龙马溪组页岩微观结构、地震岩石物理特征与建模

龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一. 由于岩石物理实验结果具有区域性, 龙马溪组页岩的岩石特征与其地震弹性性质的响应规律需要开展相关的实验和理论研究工作予以明确. 本研究基于系统的微观结构观察(扫描电镜和CT成像技术)和岩石物理实验来分析龙马溪组页岩样品地震弹性性质的变化规律, 并依据微观结构特征建立相应的地震岩石物理表征模型. 研究结果表明, 石英含量对龙马溪组页岩的孔隙度以及有机碳(TOC)含量具有一定的控制作用, TOC和黄铁矿主要赋存于孔隙中; 岩石骨架组成亦受控于石英或粘土含量, 在石英含量大于40%(对应粘土含量小于30%)时, 以石英、粘土共同作为岩石骨架, 而粘土含量大于30%时, 则以粘土作为岩石的骨架. 因此, 岩石骨架组成矿物、TOC含量、孔隙度共同制约龙马溪组页岩的地震弹性性质, 富有机质储层岩石通常表现出低泊松比、低阻抗和低杨氏模量的特征, 但由于支撑矿物的转换, 某些富有机质页岩亦可表现为高阻抗特征. 粘土矿物的定向排列仍然是造成页岩样品表现出各向异性的主要原因, 各向异性参数与粘土含量具有指数关系. 基于龙马溪组页岩的岩性特征及微观结构特征, 可以利用自洽模型(SCA)、微分等效模量模型(DEM)和Backus平均模型的有效组合较为准确地建立龙马溪组页岩的地震岩石物理模型, 实验结果和测井数据验证了模型的准确性.研究结果可为龙马溪组页岩气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据.     

页岩脆性评价岩石物理模型及地震预测

基于页岩低孔、特低渗的储层特征,自然状态下难以获得工业产能,在开采过程中通常需要采取水力压裂等增产改造措施,脆性指标可用于指示岩石易压裂区,因此我们将开展页岩储层脆性特征研究.本文基于扫描电镜及X射线衍射分析实验,对四川某地区龙马溪组岩石样本矿物组成及微观孔隙结构进行分析,结合岩石物理等效介质理论模型对实际岩石进行模拟.根据岩石物理模型构建了关于孔隙度、矿物组分对岩石地震属性及地质力学特性影响的岩石物理模板,分析模板可以得到岩石孔隙度、矿物组分对弹性性质与脆性特征的共同影响,并在此基础上得到了适用于该工区的储层脆性预测新公式.利用测井数据对岩石物理模板进行了对比验证,结果表明模板与测井数据吻合较好,结合地震数据对储层脆性进行了定量预测,对比实际产气结果显示,反演得到的脆性分布结果对储层产气情况具有较好的指示性.     

基于计算岩石物理方法的页岩储层弹性参数提取

发展了应用数值计算方法获取页岩储层的速度、各向异性参数的计算岩石物理系列方法.该系列方法包括了大尺度精细地质模型数值建模、计算网格尺度的地球物理建模和地震波数值模拟提取岩石物理弹性参数.本文方法利用储层的统计数据而不是具体岩心的测量数据,可获得储层岩石物理弹性参数的变化规律.相比于基于岩心测试的岩石物理方法,本文方法可精细考虑实际储层的非均匀特征,可得到岩心测试难以求取的与尺寸效应高度相关的弹性参数,也避免了求取弹性参数变化规律时获取不同地质特征岩心的困难.本文发展了计算岩石物理方法,为计算岩石物理面临的大尺度地质建模和计算能力限制问题提供了有效的解决方案.文中以胜利罗家的页岩储层为例,求得了储层TOC含量从3%到21%变化情况下储层的P波、S波速度以及各向异性参数变化规律.

     

湖相泥页岩层系富有机质形成与烃类富集——以长7为例

继海相页岩气之后,陆相页岩油成为中国非常规油气的重要勘探领域.但湖相泥页岩形成环境完全不同于海相页岩,导致有机质形成和储集体构成不同,其含油气性和烃类流动性也不同.本文以鄂尔多斯盆地延长组长7段页岩层系为例,剖析了湖相泥页岩形成过程中火山活动对古生产力、保存条件的影响,发现火山喷发之前发育藻类、细菌,而喷发之后,细菌数...     

鄂尔多斯盆地延长组页岩油储层岩石物理特征（英文）

鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段中低成熟度陆相页岩油储层是国内页岩油勘探开发的主力层位之一。为了查明研究区延长组7段陆相页岩的岩石物理特征及变化规律,开展了目标层段页岩油样品系统声学测试工作,本文结合X射线衍射分析、光学薄片以及扫描电镜（SEM）等分析手段,总结地震弹性性质变化规律。研究结果表明,延长组7段页岩油样品主要为岩屑长石砂岩,发育长石溶孔和粒间孔,分布广泛的微米级孔隙、喉道,孔隙度与渗透率呈正相关关系。样品速度受孔隙度和矿物组分的影响,速度随钙质含量增大而增大,随粘土含量增加减小,在相同的岩石结构情况下（石英骨架或粘土骨架）,与孔隙度+TOC含量成负相关。岩石弹性性质横向各向同性（T1介质）,黏土的定向排列方式控制岩石速度各向异性,TOC主要赋存于原生粒间孔隙中,对各向异性无贡献。研究结果可为延长组7段陆相页岩油储层的地震预测提供参考。     

岩石的临界孔隙度反演及横波预测(英文)

临界孔隙度模型是利用岩石的临界孔隙度来计算岩石骨架的弹性模量,岩石的临界孔隙度值受到很多因素的影响,而实际应用中通常无法获得准确的临界孔隙度值,只能选取经验临界孔隙度值,就会给岩石物理建模带来误差。本文提出了一种利用纵波速度反演岩石的临界孔隙度的方法,并且把它应用于横波预测中。实验室和测井数据应用结果表明本文提出的方法可以降低以往选取经验值带来的不确定性,并且能够为横波预测提供准确的临界孔隙度值,提高了横波预测的精度。     

龙马溪—五峰组富有机质页岩三维岩石物理模板分析及"甜点"预测

为识别四川盆地丁山区龙马溪—五峰组目的层富含页岩气的"甜点区",本文对页岩的有机碳含量、脆性、孔隙度及微裂隙等核心指标进行分析研究.对页岩展开岩石物性特征和岩石物理分析,结果显示"甜点区"具有TOC含量高、高孔隙度、低密度、脆性高(石英含量高)的特点,此外储层的拉梅常数和密度的乘积λρ分布范围是18～30 GPa·g·cm-3,泊松比v范围是0.18～0.22,剪切模量μ范围是13～18 GPa.根据储层的岩石物理特征,同时考虑孔隙度、裂隙纵横比和矿物组分对优质页岩敏感弹性参数的影响,采用等效嵌入体应力平均(EIAS)理论模型构建适合页岩气储层的三维岩石物理模板,进而预测储层的孔隙度、裂隙纵横比和石英矿物含量.基于测井数据,对构建的三维岩石物理模板进行校正,将校正后的模板应用到研究工区,选取过三口井的二维测线和三维区块,进行孔隙度、裂隙纵横比和石英矿物含量的定量预测.对比实际资料分析得出的优质页岩储层孔隙度预测范围与测井结果吻合较好,过三口井的目的层产气情况与预测结果一致性良好,目的层页岩具有高孔隙度、低裂隙纵横比和高石英含量的特征,可有效地指示优质页岩储层分布.     

成岩过程对五峰-龙马溪组页岩地震岩石物理特征的影响

五峰-龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的首选层位,而其地震岩石物理特征是利用地震方法进行"甜点"预测的重要基础之一,但对五峰-龙马溪组页岩地震弹性特征变化规律的研究并未考虑沉积、成岩过程的影响,致使相应的规律性认识缺乏地质意义.在对五峰-龙马溪组页岩样品系统声学测量基础上,分析了页岩样品地震弹性性质的变化规律.利用X射线衍射分析、扫描电镜（SEM）、阴极发光（CL）与能谱分析确定了五峰-龙马溪组页岩在不同沉积环境下的成岩过程,并讨论了成岩过程与地震弹性性质变化规律的因果关系.研究结果表明,页岩中有机质（TOC）受高热演化程度的影响,其密度通常高于1.4 g·cm^-3,并接近于有机碳密度上限1.6 g·cm^-3（石墨密度）.五峰-龙马溪组页岩地震弹性性质变化规律整体受沉积环境控制,沉积环境的差异形成不同的成岩过程,致使地震弹性特征也表现出不同的变化规律.表现在五峰-龙马溪页岩样品动态岩石物理特征主要受岩石结构控制（支撑颗粒弹性性质）,而孔隙度、TOC含量以及孔隙形状则为对地震弹性特征影响的次一级因素.五峰-龙马溪组页岩上段为浅水陆棚相,机械压实与化学压实（硅质胶结）为先后两个过程,造成样品表现出高的速度-孔隙度变化率、高速度比（泊松比）、高各向异性以及低TOC含量的特征.五峰-龙马溪组页岩下段为深水陆棚相,机械压实过程中同时伴有生物成因的硅质胶结,造成岩石样品表现出较高TOC含量与孔隙度、各向异性较弱以及较小的速度-孔隙度变化率.研究结果可为五峰-龙马溪页气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据.     

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.

     

基于岩石物理正演分析的低渗储层叠前反演方法研究

研究区位于珠江口盆地文昌坳陷珠三南大断裂下降盘附近,主力气组珠海组二段、三段储层为典型的低孔、低渗储层,储层孔隙结构复杂,非均质性强,纵波阻抗叠置,基于叠后数据的储层预测存在多解性.针对这一问题,本文深入剖析岩石物理建模全过程,在测井资料一致性处理基础上,选用改进的Xu-White模型建立能反映本区岩石物理特征的模型,准确地预测横波曲线、密度曲线等测井曲线,为叠前储层描述提供了可靠的基础资料;同时建立基于岩石物理建模的解释量版优选储层的敏感弹性参数,并结合叠前弹性反演技术提高了气层的识别精度,从而定性或半定量判断低孔渗砂岩储层的含气性,为气田的勘探与开发提供有力技术支撑.     

基于统计岩石物理模型的各向异性页岩储层参数反演

提出了各向异性页岩储层统计岩石物理反演方法.通过统计岩石物理模型建立储层物性参数与弹性参数的定量关系,使用测井数据及井中岩石物理反演结果作为先验信息,将地震阻抗数据定量解释为储层物性参数、各向异性参数的空间分布.反演过程在贝叶斯框架下求得储层参数的后验概率密度函数,并从中得到参数的最优估计值及其不确定性的定量描述.在此过程中综合考虑了岩石物理模型对复杂地下介质的描述偏差和地震数据中噪声对反演不确定性的影响.在求取最大后验概率过程中使用模拟退火优化粒子群算法以提高收敛速度和计算准确性.将统计岩石物理技术应用于龙马溪组页岩气储层,得到储层泥质含量、压实指数、孔隙度、裂缝密度等物性,以及各向异性参数的空间分布及相应的不确定性估计,为页岩气储层的定量描述提供依据.

     

基于页岩岩石物理等效模型的地应力预测方法研究

地应力的精确预测是对页岩地层进行水平井钻井轨迹设计和压裂的基础.本文在分析页岩构造特征的基础上, 提出了适用于页岩地层的岩石物理等效模型的建立流程, 并以此为基础实现了最小水平地应力的有效预测.首先, 通过分析页岩地层的矿物、孔隙、流体及各向异性特征, 将其等效为具有垂直对称轴的横向各向同性介质, 进行了页岩岩石物理等效模型的构建;然后建立了页岩地层纵横波速度经验公式, 并将该经验公式与岩石物理等效模型均应用于实际页岩工区的横波速度预测中, 二者对比表明, 本文中建立的页岩气岩石物理等效模型具有更高的横波预测精度, 验证了该模型的适用性;最后, 利用该模型计算各弹性刚度张量, 进而实现了页岩地层最小水平地应力的预测, 与各向同性模型估测结果对比表明, 该模型预测的最小水平地应力与地层瞬间闭合压力一致性更高, 且储层位置更为明显, 具有较高的实用性.     

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.

     

A rock physics model to map gross lithology using compaction

Differential compaction has long been used by seismic interpreters to infer subsurface geology using knowledge of the relative compaction of different types of sediments. We outline a method to infer the gross fraction of shale in an interval between two seismic horizons using sandstone and shale compaction laws. A key component of the method involves reconstruction of a smooth depositional horizon by interpolating decompacted thicknesses from well control. We derive analytic formulae for decompaction calculations using known porosity–stress relations and do not employ discrete layer iterative methods; these formulae were found to depend not only upon the gross fraction of shale but also on the clay content of the shales and the thickness of the interval. The relative merits of several interpolation options were explored, and found to depend upon the structural setting. The method was successfully applied to an oil sands project in Alberta, Canada.     

基于碳酸盐岩裂缝岩石物理模型的横波速度和各向异性参数预测

高角度缝隙充填的碳酸盐岩储层可以等效为具有水平对称轴的横向各向同性介质.本文提出了适用于裂缝型碳酸盐岩的岩石物理模型构建流程,重点介绍了在碳酸盐岩各向同性背景中,综合利用微小裂隙模型和线性滑动模型添加缝隙系统,并分析了当缝隙充填不同流体时,各向异性参数随纵横波速比的变化特征.同时本文讨论了裂缝密度和缝隙充填流体对地震反射系数的影响,推导了不同类型流体充填时储层反射系数与裂缝密度的近似关系式,阐述了各向异性流体替换理论,最终实现饱含流体碳酸盐岩裂缝储层的纵横波速度和各向异性参数的估测.选取某碳酸盐岩工区A井对该方法进行试算,结果表明基于碳酸盐岩裂缝岩石物理模型估算的纵横波速度值与测井值吻合较好,而且估测所得的各向异性参数值也能够较好地反映出裂缝储层位置.     

Rock physics model of tight oil siltstone for seismic prediction of brittleness

Tight oil siltstones are rocks with complex structure at pore scale and are characterized by low porosity and low permeability at macroscale. The production of tight oil siltstone reservoirs can be increased by hydraulic fracturing. For optimal fracking results, it is desirable to map the ability to fracture based on seismic data prior to fracturing. Brittleness is currently thought to be a key parameter for evaluating the ability to fracture. To link seismic information to the brittleness distribution, a rock physics model is required. Currently, there exists no commonly accepted rock physics model for tight oil siltstones. Based on the observed correlation between porosity and mineral composition and known microstructure of tight oil siltstone in Daqing oilfield of Songliao basin, we develop a rock physics model by combining the Voigt–Reuss–Hill average, self-consistent approximation and differential effective medium theory. This rock physics model allows us to explore the dependence of the brittleness on porosity, mineral composition, microcrack volume fraction and microcrack aspect ratio. The results show that, as quartz content increases and feldspar content decreases, Young's modulus tends to increase and Poisson ratio decreases. This is taken as a signature of higher brittleness. Using well log data and seismic inversion results, we demonstrate the versatility of the rock physics template for brittleness prediction.     

Test of rock physics models for prediction of seismic velocities in shallow unconsolidated sands: a well log data case‡

This paper tests the ability of various rock physics models to predict seismic velocities in shallow unconsolidated sands by comparing the estimates to P and S sonic logs collected in a shallow sand layer and ultrasonic laboratory data of an unconsolidated sand sample. The model fits are also evaluated with respect to the conventional model for unconsolidated sand. Our main approach is to use Hertz‐Mindlin and Walton contact theories, assuming different weight fractions of smooth and rough contact behaviours, to predict the elastic properties of the high porosity point. Using either the Hertz‐Mindlin or Walton theories with rough contact behaviour to define the high porosity endpoint gives an over‐prediction of the velocities. The P‐velocity is overpredicted by a factor of ～1.5 and the S‐velocity by a factor of ～1.8 for highly porous gas‐sand. The degree of misprediction decreases with increasing water saturation and porosity.Using the Hertz‐Mindlin theory with smooth contact behaviour or weighted Walton models gives a better fit to the data, although the data are best described using the Walton smooth model. To predict the properties at the lower porosities, the choice of bounding model attached to the Walton Smooth model controls the degree of fit to the data, where the Reuss bound best captures the porosity variations of dry and wet sands in this case since they are caused by depositional differences. The empirical models based on lab experiments on unconsolidated sand also fit the velocity data measured by sonic logs in situ, which gives improved confidence in using lab‐derived results.     

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.