含流体砂岩地震波频散实验研究

为了研究孔隙流体对不同渗透率岩石地震波速度的影响,在实验室利用跨频带岩石弹性参数测试系统得到了应变幅值10-6的2~2000Hz频段下的地震波速度和1 MHz频率下的超声波速度,利用差分共振声谱法得到了频率600Hz岩石干燥和完全饱水情况下岩石声学参数.实验表明,在低饱和度下,致密砂岩在地震和超声频段下没有明显的频散;在高饱和度下纵波速度的频散变得明显.从干燥到完全水饱和条件,不同频率测量的致密砂岩的体积模量随岩石孔隙度增高而降低,且体积模量的变化量受岩石微观孔隙结构的影响较大.高孔、高渗砂岩无论在低含水度下还是在高含水饱和度下频散微弱,并且在地震频段下围压对于岩石纵横波速度的影响要大于频率的影响.高孔、高渗砂岩和致密砂岩不同含水饱和度下的频散差异可应用于储层预测,油气检测等方面,同时该研究可以更好地帮助理解岩石的黏弹性行为,促进岩石物理频散理论的发展,提高地震解释的精度.     

部分饱和砂岩储层地震物理模拟及含气饱和度预测分析

含气饱和度预测是天然气储层地震解释工作的重要目标.本文将岩石物理分析与地震物理模拟技术相结合,构建了部分;饱和砂岩储层物理模型并进行含气饱和度预测分析.物理模型中设置了高孔渗常规砂岩和低孑孔渗致密砂岩两种模拟储层,每种储层都是由具有不同含水饱和度的气-水双相饱和砂体组成.岩石物理分析结果显示在低孔渗致密砂岩中气-水混合流体更加倾向于非均匀的斑块分布,而结合了Brie等效流体公式的Gassmann流体替换理论可以更准确地描述纵波速度随含水饱和度的变化趋势.对物理模型进行地震资料采集处理后,对比了AVO特征和叠前同步反演结果对两种砂岩储层含气饱和度预测能力的差异.AVO特征结果显示,对于混合流体均匀分布的高孔渗砂岩储层,AVO响应曲线和属性变化很难对含气饱和度进行估算;对于混合流体斑块分布的致密砂岩储层,AVO特征可以定性地分辨出储层是否为高、中、低含气情况.反演结果显示,密度及纵横波速度比分别对高孔渗及致密砂岩储层的含气饱和度有着较好的指示能力.     

基于粒子群优化算法的AVAF反演方法

岩石物理实验和实际观测研究表明,纵波速度的频散现象通常都与地层的含气性有着密切的关系,它是纵波反射系数随频率变化所导致的.但是,传统的AVA反演方法忽略了这种速度频散现象,因此引入了误差,增加了含气预测的风险.本文我们提出了一种适用于频变反射系数和速度频散的反演方法,采用传播矩阵方程来进行正演模拟.而考虑到加入频散信息的AVAF反演问题具有高度的非线性特征,我们基于粒子群优化(PSO)算法来进行AVAF反演.经过模型与实际数据的测试证明,我们的反演方法适用于包含频散信息的地震数据,且具有一定的抗噪性,即使是在含噪数据下,也能够挖掘出数据中的纵波速度频散信息,为之后利用纵波速度的频散规律来解释储层含气性提供可靠的依据.     

致密砂岩衰减岩石物理图板分析:储层微裂隙预测

致密砂岩储层普遍具有孔隙度低、微裂隙发育的特点,岩石内部常含有强烈的结构非均质性.致密砂岩发育的微裂隙使储层具有良好的连通性,促成高饱和气的天然气成藏.针对川西某探区须家河组高含气饱和度致密砂岩,本文选取致密砂岩岩心样本,进行了不同围压下的超声波实验测量.考虑储层完全饱气情况下的粒间孔隙、微裂隙双重孔隙结构,采用Biot-Rayleigh双重孔隙方程,构建致密砂岩岩石物理模型,进而分析了裂隙含量对纵波频散和衰减的影响.基于地震波衰减,构建了致密砂岩多尺度岩石物理图板.采用谱比法和改进频移法估算致密砂岩样本及储层衰减,对超声和地震频带下的图板进行校正.将校正后的图板应用到研究工区,选取二维测线和三维区块,进行储层孔隙度和裂隙含量的定量预测.对比实际资料进行分析,结果显示,本文预测的孔隙度和裂隙含量与三口测井的孔隙度曲线和实际产气情况基本吻合,基于孔隙-裂隙衰减岩石物理模型有效地预测了优质储层的分布区域.     

含气饱和度半定量预测方法探讨与应用

勘探实践中,与水和油相比,地层岩石孔隙中含气引起的地球物理响应特征更加明显,因此利用各种地震弹性参数较容易判定和识别地层中是否含气.然而这种含气性的判别多是定性的,含气饱和度的半定量化预测一直是个挑战.利用岩心分析、测井和测试资料,从岩石物理模拟与诊断出发,结合Gassmann流体替换理论,分别研究含气砂岩和含气饱和度的敏感弹性参数,建立相应的岩石物理解释图版.在此基础上,通过地震叠前弹性反演技术分含气砂岩和高饱和度含气砂岩两步法递进式实现含气饱和度的半定量预测,取得了较好的应用效果.实例研究表明,在一定地质条件下,这种两步法递进式半定量预测砂岩含气饱和度的方法行之有效,实际生产中可操作性强,具有一定借鉴意义.     

煤层气储层含气量与其弹性参数之间的关系——思考与初探

首先研究了天然气AVO技术的岩石物理基础--Gassmann方程和Biot理论(以下统称为"Gassmann-Biot理论")--对煤层气AVO技术的适用性.根据该理论创始人在建立其理论时的假设条件、煤层气储层的双相孔隙特征、煤层气的双相赋存特征,本文推理认为,由于煤层气储层的基质型孔隙体系的连通性差,裂隙性孔隙在宏观上是非均质的,并且是各向异性的,因此,总体上来说,Gassmann-Biot理论不完全适用于煤层气储层.特别地,当煤层的水饱和状态保持不变而煤层的含气量变化时,因为煤层中孔(裂)隙中流体的体积压缩模量不变或基本不变,即使煤层的弹性参数发生变化,Gassmann-Biot理论也不可能预测其变化趋势.因此,天然气AVO技术的岩石物理基础完全地不适用于水饱和煤层气储层.研究发现,煤层气储层含气量与其密度、纵波速度、横波速度之间存在负相关关系,即含气量高,密度小、纵波速度小、横波速度小;含气量低,密度大、纵波速度大、横波速度大.但是,这些负相关关系不是现有岩石物理理论能够预测或能够解释的.依据煤层气地质学理论以及负相关关系与现有岩石物理理论的一致性,本文提供了对某勘探区A号煤层含气量与其密度、纵波速度、横波速度之间负相关关系的解释,并认为煤层气储层的含气量与其弹性参数之间的负相关关系可能是这类储层内在的固有的规律性的关系.本文证明含气量与其密度、纵波速度、横波速度之间负相关关系可以作为煤层气AVO技术的岩石物理基础,建立了AVO异常与煤层气储层"甜点(即富集高渗部位)"之间的关系,从而能够使用AVO异常探测煤层气富集高渗部位.     

流体饱和度对裂缝—孔隙岩石频变纵波速度及其各向异性的影响

流体饱和度会改变裂缝性储层的纵波速度,从而影响地层速度的频散特性及各向异性程度,导致储层地震响应特征复杂,储层预测多解性强,流体识别难度大.本文根据多相流体饱和裂缝性储层的特点,借助于Norris和KG模型,建立部分饱和裂缝-孔隙等效介质模型,给出频变地震波速度随流体饱和度变化的精确关系式.数值模拟结果表明,当气、水两相共存时,随着含水饱和度的增加,高频段纵波相速度逐渐增大,各向异性程度逐渐减小;低频段纵波相速度逐渐减小,各向异性程度不变;相速度频散及其各向异性程度逐渐增强.组合已有的孔隙弹性理论模型,对实验室人工裂缝-孔隙砂岩岩样的纵波速度进行拟合,计算得到的曲线与实验室测量散点值吻合度较高,表明组合模型在给定参数下的有效性.该研究能够为多相流体饱和裂缝性储层的地震响应特征分析奠定扎实的理论基础,为提高储层预测的确定性和流体识别的准确性提供可靠的理论依据.     

致密砂岩气藏频率域预测方法

针对不同饱和度的致密砂岩储层,利用White模型,并结合孔隙弹性介质波动理论,对储层含气、含水情况下频率域地震反射特征进行了理论分析,并利用有限差分数值算法对上述情况进行了模拟分析,总结出了含气、含水及含油不同情况下响应的振幅和相位随频率变化的情况.利用天然砂岩建立不同饱和程度的物理模型,用物理测试的方法进行分析,结果同样显示了部分气饱和砂岩对地震波的频散的影响.在含气储层,低频段会由于频散的原因,使得低频分量相速度变化较大,从而引起含气储层低频段出现明显的振幅异常,而对于高含水情形则是相对弱振幅,利用得出的结论在吐哈油田物探攻关区块进行了应用,取得了较好的效果,有效的指导了储层的预测.     

有效应力变化对致密砂岩孔隙结构及弹性波响应的影响规律

致密砂岩气藏具有裂缝发育和有效应力高的特征,研究不同有效压力下孔、裂隙介质地震波传播特征,有利于地震解释与地下储层的识别.但是前人的研究较少考虑岩石内部微观孔隙结构特征与孔隙、裂隙间流体流动的关系.本文首先通过选取四川盆地典型致密砂岩岩样,在不同有效压力下对岩石样本进行超声波实验测量.然后基于实验测得的纵、横波速度进行裂隙参数反演,得到不同有效压力下致密砂岩样本的裂隙孔隙度.再将裂隙孔隙度和样本岩石物理参数代入双重孔隙介质模型,模拟得到不同有效压力下饱水致密砂岩样本纵横波速度频散和衰减的变化规律.结果表明模型预测的速度频散曲线与纵波速度实验测量结果能够较好的吻合.最后统计分析了致密砂岩裂隙参数,得到了致密砂岩储层裂隙参数随有效压力及孔隙度变化特征.依据实际岩石物理参数建立模型,其裂隙参数三维拟合结果能够较好描述致密砂岩裂隙结构与孔隙度、应力的关联,可为实际地震勘探中预测储层裂缝性质提供基础依据.     

砾岩储层地震波传播方程:三重孔隙结构模型

针对砾岩储层的砂、砾、泥三重孔隙结构特征,本文分析砾岩孔隙区域、砂岩孔隙区域以及泥岩孔隙区域相互之间的孔隙流体流动机制,将静态的砾岩骨架本构方程与动态的孔隙流体运动方程联立,提出了复杂砾岩储层的弹性波传播理论方程.采用实测砾岩储层参数,在算例中与双重孔隙介质理论进行对比分析,验证了本文理论方程的合理性;基于三重孔隙介质模型,分析不同储层环境下纵波的传播特征,结果显示:随流体黏滞系数增大,在衰减-频率轴坐标系中,砾与砂、砂与泥孔隙区域间局域流导致的两个衰减峰向低频端移动,而Biot全局流导致的衰减峰向高频端移动;嵌入体尺寸及背景相介质渗透率的变化,主要影响纵波速度频散曲线沿频率轴左、右平移,不影响波速低频、高频极限幅值;嵌入体含量及孔隙度的变化改变了岩石干骨架的弹性、密度参数,不仅影响速度频散曲线沿频率轴平移,而且影响其上、下限幅值;砾包砂包泥三重孔隙介质模型所预测的衰减曲线中,低频段"第一个衰减峰"主要由砾岩孔隙区域与砂岩孔隙区域之间的局域流导致,中间频段"第二个衰减峰"主要由砂岩孔隙区域与泥岩孔隙区域之间的局域流导致,超声频段"第三个衰减峰"由Biot全局流导致.对慢纵波传播特征的分析显示,砂岩骨架(局部孔隙度较大)内部的宏观孔隙流体流动造成的耗散明显强于砾岩与泥岩骨架.     

基于Kelvin-Voigt黏弹性骨架的含非饱和流体孔隙介质BISQ模型(英文)

本文综合考虑了在波传播过程中孔隙介质的三种重要力学机制——"Biot流动机制一squirt流动机制-固体骨架黏弹性机制",借鉴等效介质思想,将含水饱和度引入波动力学控制方程,并考虑了不同波频率下孔隙流体分布模式对其等效体积模量的影响,给出了能处理含粘滞性非饱和流体孔隙介质中波传播问题的黏弹性Biot/squirt(BISQ)模型。推导了时间-空间域的波动力学方程组,由一组平面谐波解假设,给出频率-波数域黏弹性BISQ模型的相速度和衰减系数表达式。基于数值算例分析了含水饱和度、渗透率与频率对纵波速度和衰减的影响,并结合致密砂岩和碳酸盐岩的实测数据,对非饱和情况下的储层纵波速度进行了外推,碳酸盐岩储层中纵波速度对含气饱和度的敏感性明显低于砂岩储层。     

Reflection and Transmission Coefficients for an Incident Plane Shear Wave at an Interface Separating Two Dissimilar Poroelastic Solids

Using Biot’s poroelasticity theory, we derive expressions for the reflection and transmission coefficients for a plane shear wave incident on an interface separating two different poroelastic solids. The coefficients are formulated as a function of the wave incidence angle, frequency and rock properties. Specific cases calculated include the boundary between water-saturated sand and water-saturated sandstone and the gas–water interface in sand. The results show a very different interface response to that of an incident P wave. Plane SV wave incidence does not significantly excite the Biot slow P wave if the frequency of the wave is below the transition frequency. Above this frequency, an incident plane SV wave can generate a mode-converted slow Biot P wave which is actually a normal propagating wave and not highly attenuating as in the usual (diffusive) case. For an incident SV wave onto a gas–water interface, even at very high frequency, there is no significant Biot second P wave produced. For small incident angles, the gas–water interface is essentially transparent. With increasing angles, there can arise an unusual "definitive angle" in the reflection/transmission coefficient curves which is related to the change of fluid viscosity on both sides of the interface and provides a possible new means for underground fluid assessment.     

Research on propagation properties of elastic waves in two-phase anisotropic media

IntroductionItiswellknownthatanisotropylieswidelyintheundergroundmedia.Anisotropicmediawhicharemetintheseismicengineeringandseismicexplorationofenergyaremainlycausedbytheperiodicthinlayers(PTL)andextensivedilatancyanisotropy(EDA).Insuchmedia,anisotropyleadstomorecomplicatepropagationofseismicwave,thesignificantfeatureinanisotropicmediaisvelocityanisotropy.Infact,undergroundstrataareverycomplicated,whichareusuallycomposedofsolidframeandfluid(suchasoil,gasesorwater)inpores.Inordertostudyseism…     

油水两相渗流多孔介质弹性波传播动力学模型研究

弹性波在储层渗流场中的传播与衰减规律是研究波场强化采油动力学机理的重要基础.基于等效流体理论和饱和静态流体弹性波传播Biot理论,建立油水两非混相流体渗流条件下储层多孔介质中弹性波传播的动力学模型,通过算例求解与分析,发现含油水两相渗流储层多孔介质中同时存在着3种纵波P1、P2、P3和1种横波S;受频率和含水饱和度的影响,各波波速和品质因子呈现出不同变化规律,4种体波波速与频率、饱和度正相关,P1、P2波品质因子与饱和度正相关,P3和S波品质因子与饱和度负相关;最后,通过与传统静态弹性波模型结果对比,进一步分析了宏观渗流场对弹性波传播特征的影响规律,为揭示低频人工地震波辅助强化采油技术的动力学机理和工艺参数优化提供了重要理论依据.     

含两项不混合/单项黏性流体孔隙介质分界面上反透射系数特征研究

弹性孔隙介质分界面上的反透射系数特征,在岩性划分、流体识别、储层边界判识等方面有重要的应用.本文研究上层为含两项不混合黏性流体孔隙介质、下层为含单项黏性流体孔隙介质分界面上的反透射理论.首先根据两种孔隙介质分界面上的能量守恒得到边界条件,再将波函数、位移、应力与应变关系代入边界条件,推导出完全连通孔隙情况下,第一类纵波入射到孔隙介质分界面上的反透射系数方程.通过建立砂岩孔隙介质模型,分别分析不同孔隙流体类型、不同含油饱和度及不同入射角情况下,各类波的反透射系数特征.研究表明,第二、三类纵波反透射系数数值比第一类纵波小多个数量级,且两者对入射角的变化不敏感,但对孔隙流体性质、含油饱和度的变化较敏感,而横波反透射系数特征恰好与此相反;第一类纵波反透射系数特征比较复杂,入射角、孔隙流体的性质及含油饱和度的变化都对其产生影响.不同孔隙流体弹性物性的差异、孔隙介质中含油饱和度的变化及不同入射角引起垂向和切向应力分量的变化都会影响各类波的反透射系数特征,分析这些特征可以为研究储层含油气性提供理论基础.     

含孔隙、裂隙地层随钻多极子声波测井理论

储层岩石中普遍存在孔隙与裂隙,对钻井中的测井声波产生重要影响.基于孔、裂隙介质弹性波理论,导出了随钻声波测井的井孔声场表达式.据此考察了地层裂隙密度与含气饱和度的变化时井孔内随钻多极子模式波（斯通利波、弯曲波和螺旋波）的速度、衰减与灵敏度以及地层纵、横波的响应特征.裂隙密度与含气饱和度对模式波的速度频散与衰减都有影响,且两参数的值越大,影响越大.具体来说,速度对裂隙密度更敏感,而衰减对含气饱和度更敏感.具有"艾里相"特征的随钻偶极和四极子波在地层含气时产生强烈衰减,可以作为判断地层含气的一个明显指示.理论模拟与实际测井数据分析结果符合较好.     

饱和度对波在土层交界面的反射、透射系数的影响

把均匀流体概念引入Biot两相多孔介质动力理论中，用Biot的两相多孔介质模型模拟不完全饱和土层，给出SV波，P波从不完全饱和土层入射到弹性土层时，在土层交界面上反射，透射系数的表达式，结果表明与完全饱和相比，饱和度发生很小的变化就会对交界面上反射，透射系数产生很大的影响。今后应该重视饱和度变化对地震动力响应的影响。     

Modulus defect,velocity dispersion and attenuation in partially-saturated reservoirs of Jurassic sandstone,Indus Basin,Pakistan

Partially saturated reservoirs are one of the major sources of seismic wave attenuation, modulus defect and velocity dispersion in real seismic data. The main attenuation and dispersion phenomenon is wave induced fluid flow due to the heterogeneity in pore fluids or porous rock. The identification of pore fluid type, saturation and distribution pattern within the pore space is of great significance as several seismic and petrophysical properties of porous rocks are largely affected by fluid type, saturation and fluid distribution pattern. Based on Gassmann-Wood and Gassmann- Hill rock physics models modulus defect, velocity dispersion and attenuation in Jurassic siliclastic partially-saturated rocks are studied. For this purpose two saturation patterns - uniform and patchy - are considered within the pore spaces in two frequency regimes i.e., lower frequency and higher frequency. The results reveal that at low enough frequency where saturation of liquid and gas is uniform, the seismic velocity and bulk modulus are lower than at higher frequency where saturation of fluid mixture is in the form of patches. The velocity dispersion and attenuation is also modeled at different levels of gas saturation. It is found that the maximum attenuation and velocity dispersion is at low gas saturation. Therefore, the dispersion and attenuation can provide a potential way to predict gas saturation and can be used as a property to differentiate low from high gas saturation.