群速度分布,再进一步采用模拟退火法反演了研究区的三维S波速度及泊松比结构.结果显示：（1）松潘—甘孜地块的中下地壳低速异常主要分布在龙日坝断裂带、鲜水河断裂带、龙门山断裂带和岷山隆起所围限的区域,而该区域的中下地壳仅具有中等泊松比值,推测松潘—甘孜地块中下地壳的低速物质可能是青藏高原与扬子块体长期相互作用产生的塑性低速滑脱层;上地壳脆性物质在板块作用下沿中地壳低速滑脱层顶界面发生逆冲增厚,造成龙门山的持续抬升和地形起伏,并在构造边界带形成了应变积累和应力集中;而龙门山断裂带的上地壳低速软弱物质为地壳发生破裂提供了有利条件,从而在某种程度上促进了汶川地震和芦山地震的发生.（2）岷山隆起一带中下地壳的高泊松比异常呈"凸起"形态,结合前人研究发现的较高热流和岩石快速抬升现象,推测岷山隆起一带可能存在岩石圈的拆沉,导致地幔热物质上涌而形成下地壳高泊松比物质.（3）川滇地块的北部和南部具有不同的S波速度和泊松比分布特征.30 km深度下川滇地块北部具有明显的低速异常,而该深度下并不具有明显的高泊松比值特征;此外剖面成像结果也显示川滇地块内的低速异常与高泊松比的分布不一致,因此川滇地块的研究结果不支持下地壳流模型.综合其他地震学证据,本文认为川滇地块的变形模式为上地壳纯剪切增厚,块体变形主要受块体内部的走滑断裂及活动边界断裂控制.     

基于数字岩心孔喉特征的等效孔隙纵横比有效性研究

岩石孔隙结构是描述岩石物性特征的重要参数,该参数的合理刻画与表征对油气储量估计、储集状态描述、开发方法优选有重要影响,这对于非均质性强且孔隙结构复杂的碳酸盐岩储层尤为关键,因此能够使用某种参数准确定量化地表征储层岩石真实的孔隙结构,一直是油气工业界追求的目标.目前对测井、地震等大尺度数据常用等效介质理论计算孔隙纵横比来定量化孔隙结构,但是该理论将孔隙理想地近似成椭球体,因此能否准确表征真实岩石的复杂孔隙结构还需一定的机理分析研究.本文从砂岩与碳酸盐岩数字岩心出发,联合数字岩心模拟弹性模量与等效介质理论获取岩心等效单一孔隙纵横比,与此同时利用针对数字岩心的孔隙网络提取技术获取岩心的孔喉几何特征参数,对通过两种不同方法获取的参数(即等效孔隙纵横比与孔喉几何特征参数)进行交会分析后,发现它们对岩石孔隙结构的定量化表征具有良好的一致性,两种参数的分布规律符合人们对砂岩与碳酸盐岩两种岩性基本特征的认知.这有力地证明利用岩石的等效孔隙纵横比能够合理地推断与表征储层岩石复杂的孔隙结构特征,同时也表明复杂孔隙结构对岩石弹性性质的影响仍可以通过等效介质理论来描述.基于数字岩心的图像形状特征,本研究还为对孔隙结构进行直接表征提供了一种新思路.