基于弹性力学参数的天然气识别评价技术研究*

利用测井资料对低孔渗天然气储层进行识别对有效地勘探开发该类型储层具有重要意义。本文研究了天然气储层的岩石力学参数的特征及与含气饱和度的关系,通过理论推导和分析,总结了天然气储层识别方法,建立了低孔渗天然气储层含气饱和度计算模型。采用纵横波速比、泊松比、拉梅系数和体积模量两两交图版来定性识别天然气储层。模量比差比基本不受岩性和孔隙度影响,与含气饱和度呈线性正比关系,可用于定量评价低孔渗天然气储层的含气饱和度。利用上述方法对南堡凹陷深层的测井资料进行了处理分析,有效地识别了低孔渗天然气层段,对该天然气层段的定量评价结果表明,可以有效提高气层解释符合率。     

利用井中偶极弯曲波反演渗透率的影响因素及灵敏度分析

本文以各向同性饱和流体孔隙介质充液井孔中声场传播理论为基础,系统考察了影响偶极弯曲波特征的主要因素,分析了快慢地层条件下弯曲波衰减和速度对不同参数的敏感度,对比结果表明,弯曲波的速度基本不受地层渗透率的影响,其衰减对渗透率的敏感性要远高于速度。弯曲波中心频率会随着波的衰减而发生偏移,说明利用弯曲波衰减和频移特征联合反演地层渗透率是可行的。通过对比快慢地层下的弯曲波衰减和速度灵敏度曲线,发现在慢速地层中反演渗透率的结果要好于快速地层。同时,本文也指出在低孔低渗储层中,还可以考虑利用弯曲波衰减识别气层。     

裂缝诱导TTI双孔隙介质的纵波偏移成像研究

将交错网格高阶有限差分纵横波分离的方法与逆时偏移成像方法相结合,给出了基于裂缝诱导TTI双孔隙介质模型的纵波逆时偏移成像算法,并对二维水平层状模型的数据进行偏移成像.结果表明,对于裂缝诱导TTI双孔隙介质模型,常规的基于各向同性背景孔隙岩石速度的偏移方法会导致成像结果出现过偏移现象.为研究裂缝参数对过偏移程度的影响,利用Christoffel方程,对裂缝诱导TTI双孔隙介质模型中的相速度公式进行了推导,并在此基础上,分析了裂缝角度和密度参数对介质纵波相速度及成像位置的影响.结果表明,在二维情况下,裂缝极化角增大会减小成像速度与真实速度之间的误差,从而使得成像结果逐渐接近储层的真实位置;而裂缝密度的增大则使得速度误差增大,导致成像结果与真实模型的偏差越来越大.     

含气孔裂隙地层的声波测井响应特征

本文以径向分层的孔、裂隙地层多极子井孔声场理论为基础,利用孔、裂隙介质弹性波动统一理论,数值模拟了井壁上有侵入时,单极和偶极声源激发的井孔声场随原状地层含气饱和度变化的特征和规律。结果表明：当原状地层裂隙发育时,相较于饱含水,饱含气时纵波幅度衰减严重,横波波至提前,波幅增大,斯通利波幅度变化不明显,低频时弯曲波到时提前,幅度增大;当原状地层裂隙不发育时,单极子、偶极子波形都对流体性质没有明显响应。可见,原状地层中裂隙的存在加剧了含气对纵波、横波的幅度以及到时的影响,而侵入带的存在使得斯通利波和高频弯曲波对原状地层流体性质变化不敏感。数值计算结果为利用声波响应特征识别致密气层提供了参考。     

岩心核磁共振实验对低孔低渗碳酸盐岩储层的适应性研究

低孔低渗碳酸盐岩储层矿物成分复杂、岩石骨架参数难以确定、储集空间类型多样、孔隙结构及孔渗关系复杂、常规测井曲线响应特征不明显，使其测井评价极其困难．本文利用核磁共振测井定量评价低孔低渗碳酸盐岩储层岩心的孔隙结构、计算储层参数．利用T₂谱分布曲线分析孔隙结构、计算T₂截止值；在此基础上计算岩心总孔隙度、有效孔隙度、束缚水孔隙度、渗透率等储层参数，并与常规岩心实验结果进行对比分析；最后，总结出核磁共振测井在低孔低渗储层中的应用优势与局限，为核磁共振测井评价模型的建立提供基础数据．     

改进的孔隙模型评价流体性质与裂缝孔隙度

随着勘探开发的不断深入,渤海油田面临越来越多的疑难储层,这类储层流体性质识别与裂缝孔隙度评价成为测井评价的难点。本文依据Biot理论,描述了存在裂隙条件下的含裂隙Biot理论,形成改进的孔隙介质模型。根据该模型利用阵列声波测井数据进行反演得到裂缝孔隙度,同时通过流体置换,得到不同流体对应的岩石体积模量,对其进行交会判别流体性质,实现了阵列声波测井裂缝孔隙度定量评价与流体性质识别综合应用。利用该模型对渤海油田十几口井进行计算,结果表明该方法对于常规砂泥岩和复杂岩性储层均能取得较好效果,本文提出的储层流体性质识别与裂缝孔隙度评价方法,有助于扩展阵列声声波测井的应用范围。     

致密油藏液测应力敏感性计算模型

综合成藏地质学、岩石力学和渗流力学,建立准确可靠的致密油藏考虑边界层、临界喉道和孔喉分布的液测应力敏感性计算模型.由于大庆油田致密油藏孔喉分布范围比长庆油田更窄,导致大庆油田应力敏感性更强,因此大庆油田产能更低.本文从微观角度定量表征了真实油藏中应力敏感性的作用机理.     

孔隙内填充单一固体的固-固孔隙介质中的声波传播

连通孔隙空间被有别于骨架固体的另一种固相介质充填而形成的双组分连通固体孔隙介质,简称固-固孔隙介质.推导出了固-固孔隙介质的声波动力学方程和本构关系,利用平面波分析的方法研究了各种波的频散和衰减特性.在此基础上,提出了基于一阶速度-应力方程的时间分裂的高阶交错网格有限差分算法,对其中的声场演化特点进行了模拟计算,分析了各种波的产生机制和能量分布,并详细讨论了两种固体间的摩擦系数和声源频率对各种波传播特性的影响.数值模拟表明:固-固孔隙介质中存在两种纵波(P1和P2)和两种横波(S1和S2),其中P1和S1波能量主要在骨架固体中传播;P2和S2波是骨架固体和孔隙固体之间相对运动产生的慢波,能量主要在孔隙固体中传播.固体骨架和孔隙固体之间的摩擦主要影响慢波(P2和S2)的衰减,且低频时衰减大于高频.     

国产的多极子阵列声波测井仪(MPAL)在油田开发生产中的应用

本文对国产的多极子阵列声波测井(MPAL)资料进行了分析,验证了仪器有较好的稳定性,测试结果表明:硬地层的纵波、横波、斯通利波波形清楚,幅度变化正常;通过其在岩性识别、裂缝识别、气层识别、岩石机械特性分析及各向异性的应用进行研究,能够较为准确地求取地层的纵波、横波、斯通利波的声波时差及幅度和衰减曲线,计算岩石力学参数,并进行地层各向异性评价。     

岩石材料冲击开坑行为研究

岩石材料的含孔隙、含水等细观特性对其宏观动力学性能有十分重要的影响,进而影响岩石材料的冲击开坑等动力学行为。采用实验研究和数值仿真分析相结合的方法,围绕含水岩石和干燥岩石的动态力学性能,研究岩石材料的冲击飞溅特性和成坑形态。基于高速破片发射平台,开展岩石材料的冲击开坑实验,分析对比含水岩石和干燥岩石在高速冲击下的开坑效应,以及冲击后成坑形态和喷溅效果。基于实验结果,进行了高速冲击开坑数值模拟研究。研究结果表明:在高速冲击开坑中,含水岩石的坑深小于干燥岩石,其形成的圆锥角度和喷溅速度均大于干燥岩石;岩石的细观特性可以很好地反映宏观力学响应,水的存在弱化了孔隙的作用,对岩石材料的动态力学性能有显著的影响。     

随钻中子地层孔隙度测量装置设计

传统碾米机靠操作员视觉感官来判断碾米性能,不能实现碾米机的智能自检,其识别精准度差。针对传统碾米机识别精度和智能化程度低等问题,设计了光电监测碾米机性能的在线监测系统,提出了以一种低廉价格芯片STC89C52为微处理器,以硅光电池作为光电传感器对物料品质进行信号采集。工作过程中能周期性计算碾米机碾米性能,根据其效率为碾米机的转速、碾白间隙、进出口流量等提供调整策略。经试验分析,该系统识别准确率可达99.5%以上,同时也为粮食品质检测的数字化、智能化提供了一种新方法。     

Estimation of Permeability by Integrating Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Logs with Mercury Injection Capillary Pressure (MICP) Data in Tight Gas Sands

It has been a great challenge to determine permeability in tight gas sands due to the generally poor correlation between porosity and permeability. The Schlumberger Doll Research (SDR) and Timur–Coates permeability models, which have been derived for use with nuclear magnetic resonance (NMR) data, also lose their roles. In this study, based on the analysis of the mercury injection experiment data for 20 core plugs, which were drilled from tight gas sands in the Xujiahe Formation of central Sichuan basin, Southwest China, two empirical correlations between the pore structure index ( $ \sqrt {{K \mathord{\left/ {\vphantom {K \varphi }} \right. \kern-0em} \varphi }} $ , defined by the square root of the ratio of rock permeability and porosity) and the R ₃₅ (the pore throat radius corresponding to 35.0 % of mercury injection saturation), the pore structure index and the Swanson parameter have been developed. To consecutively estimate permeability in field applications, based on the study of experimental NMR measurements for 36 core samples, two effective statistical models, which can be used to derive the Swanson parameter and R ₃₅ from the NMR T ₂ logarithmic mean value, have been established. These procedures carried out on the experimental data set can be extended to reservoir conditions to estimate consecutive formation permeability along the intervals with which NMR logs were acquired. The processing results of several field examples using the proposed technique show that the classification scale models are effective only in tight gas reservoirs, whereas the SDR and Timur–Coates models are inapplicable. The R ₃₅-based model is of significance in thin sands with high porosity and high permeability, but the predicted permeability curves in tight gas sands are slightly lower. In tight gas and thin sands, the Swanson parameter model is all credible.     

基于动电效应的震电测井方法研究进展*

与双电层和孔隙流体渗流有关的声波-电磁场耦合效应(动电耦合波)在油气储层勘探、地震电磁场等领域有着潜在应用价值。该文简述动电耦合波在理论模型以及井孔动电耦合波的实验测量、模拟计算方面的研究进展,并对油气储层测井领域进一步的动电耦合波研究进行了展望。基于动电信号的探测方法同时接收声波和电磁场两类信号,可避免单一类别信号方法的不足。实验获得了岩心的动电耦合系数,但其表征的孔隙岩石物理性质还有待进一步认识。基于耦合控制方程,开展了震电波场的计算和分析。结果表明,声源激发后,可接收到伴随声波的电磁信号和早于声波的电磁首波。这两类信号都既对影响声波特性的岩石模量、孔隙度和渗透率等参数敏感,又与电导率等岩石电学性质密切相关。非饱和岩石动电耦合波理论和基于动电耦合波的参数反演方法等问题有待进一步研究。     

含定向非均匀体固体材料的横观各向同性有效弹性模量

针对非均匀体定向指向的情况,将非均匀体对弹性波的散射等效为球形有效体对弹性波的散射,推导出了呈现横观各向同性的有效弹性模量.理论分析表明:本文得到的有效模量公式至少具有二阶精度.数值计算表明:本文的有效模量随孔隙度增加而降低,不会出现Hudson模型中在孔隙度超过一定阈值后不减反增的问题.另外,在非均匀体指向随机的情况,本文得到的有效模量公式归结为Kuster-Toks z模型的公式.对于由扁状裂隙作为非均匀体的孔隙岩石,裂隙内液体主要影响横观各向同性对称轴方向的纵波模量.     

基于水平集方法的低渗砂岩数字岩心气水两相渗流模拟

低渗致密砂岩气藏孔喉结构复杂,气水流动及分布规律表征难,常规岩心实验精细刻画困难。基于真实低渗砂岩岩心,利用Micro-CT扫描技术构建储层三维数字岩心,提取连通孔隙结构并建立非结构化四面体网格模型。结合水平集法与N-S方程,建立气水两相流数学模型并利用有限元方法进行求解,研究低渗砂岩气水两相流动中的水驱气过程、残余气分布特征、岩石润湿性对两相流的影响以及并联通道中的窜流特征。结果表明：利用水平集方法能清晰地观察到气水两相分布特征与驱替前缘的运移规律;岩石润湿性对两相流过程影响较大,水湿条件下采出程度更高;并联通道中的窜流现象明显,大通道中水相优先突破并形成优势流动通道,狭小通道中的流动受毛管现象影响,存在较大的附加阻力。     

横波速度径向层析成像方法及应用研究

近来三维声波成像技术的一个重要进展是利用偶极子弯曲波反演地层径向横波速度剖面。确定地层径向横波速度变化对评价井壁稳定性、估算地应力和优化油藏生产等有着重要的意义。偶极横波测井激发的弯曲波低频探测较深,高频探测较浅,本文根据偶极弯曲波的频散特征,采用约束反演的方法求取地层径向横波速度变化。在实际测井中,经常会遇到偶极子弯曲波的频散曲线在高频时缺失或者不准确的情况,这会使约束反演方法产生误差。针对这一现象,本文提出利用理论频散数据进行高频约束,并通过数值模拟验证了改进后约束反演方法的正确性。本文给出了一个致密气层的横波速度径向剖面综合应用实例,发现地层径向横波速度变化程度与岩石脆性有很好的对应关系,最终的压裂效果由压前、压后正交偶极横波各向异性的变化得到了印证,压裂后油气产量提高。     

Wave scattering effects in elastic percolation models

The study of the propagation of waves in randomly diluted models is presented. Porosity (crack-like) models are simulated by constructing typical elastic percolation networks with random microscopic heterogeneities in order to resemble rock media. Central and bond-bending forces (Born Hamiltonian) models are considered. For each experimental case, the elastic energy of the system is relaxed in equilibrium and then the model is excited by a pulse source in order to produce wave propagation. First, a review is presented of the well established velocity-porosity relationship from rock physics, which shows a linear trend from small porosities up to the critical porosity (percolation threshold) where the rocks fall apart. From the wave propagation analysis a general trend is observed for the attenuation of waves, from the small to the large porosity models, suggesting multiple scattering effects similar to those reported from effective-medium approximations of wave scattering due to random heterogeneities. Finally, the results are compared with those obtained from laboratory experiments on dry rocks with different porosities and different applied stress regimes.     

气泡体积分数对沙质沉积物低频声学特性的影响

由于有机物质分解等原因,实际的海底沉积物中存在气泡,气泡的存在会显著影响沉积物低频段的声学特性,因此研究气泡对沉积物低频段声速的影响机理具有重要意义.考虑到外场环境的不可控性,在室内水池中搭建了大尺度含气非饱和沙质沉积物声学特性获取平台,在有界空间中应用多水听器反演方法首次获取了含气非饱和沙质沉积物300—3000 Hz频段内的声速数据(79—142 m/s),并同时利用双水听器法获取了同一频段的数据(112—121 m/s).在声波频率远低于沉积物中最大气泡的共振频率时,根据等效介质理论,将孔隙水和气泡等效为一种均匀流体,改进了水饱和等效密度流体近似模型.模型揭示了气泡对沉积物低频段声学特性的影响规律,理论上解释了沉积物中声速的降低.通过分析模型预报声速对模型参数的敏感性,根据测量得到的声速分布反演得到了沉积物不同区域的气泡体积分数,气泡体积分数从1.07%变化到2.81%.改进的模型为沉积物中气泡体积分数估计提供了一种新方法.