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.     

致密砂岩气藏裂隙-孔隙型弹性岩石物理模板研究:以川西坳陷A区为例

相对于常规砂岩,致密砂岩在岩石物理性质、力学性质等方面具有明显差异,并呈现出很强的非均质性.岩石物理模型能将储层参数与地震特性信息联系起来,因此可以作为致密砂岩储层参数与地震特性信息转换的桥梁.常规的岩石物理模型通常只考虑单一因素(例如非均匀性,单一孔隙,单一尺度等),建立的岩石物理模板并不适用于致密砂岩.本文针对高饱和气、微裂隙发育、非均质性强的致密砂岩储层,利用Voigt-Reuss-Hill模型计算混合矿物的弹性模量,采用微分等效介质(DEM)模型描述含裂隙、孔隙岩石的骨架弹性模量,基于Biot-Rayleigh波动方程构建了岩石物理弹性模板,给出了致密砂岩储层弹性参数与物性的关系.基于测井数据和实验数据对岩石物理弹性模板进行校正,并将校正后的岩石物理弹性模板结合叠前地震资料应用于川西地区储层孔隙度与裂隙含量预测.结果显示,反演裂隙含量、孔隙度与储层试气报告、测井孔隙度基本吻合,表明该模板能够较合理地应用于致密砂岩储层孔隙度及裂隙含量解释中.     

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.     

致密油岩石纵波频散及衰减特征研究:实验观测及理论模拟（英文）

非常规油气资源-致密油在中国有广泛分布,致密油储层孔隙类型多样、结构复杂。本文对12块致密油岩石样本开展了超声波实验测量,根据记录的纵波波形,利用谱比法估算了岩石在饱和不同流体时的衰减,结果显示大部分致密油样本在饱气状态下的纵波衰减强于饱水及饱油情况,并且,纵波衰减与岩石渗透率有较好的正相关性。基于扫描电镜分析结果,采用三重孔隙结构模型描述致密油岩石,正演模拟了致密油岩石的波传播特征。基于BIOT理论、BIOT-RAYLEIGH双重孔隙介质理论和三重孔隙模型对比讨论了致密油岩石的纵波速度频散和衰减规律,结果显示BIOT理论和BIOT-RAYLEIGH理论均无法解释该组致密油岩石样本的衰减特征规律,而采用三重孔隙结构模型的预测结果和实验结果能够达到很好的吻合。统计分析了致密油岩石的实验测量结果和模型参数,可推断在5-10%孔隙度范围内致密油岩石含更多的微裂隙,且在高孔隙度范围微裂隙尺寸更大。在不同孔隙度范围内,微裂隙和黏土包体体积比率相近,但微裂隙尺寸明显大于泥质尺寸,微裂隙体积模量低于泥质体积模量。     

孔隙-裂隙性质和黏土含量对页岩油层系致密岩石弹性波耗散规律的影响研究

作为一种非常规油气资源,页岩油储量丰富、分布范围广,具有巨大的勘探开发潜力,是近年来油气产业关注的重点与热点.然而,页岩油储层具有岩石矿物组分多样、低孔低渗、孔隙结构复杂、非均质性强等特征,与常规油气资源存在明显差异.本研究选取鄂尔多斯盆地中生界延长组长7油层组的10块致密砂岩样本,基于X射线衍射分析得到各样本的矿物组分,开展不同围压和流体条件下的超声波实验观测,进而获得样本的纵、横波速度和纵波衰减逆品质因子.基于实验测量获得变压力条件下的孔隙度,结合线性外推的方法,估算各样本的裂隙孔隙度,代入EIAS(Equivalent Inclusion-Average Stress,等效嵌入体应力平均)模型,求取对应的裂隙纵横比和裂隙密度,分析页岩油储层孔隙-裂隙性质对纵波衰减的影响.结果显示相对于衰减,致密砂岩总孔隙度、裂隙纵横比、裂隙密度和衰减变化量(不同围压下的衰减观测值与最大围压下的衰减观测值的差)之间的相关性更加明显.基于薄片分析,结果显示致密样本存在孔内黏土包体、微裂隙包体和粒间孔的三重孔隙结构,因此本文引入三重孔隙结构模型,定量估算各样本的孔内黏土含量,进而分析孔内黏土含量及总黏...     

多孔可变临界孔隙度模型及储层孔隙结构表征

碳酸盐岩、致密砂岩和页岩等储层具有孔隙类型多样、孔隙结构复杂和非均质性强等特征,属于典型的多重孔隙储层,孔隙结构表征是多重孔隙储层预测和流体识别的关键.现有的孔隙结构表征方法大多利用孔隙纵横比或者构建一种新参数来描述孔隙结构.岩石临界孔隙度模型是一种常用的岩石物理模型,具有一定的物理意义和地质含义.本文推导了岩石临界孔隙度与岩石孔隙结构(孔隙纵横比)之间的关系,进而利用极化(形状)因子建立临界孔隙度与弹性参数之间的关系,构建了能够包含多种孔隙类型的多孔可变临界孔隙度模型.利用多孔可变临界孔隙度模型由储层的弹性参数反演不同孔隙类型的体积含量.实验室测量数据和实际测井数据表明,多孔可变临界孔隙度模型能够适用于多重孔隙储层岩石物理建模和孔隙结构表征.     

压力及流体对岩石孔隙结构与黏弹性的影响规律研究:理论模型及实验观测

地质成因和构造/热应力导致地壳岩石中的孔隙结构（裂隙和粒间孔）的变化.影响岩石黏弹性的因素包括压力、孔隙度、孔隙中包含的流体和孔隙几何形状等.相对于岩石中的硬孔隙,岩石黏弹性（衰减和频散）受软孔隙（裂隙）的影响更大.本文选取三块白云岩样本,进行了不同围压和流体条件下的超声波实验测量.利用CPEM（Cracks and Pores Effective Medium,裂隙和孔隙有效介质）模型获得了岩石高、低频极限的弹性模量,并通过Zener体（标准线性体）模型将CPEM模型拓展到全频带而得到CPEM-Zener模型,用该模型拟合岩石松弛和非松弛状态下的实验数据,本文得到平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度以及纵波速度和品质因子随频率的变化关系.结果表明,饱水岩石的平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度均高于饱油岩石,随着压差（围压和孔隙压力的差值）的增加,饱油岩石中的裂隙首先闭合.并且压差在70 MPa以内时,随着压差增大,岩石的平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度在饱水和饱油时的差值增大,此时流体类型对于岩石裂隙的影响越来越显著,此外,对饱水岩石,平均裂隙纵横比随压差增加而增大,这可能是由于岩石中纵横比较小的裂隙会随压差增大而逐渐趋于闭合.在饱水和饱油岩石中,裂隙孔隙度和裂隙密度都随着压差增加而减小.通过对裂隙密度和压差的关系进行指数拟合,本文获得压差趋于0时的裂隙密度,且裂隙密度随孔隙度增大而增大,增大速率随压差增加而降低.针对饱水和饱油的白云岩样本,CPEM-Zener模型预测的纵波频散随压差增大而减小,此变化趋势和实验测得的逆品质因子随压差的变化关系基本一致,由此进一步验证了模型的实用性.本研究对岩石的孔隙结构和黏弹性分析以及声波测井、地震勘探的现场应用有指导意义.     

饱和致密砂岩中动态剪切模量硬化的实验研究与理论模拟

Gassmann理论认为岩石的剪切模量在饱和流体前后保持不变,这一认识被广泛应用于高孔高渗常规储层中.然而,致密砂岩等非常规储层通常具有低孔、低渗以及孔隙结构复杂等岩石物理特征,因此Gassmann流体替换理论在此类储层的适用性尚不明确.针对这一问题,本文在1～60 MPa有效压力内分别测量了干燥与饱水致密砂岩样品的超声纵、横波速度,并对饱水前后砂岩的剪切模量变化特征进行了分析.结果表明,致密砂岩的剪切模量在饱水前后可能出现弱化或硬化现象.通过对致密砂岩样品的孔隙纵横比进行定量化分析,发现对于微裂缝主要分布在颗粒间以及颗粒内,并且软孔隙纵横比分布范围宽、软孔隙含量较高的样品更容易表现出剪切硬化的特征.利用一般形式的喷射流模型可以较好的模拟剪切硬化现象,但要考虑微裂缝的闭合情况对输入参数的影响.剪切硬化主要来源于高频弹性波激励下流体的喷射流频散作用.考虑到特定条件下在地震和测井频带也会产生频散现象,因此致密砂岩等非常规储层在进行流体替换时需考虑剪切模量可能会发生变化,盲目使用Gassmann流体替换理论的剪切模量不变假设可能会引起较大的预测误差.     

基于可变临界孔隙度模型的致密砂岩储层参数地震反演方法

储层参数地震反演是通过地震观测数据定量评估储层物性及含油气性的重要途径.中国西部致密砂岩油气分布范围广泛,具有巨大的勘探开发潜力,但其孔隙结构复杂,储层参数的定量预测难度较大.本文提出了一种基于可变临界孔隙度模型的储层参数地震反演方法.为有效描述储层的复杂孔隙结构,本方法将临界孔隙度作为变量,使其具有随深度变化的特征,以表征复杂孔隙结构,进而提高致密砂岩储层岩石物理建模的精度.此外,为直接从观测地震数据反演储层参数,结合岩石物理模型和地震反射系数方程建立正演算子;基于贝叶斯框架构建反演问题,采用混合高斯模型构建储层参数先验约束,用以描述储层的岩性(相)差异特征;基于临界孔隙度、泥质含量与孔隙度的统计关系,结合快速模拟退火算法,在迭代优化中使临界孔隙度与储层参数交替更新,用以提高反演结果稳定性.选用中国西部四川盆地某工区实际资料,对本方法进行应用测试与验证,结果表明本方法对于含气储层具有良好的指示性,相比常规固定临界孔隙度方法,本方法可以有效提升反演结果准确性.     

基于等效介质理论的煤层气储层岩石物理建模与应用

地震岩石物理建模作为表征油气储层物性参数与地震参数间映射关系的主流工具,鲜有应用于煤层气储层,关键制约因素在于煤层气储层特有的吸附气和双重孔隙的等效计算问题尚未有效解决.为此,本文将吸附气视为类似煤基质的固相,将双重孔隙分解为基质孔隙和裂隙两部分;尝试利用自相容近似模型计算煤基质、吸附气和基质孔隙混合后煤基质干骨架的等效纵、横波速度,通过Mori-Tanaka模型和Brown-Korringa各向异性流体替换理论加入裂隙和流体,以此构建煤层气储层岩石物理模型.在此基础之上,通过正演模拟分析基质孔隙参数、吸附气含量以及裂隙参数的等效纵、横波速度响应;基于模型反演基质孔隙和裂隙参数,并将基于模型预测的纵、横波速度与实测数据对比,论证所构建的煤层气储层岩石物理模型的合理性.进一步通过制作岩石物理量版,探讨煤层气"甜点区"界定的两个关键参数——吸附气含量和脆性指数与储层物性参数(基质孔隙度、裂隙孔隙度)以及地震参数间的关系.结果表明:吸附气含量的变化引起的纵、横波速度、纵横波速度比和纵波阻抗变化微弱,引起的流体因子参数(λρ和μρ)变化略显著;基质孔隙度变化引起的地震参数响应显著强于吸附气含量;裂隙孔隙度与两种脆性指数间均具有明显的负相关性,可认为是煤层气储层脆性的主要影响因素.     

致密砂岩气储层的岩石物理模型研究

根据鄂尔多斯盆地苏里格气田以往实测和新测的共17口井51块岩样超声波实验数据,得到304组不同孔隙度和不同含水饱和度下对应的纵横波速度、泊松比等弹性参数.重新优选计算体积模量和泊松比与含气饱和度的关系,表明苏里格气田上古生界二叠系石盒子组盒8致密砂岩储层的模型与Brie模型(e=2)相似度最高.由此建立的苏里格气田储层岩石物理模型,更好的表征了致密岩石储层物理参数随含气饱和度变化规律,为该区储层预测提供了理论依据.致密储层岩石物理模型研究成果应用于苏里格气田多波地震资料气水预测中,实际例子表明该模型适用于该区的储层和含气性预测,并取得了较好的效果.     

Rock physics model of tight oil siltstone for seismic prediction of brittleness

Tight oil siltstones are rocks with complex structure at pore scale and are characterized by low porosity and low permeability at macroscale. The production of tight oil siltstone reservoirs can be increased by hydraulic fracturing. For optimal fracking results, it is desirable to map the ability to fracture based on seismic data prior to fracturing. Brittleness is currently thought to be a key parameter for evaluating the ability to fracture. To link seismic information to the brittleness distribution, a rock physics model is required. Currently, there exists no commonly accepted rock physics model for tight oil siltstones. Based on the observed correlation between porosity and mineral composition and known microstructure of tight oil siltstone in Daqing oilfield of Songliao basin, we develop a rock physics model by combining the Voigt–Reuss–Hill average, self-consistent approximation and differential effective medium theory. This rock physics model allows us to explore the dependence of the brittleness on porosity, mineral composition, microcrack volume fraction and microcrack aspect ratio. The results show that, as quartz content increases and feldspar content decreases, Young's modulus tends to increase and Poisson ratio decreases. This is taken as a signature of higher brittleness. Using well log data and seismic inversion results, we demonstrate the versatility of the rock physics template for brittleness prediction.     

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.     

Multiscale rock-physics templates for gas detection in carbonate reservoirs

The heterogeneous distribution of fluids in patchy-saturated rocks generates significant velocity dispersion and attenuation of seismic waves. The mesoscopic Biot–Rayleigh theory is used to investigate the relations between wave responses and reservoir fluids. Multiscale theoretical modeling of rock physics is performed for gas/water saturated carbonate reservoirs. Comparisons with laboratory measurements, log and seismic data validate the rock physics template. Using post-stack and pre-stack seismic inversion, direct estimates of rock porosity and gas saturation of reservoirs are obtained, which are in good agreement with oil production tests of the wells.     

Rock physics modeling of heterogeneous carbonatereservoirs： porosity estimation and hydrocarbon detection

In heterogeneous natural gas reservoirs, gas is generally present as small patch-like pockets embedded in the water-saturated host matrix. This type of heterogeneity, alsocalled ＂patchy saturation＂, causes significant seismic velocity dispersion and attenuation. Toestablish the relation between seismic response and type of fluids, we designed a rock physicsmodel for carbonates. First, we performed CT scanning and analysis of the fluid distributionin the partially saturated rocks. Then, we predicted the quantitative relation between the waveresponse at different frequency ranges and the basic lithological properties and pore fluids.A rock physics template was constructed based on thin section analysis of pore structuresand seismic inversion. This approach was applied to the limestone gas reservoirs of the rightbank block of the Amu Darya River. Based on poststack wave impedance and prestack elasticparameter inversions, the seismic data were used to estimate rock porosity and gas saturation.The model results were in ~ood a~reement with the production regime of the wells.     

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.     

非均质天然气藏的岩石物理模型及含气饱和度反演

非均质气藏中,天然气一般呈"斑块状"分布于含水岩石内部,这种非均匀分布特征会导致地震波显著的频散与衰减现象.为发展适用于碳酸盐岩储层中流体检测的岩石物理模型,本文基于Biot-Rayleigh波动方程,实现了对非饱和岩石的多尺度理论建模,预测了不同尺度下波响应与岩性、流体间的定量联系.将此项建模技术应用于阿姆河右岸的灰岩气藏,给出了多尺度的岩石物理学图板.通过与实验数据、测井精细解释结果及地震数据的对比分析,本文论证了图板的正确性与可适用性.结合叠后波阻抗反演与叠前弹性参数反演,基于地震资料进行了储层含气饱和度与孔隙度的反演,反演结果与各井实际的产气情况吻合.