各向异性介质储层数值模拟及波场特征研究

各向异性介质储层中波场特征的研究,有利于对多波资料的准确解释。在弹性波方程基础上,结合数值模拟技术与AVO技术,对多种介质模型和第二类含气砂岩储层模型进行数值模拟与波场特征描述。以表征介质各向异性程度的Thomsen参数为出发点,研究各参数对地震波场动力学和运动学特征的影响,并对第二类含气砂岩介质中模拟得到的正演记录,以及各向异性参数对波场的影响程度进行分析,进一步加深了对该类储层各向异性特征的认识,这为各向异性介质中的参数反演与地震资料解释提供了有力的参考依据。     

波场延拓法VSP正演模拟

波场延拓法模拟VSP,可以根据具体情况的需要同时对上、下行波场进行模拟,也可以只模拟上行波场或下行波场。对多次波能够有效地控制,通常在只关注一次波的情况下,可以不对多次波进行模拟。该方法相对其他波动方程正演模拟方法,有更高的计算效率。采用分步Fourier法延拓波场,既保证了延拓过程的稳定性,又不失较为复杂模型的模拟精度。模型试验表明,该方法能够有效地对VSP波场进行模拟,模拟的结果正确、可靠。     

弹性波正演模拟中PML吸收边界条件的改进

在弹性波有限差分正演模拟中, 完全匹配层(PML) 吸收边界条件是使用广泛、吸收效果最好的吸收边界条件.在目前的两种PML实现方法中, 分裂形式的完全匹配层(SPML) 方法计算存储量大、编程实现复杂; 非分裂形式的完全匹配层(NPML) 方法计算效率低、计算过程复杂.针对传统PML吸收边界条件在实现过程中存在的问题, 推导出了一种简洁有效的非卷积实现的NPML吸收边界条件, 既不需要对场分量进行分裂, 也不需要做复杂的卷积运算.分析结果表明, 本文实现的NPML吸收边界条件不仅具有良好的吸收衰减性能, 而且计算方程简单, 编程实现容易, 占有内存更小.      

基于波动方程正演模拟分析薄砂层含不同流体的AVO特征

塔河油田碎屑岩储层厚度较小,薄层AVO特征受薄层内多次波反射以及薄层调谐效应和频率滤波效应影响,导致薄层AVO特征与厚层AVO特征差异较大。为此,笔者设计了不同含油气性薄层砂体模型来进行波动方程正演模拟,得到了CRP道集记录,提取了目的层反射振幅,基于入射波振幅计算了反射系数,从而获得了薄层地震正演AVO曲线,分析了塔河油田碎屑岩储层含不同流体时的AVO特征,找出了实际地质条件下的含油气性与AVO属性特征的对应关系,以指导地震剖面上的含流体预测工作。     

P-SV波AVO响应特征影响因素分析

为了使响应特征更为明确,便于进行AVO分析和岩性参数的反演,这里针对P-SV波反射系数近似公式,分别对四个理论模型进行了定量计算,并与Zoeppritz方程精确解进行了精度对比分析。结果表明：当小角度入射时,近似公式有很高的近似精度。最后用四类AVO类型进行了P-SV波AVO正演,详细地分析了影响转换波AVO响应特征的根本因素,其主要对横波波阻抗最敏感,这对基于P～SV波的AVO反演精度的提高及多解性的降低具有重要的意义。     

碎屑岩储层模型的转换波正演模拟波场特征及其分辨率分析

基于东部某油田物性资料,建立典型碎屑岩储层模型,利用弹性波方程交错网格有限差分正演,对模型进行多波正演模拟。通过分析正演模拟的炮集记录、叠前偏移剖面以及振幅属性,总结了多波正演的波场特点及其分辨率。分析结果表明,转换波反射频率比纵波的低,能量随偏移距的增加而增加,零偏移距处能量为零;转换波在地层厚度为λ/4处发生调谐效应,调谐振幅属性变化规律与纵波变化规律一致;综合考虑该区纵波、转换波波速以及不同深度的纵波、转换波中心频率变化,可知在该区目标层深度转换波分辨率低于纵波分辨率。     

异常压力与AVO异常正演模拟

在建立正演压力模型的基础上,讨论了孔隙压力从异常低压递增到极限压力的过程中,在游离气饱和度为20％时,游离气在孔隙中分别以均匀分布和块状分布这二种情况存在,利用理论模型Biot—Geerstma—Smith方程分别算出纵波和转换横波的速度。然后分析异常压力的变化对P波、PS波反射系数的影响,以及由此产生的AVO异常,并且得出可以用AVO曲线来预测异常高压的结论。     

碳酸盐岩喀斯特溶洞和裂缝系统的地震模拟与预测

提出了有助于确定碳酸盐岩裂缝带和喀斯特溶洞系统空间分布的地震正演模拟和预测方法。地震正演方法包含两个关键步骤，一是利用弹性波动方程计算含缝洞介质的有效弹性参数，另一步骤是根据有效弹性参数构成的等效地质模型，用单程声学波动方程进行波场延拓。数值模拟和实际地震数据的例子说明，将地震正演剖面与地震偏移剖面相结合进行对比分析有可能识别和预测碳酸盐岩地层中的缝洞发育带。     

AVO技术新进展

这里主要介绍了第77届(2007)SEG年会上AVO技术的进展情况,主要涉及AVO分析方法新进展,AVO正演模拟技术,AVO处理和参数反演技术及应用实例等。其中,利用AVO反演弹性参数预测流体仍然是本届年会研究的重点。从这些方法的研究思路和应用效果上可以看出,AVO技术的发展现状及其在油气检测中的应用前景。     

广角反射研究及高斯射线正演模拟分析

对广角反射的基本原理作了较为深入的研究，同时通过典型模型实例，采用高斯射线正演的分析方法，得到了一些重要的结论：采用广角反向可以得到信噪比比常规方法高的地震信息，这对地震数据的处理十分有用；广角反射波信息出现在直达波以外，炮检距很大，但能量比非广角反射波能量高。对于深层高陡构造的地质体来说，采用常规方法一般不能得到深层高陡地质界面的反射信息，这时采用广角反射来采集数据特别实用。     

基于ANSYS/LS-DYNA的岩石爆破结构数值模拟分析

等离子爆破技术是一种新型爆破技术,其爆破孔的设计对整个爆破效果及爆破效率起着决定性的作用。本文基于ANSYS/LS-DYNA建立了爆破孔的有限元模型,并对爆炸荷载作用下掏槽孔孔壁压力及其破碎区进行了数值模拟。研究结果表明,爆破时畸变能的变化自始至终都基本呈椭圆形,孔径越小,积累的能量越大,对岩体破坏越大;孔深长度越短,能量积聚空间越小,爆破对岩体造成的破坏越大;孔深长度的改变对下部岩体影响较小,对中部岩体影响较大。此外由于爆炸实验多为破坏性实验,很难进行原型试验,因此使用数值模拟方法研究爆破孔的结构是可行的,可以作为实际工程的参考。     

基于TCK损伤本构的岩石爆破效应数值模拟

脆性岩石在爆破载荷下的动态破碎行为是工程技术人员所关心的,采用数值法预估岩体破裂范围和损伤大小对施工安全具有重大意义,其中合理的岩石损伤模型是关键。假设岩体破坏近似服从Mises屈服准则,且考虑到岩体的应变硬化特性,把Taylor-Chen-Kuszmaul（TCK）模型中的拉裂损伤演化方程和材料双线性、弹塑性本构耦合到一起,并简洁地嵌入到有限元分析软件LS-DYNA中,通过半无限岩体中柱形药包爆破实例验证了其合理性与准确性。对球形药包爆破问题也进行了数值分析。该损伤模型及其数值模拟在工程中具有一定的参考价值。     

基于分段模拟的岩石蠕变模型

为了更好地实现对岩石蠕变特性的描述,基于岩石蠕变的阶段特征,提出分段模拟岩石蠕变的建模思路。应用变分数阶微积分改进的软体元件与弹簧串联得到改进的Maxwell模型实现对岩石稳定蠕变阶段的模拟;同时基于应变触发方式改进蠕变体元件实现对岩石非稳定蠕变阶段的模拟。综合改进的Maxwell模型与改进的蠕变体元件构建一个新的三元件蠕变模型。应用岩盐典型蠕变曲线数据对三元件蠕变模型进行了验证。结果显示构建的三元件蠕变模型可以很好地模拟岩盐的三阶段蠕变,分段模拟思路是可靠的。     

细观非均质岩石蠕变特征的物理元胞自动机模拟

岩石是经历多次地质运动形成的极为复杂的材料,而蠕变是其典型的力学特征之一,因此,探索模拟岩石蠕变新方法是岩石力学所面临的重要课题。基于八邻居Moore元胞,根据岩石蠕变特征,采用广义能量构造元胞蠕变及破坏演化算法,建立相应岩石蠕变的物理元胞自动机模型,编制相应软件,实现了对细观非均质岩石从稳定蠕变、临界蠕变到加速蠕变特征进行了有效模拟,为进一步研究岩石的蠕变行为提供了一个新的有效途径。     

基于断裂力学的岩石切削数值分析探讨

为研究岩石切削过程中刀具的力学特性以及刀具平均峰值作用力的预测,基于断裂力学和有限元理论建立了岩石切削的数值模型。模拟分析岩石对刀具的反作用过程,得到不同力学特性岩石和刀具作用条件下刀具所受的反作用力,结果表明,冲击速度在一定范围内对刀具平均峰值作用力影响较小;岩石体积呈阶跃性递减,刀具作用力大小与崩落岩石碎片体积变化一致。对模拟、实验以及已有理论计算得到的刀具平均峰值作用力进行线性回归分析,研究结果表明,数值方法计算结果与实验结果、Goktan[1]理论计算结果的线性相关系数分别为0.812、0.930,相关性较好,表明所建数值模型用于模拟岩石切削是正确和可靠的。     

基于无网格法的含缺陷岩石变形局部化数值模拟研究

利用自主开发的基于无网格法的岩石力学计算分析程序,采用Mohr-Coulomb破坏准则,考虑材料塑性屈服后的软化特性,研究单轴压缩条件下含一个缺陷的岩石试样的变形特性,探讨含缺陷材料的岩石变形局部化的演化规律。计算结果表明,岩石试件的破坏是一个渐进破坏的过程;加载过程中试件中的缺陷弱粒子首先出现粒子破坏并产生声发射,随加载进行试件产生微裂隙并扩张形成一个变形局部化带,局部化带扩张、发展,最终形成一个明显的剪切破坏带,缺陷粒子对试件的破坏起到了控制作用。岩石的声发射记录了岩石材料的塑性破坏过程,岩石试件的剪切破坏带与塑性区的发展具有非常类似的规律,但塑性区面积要大于剪切破坏带,从所处位置来看剪切破坏带位于塑性区之内,通过研究声发射特征信息发现变形局部化发生在应力-加载步（应变）达到峰值强度前。     

Correlation between rock fabrics and physical properties of carbonate reservoir rocks

 Three carbonate core samples from an oil and gas reservoir of the NW German basin were chosen to study the correlation between rock fabrics and physical properties of reservoir rocks. Detailed fabric analyses and texture investigations were carried out as well as laboratory measurements of different physical properties, e.g. density, porosity, permeability, electrical conductivity, seismic compressional and shear wave velocities. Although the three core samples come from a similar depositional facies, they show great differences in the occurrence and three-dimensional distribution of the rock fabric elements. These heterogeneities are the result of various diagenetic and tectonic processes. For the correlation between the rock fabrics and the physical properties four main rock fabric types have to be considered: (a) major constituents, e.g. fossils, ooides, peloides and crystals; (b) pore space with different pore types; (c) fractures; and (d) stylolites. The results of the correlation clearly show that the values and anisotropies of the petrophysical properties are fairly related to the observed fabric elements, with their different arrangements, spatial distributions and preferred orientations. These results also provide a fundamental understanding of the petrophysical responses, such as seismics, to the different geological features (e.g. fractures) and their dynamic changes with pressure, which can be converted to different depths. The knowledge gained from such correlations may lead to an improved interpretation of geophysical data for hydrocarbon exploration and production and therefore to an advanced reservoir characterization. Received: 28 January 1999 / Accepted: 21 June 1999     

酸化压裂方法在碳酸盐岩热储层中的应用

针对天津市碳酸盐岩热储层由于堵塞等原因导致渗透性减弱的情况,探讨了酸化压裂方法对该热储层地热井产能和回灌能力的增强作用,并结合工程实例对酸压技术原理、适用条件、技术要点及增产回灌实际效果等几个方面进行介绍。提出针对适合的碳酸盐岩热储层,选用合理的酸化压裂工艺进行处理,从选择酸压段、室内实验研究、前置液设计、酸液种类选择及排酸等多方面进行控制,可以有效增加地热井产能和回灌能力,促进地热资源的可持续利用。     

地震作用下边坡动力响应的数值模拟研究

汶川地震中在硬岩、次硬岩区域出现的一些大规模斜坡破坏现象超出了以往对地震作用下边坡稳定性问题的认识。本文使用FEPG有限元程序分析了水平和垂直2种不同加载方式作用下,经过不同的震动持续时间,不含裂隙岩质坡体内部的应力场和位移场的变化规律。得出的结论认为,在输入震动振幅为0.1m的加载作用下,岩质边坡内部的应力和位移均出现极值:在边坡的顶部及坡面上最大拉伸应力值大于100MPa,超过了花岗岩、灰岩等硬岩、次硬岩的抗拉强度,可能使岩体产生破裂发生崩塌、滑坡灾害。研究结果还表明,与水平方向振动加载相比,垂直方向振动加载产生的响应结果要大,边坡顶端一点的在垂直方向位移的峰值达到0.43m,远远超过了输入的震动振幅,垂直方向的震动是引起边坡的不稳定的主要因素。此外,震动持续时间越长,造成的变形和破坏就越大。     

碳酸盐岩溶蚀模拟实验技术进展及应用

碳酸盐岩溶蚀作用是指流动的侵蚀性流体与碳酸盐岩之间相互作用的过程及由此产生的结果,从地表到深埋藏地层中均可发生。碳酸盐岩溶蚀模拟实验是指通过模拟地层环境来再现碳酸盐岩溶蚀作用的过程和结果,是研究碳酸盐岩储层规模溶蚀有利条件和分布规律的重要方法。中国石油集团碳酸盐岩储层重点实验室自主研发高温高压溶解动力学模拟装置,最终建成由岩石内部溶蚀、岩石表面溶蚀和高温高压原位可视化检测组成的碳酸盐岩溶蚀模拟实验技术。利用高温高压溶解动力学模拟实验装置,开展了碳酸盐岩埋藏溶蚀温度窗口和孔隙演化样式的实验研究,取得2个方面的认识:①高盐度流体背景模拟实验表明,随着温度增加,碳酸盐岩的溶蚀量具有缓慢下降—缓慢上升—快速下降的特征,由于地层水两种相反离子效应的作用,在80～110℃范围内存在一个有利于碳酸盐岩溶蚀的温度窗口;②通过粒间孔隙型、晶间孔隙型、溶蚀孔洞型、鲕模孔隙型和格架孔隙型5种碳酸盐岩溶蚀模拟的对比实验,认识到连通孔隙是埋藏溶蚀发生的先决条件和有利区域,碳酸盐岩内部组构差异会进一步加剧储集空间在孔、洞和缝组合上的复杂性。