致密砂岩波速各向异性及弹性参数随围压变化规律的实验研究

为研究致密砂岩储层弹性波速度各向异性及弹性参数随围压的变化规律,应用地质力学研究所从美国New England Reaearch Inc引进的Autolab2000岩石物性实验设备,对采自长庆油田延长组储层的3组典型致密砂岩,对其X、Y、Z三个方向分别取样,进行了不同孔隙介质(干燥、饱水及饱油)条件下弹性波速度随围压(5~180 MPa)变化规律的实验研究工作,得到了X、Y、Z三个方向分别在干燥、饱水及饱油时的弹性波速度,并对X、Y、Z三个方向的各向异性进行计算和对比分析.同时根据测得的弹性波平均速度得到样品的弹性参数随围压的变化规律,对实验曲线进行拟合,获得不同孔隙介质条件下弹性波速度、各向异性、弹性参数随围压的变化规律及其拟合公式.结果表明,垂直方向速度值最低,横波各向异性指数小于纵波各向异性指数;随着围压的增加,致密砂岩波速增大,其各向异性以幂函数形式减小,体模量、弹性模量、剪切模量和拉梅常数以对数函数形式有不同程度的增加,泊松比因所含介质不同而有不同的变化趋势,除个别线外,拟合系数皆在0.956以上.在围压高于140 MPa时,干燥、饱水和饱油状态下的泊松比皆在0.24左右.     

基于各向异性致密砂岩油地震岩石物理模型的脆性指数研究（英文）

致密砂岩油储层的脆性研究是致密砂岩油地震预测的重要内容,需要引入合适的脆性指数来建立致密砂岩油储层的脆性评价标准。本文首先构建了各向异性致密砂岩油地震岩石物理模型;依据该模型进行了各向异性介质弹性常数的脆性敏感性分析,建立了新的脆性指数;并分别从脆性敏感性定量分析、岩石物理响应特征分析以及交汇图分析三个方面系统研究了新脆性指数在致密砂岩油脆性预测上的适用性。分析结果表明,新脆性指数较其它传统脆性指数,不仅其脆性敏感性高,而且更适合于致密砂岩油储层"甜点"区的脆性预测。     

低渗砂岩储层渗透率各向异性规律的实验研究

应用1摩尔/升的盐水作为孔隙介质,采用液体压力脉冲法对采自鄂尔多斯盆地某油田三叠系延长组低渗砂岩样品进行了渗透率随有效应力的变化规律实验研究.在围压0～100MPa,孔隙压力0～12MPa范围内,样品的渗透率变化范围在0～60×10-18 m2之间,实验结果表明样品的渗透率随有效应力的增加而减少.通过拟合实验结果,得到渗透率随有效应力的变化规律较好的符合幂函数关系,相关系数介于0.903～0.984之间.同时对同一样品的X,Y,Z相互垂直三个方向的渗透率随有效应力的变化进行了比较,结果表明渗透率的各向异性同样是压力的函数,且随着有效应力的增加,不同平面内的渗透率各向异性表现出了不同的变化规律.但在实验压力范围内,渗透率各向异性皆为正值,表明在有效应力为100MPa范围内孔隙内流体的流动方向未发生改变.研究结果为鄂尔多斯盆地低渗(超低渗)油气田开发,特别是对深部油气田开发过程中开发方式的选择与设计,充分利用渗透率各向异性的特点,提高采收率提供了新的岩石物性资料.     

致密砂岩储层流体参数核磁共振实验研究

利用核磁共振技术对致密砂岩储层岩心流体参数进行研究,简述致密砂岩储层流体参数核磁共振测量原理及计算岩心流体参数方法。实验确定了岩心流体动用参数T2截止值方法,进行了可动流体致密砂岩储层分类评价研究。油田矿场核磁共振测量岩心含油饱和度、可动流体饱和度,并对可动流体饱和度、含油饱和度识别油水层方法进行研究。表明:实验测定红河区块岩心T2截止值为4.06ms,利用致密砂岩储层岩心可动流体等级划分标准,对致密砂岩储层岩心单井及不同层位、多井之间进行储层比较分类评价。油田矿场核磁共振技术测量计算的含油饱和度结果与常规方法测量的含油饱和度结果对比,表明油田矿场核磁测量含油饱和度是可行且可靠的。岩心含油饱和度与可动流体饱和度比值大小可识别油水层。      

致密砂岩气储层的岩石物理模型研究

根据鄂尔多斯盆地苏里格气田以往实测和新测的共17口井51块岩样超声波实验数据,得到304组不同孔隙度和不同含水饱和度下对应的纵横波速度、泊松比等弹性参数.重新优选计算体积模量和泊松比与含气饱和度的关系,表明苏里格气田上古生界二叠系石盒子组盒8致密砂岩储层的模型与Brie模型（e=2）相似度最高.由此建立的苏里格气田储层岩石物理模型,更好的表征了致密岩石储层物理参数随含气饱和度变化规律,为该区储层预测提供了理论依据.致密储层岩石物理模型研究成果应用于苏里格气田多波地震资料气水预测中,实际例子表明该模型适用于该区的储层和含气性预测,并取得了较好的效果.     

不同围压和流体饱和状态下致密砂岩弹性各向异性特征

为研究致密砂岩声波速度及其各向异性随围压的变化规律以及不同流体饱和状态下的弹性各向异性特征,钻取了不同方向的岩心并在实验室超声波频率下对致密砂岩的声学特性进行了测量,分别给出干燥和饱和水状态下,不同方向样品纵横波速度、刚性系数以及各向异性系数随围压的变化规律,并对实验结果进行了分析讨论.实验结果表明致密砂岩纵横波速度、纵横波速度比以及刚性系数均随围压增加而增加,但其在不同饱和状态下的变化率却截然不同;纵横波速度比、各向异性系数在饱和水状态下变化规律不明显,表明孔隙流体的存在对于岩石物理性质有着非常重要的影响.这方面的实验工作不但对于考察不同流体性质对致密岩石弹性各向异性影响是必要的,而且有助于致密砂岩油水和气层的识别.     

砂岩和页岩弹性波性质的实验研究进展

砂岩和页岩的弹性波性质是通过地震资料推断储层物性和流体分布的基础.岩石波速测量常用超声波(10⁵～10⁶ Hz)脉冲法,低频岩石物理实验技术的发展为研究弹性波在岩石中的衰减和频散奠定了基础.本文系统总结了前人在高频和低频下测量砂岩和页岩弹性波性质的方法和实验结果,并结合矿物弹性性质和岩石物理模型,分析了压力、温度、矿物组成、孔隙结构、流体、频率等因素对岩石波速和衰减的影响.由于孔隙和微裂隙随压力增加而逐渐关闭,干燥砂岩和页岩的P波和S波速度在低压下随压力非线性增加,高于临界压力呈线性增加.干燥岩石样品的波速随温度增加而缓慢线性降低,频散效应可以忽略.而含流体砂岩和页岩的衰减和频散受温度、压力、流体饱和度、流体黏度、孔隙结构和频率等多种因素的影响,含流体砂岩和页岩的泊松比和逆品质因子Q^-1显著高于干燥样品.低压下砂岩的波速与孔隙度负相关,而影响页岩波速的因素更为复杂,页岩的波速、衰减和频散的各向异性都高于砂岩.将跨频段岩石物理实验与数字岩石物理技术相结合,可为勘探地球物理的方法创新和资料解释提供可靠依据.     

饱和水致密砂岩电学参数对有效应力变化的响应

致密砂岩气藏在开采时因地层能量衰竭导致有效应力增加,储层物性相应地发生变化,其电学参数也随之改变.以往在常规围压下进行的岩电实验,其结果包含了岩样微裂缝等因素对电阻率的贡献,获取的电学参数不能客观反映原地储层性质.本文以鄂尔多斯盆地上古生界二叠系典型致密砂岩气藏为研究对象,测定了不同有效应力下完全饱和地层水71块致密砂岩样品的电学参数.结果表明,岩样电阻率随有效应力增加而变大,且与常规砂岩相比,致密砂岩电学性质受有效应力影响更大;随有效应力增加,岩性系数a增大,地层胶结指数m减小,原地有效应力(25.86MPa)下a和m分别是常压(3.5MPa)下的2.7和0.7倍;高有效应力状态下,电阻率达到稳定值所需测试时间更长;电阻变化幅度直观表征了其骨架结构变形程度,也是致密砂岩应力敏感时间效应的直接体现.因此,应根据储层原地有效应力确定致密砂岩气藏的电学参数.     

致密砂岩储层CO2驱油特征的核磁共振实验研究

利用核磁共振技术对致密砂岩储层不同渗透率级别基质岩心和裂缝基质岩心不同驱替压力下CO2驱油特征进行了研究,简述核磁共振原理及实验方法。表明:致密砂岩储层特低、超低渗透基质岩心在初始CO2驱替压力下,岩心毛细孔隙和微毛细孔隙区间的油不同程度被采出,随着CO2驱替压力增大,特低、超低渗透基质岩心毛细孔隙区间油的采出程度不断增加且累积采出程度不同。裂缝致密砂岩储层岩心,裂缝和毛细孔隙区间的油在初始CO2驱替压力下,岩心裂缝中的油及毛细孔隙中的部分油被驱替出来,CO2驱替压力提高毛细孔隙、微毛细区间油的采出程度和累积采收程度较小。致密砂岩储层特低、超低渗透基质岩心和裂缝致密砂岩储层岩心,随着CO2驱替压力增大毛细孔隙区间的部分剩余油成正比增加进入到微毛细孔隙区间改变储层剩余油分布。核磁共振技术能够深入研究致密砂岩储层CO2不同驱替压力阶段,岩心裂缝、毛细孔隙区间、微毛细孔隙区间油的采出程度和剩余油分布情况,对于研究致密砂岩储层微观驱油机理具有较重要的价值。     

观测坐标系下各向异性页岩岩石物理模型的建立及应用（英文）

针对目前观测坐标系下页岩岩石物理模型缺乏的现状,本文开展了页岩各向异性波速测试,优选了页岩各向异性波速表征方法,建立了观测坐标系下的各向异性页岩岩石物理模型,并将该模型在四川盆地泸州区块B1井进行了应用和验证。通过本文研究,得出了以下主要结论：对于同一组岩心,三个方向的纵波波速满足VP11>VP45>VP33,横波波速VS11最大,VS33和VS45互有大小;精确的各向异性波速解最适合用来表征本工区的各向异性波速。本文构建的观测坐标系下各向异性页岩岩石物理模型精度较高,在B1井中岩石物理模型预测的纵波时差和测井测量的纵波时差相对误差绝对值介于0-5.05%,预测的横波时差和测井测量的横波时差相对误差绝对值介于0-6.05%;B1井观测坐标系下和本构坐标系下的声波时差差异较大,其中纵波差异百分比介于6.76-30.84%,横波差异百分比介于7.00-23.44%,斜井及水平井段等观测坐标系下测量到的声波时差必须经过岩石物理建模并转换到本构坐标系下才能用于后续的工程应用;本文构建的观测坐标系下页岩岩石物理模型,可为后续斜井、水平井地层的孔隙压力预测、地质力学建模、压裂优化设计等...     

泥岩、页岩声速各向异性及其影响因素分析

在实验室超声波频率下(纵波主频为700kHz、横波为250kHz)对层理发育的页岩和泥岩的各向异性进行了研究,给出了在干燥和油饱和条件下,样品不同方向上纵、横波速度以及各向异性参数随压力的变化规律. 用X 射线衍射和扫描电镜分析了样品中引起各向异性的原因,指出平行于层理定向排列的粘土矿物和微裂隙是使样品显示出强弹性各向异性的内在原因. 随着压力的增高微裂隙逐渐闭合,样品的各向异性程度减弱. 孔隙流体的存在增强了孔隙（裂隙）的刚度,减弱了各向异性随压力增大而减小的趋势.     

页岩气地震勘探中页岩各向异性的地震模拟研究

页岩的强各向异性特征挑战地震波传播数值模拟方法的精度极限, 特别是易引起频散的高频波(>100 Hz)传播的数值模拟.鉴于目前我国页岩气地震勘探主要以常规地震声波资料为主,本文首先介绍了一种VTI介质声波方程的任意偶数阶有限差分数值模拟方法,并讨论其稳定性条件和吸收边界条件.任意偶数阶的差分解可有效提高计算精度,压制数值频散噪声.针对页岩较强的各向异性特征,本文比较了不同模型的声波方程和VTI介质声波方程计算得到的地震响应.数值结果表明,各向异性对地震波的运动学(相位)和动力学(振幅)特性影响作用明显.因此,在页岩气地震勘探资料处理的各个环节必须充分考虑各向异性的影响,采取有别于常规油气勘探的处理流程和技术.     

基于岩石物理转换模型的苏里格致密砂岩储层测井评价与产能预测

苏里格地区致密砂岩储层勘探开发难度很大,测井解释遇到了储层参数计算和产能预测不准确的问题.本文针对这些难点,基于已有的转换模型,推导并验证了T₂-I和T₂-K_r转换模型,提出了采用转换模型应用于测井综合解释和产能预测的方法.基于实验数据设定孔径大于1 μm的孔隙为大孔,中孔孔径在1 μm和0.03 μm之间,小孔孔径为0.03 μm以下.并建立了不同孔径范围模型中关键参数α与核磁参数T_2lm的关系,这为转换模型在测井解释中的应用提供了必要条件.本文在苏里格西区分别应用T₂-I和T₂-K_r转换模型求取含水饱和度和相对渗透率曲线,并进行产能预测,处理结果显示该方法具有很好的应用效果.

     

致密砂岩气藏裂隙-孔隙型弹性岩石物理模板研究:以川西坳陷A区为例

相对于常规砂岩,致密砂岩在岩石物理性质、力学性质等方面具有明显差异,并呈现出很强的非均质性.岩石物理模型能将储层参数与地震特性信息联系起来,因此可以作为致密砂岩储层参数与地震特性信息转换的桥梁.常规的岩石物理模型通常只考虑单一因素(例如非均匀性,单一孔隙,单一尺度等),建立的岩石物理模板并不适用于致密砂岩.本文针对高饱和气、微裂隙发育、非均质性强的致密砂岩储层,利用Voigt-Reuss-Hill模型计算混合矿物的弹性模量,采用微分等效介质(DEM)模型描述含裂隙、孔隙岩石的骨架弹性模量,基于Biot-Rayleigh波动方程构建了岩石物理弹性模板,给出了致密砂岩储层弹性参数与物性的关系.基于测井数据和实验数据对岩石物理弹性模板进行校正,并将校正后的岩石物理弹性模板结合叠前地震资料应用于川西地区储层孔隙度与裂隙含量预测.结果显示,反演裂隙含量、孔隙度与储层试气报告、测井孔隙度基本吻合,表明该模板能够较合理地应用于致密砂岩储层孔隙度及裂隙含量解释中.     

Texture and anisotropy analysis of Qusaiba shales

Scanning and transmission electron microscopy, synchrotron X‐ray diffraction, microtomography and ultrasonic velocity measurements were used to characterize microstructures and anisotropy of three deeply buried Qusaiba shales from the Rub’al‐Khali basin, Saudi Arabia. Kaolinite, illite‐smectite, illite‐mica and chlorite show strong preferred orientation with (001) pole figure maxima perpendicular to the bedding plane ranging from 2.4–6.8 multiples of a random distribution (m.r.d.). Quartz, feldspars and pyrite crystals have a random orientation distribution. Elastic properties of the polyphase aggregate are calculated by averaging the single crystal elastic properties over the orientation distribution, assuming a nonporous material. The average calculated bulk P‐wave velocities are 6.2 km/s (maximum) and 5.5 km/s (minimum), resulting in a P‐wave anisotropy of 12%. The calculated velocities are compared with those determined from ultrasonic velocity measurements on a similar sample. In the ultrasonic experiment, which measures the effects of the shale matrix as well as the effects of porosity, velocities are smaller (P‐wave maximum 5.3 km/s and minimum 4.1 km/s). The difference between calculated and measured velocities is attributed to the effects of anisotropic pore structure and to microfractures present in the sample, which have not been taken into account in the matrix averaging.     

全球地震各向异性数据汇编及相关研究综述

地震各向异性是我们了解地球内部结构及其演化过程的重要信息之一,同时为岩石圈及其下部地幔在过去和现在相当长时间范围内的变形特征提供了关键性的约束.Schutt和Fouch及Wiistefeld等分别于2001和2009年对地震各向异性数据进行了汇编.本文在此基础上,收集了最新的相关观测数据,并对其进行了建库处理,数据收集过程中,我们更加注重原始数据中关于地震震源深度和震级等方面的参数收集,这些地震各向异性的观测数据,基本覆盖了NUVEL-1A模型中除可可斯和斯科舍板块以外的13个板块.这些地震各向异性数据尽管来源不同,数据质量参差不齐,给我们进行统一数据汇编带来了一定的困难,但很显然,作为基础数据,其汇编与统计分析工作还是很有意义的.相关的研究工作已经表明,地震各向异性可以用来反映俯冲带流动场的主导因素,我们对这些汇编数据的初步统计分析也显示,地震各向异性与全球板块运动及应力场特征之间均存在着较好的相关性.尽管在板块与板块间的边界带,尤其是俯冲带地区,其相关性相对较差,这可能是由于板块俯冲机制的复杂性及上地幔中固态岩石层与软流层相对非定向流动的复杂性造成的.     

Compaction trend versus seismic anisotropy in shaly formations

Shales comprise more than 60% of sedimentary rocks and form natural seals above hydrocarbon reservoirs. Their sealing capacity is also used for storage of nuclear wastes. The world's most important conventional oil and gas reservoirs have their corresponding source rocks in shale. Furthermore, shale oil and shale gas are the most rapidly expanding trends in unconventional oil and gas. Shales are notorious for their strong elastic anisotropy, i.e., so‐called vertical transverse isotropy. This vertical transverse isotropy, characterised by a vertical axis of invariance, is of practical importance as it is required for correct surface seismic data interpretation, seismic to well tie, and amplitude versus offset analysis. A rather classical paradigm makes a clear link between compaction in shales and the alignment of the clay platelets (main constituent of shales). This would imply increasing anisotropy strength with increasing compaction. Our main purpose is to check this prediction on two large databases in shaly formations (more than 800 samples from depths of 0–6 km) by extracting the major trends in the relation between seismic anisotropy and compaction. The statistical analysis of the database shows that the simultaneous increase in density and velocity, a classical compaction signature, is quite weakly correlated with the anisotropy strength. As a consequence, compaction can be excluded as a major cause of seismic anisotropy, at least in shaly formations. Also, the alignment of the clay platelets can explain most of the anisotropy measurements of both databases. Finally, a method for estimating the orientation distribution function of the clay platelets from the measurement of the anisotropy parameters is suggested.