基于Xu-White模型横波速度预测的误差分析

在砂泥岩剖面中,基于Gassmann方程和Xu-White岩石物理模型,利用常规测井资料及实验室岩石物理数据进行横波速度估算.模型中考虑了泥质砂岩中基质性质、泥质含量、孔隙度大小和孔隙形状以及孔隙饱含流体性质对岩石速度的影响.综合分析了模型中砂、泥岩和孔隙流体弹性参数以及孔隙纵横比等输入参数的误差对预测横波速度精度的影响.数值模型试验表明,在Xu-White模型中采用变化的孔隙纵横比估算出的横波速度远远比采用固定孔隙纵横比估算出的横波速度准确.     

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.     

多重孔岩石微分等效介质模型及其干燥情形下的解析近似式

经典的微分等效介质(DEM)理论可用于确定多孔介质的弹性性质,但由于缺乏多重孔DEM方程,其估计的多重孔岩石的等效弹性模量依赖于包裹体(即不同孔隙纵横比的孔或缝)的添加顺序.本文首先从Kuster-Toksöz理论出发建立了Zimmermann和Norris两种形式的多重孔DEM方程.Norris形式的多重孔DEM方程预测的等效弹性模量总是位于Hashin-Shtrikman上下限内,而Zimmermann形式的多重孔DEM方程有时会越界.然后,通过使用干燥岩石模量比的解析近似式,对两个相互耦合的Norris形式DEM方程进行解耦得到干燥多重孔岩石的体积和剪切模量解析式.用全DEM方程的数值解对解析近似式的有效性进行了测试,解析公式的计算结果在整个孔隙度分布区间与数值解吻合良好.对实验室测量数据在假设岩石含有双重孔隙的情形下用双重孔DEM解析公式对岩石的弹性模量进行了预测,结果表明,解析式准确地预测了弹性模量随孔隙度的变化.双重孔(即软、硬孔)DEM解析模型可用来反演各孔隙类型的孔隙体积比,它可以通过实验室测量与理论预测之间的平方误差最小反演得到.砂岩样品的反演结果揭示,软孔的孔隙体积百分比与粘土含量没有明显的相关性.     

孔隙裂隙型砂岩横波速度预测方法

在地震资料的AVO分析以及储层预测的流体识别分析等中需要横波速度信息,然而目前多数地区缺少横波速度测井,既没有岩石物理测试也没有VSP提供的横波速度信息.以往AVO和储层反演中的横波速度通常依靠经验公式或从纵横波波速度比为常数的假设中得到.这些经验公式往往精度很低,对于AVO特性包括弹性阻抗等特性描述不准确.特别是对储层中流体变化引起的AVO异常无法准确描述.为了获得准确的横波速度信息,我们采用Gassmann方程为基础的孔隙介质理论以及Lee提出来的方法建立了孔隙介质的横波速度模型.以此模型为基础,利用Thomsen的裂隙介质理论建立更加符合实际的含有裂隙的孔隙砂岩模型.预测的横波速度与实际的横波速度的对比证明了本文方法的有效性.     

受孔隙形态影响的碳酸盐岩孔隙度反演

深层碳酸盐岩往往具有孔隙度低,孔隙形态复杂的特点.传统孔隙度反演方法仅考虑孔隙空间大小对地层岩石物性的影响,未考虑孔隙形态对岩石弹性特征的作用,在反演深层碳酸盐岩孔隙度时往往存在偏差.孔隙形态的影响可以利用含有孔隙纵横比的等效介质模型表示;通过引入DEM模型对声波孔隙度方程进行改进,定量体现孔隙形态的影响.将改进的声波反演与中子反演、密度反演相结合,得到井区受孔隙形态影响的地层孔隙度.首先利用中子、密度和纵波时差反演得到地层孔隙度初值;进而通过DEM公式获得孔隙纵横比初值;最后综合利用中子测井、密度测井和声波测井数据,实现受孔隙纵横比影响的地层孔隙度反演.应用该方法反演了西南某地MX19井深层白云岩储层的孔隙度,通过与岩心孔隙度测量数据进行对比,验证了反演结果的准确性.     

渤海潜山储层岩石孔隙结构反演实验研究

多形态拓展孔隙、裂隙并存理论描述了介质中孔隙与多形态裂隙体之间的相互作用,现已被用于岩石的孔隙结构反演．利用实验室加压条件下干燥和流体饱和岩石的纵、横波速测量数据,联合反演了潜山储层岩石的孔隙纵横比谱．反演结果表明：随着有效压力的增加,裂隙元素的纵横比减小,小纵横比裂隙的闭合降低了裂隙密度,导致低压段的弹性波速度显著增大．同时,在双对数刻度下,孔隙度与孔隙纵横比之间存在幂函数关系,孔隙结构指数随总孔隙度单调增加,此关系可用于判别潜山储层的有效性．本文的研究不仅为潜山储层岩石孔隙结构分析方法提供了实验验证,而且给出了一种潜山储层有效性的辅助判别方法．     

有效应力变化对致密砂岩孔隙结构及弹性波响应的影响规律

致密砂岩气藏具有裂缝发育和有效应力高的特征,研究不同有效压力下孔、裂隙介质地震波传播特征,有利于地震解释与地下储层的识别.但是前人的研究较少考虑岩石内部微观孔隙结构特征与孔隙、裂隙间流体流动的关系.本文首先通过选取四川盆地典型致密砂岩岩样,在不同有效压力下对岩石样本进行超声波实验测量.然后基于实验测得的纵、横波速度进行裂隙参数反演,得到不同有效压力下致密砂岩样本的裂隙孔隙度.再将裂隙孔隙度和样本岩石物理参数代入双重孔隙介质模型,模拟得到不同有效压力下饱水致密砂岩样本纵横波速度频散和衰减的变化规律.结果表明模型预测的速度频散曲线与纵波速度实验测量结果能够较好的吻合.最后统计分析了致密砂岩裂隙参数,得到了致密砂岩储层裂隙参数随有效压力及孔隙度变化特征.依据实际岩石物理参数建立模型,其裂隙参数三维拟合结果能够较好描述致密砂岩裂隙结构与孔隙度、应力的关联,可为实际地震勘探中预测储层裂缝性质提供基础依据.     

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.

     

孔隙结构对致密碳酸盐岩地震岩石物理特征的影响分析（英文）

塔里木盆地奥陶系鹰山组碳酸盐岩在成岩和后成岩过程孔中形成了较为复杂的孔隙结构特征,其速度等地震弹性参数不仅与孔隙度有关,而且还与孔隙结构特征密切相关。本文对取自塔中碳酸盐岩样品进行了岩石物理测试,从铸体薄片数字图像处理中提取了反映样品孔隙结构的平均比表面、平均孔喉半径、孔隙圆度以及平均纵横比等特征参数。研究表明,平均高速度样品具有低平均比表面、高平均孔喉半径和高均纵横比的特征。由于致密碳酸盐岩样品的孔隙结构差异引起流体相关速度频散作用的不同,然而速度频散与平均比表面和平均纵横比之间没有线性关系,在平均比表面较高或者较低时,岩石样品孔隙结构较为均匀致使喷射流作用相对较弱,造成超声测量结果接近于Gassmann方程预测结果;而当刚度较大的溶蚀(铸模)孔隙与刚度较小的微裂隙共存于岩石样品中,流体相关速度频散作用明显,造成测量纵波速度结果与Gassmann方程预测结果存在较大差异。     

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.     

饱和致密砂岩中动态剪切模量硬化的实验研究与理论模拟

Gassmann理论认为岩石的剪切模量在饱和流体前后保持不变,这一认识被广泛应用于高孔高渗常规储层中.然而,致密砂岩等非常规储层通常具有低孔、低渗以及孔隙结构复杂等岩石物理特征,因此Gassmann流体替换理论在此类储层的适用性尚不明确.针对这一问题,本文在1~60 MPa有效压力内分别测量了干燥与饱水致密砂岩样品的超声纵、横波速度,并对饱水前后砂岩的剪切模量变化特征进行了分析.结果表明,致密砂岩的剪切模量在饱水前后可能出现弱化或硬化现象.通过对致密砂岩样品的孔隙纵横比进行定量化分析,发现对于微裂缝主要分布在颗粒间以及颗粒内,并且软孔隙纵横比分布范围宽、软孔隙含量较高的样品更容易表现出剪切硬化的特征.利用一般形式的喷射流模型可以较好的模拟剪切硬化现象,但要考虑微裂缝的闭合情况对输入参数的影响.剪切硬化主要来源于高频弹性波激励下流体的喷射流频散作用.考虑到特定条件下在地震和测井频带也会产生频散现象,因此致密砂岩等非常规储层在进行流体替换时需考虑剪切模量可能会发生变化,盲目使用Gassmann流体替换理论的剪切模量不变假设可能会引起较大的预测误差.

     

测井资料Xu-White模型预测横波速度的一些新观点

目前横波预测的方法大致可以分为两种:经验公式预测和理论岩石物理模型。由于经验公式预测一般具有区域性,研究者更重视岩石物理模型预测。目前大多数岩石物理模型预测横波的方法假定地下流体的物性参数(速度和密度)不受地层深度的影响,且孔隙扁率是恒定的,实际上这并不科学。因为矿物的体积模量和剪切模量随所处地层深度发生改变,而对于孔隙扁率则随颗粒形状、孔隙度等的变化有较大变化。针对这些情况,提出一种新的改进的Xu-White横波预测方法,并可取得较好的效果。     

Elastic moduli of dry rocks containing spheroidal pores based on differential effective medium theory

Differential effective medium (DEM) theory is applied to determine the elastic properties of dry rock with spheroidal pores. These pores are assumed to be randomly oriented. The ordinary differential equations for bulk and shear moduli are coupled and it is more difficult to obtain accurate analytical formulae about the moduli of dry porous rock. In this paper, we derive analytical solutions of the bulk and shear moduli for dry rock from the differential equations by applying an analytical approximation for dry-rock modulus ratio, in order to decouple these equations. Then, the validity of this analytical approximation is tested by integrating the full DEM equation numerically. The analytical formulae give good estimates of the numerical results over the whole porosity range. These analytical formulae can be further simplified under the assumption of small porosity. The simplified formulae for spherical pores (i.e., the pore aspect ratio is equal to 1) are the same as Mackenzie's equations. The analytical formulae are relatively easy to analyze the relationship between the elastic moduli and porosity or pore shapes, and can be used to invert some rock parameters such as porosity or pore aspect ratio. The predictions of the analytical formula for the sandstone experimental data show that the analytical formulae can accurately predict the variations of elastic moduli with porosity for dry sandstones. The effective elastic moduli of these sandstones can be reasonably well characterized by spheroidal pores, whose pore aspect ratio was determined by minimizing the error between theoretical predictions and experimental measurements. For sandstones the pore aspect ratio increases as porosity increases if the porosity is less than 0.15, whereas the pore aspect ratio remains relatively stable (about 0.14) if the porosity is more than 0.15.     

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.     

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.