数字岩心等效弹性参数模拟研究进展

弹性波在含流体岩石中的传播速度和衰减是油气勘探领域的重要研究内容之一.物理实验与经验关系,理论模型,数值模拟是研究速度和衰减的三种重要方法.从20世纪90年代开始,基于数字岩心的等效弹性参数模拟逐渐发展起来,形成了以有限元静力学模拟,透射波模拟,动态应力应变模拟和准静态应力应变模拟为主的4类模拟方法.它们不但可以计算低频和高频速度,也能计算跨频段的频散和衰减曲线,还能分析数字岩心内部的应力(压力)场和应变场.这对完善理论模型、优化岩石物理建模流程具有重要的指导作用.当前,人工智能技术进入快速发展时期,数字岩心等效弹性参数模拟可以与人工智能结合,提高油气勘探与开发的效率.     

低渗透储层裂缝研究现状及进展

裂缝既是渗流通道,又是储集空间,在低渗透油藏开发中至关重要.国内外学者运用岩石破裂理论、位错理论和分形理论,以及地质、钻井、测井、地震和数值模拟等方法,对裂缝做了大量研究,在形成机理、影响因素、识别及表征和预测等方面取得了以下诸多进展:(1)从成因上,普遍认为剪裂缝和张裂缝分别遵循Coulomb准则和Griffith准则,裂缝位错模型和各向异性强度准则等考虑了岩石力学性质和岩层的非均质性,更能真实地表达各向异性裂缝的成因;(2)关于影响因素,认为现今裂缝是不同时期区域、局部构造应力场作用下裂缝叠加的结果,主应力的大小、方向控制了裂缝的发育及分布,先期裂缝通过影响局部应力来制约后期裂缝的分布,而储层的非均质性也会主导裂缝的发育和扩展;(3)在裂缝识别方面,岩心观察是基础、测井方法是有效手段,二者能够实现井眼附近10 m内裂缝的定性—定量识别.借助数学及计算机模拟,井震结合识别裂缝是今后发展的趋势;(4)关于裂缝表征,岩心—分形—应力-应变方法实现了点、线—面—体裂缝参数三位一体的定量表征,并逐步由均一化表征到更好地反映低渗储层非均质性及不同时期裂缝参数的表征;(5)在预测方面,曲率法和构造应力场数值模拟能够实现对裂缝局部-整体的预测,分形方法能够更精确、更客观的预测裂缝,裂缝位错预测模型通过岩石-裂缝-应力场的各向异性利用裂缝发育指数来预测、评价裂缝.     

川滇地区地壳应变能密度变化率与强震复发间隔的数值模拟

以最新的川滇地区深部构造成像为基础,以构造应力场、GPS观测和断裂带活动速率为约束,建立了川滇地区的3维黏弹性有限元模型,通过数值模拟计算讨论青藏高原高海拔地形蓄积的重力位能、区内主要活动断裂带的错动速率、由地震波速度计算出来的各地块的介质弹性参数以及岩石、介质蠕变性质差异对川滇地区地壳现今构造运动的影响。模拟计算出研究区域内各主要活动地块和主要活动断裂带的应变能密度积累速率,并探讨了应变能密度积累速率与强震复发间隔的关系,对模拟结果和地质观测方法得到的结果进行了比较分析。模拟结果显示:青藏高原及文中研究区域内高海拔地形蓄积的重力位能和块体间的相互作用是控制区内主要活动断裂现今滑动速率、各Ⅱ级活动块体运动性质和地壳内应变能积累速率的主要动力学因素。     

断层几何障碍与地震的发生和发展——以剑川-洱源伸展带为例

本文应用几何障碍的概念,对剑川-洱源伸展构造带的几何结构、1982年至1986年沿构造带的地震活动及其相互之间的关系进行了分析研究和数值模拟,结果表明:现代构造带的几何障碍是可能的潜在震源区;构造几何结构、障碍的规模、应变能积累三者之间有着一一对应的关系;障碍点之间存在相互作用,它们具有导致地震破裂发生和阻碍破裂发展的双重属性,从而控制着地震的孕育和迁移     

具有割缝的大理岩试件破坏过程的有限元模拟

本文使用应变软化的弹塑性本构模型,用有限元方法对具有中心斜割缝的岩石试件在轴压下的破坏过程进行了数值模拟。得到了与实验观察相当一致的结果:在割线端部附近,首先发生张破裂,裂纹的扩张是逐渐地弯向试件的轴线方向,并变为稳定的。随着轴向压力增加,在张裂纹的相反方向上出现共轭的剪破裂。这些现象与割缝顶端附近材料的应变软化性质有关。说明所采用的有限元方法是研究岩石材料破裂过程的一种可行的方法。     

川东北双庙场构造嘉二段储层综合预测

双庙场构造嘉二段储层以白云岩储层为主;白云岩储层物性较好,主要为裂缝-孔隙型储层,储集空间主要为晶间溶孔、裂缝.文中根据构造应力场理论、地震波频率衰减及裂缝检测理论,运用构造应力场数值模拟分析、裂缝各向异性属性分析、FVO分析、叠前弹性波阻抗反演及衰减属性分析等方法,充分利用现有的地质、钻井、测井资料和叠前、叠后地震数据,对双庙场构造嘉二段储层开展联合预测,搞清了裂缝发育与地层岩性、应力分布以及构造发育之间的关系,明确了裂缝的走向、密度及白云岩有利储层发育部位,预测了有利储层的分布范围.实际资料应用表明,用该套方法识别裂缝-孔隙型储层是有效和可靠的,可以检测出有利的储层发育带.     

成层非均匀地壳中应变能密度场时空分布的动态模拟研究.

通过对坚固体孕震模型应变能密度场动态变化的模拟研究,对地震孕育过程、初始破裂、始裂条件和破裂的传播方向等问题取得了进一步的认识．结果表明:孕震过程初期,软弱体部位应变能密度水平很高,但在孕震过程后期,其应变能密度增量水平变小,坚固体及其与直立断层交汇部位的应变能密度增量迅速变大,成为应变能密度增量最大的地方,从而使弹性模量比较大的坚固体与直立断层交汇处成为最先破裂发震的部位．破裂在直立断层端部的坚固体内沿着与断层成近于直交的方向传播,这样,理论上确定的破裂方向与实际计算的破裂方向得到了很好的统一．      

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.     

储层岩石应力裂缝演化的逐级连通模型及意义

以温压组合条件模拟地层埋深状态,对16块储层砂岩进行了三轴压缩试验,并对试件中不同尺度的应力裂缝(stress-induced cracks)进行了宏、微观相结合的研究,观察统计了裂缝的长度、方向、密度等几何参数的变化.结果表明:应力裂缝的形态特征与岩石变形时的温、压组合条件之间存在着相关关系;当外加载荷不超过岩石抗压强度的50%时,数量有限的微裂缝都是尺度与岩石颗粒相当的粒内或粒间裂缝;穿粒裂缝仅出现在80%峰值应力以上的应力区间中,且主要由粒内裂缝连通形成,随着穿粒裂缝尺度的增大,裂面与σ_1方向夹角在统计分布上有增大趋势,并逐级趋于未来的宏观破裂角;65℃、75 MPa 以上的温、压组合条件下,试件中最终形成的宏观裂面上皆以反阶步为特征.基于以上结果,本文建立了微裂缝演化的逐级连通模型,为复杂的构造应力裂缝预测工作,提供了一条新的思路.     

一种基于3D复杂介质的弹性建模数值方法

储层中的裂隙会导致介质表现出各向异性.传统等效介质方法假定储层可以被等效成为横向各向同性介质,不适用于复杂裂缝储层的弹性等效建模和各向异性特征分析.本文在前人研究基础上,利用最小二乘方法开展3D复杂裂隙弹性等效数值模拟研究,并与常规等效介质理论方法进行比较,验证数值方法的精确性.数值方法不仅能有效避免Hudson理论和Eshelby-Cheng理论等解析方法在大裂隙密度条件下的参数估计误差,而且兼顾裂隙扰动作用对等效介质参数的影响.数值研究表明,数值方法能够较好地描述复杂裂缝介质的各向异性特征,为复杂裂缝储层地震波各向异性参数反演提供依据.     

Damage Tensor Analysis on Regional Seismic Status

INTRODUCTIONThe introductiontothe damage variable was made originally by Kachanov (1958) and Rabotnov(1963) .As a factor of deterioration in material or rock,damage develops with the changing of loadand environment . The damage variable describes the characteristics of material in the stage frommicrofissure generationto macrofracture formation.Grady and Kipp (1980) loaded oil shale at a constant strainrate andits damage degreeincreasedrapidly. Whenthe load reachedits utmost ,collapse occ…     

龙门山断裂带测区古构造残余应力随深度分布及带中残余能量

以岩体正交异性弹性理论为基础，用Ｘ射线法，在龙门山断裂带测区，选取３个小区深钻孔系列的岩心，测量了岩体中宏观残余应力场的水平和铅直三维主分量、水平和铅直最大剪应力，及其应变能密度随深度的分布，分析了它们沿深度的分布规律，估算了该断裂带岩体中储存的宏观残余弹性应变能的量级     

应变能积累在地震安全性评价中的应用探讨

理论及实验研究显示,震源区的位置和最大震级不仅可能与构造和历史有关,更重要的是与应力状态包括其方向、大小、增加速率、集中位置等以及岩体自身性质,包括其强度、杨氏模量、应变大小及增长速率、裂缝(断层)大小和数量等有关,同时与作用方式有关.综合考虑各种因素,探讨了利用应变能积累确定强震位置和震级的方法:首先对利用形变空间特征变化判断强震震源区位置的方法进行了讨论;接着着重提出估算应变能的初步方法:一是由地表裂缝最大错距和裂缝(断层)长度比估算地震释放能量;二是由新构造运动分区块体体积、年平均应变速率及杨氏模量估算块体应变能积累;进而依据能量估算地震震级;最后以实例论述了应变能积累过程及特点对地震安全性评价的重要作用.     

红河断裂带测区古构造残余应力随深度分布X射线测量

以岩体正交各向异性弹性理论为基础,用X射线衍射法,在红河断裂带测区,选用12个大口径钻孔用金刚石钻头钻取的岩芯,测量了岩体中三维宏观残余应力和微观残余应力及其弹性应变能密度随深度的分布,分析了它们沿深度的分布规律。     

低速体与深浅断裂共同孕震过程的数值模拟初步研究

利用含劈节点黏弹性三维有限单元计算方法 ,对由地球物理探测结果提出的华北地区强震孕育物理模型进行了数值模拟分析 ,进而 ,在利用GPS资料反演计算首都圈地区断裂活动性的基础上 ,对首都圈三维区域应力场和能量的演化进行了模拟计算 ,并提出了强震危险区和震级上限预测意见     

LNAPL Volume Calculation: Parameter Estimation by Nonlinear Regression of Saturation Profiles

An estimation of the volume of light nonaqueous phase liquids (LNAPL) is often required during site assessment, remedial design, or litigation. LNAPL volume can be estimated by a strictly empirical approach whereby core samples, distributed throughout the vertical and lateral extent of LNAPL, are analyzed for LNAPL content, and these data are then integrated to compute a volume. Alternatively, if the LNAPL has obtained vertical equilibrium, the thickness of LNAPL in monitoring wells can be used to calculate of LNAPL in monitoring wells can be used to calculate LNAPL volume at the well locations if appropriate soil and LNAPL properties can be estimated.
A method is described for estimating key soil and LNAPL properties by nonlinear regression of vertical profiles of LNAPL saturation. The methods is relatively fast, cost effective, and amenable to quantitative analysis of uncertainty. Optionally, the method allows statistical determination of best-fit values for the Van Genuchten capillary parameters (n, α_oil-water and α_oil-air), residual water saturation and ANAPL density. The sensitivity of the method was investigated by fitting field LNAPL saturation profiles and then determining the variation in misfit (mean square residual) as a function of parameter value for each parameter. Using field data from a sandy aquifer, the fitting statistics were found to be highly sensitive to LNAPL density, α_oil-water and α_oil-air moderately sensitive to the Van Genuchten n value, and weakly sensitive to residual water saturation. The regression analysis also provides information that can be used to estimate uncertainty in the estimated parameters, which can then be used to estimate uncertainty in calculated values of specific volume.     

Gravitational energy of core evolution: implications for thermal history and geodynamo power

Using density–pressure relationships for mantle silicate and core alloy closely matching PREM we have constructed six models of the Earth in different evolutionary states. Gravitational energies and elastic strain energies are calculated for models with homogeneous composition, separated mantle and liquid core, separated inner and outer cores with the inner core either liquid or solid and models with increased densities, representing cooling of either the mantle or core. In this way we have isolated the gravitational energy released by each of several evolutionary processes and subtracted the consequent increase in strain energy to obtain the net energy released as heat or geodynamo power. Radiogenic heat (∼7.8×10³⁰ J) is found to contribute only about 25% of the total heat budget, the balance originating as residual gravitational energy from the original accretion and from core separation (14×10³⁰ J). The total energy of compositional convection, driven by inner core formation, is 3.68×10²⁸ J and this is the most important (or even the only) energy source for the dynamo for the most recent 2 billion years. It appears unlikely that the inner core existed much before that time. The total net (gravitational minus strain) energy released in the core by the process of inner core formation, 11.92×10²⁸ J, is not much less than the thermal energy released in this process, 15.1×10²⁸ J. In the mantle the net (gravitational minus strain) energy released by thermal contraction is about 20% of the heat release. All of the numerical results are presented in a manner that allows simple rescaling to any revised density estimates.     

临夏台钻孔系统性质的论证

对中国临夏台2013年至2014年两年的井水位和四分量钻孔应变资料进行了预处理以消除趋势与突跳.根据文献(Means,1982;Young and Budynas,2005),相互正交的两条测线的应变观测值之和等于面应变.文献(刘序俨等,1988)证明近地表的面应变的2/3等于体应变,因此,可由4分量钻孔应变观测值得到钻孔体应变,然后根据体应变与井水位观测资料,从时域和频域对该钻孔系统的性质进行了论证.结果表明,在时域,体应变与井水位高度负相关.钻孔系统的灵敏度为—0.1620mm/10-9.把两年中的某两个月份的两者时间坐标轴和纵轴比例尺放大,发现井水位曲线的峰/谷与体应变观测曲线的谷/峰一一对应,两者的相位滞后非常小.在频域内,本文采用Venedikov调和分析方法分别取得了井水位与体应变9个月的半日波与全日波数个波群的逐月潮汐因子与相位滞后,然后作简单计算,得到了钻孔系统对上述波群的灵敏度与相位滞后.结果表明9个月中大多数波群的灵敏度不但十分相近,且非常接近由时域得到的周年频率分量的灵敏度,但相位滞后误差较大,本文对此进行了分析,认为由反正切得到的相位滞后受计算误差影响较大,应以时域经审视所得的相位滞后接近于零为准.通过时域与频域的分析,表明井水位对体应变的响应基本是线性时不变的,论证了临夏台钻孔系统基本上满足了叠加性、齐次性与时不变性,基本上为一线性时不变系统.     

海城地震孕育的地球物理环境的讨论

根据海城地震余震的空间分布特征，震后地震裂缝分布和形变测量结果，结合震区的地球物理探测资料，对海城地震孕育的地球物理环境做了讨论。