相对渗透率对部分饱和裂隙岩石中横波频变各向异性的影响

地震波在含裂隙岩石内传播时，很大程度上会受到裂隙系统与其内的流体所影响.本文在Chapman提出的频变各向异性理论的基础上，研究气水两相流体受频率影响的程度.不同于许多局限于单一流体假设的频变各向异性理论研究，本文着重于两相流体部分饱和的情况.因此计算频变各向异性弹性常数尤为重要，本文考虑了气水两相的相对渗透率对横波速度及其衰减的影响，并引入了基于分形理论的相对渗透率模型.首先研究在不同分形维数的情况下，气水两相相对渗透率随含水饱和度的变化趋势，并且随着该变化对有效流体迁移率的影响.气体的相对渗透率与分形维数成正比例关系，而水的相对渗透率与分形维数成反比例关系.随后根据数值算例计算双相不混溶流体饱和裂隙岩石频变各向异性弹性模量的方程，得到横波速度及横波衰减，对比分析相对渗透率及分形维数的变化对横波速度和横波衰减的影响．根据算例结果可知，在不同频率下，相对渗透率对横波速度和横波衰减的影响程度不同，在中频时最大．引入不同的相对渗透率模型，能在中频时观察到其对横波速度和衰减的不同影响．     

不同压力下部分饱和砂岩纵波衰减的理论及实验研究

深入了解不同压力、频率、流体含量和流体分布对岩石中弹性波传播特性的影响,对指导油气勘探开发具有重要意义.不同尺度下的波致流效应,是声波传播过程中产生速度频散和衰减的重要原因.本文以不同压力下水饱和区域改进的骨架模量为纽带,建立了联合介观尺度斑块饱和效应与微观尺度喷射流效应的部分饱和岩石声学理论模型.开展针对性声学实验,根据不同压力下部分饱和砂岩纵波速度测量数据,确定理论模型中的相关参数,从而实现对不同压力下部分饱和岩石纵波衰减的定量表征.在此基础上,通过理论与实验测量的纵波衰减的对比,分析不同压力、含水饱和度以及频率对岩石纵波衰减的影响.研究结果表明,在较低压力,较高含水饱和度以及较高频段,喷射流效应较强,因此新建模型计算的衰减明显大于斑块饱和模型的衰减.由于新建模型体现了斑块饱和效应与喷射流效应的综合影响,相比于斑块饱和模型,新建模型计算的部分饱和岩石的纵波衰减更接近于实测衰减,但受到岩石自身因素影响,新建模型计算的衰减仍略小于实测衰减.

     

岩石物理弹性参数规律研究

根据辽东湾凹陷某区在地层条件和不同流体相态(气饱和、水饱和等)下岩石纵波速度、横波速度及密度等岩心测试数据,以及岩石矿物成分、孔隙度等常规岩心分析数据,统计分析了岩石弹性参数变化规律.采用有效流体模型、斑块饱和模型进行了纵、横波速度理论计算,并和实验测量结果比较,认为高孔、高渗岩石可以看作有效流体模型,低孔、低渗岩石更接近斑块饱和模型.这些规律和认识对于指导储层预测和油气检测及地震振幅综合解释有重要的意义.     

部分饱和岩石的黏弹性Chapman-Kelvin模型的正演模拟方法研究

在讨论地震波传播理论时, 大部分情况下是把地震波看作弹性波.事实上, 地下介质是非完全弹性介质, 这使得传统的均匀、完全弹性介质理论受到了严重挑战.地震波在裂隙岩石中传播受裂隙系统和流体含量的影响较大, 以往许多关于频变各向异性的理论大多局限于单相流体假设, 但是几乎所有储层中通常被一种以上的流体部分饱和或完全饱和.本文在Chapman理论基础上, 提出了基于部分饱和的黏弹性Chapman-Kelvin模型的正演模拟新方法, 以提高对部分饱和岩石的黏弹性地震波频变各向异性的认识.该方法基于Chapman和Kelvin理论模型, 计算了双相不混溶流体饱和裂隙岩石中的黏弹性波频变各向异性弹性系数的表达式, 提出包含喷射流和斑块效应的统一地震波传播的黏弹性Chapman-Kelvin新模型.通过对新模型进行数值试验, 讨论了无裂缝和存在裂缝两种情况下, 含裂隙储层部分饱和岩石中耦合的喷射流和斑块效应对黏弹性介质频变各向异性的影响.试验结果反映出黏弹性介质下地震波频变各向异性的变化规律, 验证了本文提出的新方法和新模型正确.本文将黏弹性介质各向异性与裂缝中的流体流动参数相联系, 有利于提高对含裂缝储层部分饱和岩石的黏弹性波频变地震各向异性的认识, 以及地震学与油藏工程的结合程度.

     

油水饱和泥质砂岩流动电位的频散特性

油水饱和泥质砂岩中流动电位的研究对于揭示含油储层震电勘探和动电测井的机理有着重要的意义.本文首先从岩石孔隙的微观结构出发,构造了描述水润湿条件下油水饱和泥质砂岩储层的毛管模型.在模型中依据油水流动遵守的Navier-Stokes方程和电化学传质动力学理论,建立了描述油水饱和泥质砂岩流动电位的数学方程,并数学模拟了岩石储渗参数对流动电位频散特性的影响规律.研究结果表明:储层孔隙内流体受到的粘滞力与惯性力控制着水相和油相的流动,从而决定了流动电位的频散特性.随着孔隙度的增大,油水两相各自的有效渗透率均增大;而含水饱和度的升高使得水相有效渗透率增大,油相有效渗透率减小.在水润湿条件下,流动电位耦合系数随含水饱和度升高而增大,随束缚水饱和度的升高而减小.另外,流动电位相对耦合系数也随含水饱和度的升高而增大,但无频散现象.     

含流体孔隙介质中面波的传播特性及应用

基于单相介质中地震波理论的高频面波法已广泛应用于求取浅地表S波的速度.然而水文地质条件表明, 普遍的浅地表地球介质富含孔隙.孔隙中充填的流体会显著地影响面波在浅地表的传播, 进而造成频散和衰减的变化.本文研究了地震勘探频段内针对含流体孔隙介质边界条件的面波的传播特性.孔隙流体在自由表面存在完全疏通、完全闭合以及部分疏通的情况.孔隙单一流体饱和时, 任何流体边界条件下存在R1模式波, 与弹性介质中的 Rayleigh 波类似, 相速度稍小于S波并在地震记录中显示强振幅.由于介质的内在衰减, R1在均匀半空间中也存在频散, 相速度和衰减在不同流体边界下存在差异.Biot 固流耦合系数(孔隙流体黏滞度与骨架渗透率之比)控制频散的特征频率, 高耦合系数会在地震勘探频带内明显消除这种差异.介质的迂曲度等其他物性参数对不同流体边界下的R1波的影响也有不同的敏感度.完全闭合和部分疏通流体边界下存在R2模式波, 相速度略低于慢P波.在多数条件下, 如慢P波在时频响应中难以观察到.但是在耦合系数较低时会显现, 一定条件下甚至会以非物理波形式接收R1波的辐射, 显示强振幅.浅表风化层低速带存在, 震源激发时的运动会显著影响面波的传播.对于接收点径向运动会造成面波的 Doppler 频移, 横向运动会造成面波的时频畸变.孔隙存在多相流体时, 中观尺度下不均匀斑块饱和能很好地解释体波在地震频带内的衰减.快P波受到斑块饱和显著影响, R1波与快P波有更明显关联, 与完全饱和模型中不同, 也更易于等效模型建立.频散特征频率受孔隙空间不同流体成分比例变化的控制, 为面波方法探测浅地表流体分布与迁移提供可能性.通常情况孔隙介质频散特征频率较高, 标准线性黏弹性固体可以在相对低频的地震勘探频带内等效表征孔隙介质中R1波的传播特征, 特别在时域, 可在面波成像反演建模中应用.     

地震波在孔隙介质中低频衰减现象的粘弹性特征分析及近似（英文）

由于介观尺度的孔隙流体流动,弹性波传播过孔隙岩层时在地震频段表现出较强的频散和衰减。Johnson理论给出了在任意孔隙形状的条件下,部分气水饱和孔隙介质的理论相速度和品质因子的解析解。本文在Johnson模型的基础上,通过对Q值曲线的低频和高频近似,推导了Q值曲线的近似公式,以及基于孔隙介质基本地球物理参数和孔隙斑块几何形态参数T和比表面积S/V的最大衰减Qmin近似公式。通过与理论值的对比,对Qmin近似公式存在的线性误差进行改正,进一步提高了精度。复杂的斑块形态对最大衰减Qmin和过渡频率ftr的都产生一定影响,且对ftr影响更大。因为数值模拟直接求解介观尺度的Biot孔隙介质方程需要极大的计算量,我们使用Zener模型建立了等效粘弹模型,有效地模拟了地震频带内的衰减和频散现象。     

含流体致密砂岩的纵波频散及衰减:基于双重双重孔隙结构模型描述的特征分析

致密砂岩普遍具有低孔、低渗及微裂缝发育的地质特征,并且呈现出很强的非均匀性.致密砂岩储层与常规砂岩储层比较,具有明显的岩石物理性质、渗流力学性质方面的差异.致密砂岩内部的非均匀性对弹性波频散、衰减有显著影响,其中包括孔隙结构的非均匀性,即岩石内部孔隙参数的不均一性,以及孔隙内部不相混溶流体的非均匀分布;此外,非均匀性的尺度也决定了波出现显著频散与衰减的频段.综合考虑致密砂岩孔隙结构非均匀性及流体斑块状饱和的非均匀性,本文采用双双重孔隙介质结构模拟了致密砂岩的弹性波响应,分析了同时具备两类非均质性岩石中的波传播特征.调查分析了两组分别来自中国鄂尔多斯盆地苏里格气田及四川盆地广安气田的不同类型致密砂岩储层的岩芯超声波实验数据,给出了岩石样本的弹性波速度频散与衰减曲线.结果显示理论模型预测结果与完全饱和、部分饱和岩石的实验数据吻合良好.对两个地区致密砂岩岩芯数据进行对比分析,苏里格致密砂岩样本总体上比广安致密砂岩渗透率高,在各孔隙度范围内,特征模拟显示苏里格样本的裂隙尺寸明显大于广安样本.广安致密砂岩在低孔隙度范围内发育了更多、更小的颗粒裂隙/接触.致密砂岩的速度频散与衰减结果受流体黏度、晶体破裂及流体斑块状饱和的共同影响.此外,孔隙度越大,部分饱和岩石中斑块状饱和机制对总衰减的贡献越低,与之相对,结构非均质性所占的比重则有所增强.     

基于BISQ机制三维双相正交裂隙各向异性介质衰减及频散方位特性研究

对于复杂裂隙介质,双相各向异性介质模型更能真实地反映实际地层特征.本文基于BISQ机制推导了三维双相各向异性介质的频散方程,给出了用于确定相速度和逆品质因子的波数方程及其表达式,研究了固体骨架各向异性、固流耦合效应各向异性、渗透率各向异性对衰减及频散的影响,并对频散和衰减的方位特性进行了分析,为预测储层流体的存在、分布以及孔隙结构提供有力的理论依据,使得多方位储层地球物理参数联合反演具有可行性.     

利用含可控裂缝人工岩样研究裂缝密度对各向异性的影响

利用新方法制作出含可控裂缝的双孔隙人工砂岩物理模型,具有与天然岩石更为接近的矿物成分、孔隙结构和胶结方式,其中裂缝密度、裂缝尺寸和裂缝张开度等裂缝参数可以控制以得到实验所需要的裂缝参数,岩样具有真实的孔隙和裂缝空间并可以在不同饱和流体状态下研究流体性质对于裂缝介质性质的影响.本次实验制作出一组具有不同裂缝密度的含裂缝人工岩样,对岩样利用SEM扫描电镜分析可以看到真实的孔隙结构和符合我们要求的裂缝参数,岩样被加工成八面棱柱以测量不同方向上弹性波传播的速度,用0.5 MHz的换能器使用透射法测量在饱和空气和饱和水条件下各个样品不同方向上的纵横波速度,并得出纵横波速度、横波分裂系数和纵横波各向异性强度受裂缝密度和饱和流体的影响.研究发现流体对于纵波速度和纵波各向异性强度的影响较强,而横波速度、横波分裂系数和横波各向异性强度受饱和流体的影响不大,但是对裂缝密度的变化更敏感.     

流体饱和孔隙定向裂缝储层中地震波衰减的模拟分析

在含有定向排列裂缝组的多孔岩石地层中,特别是碳酸盐岩储集层,弹性波的传播和衰减,因受诸如裂缝闭合、尺寸、及其填充的流体和走向等因素影响,具有各向异性特征。在本次研究中,我们采用了基于Chapman等效介质模型,利用数值实验方法研究了这类储层中P波传播特性诸如速度、衰减和横波分裂等各向异性随频率和方位的变化规律。模拟结果表明,当一组裂缝闭合与张开时随方位变化的速度、衰减和各向异性是有所不同的。随方位变化衰减最小值或P波速度最大值与张开裂缝的走向趋于一致,闭合裂缝的P波速度大于张开裂缝,而衰减和各向异性则张开裂缝的大于闭合裂缝;不同尺度裂缝,速度的最大值和衰减最小值与裂缝组平均方位对应,小尺度裂缝对波的传播有小的影响,方位依赖的各向异性相比其他裂缝属性有更小的影响;裂缝密度对P波速度、衰减和各向异性有更大的影响,而衰减比速度和各向异性更敏感裂缝尺寸;在地震勘探频段油、气饱和的衰减与盐水饱和不同,充填油和气随方位变化值比较低。两组裂缝有相同的密度,快横波偏振方位线性的决定于一组裂缝的方位。     

含黏滞流体各向异性孔隙介质中弹性波的频散和衰减

基于Biot理论,考虑液相的黏弹性变形和固液相接触面上的相对扭转,提出了含黏滞流体VTI孔隙介质模型.从理论上推导出,在该模型中除存在快P波、慢P波、SV波、SH波以外,还将存在两种新横波－慢SV波和慢SH波.数值模拟分析了6种弹性波的相速度、衰减、液固相振幅比随孔隙度、频率的变化规律以及快P波、快SV波的衰减随流体性质、渗透率、入射角的变化规律.结果表明慢SV波和慢SH波主要在液相中传播,高频高孔隙度时,速度较高;大角度入射时,快P波衰减表现出明显的各向异性,而快SV波的衰减则基本不变;储层纵向和横向渗透率存在差异时,快SV波衰减大的方向渗透率高.     

Biot耦合模式波的动力学特征

通过数值计算重点论述了低频务件下介质不同区域(弹性区、粘性区、孔隙区(被流体充填或不充填))对波传播的作用，分析了在均匀的、完全各向同性介质中Blot耦合模式波在低频条件下的特点。发现：(1)慢纵波相速度存在临界孔隙度现象，临界孔隙度是慢纵波相速度的盲点。(2)低频、高孔隙度条件更有利于慢纵波的观测。(3)低频条件下，快纵波、横波相速度与渗透率无关；而快纵波、横波损耗因子受渗透率影响较大。     

基于约束条件横波速度反演和流体替代

依据辽东湾地区一组在地层条件和不同流体相态下（气饱和与水饱和）实验室测定的岩石纵波速度、横波速度及密度等数据,讨论Gassmann方程在横波速度反演和流体替代方面的应用效果,指出岩石骨架剪切模量和体积模量估算精度是影响纵波、横波速度预测精度的关键因素之一,提出基于约束条件横波速度反演和流体替代方法,速度预测精度的改善十分明显.     

油水两相饱和储层中平面震电波场响应特性

现有的孔隙介质震电理论缺乏针对含油储层震电耦合的数学模型及定量模拟,制约了该方法在含油储层中的推广应用.本文将非饱和孔隙介质中弹性波动理论与含油储层中动电耦合理论及麦克斯韦电磁理论相结合,建立了描述油水两相饱和储层中震电耦合波的数学方法,定量模拟了含油储层中平面震电波场响应特性,并探讨了储层参数对震电波场响应的影响.研究结果表明:油水两相饱和储层中震电耦合产生四种震电耦合波,震电横波、震电纵波P1、P2和P3波;震电波场响应具有频散特性,频率增大,震电纵波P2和P3波传播速度显著增大,震电波衰减常数均增大;相同频率下,震电纵波P2波电场强度及电流密度与固相速度比值的模值相比其它三种震电波的均较大,说明其激发电场和电流能力较强;震电波场响应受到宏观储渗参数的影响,储层孔隙度增大,震电波的传播速度均减小,三种震电纵波的衰减常数均增大,且震电横波和震电纵波P1波的电场强度与固相速度比值的模值均增大,震电纵波P2和P3波的均减小;储层渗透率增大,震电波的传播速度均增大,震电横波的衰减常数、电场强度与固相速度比值的模值亦增大,而三种震电纵波的则相反;含水饱和度增大,震电横波、震电纵波P1(低频时)和P2波的传播速度均减小,衰减常数、电场强度及电流密度与固相速度比值的模值均增大,震电纵波P3波的则相反;震电波响应电场强度及电流密度与固相速度比值的相位在高频时出现频散现象,同样受到储层参数的影响.     

地震各向异性流体检测技术在胜利油田垦71井区的应用(英文)

根据Chapman理论模型,在各向异性介质(如HTI介质)中,当入射角在0-45。范围内,慢横波会发生较大的衰减和频散,且对流体粘度敏感,而P波和快横波则比较小。对于沿裂隙法向传播的慢横波,其振幅受流体影响很大。因此,在P波响应对流体不敏感的情况下,可利用慢横波来获得裂隙型油气藏的流体信息。本文分析了胜利油田垦71地区三维三分量地震数据,检测出的慢横波振幅和旅行时异常与该区的测井资料十分吻合。分析结果还发现,与含油区相比,含水区会产生更高的横波分裂。在含水区,慢横波振幅会产生明显变化,而在含油区则几乎没有变化。     

砂岩样品的震电效应实验研究（英文）

地震波场和电磁场耦合产生的震电效应与储层物性参数有关,含流体孔隙介质中震电效应的研究有助于更好的描述储层特性。本文我们对饱和砂岩样品中的震电效应进行了实验研究,构建了一套震电测量装置。利用此测量装置记录了在声波激励下砂岩样品中产生的震电转换信号,观测得到了砂岩界面产生的震电信号的衰减特性,在此基础上进一步研究了震电信号与砂岩物理参数之间的关系。在震电效应的实验中发现尽量减小参考电位与震电信号扰动区的基准电位之间的电位差是保证震电实验测量精确性的关键点,能够显著提高震电信号的可探测性。震电测量结果证实了地震波在含流体孔隙介质中传播时,能诱导震电耦合,同时给出了震电界面响应的特点。震电信号振幅随着波源与岩样距离的增加呈线性衰减,随着接收电极与岩样界面距离的增加呈指数衰减。不同渗透率砂岩样品中产生的震电响应结果表明震电响应的强弱与样品渗透率成正相关,震电效应可以作为研究储层渗透率的一种新方法。     

水饱和裂纹对地壳岩样中地震波速及各向异性的影响

选择４种地壳岩石样品,经干燥或水饱和处理后在不同围压条件下测量了在其中传播的纵、横波的速度及其各向异性．在大气压条件下低孔隙度(＜１％岩样中,水饱和样品中的纵波速度明显地比干燥样品中的高,但横波速度的差别不大．因为在低孔隙度岩样中纵波速度对孔隙流体的反应比横波速度敏感,可以用泊松比的变化来反映随着围压的增加晶粒间流体对弹性波传播特性的影响．根据实验数据,按Ｏ’Ｃｏｎｎｅｌｌ模型分别计算了干燥和水饱和岩样中的裂纹密度,与通过实测体应变曲线得到的裂纹孔隙度十分吻合．利用横波的速度和偏振特性可以推断岩样中定向排列微裂纹的空间取向情况．研究表明,同时测量在岩样中传播的纵、横波的速度,通过Ｖｐ／Ｖｓ比值可以给出有关颗粒边界流体的证据,也可以估计岩样中的裂纹密度．     

煤储层分形孔隙结构中流体运移格子Boltzmann模拟

耦合理论模型与数值模拟方法,详细分析了煤储层孔隙结构分形特征对煤层气运移的控制作用．首先,采用Menger海绵体构造思想模拟了三维煤岩介质的非线性孔隙结构;随后,借助多孔介质渗透率的串联,并联模式预测模型,推导出分形多孔介质渗透率同孔径分布特征之间的关系,并采用格子波尔兹曼方法验证了其有效性．基于耦合方法,系统分析了分形多孔介质孔隙度仍孔隙结构分形维数仇,孔径范围[rmm,rmax]等参数对其渗透率椭影响,结果表明：①最大孔径rmax形成的通道主宰k,呈近2次方关系;②最大孔径同最小孔径比越大,渗透率越高;③D。与x2_间呈负幂乘关系,并表现出分段特征,拐点为Db=2．5附近．综合以上分析结果,推演出分形多孔介质渗透率预测模型为盯=Cyr n/max其中C为常量,F／为接近2的常量,．厂是同孔隙结构信息相关的表达式．最后,本文还讨论了Db=2时,本文预测模型与Kozeny和Carman模型r=-Cr2的等效性．     

基于White层状模型的流度响应特征分析与反演方法

流度是指某相流体有效渗透率与流体黏度的比值, 反映了储层岩石骨架中孔隙结构的渗透性和孔隙流体的黏度的共同作用.目前, 有关流度的研究主要集中在流度属性的计算等方面, 然而基于岩石物理模型来探讨流度对地震波频散衰减特征的影响以及流度的反演方法研究较少.注意到, 在White层状斑块饱和模型中, 频散衰减方程建立了流度与相速度和逆品质因子之间的关系.基于此模型, 首先针对两种砂岩储层及两种含气饱和度, 应用数值模拟研究了流度对地震波频散衰减特征的影响.其次, 提出了利用粒子群算法和速度频散数据进行流度反演的方法.最后, 苏里格岩心实测速度频散数据的反演应用验证了反演方法的有效性与准确性.结果表明: 流度的变化对纵波的频散衰减影响显著.一般来说, 在疏松高孔、含气饱和度较低的砂岩储层中, 流度对地震响应特征的影响更为显著.应用于实际资料的反演结果验证了反演方法可靠稳定、收敛性好, 精度较高.上述研究为流度的岩石物理反演提供了理论依据和新的技术思路.