裂缝诱导各向异性双孔隙介质波场传播特征

基于裂缝诱导各向异性和双相介质理论,对裂缝诱导的具有水平对称轴的横向各向同性（HTI）双孔隙介质的本构关系进行了研究,与等效连续介质模型相结合,综合考虑裂缝系统和基质孔隙系统的两种孔隙度和两种渗透率参数,得到裂缝诱导HTI双孔隙介质的等效孔隙度和等效渗透率,进而得到介质的运动平衡方程;并进一步推导出介质的一阶速度-应力方程.采用交错网格高阶有限差分法对模型进行了数值模拟,结果揭示了介质中两套系统的存在对其波场传播特征的影响,为进一步研究实际地球介质的波场特征奠定了基础.     

多组垂直裂缝诱导各向异性的HTI近似及其特征分析

在裂缝诱导各向异性理论研究中通常使用等效HTI介质来近似多组裂缝所引起的综合效应.由于构造运动的复杂性,多组裂缝普遍存在于地壳与油气储层中.为了研究多组裂缝的地震属性特征,分析常用的等效HTI模型对于多组裂缝近似精度及附加裂缝对介质属性特征的影响,本文利用线性滑移模型进行了多组垂直裂缝的单斜各向异性等效介质理论计算,并利用空间搜索方法求取与其最为接近的HTI介质各向异性弹性参数.重点研究了在两种各向异性介质中纵波速度、快慢横波速度和极化特征及其差异,量化分析附加裂缝对于地震属性如速度、极化方向和走时等的影响,研究对附加裂缝敏感的地震属性.此研究结果和方法为进一步研究多组裂缝的反演及识别方法提供基础,同时对于将高阶对称性各向异性介质中已存在的计算方法应用于低阶对称性时的适用程度、精度分析及相关方法研究具有重要作用.

     

裂缝-孔隙介质储层渗透率表征及其影响因素分析

含裂缝多孔介质渗透率预测是非常规油气资源勘探开发的一个紧迫问题.现有多孔介质岩石物理模型通常利用圆形孔管模拟宏观岩石孔隙空间,难以定量描述软孔隙/裂缝在压力作用下的闭合情况,缺乏裂缝/孔隙间流量交换的连通机制.本文提出含三维裂缝/软孔隙网络多孔介质模型,将储层岩石裂缝/软孔隙表示为椭圆截面微管,建立了周期性压力作用下微观裂缝流量表达式,通过网络模型和流量守恒条件,得到含有三维裂缝/软孔隙网络的多孔介质渗透率计算方法.数值算例表明,预测结果与实验数据分布范围吻合很好,能够给出不同类型岩心对应孔隙纵横比的分布图.三维裂缝/软孔隙网络模型建立了宏观可观测量与裂缝参数之间关系,能够定量分析岩石渗透率随裂缝体密度、纵横比、孔隙流体类型和围压等因素的变化规律,为复杂条件下储层渗透率预测提供了一种有效方法.

     

裂缝诱导双相HTI介质地震波场错格伪谱法模拟与波场特征分析

裂缝诱导的双相具有水平对称轴的横向各向同性(HTI)介质模型是由一组平行排列的垂直裂缝嵌入到统计各向同性的流体饱和多孔隙岩石中而组成的,它综合考虑了裂缝型储层岩石的各向异性和孔隙性.高精度的地震波场数值模拟技术是研究该介质中地震波传播规律的主要方法.本文结合错格伪谱法和时间分裂法,求解描述该介质中地震波传播的一阶速度-应力方程.模拟了单层和双层模型中的地震波场,并对其进行了特征分析.研究结果表明:错格伪谱法能有效消除标准网格伪谱法波场模拟结果中出现的数值伪影现象,与时间分裂法结合能够获得稳定的、高精度的模拟结果;裂缝诱导双相HTI介质中的地震波场兼具裂缝各向异性介质和双相介质中传播的地震波的波场特征.     

利用物理模型三维纵波数据分析HTI介质的方位各向异性

本文通过理论计算、数值模拟与穹窿物理模型三维数据对比分析的方法,对HTI介质中纵波方位各向异性现象进行研究.主要是进行目的层动校正速度以及走时的分析.结果显示,理论数值与实验数值耦合较好,HTI介质会引起动校正速度以及走时随方位角呈现椭圆形的变化;同时发现,观测系统中最大偏移距与目的层深度的比值以及方位角分布对各向异性分析有较大影响. 三维纵波方位各向异性分析对于数据的观测系统设计以及数据质量有较高的要求.     

裂缝性储层孔隙指数、饱和度及裂缝孔隙度计算研究

裂缝性储层的裂缝孔隙度、饱和度和孔隙指数等参数的计算一直是测井界亟待解决的难题,它直接关系到对裂缝性储层的发育程度、含油气性、储量规模等方面的评价,前人已在这些方面做了大量的研究工作,但仍需进一步提高和深化对裂缝性储层参数计算的认识.基于考虑裂缝倾角和裂缝曲折度问题的Aguilera孔隙指数计算模型,研究了裂缝性储层孔隙指数的变化规律,研究表明裂缝性地层的孔隙指数受裂缝倾角、岩石总孔隙度、裂缝孔隙度和裂缝曲折度影响大.单组系裂缝性储层饱和度的计算采用将复合系统的孔隙指数代入阿尔奇公式的方法来计算,计算结果与目前国内仍广泛使用的基于串、并联关系建立的双重孔隙饱和度模型计算结果存在较大差别.对比分析了利用成像测井和三种基于双侧向资料的裂缝孔隙度计算模型计算的裂缝孔隙度,表明不同裂缝孔隙度模型计算的裂缝孔隙度大小差别较大.基于双侧向的裂缝孔隙度计算模型只适用于特低孔或致密地层,在由非裂缝因素引起的电阻率降低段使用该模型计算裂缝孔隙度时会出现错误,引入校正系数可拓宽模型的使用范围.     

岩石物理驱动的储层裂缝参数与物性参数概率地震反演方法

长波长假设条件下,各向同性背景地层中发育一组平行排列的垂直裂缝可等效为具有水平对称轴的横向各向同性（HTI）介质.基于不同观测方位的岩石地震响应特征变化,宽方位地震数据不仅可实现裂缝岩石弹性参数与各向异性参数的预测,同时也蕴含着丰富的孔隙度等储层物性参数信息.本文结合实际地震资料提出了贝叶斯框架下岩石物理驱动的储层裂缝参数与物性参数概率地震联合反演方法,首先基于AVAZ反演裂缝岩石的弹性参数与各向异性参数,并在此基础上通过统计岩石物理模型表征孔隙度、裂缝密度等各向异性介质储层参数与裂缝岩石参数的相互关联,并采用马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）抽样方法进行大量样本的随机模拟,使用期望最大化（EM）算法估计后验条件概率分布,最终寻找最大后验条件概率对应的孔隙度、裂缝密度等HTI裂缝介质储层参数即为反演结果.测井及实际地震数据处理表明,该方法能够稳定合理地从方位地震资料中获取裂缝岩石弹性参数与各向异性参数,并提供了一种较为可靠的孔隙度、裂缝密度等裂缝介质储层参数概率地震反演方法.

     

孔隙介质声学理论中的动态渗透率

解释了Johnson动态渗透率k(ω)的概念,指出k(ω)包含了Biot理论中质量耦合系数和粘滞修正系数的意义,对k(ω)与Biot理论中相应表达式kB(ω)进行了比较,当结构因子β≈64α∞/m时k(ω)与kB(ω)的差异很小.计算表明,当声源频率接近临界频率时声测井波形中导波的衰减随质量耦合系数增大而减小.     

HTI介质中的反射纵波方位属性

利用横波响应进行裂缝性各向异性介质的检测在实际应用中取得了很好的效果,但技术复杂、成本较高使该方法的广泛使用受到限制,而纵波资料采集和处理技术的精细有效保持了纵波的各种属性,这为直接利用纵波资料进行裂缝检测创造了条件.地下垂直定向裂缝通常用HTI介质模型来描述,为此,本文利用射线追踪和反射率法计算了层状各向同性介质背景下的HTI介质顶、底界面的反射纵波旅行时和反射系数,并分析了这些属性随观测方位的变化规律.研究表明,HTI介质底界面反射纵波旅行时和HTI介质顶界面反射系数表现出了明显的方位各向异性;旅行时、振幅和AVO梯度属性均在0°观测方位和90°观测方位上存在最大差异,可以用多种属性联合来精确判定裂缝的发育方向.     

孔隙介质声学理论中的动态渗透率

解释了Johnson动态渗透率k(ω)的概念，指出k(ω)包含了Biot理论中质量耦合系数和粘滞修正系数的意义，对k(ω)与Biot理论中相应表达式k_B(ω)进行了比较，当结构因子β≈64α_∞/m时k(ω)与k_B(ω)的差异很小.计算表明，当声源频率接近临界频率时声测井波形中导波的衰减随质量耦合系数增大而减小.     

HTI煤层介质槽波波场与频散特征初步研究

煤层内裂隙较为发育,具有明显的各向异性.目前槽波理论研究以各向同性介质为主,对HTI介质中槽波及其频散性质研究很少.本文以弱各向异性、含垂直裂隙HTI煤层介质为研究对象,研究了HTI煤层介质中的三维槽波波场,采用交错网格高阶有限差分法模拟槽波,推导了三层水平层状HTI煤层介质的Love型槽波理论频散公式和振幅深度分布,分析了HTI各弹性参数对频散曲线的影响.HTI介质和各向同性介质基阶Love槽波频散曲线差异较小,高阶较大;煤厚主要影响Airy相频率,而Airy相速度不变;煤层v_s对Airy相速度影响很大;煤层γ对基阶Love槽波影响很小,高阶稍大.各波偏振方向不再与波的传播方向平行或垂直,而是呈一定夹角.利用基阶Love槽波频散曲线推测裂隙发育较为困难,可利用高阶频散曲线.

     

基于叠前全方位角道集方位振幅梯度各向异性变化的HTI裂缝介质油气检测方法与技术

高角度裂缝介质的反射振幅梯度是随方位变化的,常规AVO分析只能适应层状各向同性介质地下地层含油气性检测,很难适应HTI裂缝各向异性介质地层的油气检测.为此,本文提出了基于叠前全方位角道集方位振幅梯度各向异性变化的HTI裂缝介质油气检测方法,推导出以方位角为变量的方位振幅梯度变化函数,并以之为参变量进一步推导出以入射角为变量的,随方位变化而变化的双向振幅响应强度变化函数,同时推导出方位油气指示因子.通过变量拆分法先固定方位方向,通过该方位角道集振幅随入射角的变化求解该方位振幅梯度,继而求出该方位的油气指示因子;依次类推,可求出其余方位的油气指示因子.如此可求出所有方位的油气指示因子,进而可分析含油气指示敏感性随方位的变化,优选油气指示最敏感的方位作为最终的油气预测结果即可.实际工区应用结果表明,本方法预测结果可靠精度高,可为油气勘探开发提供有效的技术支持.

     

非饱和岩石中的纵波频散与衰减: 双重孔隙介质波传播方程

本文采用Rayleigh理论描述纵波激励下非饱和岩石中气泡的局域流体流动,从经典力学的哈密顿原理导出了双重孔隙介质中的波传播方程,即Biot-Rayleigh方程.方程的格式简洁,参数少,所有相关参数物理可测,因此,方程具有较好的物理可实现性.基于相同的岩石与前人理论对比,初步验证了本理论的有效性.对三个地区的砂岩储层进行了分析,结果显示:地震频段内纵波对储层是否含气非常敏感,但对含气饱和度指示性不佳,且随着孔隙度降低,纵波频散与衰减在中低频段更为显著;含甲烷与含二氧化碳的砂岩储层均呈第三类AVO响应特征,很难从叠前分析技术中鉴别;理论预测的纵波频散随饱和度与频率变化的趋势与特征,与多频段实验观测结果一致.     

A double-porosity model for a fractured aquifer with non-Darcian flow in fractures

Abstract

Non-Darcian flow in a finite fractured confined aquifer is studied. A stream bounds the aquifer at one side and an impervious stratum at the other. The aquifer consists of fractures capable of transmitting water rapidly, and porous blocks which mainly store water. Unsteady flow in the aquifer due to a sudden rise in the stream level is analysed by the double-porosity conceptual model. Governing equations for the flow in fractures and blocks are developed using the continuity equation. The fluid velocity in fractures is often too high for the linear Darcian flow so that the governing equation for fracture flow is modified by Forcheimer's equation, which incorporates a nonlinear term. Governing equations are coupled by an interaction term that controls the quasi-steady-state fracture—block interflow. Governing equations are solved numerically by the Crank-Nicolson implicit scheme. The numerical results are compared to the analytical results for the same problem which assumes Darcian flow in both fractures and blocks. Numerical and analytical solutions give the same results when the Reynolds number is less than 0.1. The effect of nonlinearity on the flow appears when the Reynolds number is greater than 0.1. The higher the rate of flow from the stream to the aquifer, the higher the degree of nonlinearity. The effect of aquifer parameters on the flow is also investigated. The proposed model and its numerical solution provide a useful application of nonlinear flow models to fractured aquifers. It is possible to extend the model to different types of aquifer, as well as boundary conditions at the stream side. Time-dependent flow rates in the analysis of recession hydrographs could also be evaluated by this model.