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.     

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.     

含黄铁矿泥质砂岩电阻率频散规律实验研究与校正方法（英文）

含黄铁矿泥质岩石的频散特性使得地层的电阻率测井响应值在高频电阻率测井中会出现失真现象,导致储层的饱和度计算存在较大的难度。为了更好的消除岩石中黄铁矿和泥质的电阻率频散影响,同时弥补天然岩心中各种物质成分、含量,以及分布形式等因素无法人工控制的不足,本文设计并在高温高压下制作了12块含分散状黄铁矿颗粒和粘土颗粒的人造固结岩样,分析岩样在多种电流频率条件下,不同地层水矿化度以及饱和度的岩电实验数据,得出频率对含黄铁矿泥质砂岩导电规律的影响:分散状黄铁矿和粘土颗粒都具有频散特性;随着电流频率的增大,岩样复电阻率实部减小。基于有效介质对称导电理论,结合实验研究成果,考虑黄铁矿含量和泥质含量变化对岩石频散规律的影响,建立了黄铁矿泥质砂岩有效介质复电阻率实部频散模型。理论模拟表明当电流频率、黄铁矿及分散泥质含量变化时,模型预测的黄铁矿泥质砂岩频散规律与实验规律相一致。利用岩电实验数据,验证了该模型可以准确地描述含黄铁矿泥质砂岩储层的频散特征。通过选取多种电测井中应用的电流频率,建立了黄铁矿电导率为0.062 S/m,泥质电导率为0.031 S/m的电阻率频率影响校正图版,给出了运用该图版进行高频电阻率测井响应校正的具体方法,为获取地层的真实电阻率值提供了保障。     

储层岩石流动电位频散特性的数学模拟

利用储层岩石流动电位的频散特性评价复杂储层已经成为勘探地球物理领域关注的热点,但是目前还没有形成基于储层岩石储渗特性及电化学性质的具有普遍指导意义的理论方法和数学模型.本文利用微观毛管理论,通过随时间谐变条件下渗流场和电流场的耦合模型,建立了描述储层岩石流动电位频散特性的数学方法,定量分析了频率域储层岩石动态渗透率、动电耦合系数和流动电位耦合系数随储层岩石孔隙度、溶液浓度和阳离子交换量的变化规律.研究结果表明:储层岩石流动电位频散特性是储层流体惯性力与流体黏滞力相互作用的结果.储层岩石孔隙度越大,储层维持流体原有运动状态的能力越大,临界频率越小;储层岩石的溶液浓度和阳离子交换量对临界频率没有影响.储层岩石的孔隙度越大,流体流动能力越强,流动电位各耦合系数的数值越大;溶液浓度越小或阳离子交换量越大,孔隙固液界面的双电层作用越强,各耦合系数的数值越大.     

水饱和孔隙介质中平面震电波电磁特性的定量模拟

震电效应在地球物理测井和勘探领域拥有十分广阔的前景.为了研究孔隙介质中的震电效应,本文基于毛管模型中渗流场和电流场耦合理论,利用Pride震电理论对震电耦合波传播特性进行了定量模拟;对震电横波、震电快纵波、震电慢纵波的传播速度、衰减常数、电场强度、电流密度以及电荷密度进行了比较,定量分析了其随孔隙度、离子浓度、阳离子交换量的变化规律.分析结果表明:随着频率增大,三种震电耦合波波速、衰减常数以及电流密度与固相速度比值的模值增大,震电横波电场强度与固相速度比值的模值减小,震电快纵波、慢纵波电场模值增大.当频率相同时,震电快纵波波速最大、衰减常数最小,震电慢纵波波速最慢、衰减常数最大,震电横波的波速和衰减常数大小居于快、慢纵波之间;频率不变时,震电慢纵波电场强度与固相速度比值的模值最大,快纵波次之,横波最小;中低频时,震电横波电流密度与固相速度比值的模值略大于慢纵波;高频时,震电慢纵波略大于横波,快纵波一直最小.溶液浓度和阳离子交换量对三种震电波的波速和衰减常数影响很小;溶液浓度越大或阳离子交换量越小,三种震电波电场强度、电流密度与固相速度比值的模值越小,震电快纵波和慢纵波电荷密度与固相速度比值的模值也越小,但是相位几乎都不变.     

不同物性参数的岩石电性参数频散特性实验

岩石电性参数的频散特性不仅受孔隙流体性质及其分布的影响,与岩石的物性参数也关系密切.本文通过不同孔隙度、不同渗透率的岩石电性参数频散特性的实验研究,依据Maxwell-Wagner界面极化理论,分析了岩石物性参教对岩石频散特性的影响规律及物理机理,同时建立了岩石电性参数频散特性与孔隙度和渗透率的关系模型,验证了利用岩石的电性参数频散特性评价储层物性参数的可行性.     

饱和岩石的动态渗透率和动电耦合系数解析式

动态渗透率和动电耦合系数是描述岩石中渗流波动和弹性-电磁耦合波效应的重要参数.本文基于毛细管束模型,提出了流体饱和孔隙介质的动态渗透率和动电耦合系数的解析表达式和简化表达式,并通过与前人近似式结果的对比,分析了不同表达式的合理性和适用性.在此基础上,理论分析了孔隙几何形状和孔径分布对渗透率和动电耦合系数的频率响应以及井孔震电耦合波场的影响.研究结果表明:当认为孔道均匀且达西渗透率、孔隙度和弯曲度恒定时,孔隙几何形状的影响很小,可以忽略,而前人的近似式高估了孔隙几何形状的影响;孔径分布的影响显著,随着孔径分布的增大,渗透率的临界频率显著减小,动电耦合系数的临界频率显著增加,震电测井的斯通利波及其伴随电场幅度显著增大.     

双侧向型复电阻率测井响应的数值模拟

在二维地层模型条件下,应用有限元方法模拟了双侧向模式的复电阻率测井仪器在不同频率下的响应,结果表明当频率很低时,复电阻率测井的响应接近双侧向测井的响应;随着频率的提高,复电阻率测井的响应幅度降低。当地层具有一定的频散效应时,可以利用不同频率下的复电阻率测井响应直观地区分油水层     

声电效应测井电声比及其与地层渗透率的关系

基于流体饱和孔隙介质中声波-电磁场耦合效应的测井方法具有潜在的应用价值.本文从Pride动电耦合波方程组入手,推导了伴随斯通利波的井孔电场与声压比值(电声比)的频率域表达式.结果表明,在较低频率条件下,电声比幅角的正切值与渗透率呈反比.在此基础上,提出了利用低频的声电效应测井全波反演地层渗透率的方法.针对砂岩地层,从计...     

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.     

利用毛管模型研究泥质砂岩电化学测井响应机理

自然电位和激发极化电位测井响应所涉及的离子导体激发极化电位的微观机理解释,主要依据双电层形变假说和浓差极化假说,缺少定量描述的数学模型和理论体系.本文利用孔隙介质的微观毛管模型,给出了毛管模型中双电层理论和阳离子交换量与Zeta电位的关系,推导出毛管中离子流量和电流强度表达式.由电荷守恒定律和物质守恒定律,推导出毛管中离子浓度分布的解析表达式,建立了描述含水泥质砂岩激发极化电位和自然电位的数学模型.从而系统地严格证明了含水泥质砂岩激发极化现象是在电流场和浓度梯度场的共同作用下,由孔隙中离子浓度浓差极化电位和双电层形变电位形成的.并且证明了描述泥质砂岩自然电位的数学方程和描述激发极化电位的数学方程及形成机理是一致的.计算结果表明：激发极化极化率随孔隙度和渗透率的增大而减小;极化率随溶液浓度的增加而减小,随阳离子交换量的增加而增加;证明了地层水浓度、阳离子交换量是影响自然电位大小的主要因素.     

泥质砂岩液相渗透率计算新方法

液相渗透率描述了岩石的渗流特性,是评价储层与预测油气产能的重要参数.液相渗透率是指盐水溶液在岩石孔隙中流动且与岩石孔隙表面黏土矿物发生物理化学作用时所测得的渗透率;液相渗透率的实验测量条件更加接近实际地层泥质砂岩的条件,使得液相渗透率更能反映地层条件下泥质砂岩的渗流特性;然而,现有的液相渗透率评价模型较少,且模型未能揭示液相渗透率与溶液矿化度之间的关系.基于此,开展了液相渗透模型推导与计算方法研究;文中首先将岩石等效为毛管束模型,推导建立了液相渗透率与比表面、喉道曲折度、总孔隙度、黏土束缚水孔隙度等参数之间的关系;其次,根据岩石物理体积模型,推导建立了黏土束缚水孔隙度与阳离子交换容量、溶液矿化度等参数的关系;最终,将黏土束缚水孔隙度引入液相渗透率计算公式,建立了基于总孔隙度、阳离子交换容量、溶液矿化度、比表面、喉道曲折度等参数的液相渗透率理论计算模型.液相渗透率计算模型与两组实验数据均表明,液相渗透率随阳离子交换容量的增大而降低,随溶液矿化度的增大而增大.然而,液相渗透率理论计算模型的实际应用中喉道曲折度、比表面等参数求取困难,直接利用理论模型计算液相渗透率受到限制.在分析液相渗透率与孔隙渗透率模型的基础上,建立了液相渗透率与空气渗透率之间的转换模型,形成了利用转化模型计算液相渗透率的新方法.为进一步验证液相渗透率与空气渗透率转化模型的准确性,基于两组实验数据,利用转换模型计算了液相渗透率;液相渗透率计算结果与岩心测量液相渗透率实验结果对比显示,液相渗透率计算结果与实际岩心测量结果吻合较好,文中建立的液相渗透率与空气渗透率转化模型合理可靠.     

碳酸盐岩储层孔隙结构对电阻率的影响研究

碳酸盐岩储层孔隙类型多样,各种孔隙的尺寸变化范围可以跨越几个数量级,孔隙结构非常复杂,这种复杂孔隙结构和不均匀分布的多元孔隙空间使得储层电性呈现明显非阿尔奇特性.为了了解影响电阻率变化的控制因素,本次研究选取中三叠世雷口坡组的8块全直径碳酸盐岩岩样,开展了核磁共振、岩电实验、孔渗实验、压汞实验及薄片等实验,并利用数字图像分析法定量分析了孔隙结构特征.研究结果表明：①孔隙度是影响电阻率高低的重要因素,但并非唯一因素,除孔隙度以外,孔隙尺寸和数量、孔隙网络复杂程度远比吼道大小对电阻率的影响大;②在孔隙度一定的条件下,胶结指数m随储层中孤立大孔隙占比的增多而增大,当孔隙度增大到一定程度后,胶结指数m又随大孔隙占比的增多而减小,微裂缝起重要沟通作用;③在给定孔隙度时,以简单大孔隙为主的岩样表现为胶结指数m值较大,而以复杂孔隙网络、细小孔隙为主的岩样表现为胶结指数m值较小,具分散、孤立大孔隙的岩样,胶结指数m值最高;④依据孔隙几何参数与电阻率和胶结指数之间的关系,可以利用测井资料间接判别储层类型,从而提高储层有效性和含水饱和度评价精度.     

Experimental research on the rock electrical parameter dispersion properties in the displacement process

Based on experiments on rock electrical parameter dispersion properties in both water displacing oil and oil displacing water processes, it is found that the frequency dispersion properties of electrical parameters in water-bearing rocks are quite different from those in oil-bearing rocks. Oil saturation can severely impact the rock electrical parameter dispersion properties and as the oil saturation increases, the properties are more distinguishing. The variation of formation water salinity has a significant effect on the rock resistivity, hence the modulus of the rock complex resistivity varies with water saturation and a U-shaped curve occurs over a single frequency, just like the normal resistivity. However, the effect of formation water salinity on the rock frequency dispersion is less than that of oil saturation. As a result, the rock electrical parameter dispersion properties will have a significant potential of application in the evaluation of watered-out zones as well as identification of oil-bearing zones and water-bearing zones.     

储层渗透性与地层因素关系的实验研究与分析

本文对渤海湾盆地不同孔隙结构样品的孔、渗、核磁、岩电、压汞、X衍射及铸体薄片等配套岩石物理实验数据进行了综合分析,通过逐一考察同一套岩芯样品的地层因素与渗透率、压汞喉径均值、储层品质指数之间的实验关系,并分别与地层因素-孔隙度交绘图进行对比分析,发现储层渗透性与地层因素之间并非简单的单调函数关系,孔隙度相近但孔隙结构类型不同、渗透率差异明显的岩芯可以具有相近的地层因素,导电能力接近.在实验数据分析的基础上通过理论分析证明了这一实验关系的合理性,并指出孔隙度及导电能力相近的岩芯,其渗透率差异与喉径均值的平方比、孔隙曲折度及几何形态相关.     

Estimation of clay content in soil based on resistivity modelling and laboratory measurements

The determination of clay content in near‐surface formations is crucial for geotechnical, hydrogeological and oil‐contamination studies. We have developed a technique for estimating clay content that consists of the minimization of the difference between the theoretically calculated and measured soil resistivities as a function of water salinity. To calculate the resistivity, we used a model that takes into account the electrochemical processes in the clay micropores. The experimental measurements of soil resistivity were performed on soil samples, completely saturated by brines at different concentrations of NaCl salt in the range 0.6–100 g/l, to obtain the resistivity versus salinity curve. The parameters obtained with this curve inversion are the clay content, the total porosity and the cation exchange capacity. To verify the new technique, we determined clay concentrations of artificial mixtures of calibrated sand and clay. The relative mean error in the clay content does not exceed 20% for a 5% fitting error of the resistivity versus salinity curves. Such evaluations allow the correct separation of the main lithological groups (sand, sandy loam, loam, and light, medium and heavy clay). We applied this technique to estimate the petrophysical parameters of soils (clay content, porosity and cation exchange capacity) at various sites in Mexico. The results improved the interpretation of the vertical electrical soundings, the lithological soil characterization and the delineation of oil‐contaminated areas.     

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.     

孔隙地层轻质水泥套管井中偶极弯曲波的激发与传播特性

针对软地层套管井中弯曲波频散移向高频,以致超出了现行偶极声波测井仪器的激发频带的问题,本文在井外为孔隙地层时,采用Biot模型对套管井多极源激发的声波场进行了理论推导,对套管井偶极弯曲波的频散特性进行了数值模拟,考察了高密度水泥(或快速水泥)和低密度水泥(或轻质水泥)情况下的弯曲波频散,分析了不同水泥环对弯曲波主频散区和激发谱偏移的影响,重点对轻质水泥套管井中偶极源激发的模式波频散与激发谱及临界折射P、S波激发特性进行了研究,并考察了渗透率、孔隙度对弯曲波频散及衰减的影响,利用实轴积分法计算了偶极声源激发的时域全波波形.分析对比结果表明,在快速水泥情况下弯曲波频散曲线随着地层特征横波速度的减小会迅速向高频移动,随着快速水泥向轻质水泥变化,弯曲波频散曲线向高频移动将会减缓,对于特征横波速度低于1400m·s~(-1)的软地层,偶极弯曲波基础模式主频散区(或截止频率)可以由原来13kHz向低频移动至4kHz;在轻质水泥套管井中,无论是硬地层还是软地层,在目前偶极声波测井仪器声源主频激发下,接收波形中弯曲波均占主导地位.     

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.