岩心图像砾石分析技术在砂砾岩扇体中的应用——以东营凹陷北部陡坡带砂砾岩扇体为例

岩心图像砾石分析是为研究砂砾岩地层中砾石的结构特征而开发的一项新技术。它以岩心扫描图像为基础,利用先进的图像分析手段,通过对砂砾岩岩心中砾石的提取、统计和分析解决砂砾岩勘探中的一些基本地质问题。运用该技术,对东营凹陷北部陡坡带砂砾岩扇体进行了研究,从砂砾岩砾石的定量描述、沉积物类型识别以及砾石结构特征与储集物性的关系等方面进行了应用和探讨。借助岩心图像砾石结构特征分析,可以较好地解决砂砾岩中砾石的定量描述问题,并可进一步揭示砾石结构特征与沉积物类型之间的内在联系,此外砾石的砾径、分选等结构特征对砂砾岩的储集物性有一定的影响,这对砂砾岩储层的分析具有一定的指导意义。     

天然气水合物横波速度等效介质模型预测方法

由于天然气水合物具有多种充填模式,水合物既可作为固体骨架又可作为孔隙充填物赋存于地层中,因此天然气水合物岩石物理模型与常规油气的岩石物理模型具有较大的差异,常规横波预测方法不再适用。为此,开展了利用等效介质模型进行天然气水合物横波预测的方法研究。首先分析矿物组分、孔隙度和水合物饱和度对纵横波速度的影响;然后利用纵波时差、密度、泥质含量、孔隙度、饱和度等常规测井资料根据等效介质模型构建约束优化方程,其中以纵波速度、密度等常规测井资料为约束,孔隙度和饱和度作为优化变量以寻找最优解;采用收敛快、计算结果可靠的信赖域算法求解该约束最优化问题。最后利用神狐海域天然气水合物的钻井资料对方法进行验证,计算的横波速度和饱和度与实际资料吻合度较高。     

基于各向异性岩石物理模型的页岩气储层横波速度预测

通过融合各向异性微分等效介质(DEM)理论和Brown-Korringa各向异性流体替换模型,建立了有机页岩各向异性岩石物理模型,提出了根据纵波速度反演岩石等效孔隙纵横比进行页岩气储层横波速度预测的方法。首先,利用各向异性DEM模型和Brown-Korringa模型建立有机页岩各向异性岩石物理模型,得到有机页岩纵、横波速度与密度、孔隙度、饱和度和矿物组分等参数之间的关系;其次,将岩石孔隙等效为具有单一孔隙纵横比的理想椭球孔,应用二分法来寻找最佳的等效孔隙纵横比使得理论预测与实际测量的纵波速度之间的误差最小;最后,将反演得到的等效孔隙纵横比代入到所建立的岩石物理模型中,构建横波速度。实验室岩样数据的应用试验结果表明,由纵波速度构建的横波速度与实测横波速度吻合良好,验证了基于各向异性岩石物理模型的有机页岩横波速度预测方法的有效性。     

玛湖凹陷百口泉组砂砾岩储集层岩石力学特征与裂缝扩展机理

以玛湖凹陷百口泉组砂砾岩储集层为研究对象,通过岩石力学实验,开展了不同岩性砂砾岩储集层的岩石力学特性和裂缝扩展机理研究。在此基础上,利用数值模拟方法构建含有真实砾石的二维模型,研究砂砾岩中裂缝扩展的过程,讨论了砾石强度对裂缝扩展机制的影响。研究结果表明：砂砾岩具有较强的非均质性,造成不同岩性的砂砾岩力学特性差异较明显,其中细砾岩的力学强度大于粗砾岩;岩石中砾石成分和基质成分间差异对砂砾岩力学特性的影响较大;单轴压缩中砂砾岩破坏模式主要以劈裂破坏为主,而三轴压缩中砂砾岩破坏模式包括劈裂破坏、单剪切破坏和双剪切破坏等;砾石颗粒对裂缝扩展存在屏蔽作用,砂砾岩的破裂过程中裂缝扩展形式主要分为穿砾、绕砾、嵌入止砾等;砾石与基质强度差异增大,砾石屏蔽作用增强,裂缝遇砾石受阻增强,将造成裂缝遇到砾石的扩展由穿砾形式变为绕砾形式。     

岩石物理模型在横波速度估算中的应用

岩石物理模型是进行岩石物理研究、求取横波速度的重要基础。利用Xu-White砂泥岩混合模型,通过岩心测试数据、纵波和密度曲线、泥质百分含量及孔隙度测量得到岩石骨架的体积模量和剪切模量,然后计算不同流体及流体饱和度下岩石的有效弹性模量,进而计算出纵、横波速度。经过与实测密度、纵波资料的对比,调整参数循环迭代计算,得到最终横波速度。利用岩石物理模型估算横波速度,解决了平湖油气田放鹤亭构造常规测井缺乏横波资料的难题,为AVO正演模拟、叠前AVO/AVA同步反演提供了可靠的基础数据。     

岩石沉积学特征与岩石弹性参数的关系

岩石物理基础研究结果表明,岩石的弹性特征是由岩石内在的矿物成分及含量、孔隙和孔隙流体等物理参数所决定的,而这些物理参数又受岩石的沉积环境、沉积过程和后续成岩作用等因素控制。研究岩石的物理参数与其物性和弹性参数之间的关系,对利用地震弹性参数预测油气储层具有一定的指导意义。通过岩石物理分析技术,系统地分析某扇三角洲成因砂砾岩储层的岩性和孔隙流体等物理参数对岩石密度以及速度和模量等弹性参数的影响,结果表明,纵横波速度比、横波波阻抗、剪切模量和剪切模量与密度乘积等参数对砂砾岩与泥质岩比较敏感,可用于砂砾岩的分布预测;纵横波速度比、拉梅常数与密度乘积能够较好地区分含油和含水砂砾岩,可用于油层预测。进一步研究发现,当地层沉积序列由多沉积旋回细分至单个沉积旋回时,岩石孔隙度与纵波速度和纵波波阻抗的相关性呈现逐步变好的趋势,但它们之间并非简单的线性关系,且受泥质含量影响较明显。     

基于线性近似的微分等效介质方程解耦方法

岩石物理理论在弹性模量与速度估算中发挥着重要作用。干岩石骨架弹性模量是计算饱和岩石弹性模量和速度的关键参数,微分等效介质理论(DEM)是计算干岩石骨架等效模量的理论依据,但由于其方程是耦合的,很难得到精确解析解,通常只能求取近似数值解。基于前人研究成果,假设干岩石骨架模量比是孔隙度的线性函数,利用极化因子表达式,将耦合微分等效方程解耦为常微分方程,构建了一种新的干岩石骨架等效模型;与微分方程数值解做对比,可知本文导出的解析解能有效计算干岩石骨架等效模量;利用Han实验数据和实际井资料做测试,结果表明用该模型可有效估算岩石纵横波速度。     

东濮凹陷岩石声学和弹性力学参数特性试验研究

以东濮凹陷钻井取心岩样为例,在实验室模拟井下温压条件,研究了干岩样和孔隙充填流体岩石的声学特征,以含水饱和度20%为间隔,分别测量了纵波速度、横波速度、密度、泊松比、杨氏模量、弹性模量、切变模量、体积模量等8个岩石声学和岩石弹性力学参数,拟合了东濮凹陷1号样品在干岩样和100%含水时的压力与纵横波速度、纵横波速度比、泊松比及岩石弹性力学参数之间的关系,以及2号样品在油驱水过程中纵横波速度、波速比、泊松比及岩石弹性力学参数在不同压力和温度下随含水饱和度的变化规律,该拟合结果为东濮凹陷叠前弹性反演、岩性识别和流体检测等提供了可靠的基础数据。研究结果亦可为今后该地区的地质和地球物理特征研究提供岩石物理参考。     

砾石绕流效应的砂砾岩储层滤失模型

砂砾岩储层一般发育有天然裂缝,砾石与天然裂缝的存在必然会引起压裂液滤失,但缺乏滤失计算理论。为建立定量分析砂砾岩储层滤失速度的数学模型,研究砾石与天然裂缝对砂砾岩滤失速度的影响,根据Kozeny Carman方程导出了砾石参数与基质孔隙度、渗透率的关系式,将砾石对渗透性的影响归结为对基质渗透率的影响;在此基础上建立了双重介质滤失模型,以正交变换的方法求解压力分布,根据压力分布函数计算滤失速度。最后获得了考虑砾石参数、天然裂缝的砂砾岩双重介质滤失模型,据此研究了不同砾石含量、多种砾石粒径下的滤失速度变化规律以及天然裂缝对滤失速度的影响。结果表明：①砾石含量对滤失速度影响较大,而粒径的影响则较小;②砾石对基质的滤失速度影响较大,而对天然裂缝的滤失速度影响较小;③虽然砾石对砂砾岩储层滤失速度存在一定影响,但天然裂缝才是影响砂砾岩储层滤失的主控因素。     

车镇凹陷郭局子洼陷北部陡坡带砂砾岩沉积序列

针对济阳坳陷车镇凹陷郭局子洼陷北部陡坡带砂砾岩扇体物源多、沉积速率快、沉积厚度大和多期叠置的特点,在岩心、FMI测井图像分析和对各种沉积序列划分方法优化的基础上,提出了砂砾岩沉积序列综合划分方法。先采用岩心和FMI测井图像划分砂砾岩沉积序列和标定岩电关系,再利用泥岩隔夹层识别、地层倾角测井资料、地震约束下曲线重组和测井曲线计算反射系数法来划分沉积序列;最后,利用地震时频分析和小波变换法,进行校验和补充。按照上述方法,将郭局子洼陷北部陡坡带沙一段砂砾岩划分为3个沉积序列,沙二段划分为4个沉积序列,沙三上亚段划分为2个沉积序列,沙三中—沙三下亚段划分为12个沉积序列,沙四段划分为5个沉积序列。     

玛湖地区横波预测方法优选及其对岩石力学参数计算的影响

针对实际生产中缺乏横波速度这一重要的地球物理参数,且利用经验公式计算精度不高的问题,以玛湖地区为例,通过对横波预测理论模型的筛选和分析,最终选择Xu-White模型,考虑地质沉积背景和埋深,利用岩石矿物成分、孔隙度及流体成分曲线,进行横波速度曲线的计算,在此基础上分析了横波速度预测精度对岩石力学参数计算结果的影响。经过实测偶极声波资料、岩心实验室力学测量数据和压裂施工数据的检验,Xu-White模型与常规经验公式计算的结果相比,精度大幅度提高,在玛湖地区百口泉组砂砾岩地层具有显著的普适性。该技术在岩石力学参数的准确计算以及砂砾岩致密油压裂方案设计等应用中取得了较好的效果,对玛湖地区致密油开发的地质工程一体化研究具有重要的意义。     

碳酸盐岩三矿物岩石组分识别模型的建立与应用

塔里木东南区块碳酸盐岩储层岩石组分复杂,石灰岩、白云岩、硅化岩并存,含量变化大,且呈非均匀状态分布。由于不同组分具有不同的测井响应骨架值,岩石组分的变化导致岩石骨架参数的变化,从而进一步影响岩石孔隙度参数的计算精度。采用三角形图解法,经过优选岩性测井信息,确定端元特征值,建立了三矿物岩石组分识别模型和含量计算的新方法。通过与岩心分析矿物含量对比,平均绝对误差小于7%,能够满足生产需求,为储层参数精确求取奠定了基础。     

应用声学岩石物理模型进行储层流体性质识别

介绍了利用常规测井资料与声学岩石物理模型相结合进行复杂岩性储层的流体识别的方法。建立了双重孔隙各向异性岩石物理模型。利用测井曲线计算孔隙度、泥质含量、石英颗粒的体积模量与剪切模量等岩石物理模型所需的输入参数。应用该模型估算岩石在含水饱和、含油饱和条件下的纵、横波时差曲线,然后计算相应的纵横波速度比、泊松比等弹性参数。对比实测的弹性参数与模型估算的弹性参数,根据其大小关系识别储层流体。2口井的实际测井资料处理表明,利用岩石物理模型识别储层流体结论与常规测井解释结论、试油结论均相符,这为复杂岩性储层的流体识别提供了一种新方法。     

莺琼盆地纵横波地震参数及衍生参数的变化规律

利用岩心实验室测试数据、全波列测井数据和地震资料对莺琼盆地纵横放地震参数及衍生参数的变化规律进行了分析和研究。含气岩心的弹性模量、纵横波速度比和泊松比比古盐水岩心低很多;砂岩的纵横波速度比和泊松比比泥岩低得多。当地层埋深超过2500m时,纵横波速度比、泊松比基本不受深度的影响。岩石密度和孔隙度的相关性很好;含盐水岩心的纵横波速度比与孔隙度的相关性很差,含气岩心的纵横波速度比与孔隙度的相关性稍好于含盐水岩心。     

沁水盆地和顺地区煤层气储层物性特征

在对沁水盆地和顺地区煤层气有利区带的地质资料进行相关分析基础上,采集了不同煤矿井下煤样和顶板盖层样品并进行了超声波测试,初步形成了在地层温度与压力条件下的煤样采集、样品制备及测试分析等基本岩石物理参数测试技术。应用MTS岩石物理参数测试系统对该区煤样进行岩石物理参数测试,获得该区煤层气有利区带储层岩石物理参数测试数据及其分布范围,表明煤层纵横波速度之间具有良好的线性关系,煤样及盖层样在纵横波衰减方面存在-定的差异。煤层的弹性特征与盖层存在明显差异,并具有较强的各向异性和非线性特征,可为岩石物理模型、实际模型的数值模拟和波场特征分析提供依据,也为煤层气的预测提供了-种途径。     

莺琼盆地纵横波地震参数及衍生参数的变化规律

利用岩心实验室测试数据、全波列测井数据和地震资料对莺琼盆地纵横波地震参数及衍生参数的变化规律进行了分析和研究。含气岩心的弹性模量、纵横波速度比和泊松比比含盐水岩心低得多 ;砂岩的纵横波速度比和泊松比比泥岩低得多。当地层埋深超过 2 5 0 0 m时 ,纵横波速度比、泊松比基本不受深度的影响。岩石密度和孔隙度的相关性很好 ;含盐水岩心的纵横波速度比与孔隙度的相关性很差 ;含气岩心的纵横波速度比与孔隙度的相关性稍好于含盐水岩心。     

非常规页岩岩石物理模型建立

介绍了采用解析模型计算层状均匀介质且富含固体有机质—干酪根的岩石干燥弹性模量。模型中弹性强度是固体矩阵模量、总孔隙度、孔隙形态因子和裂缝密度的函数。裂缝密度是一个采用超声波岩心测量进行校正的应力衰减函数,而孔隙形态因子则采用声波曲线进行校准。采用Gassmann方程计算层状均匀介质的饱含流体模量,即忽略各向异性。因此,可以建立一个计算有机页岩弹性模量的模型进行声波速度预测和孔隙压力校准。另外,模型证实了渗透性流体对有机页岩弹性性质影响巨大,特别是在超低有效应力条件下。然而,干酪根含量很大程度上影响着测井数据点在声波阻抗—横波阻抗域(AI-SI)从传统页岩向含油气砂岩产生异常偏移的程度。     

岩石裂隙对岩石的弹性性质及速度—孔隙率关系的影响

多数沉积岩有细长孔隙和裂隙，根据Berryman散射模型方法，采用椭球状孔隙模拟岩石裂隙，通过改变椭球状孔隙的纵横比，可以模拟裂隙的形状。结合Gassmann方程和Walsh公式研究孔隙纵横比对岩石的弹性性质、纵横波速度、流体替换的影响。计算结果表明，对于具有相同矿物成分和孔隙率的岩石，由于裂隙的形状(椭球状孔隙的纵横比)不同，岩石体积模量、孔隙弹性模量、纵横波速度、泊松比都有明显的不同。随着孔隙纵横比的增大，体积模量、孔隙弹性模量呈近似线性增大，泊松比呈非线性减小，纵横波速度增大，流体对岩石物性的影响(流体替换)也减小；反之亦然。     

东营凹陷北部陡坡带砂砾岩扇体识别模式

东营凹陷北部陡坡带因坡度陡、距物源近、古地形起伏大且构造活动强烈,在沙三、沙四期沉积多种砂砾岩扇体。砂砾岩扇体油藏已成为胜利油田增储上产的重要勘探目标。在系统观察岩心的基础上,通过粒度、综合地质、地震及测井等资料分析,对东营凹陷北部陡坡带砂砾岩扇体进行了研究,建立了各扇体的识别模式。此研究,对研究区砂砾岩扇体油藏的勘探开发具有一定的指导意义。     

砂砾岩储集层水力压裂裂缝扩展规律与可压性评价

为探究准噶尔盆地二叠系乌尔禾组砂砾岩储集层水力压裂裂缝扩展延伸规律，采用真实破裂过程分析软件，研究砾石特征、地应力等因素对裂缝扩展的影响。根据数值模拟，研究不同条件下裂缝的扩展过程，描述岩石裂缝演化及形态，建立砂砾岩储集层可压裂性的评价模型。结果表明：乌尔禾组砾石强度和基质强度差异较大，砾石强度为216.62～2 032.64 MPa，是基质强度的2～4倍，砾岩岩石力学特性差异明显；砾石含量较小时，裂缝扩展主要受主应力的影响；砾石粒径较小时，裂缝扩展方式主要为绕砾；随着粒径增大或砾石含量增加，砾石对裂缝的抑制和屏蔽作用明显，裂缝延伸距离减小；砾石强度与基质强度差异越大，裂缝遇砾石受阻越强，扩展方式越易由穿砾变为绕砾，降低了裂缝延伸距离。运用灰色关联法和层次分析法，综合考虑砾石特征、水平地应力差等因素，建立了砂砾岩储集层可压裂性评价系数计算模型，无因次压裂裂缝面积和米采液指数与可压裂性评价系数呈正相关关系。