纵横波测井资料在储层评价中的应用

将弹性波基础理论，Gasman理论，Biot理论和实验研究结果相结合，探讨了沉积岩地层中速度和弹性模量，弹性模量和孔隙度，剪切模量和孔隙度，速度和孔隙度，孔隙度和Biot系数之间的关系，利用从各种声学测井资料中提取出的P波和S波时差（或速度）定量评价地层孔隙度和骨架物质，辅以泥质指示测井曲线，可以计算地层孔隙度，饱和度，岩性等参数，在M，Krief方法的基础上，采用优化算法寻求适合于任何岩性地层的孔隙度与Biot系数之间的关系式，提高了Biot系数的计算精度，该评价方法有坚实的实验基础和理论基础，评价结果与实验室岩心分析数据吻合。     

川西新场气田沙二段致密砂岩储层岩石力学性质

对川西新场地区侏罗系沙溪庙组二段致密储层样品所进行的岩石力学实验结果表明，岩石抗张及抗压强度随着岩石密度的增加而增大、岩石孔隙度的增加而减小，且随着岩石粒度的增加，抗张强度减小、抗压强度增大；砂岩的弹性模量明显高于泥岩，且随着岩石密度的增加而增加、孔隙度的增加而减小。与常温常压下相比，模拟地层条件下沙溪庙组泥岩饱和介质为气体时，抗压强度高3.2倍，弹性模量低2.35倍，泊松比高2倍；当砂岩饱和介质为水时，与饱和气体介质的砂岩相比，强度及弹性模量均降低，泊松比增大。这说明水介质对岩石有“软化效应”。进而在实验研究的基础上，应用测井、压裂资料计算了地层的岩石力学参数，通过对三种方法所得结果的对比分析，评价了地层条件下岩石力学参数，由此获得了较为合理、可信的地层岩石力学参数剖面。     

苏里格气田致密砂岩储层条件下声波速度与孔隙度实验研究

利用苏里格气田1批岩心实验数据研究了常温常压和高温高压条件下岩样声波速度和孔隙度的变化及相互关系,岩石孔隙度随压力增大以对数形式减小,随温度升高略微减小;岩石声波速度随压力的增大以对数形式增大,随温度的升高线性减小;随埋深的增加,估算压力对声波速度的影响约是温度影响的10～30倍.对不同岩样孔隙度的压力影响系数随孔隙度的增大而减小;声波速度的压力影响系数随孔隙度的增大而增大,因此造成常温常压下孔隙度与声波速度的相关性在储层条件下变差.     

遇油膨胀封隔器与地层的适应性研究

针对提出的封隔器密封性判据及结构设计方法,在对遇油膨胀封隔器胶筒在井下的接触压力及应力分布进行有限元计算分析的基础上,对该封隔器与地层的适应性进行了研究。研究结果表明,不同地层模型的胶筒最大安全下方压力与地层岩性的弹性模量成正比;泥岩、页岩和砂岩3种地层模型中的胶筒最大应力均低于胶筒的压缩永久变形强度,说明胶筒不会产生应力损坏;井壁地层岩石在井下三轴应力作用下的最大剪应力随胶筒接触压力的增大而线性增大,不同岩性地层下最大地层剪应力随封隔器接触压力的增大速率和地层的弹性模量成正比,地层剪应力的最大值处于地层岩石的45°方向上,最小值分布于其垂直方向上。     

川西坳陷深层岩石力学特征及其影响因素

为了确定川西坳陷深层须家河组致密砂岩的破裂特征及其影响因素，在模拟地层条件下，利用MTS岩石物理参数测试系统对该区岩石有关力学参数进行了测试。实验结果表明，随着孔隙度的增加，岩石抗压强度和静弹性模量降低；随着轴向差应力的增加，岩石波速先增加后降低；多数情况下，静泊松比大于动泊松比，动弹性模量大于静弹性模量、岩石经泥浆处理后塑性有所增加，抗压强度和弹性模量下降；除个别岩石外，多数岩石经泥浆浸泡后泊松比增大.     

基于主成分分析技术计算蚀变地层孔隙度的新方法

根据岩石薄片和测井响应特征发现准噶尔盆地X1、X2等井区夏子街组存在热液成因的蚀变地层。提出基于主成分分析技术提取岩石骨架参数计算地层孔隙度的新方法。通过薄片分析资料,基本掌握热液蚀变地层矿物学总体特征,将白云岩、石灰岩、砂岩、典型泥岩段和连续热液蚀变地层的等效弹性模量、中子-密度视石灰岩孔隙度差异值和骨架中子值经主成分分析技术可有效提取岩石骨架参数。在此基础上,应用补偿岩性和流体的孔隙度计算方程能提高计算精度,避免了区分岩性后再分别建立孔隙度模型的繁琐步骤。     

碳酸盐岩超压岩石物理模拟实验及超压预测理论模型

碳酸盐岩地层超压预测目前仍然是超压研究的难点问题，常用的碎屑岩地层超压预测方法是建立在Terzaghi有效应力理论基础上的、经验性的、且需要有明确响应超压的测井和地震参数（主要是纵波速度）。这些经验性的方法不适用于岩性致密且物性极不均一的碳酸盐岩地层的超压预测。通过碳酸盐岩样品超压岩石物理模拟实验剖析岩石弹性性质与孔隙流体压力和有效应力的关系，基于含流体岩石多孔介质弹性理论和广义胡克定律，从分析碳酸盐岩地层应力-应变-孔隙压力本构关系着手，建立表征孔隙压力与岩石弹性参数定量关系的超压预测理论模型（超压预测量化模型）。利用实测碳酸盐岩样品矿物组分含量并结合Voigt-Reuss-Hill模型计算岩石基质弹性模量，利用Wood模型和Patchy模型计算孔隙流体弹性模量，然后再利用碳酸盐岩样品岩石物理模拟实验得到的实际有效应力与岩石骨架弹性模量相关关系，根据Biot有效应力定律，计算得到岩石样品的等效骨架弹性模量。利用上述获得的碳酸盐岩样品各弹性参数，通过超压预测量化模型计算碳酸盐岩超压，并与碳酸盐岩样品岩石物理模拟实验加载的孔隙流体压力进行对比，验证了超压预测量化模型的合理性，提出了基于实测资料的模型校正方法。该超压预测理论模型所需的岩石弹性参数也可通过研究测井和地震资料计算获得，并可利用地震资料实现碳酸盐岩地层的超压钻前预测。     

基于双重有效应力理论的坍塌压力计算模型

目前钻井界广泛使用的地层坍塌压力计算模型是以Biot有效应力理论为基础,应用过程具有较大的不确定性。现用模型在井壁表面采用了错误的孔隙压力边界条件,且未考虑钻井液渗流效应对井周应力的影响。对现用模型存在的问题进行了分析,全面考虑坍塌压力的影响因素,应用双重有效应力理论建立了新的计算模型。新模型考虑了岩石孔隙度、泊松比和钻井液渗流效应的影响,更全面的反映了坍塌压力的本质。新模型既可用于非渗透地层,也可用于高渗透性地层。新模型计算的坍塌压力更准确。     

考虑黏土连续性影响的低孔隙度低渗透率砂岩储层导电模型研究

针对高含泥低孔隙度低渗透率储层具有连续产状的黏土和高束缚水等特征,基于有效介质对称导电理论,考虑黏土连续性对于岩石导电规律的影响,建立了低孔隙度低渗透率泥质砂岩储层电导率模型.理论分析黏土连续性对岩石导电规律的影响,发现当黏土产状从断续到连续时地层导电性增强、地层电阻增大系数降低;针对黏土包裹的球形颗粒立方体模型和斜方体模型,估算出了形成单层和双层黏土颗粒包裹所需的黏土含量界限值.通过岩电实验数据验证,说明黏土颗粒的连续性随黏土含量变化而变化.实际应用表明.该导电模型能描述高含泥低孔隙度低渗透率储层的导电规律.     

考虑钻井液浸入的砂岩井壁坍塌模型

长时间裸露在钻井液中的砂岩地层扩径严重,通过研究钻井液侵入对井周围岩弹性模量、泊松比、黏聚力及内摩擦角等力学性能的影响,开展了井周围岩坍塌压力的研究。研究了钻井液侵入后井周应力场变化规律,并在此基础上建立了考虑钻井液侵入影响的井壁坍塌模型。通过实验与模型计算可以看出,钻井液滤失,将会在地层周围形成与原地层岩石力学特性不同的侵入区。钻井液的侵入导致侵入区弹性模量、黏聚力与内摩擦角减小,而泊松比增加,随着侵入时间的增加,弹性模量、黏聚力与内摩擦角减小越多,而泊松比上升也增加;岩石力学参数的变化与侵入时间呈现线性关系;由于弹性模量、泊松比的变化,井周应力重新分布,井壁的垮塌决定于此时的井周应力与岩石强度;井眼开挖后,井壁坍塌压力往往是先减小后增大。     

川东北地区致密碎屑岩动静弹参数实验研究

利用“MTS系统”对四川盆地东北部上三叠统和中侏罗统致密碎屑岩进行了模拟地层条件下的波速及力学参数同步测试,并讨论了弹性参数的变化规律以及动静态参数间的关系。随着岩石中泥质含量和孔隙度的增加,波速和杨氏模量均降低。多数情况下,平行层理方向样品的波速、动态杨氏模量和体积模量大于垂直层理方向。随着温度的升高,波速、动态杨氏模量和体积模量都呈下降趋势。随着有效围压的增加,波速、动态杨氏模量和体积模量均呈现增加趋势,而泊松比在饱水时降低、干燥时增加。随着轴向差应力的增加,波速先增后降;对于砂岩,纵横波峰值速度大致在极限强度的80%和50%处。饱水样品的纵波速度和动弹模量明显大于干燥样品,而横波速度与饱水与否无关。动杨氏模量大于静杨氏模量,而动静泊松比间的相对大小关系不明显。      

基于KT模型流体替换的岩石物理参数反演方法

岩石物理模型中包含了很多不同的岩石物理参数,一般可以通过测井资料或者实验室资料获得,但是诸如矿物基质弹性模量以及孔隙几何形状这些参数,不能从实测数据中直接获取,必须通过反演得到,因此,研究获取这些岩石物理参数的反演方法十分必要。对于砂岩油气储层,利用3种孔隙纵横比模拟岩石的孔隙结构,引用Biot系数公式确定矿物基质弹性模量的变化范围,并结合模拟退火优化算法提出了一种基于KT模型流体替换的岩石物理参数反演方法。该方法的最大优势是能够在只知道常规测井数据的情况下,直接反演出岩石的矿物基质弹性模量和孔隙纵横比谱。针对实验室测试的42块细砂岩样品,利用该方法精确地获取了所有样品的矿物基质体积模量、剪切模量以及孔隙纵横比谱。分析反演获取的多种岩石物理参数表明：孔隙纵横比谱对岩石的弹性性质影响最大;孔隙纵横比谱可用来描述储层岩石的孔隙结构;利用3种孔隙纵横比的KT模型进行流体替换模拟的适用性很好;裂缝孔隙的体积分数对岩石弹性模量的敏感性最高。研究结果可为叠前地震属性反演和叠后储层定量预测提供参考。     

应用数字岩心和有效介质模型研究岩石弹性性质

基于三维数字岩心用有限元的方法计算了干岩样、完全饱和岩样和部分饱和岩样的弹性模量,并把数值模拟结果与理论和试验分别做了比较。结果表明,通过数值模拟得到岩石弹性模量-孔隙度关系与试验相符合,并且由数值模拟得到的流体替换对岩石弹性性质的影响与Gassmann理论相符合,数值模拟得到的部分饱和流体岩石的弹性模量与Gassmann-Wood(GW)理论也是符合的。同时把数值模拟结果与自洽理论和差分有效介质理论计算结果进行比较,发现没有一个理论计算结果能和试验结果符合,相反,数值模拟结果与试验数据基本符合。这表明了基于三维数字岩心预测岩石弹性性质的可靠性与精确性。     

Fluid substitution in a shaley sandstone reservoir at seismic scale

Shaley sandstone is heterogeneous at a seismic scale. Gassmann’s equation is suited for fluid substitution in a homogeneous medium. To study the difference between shaley sandstone effective elastic moduli calculated by mean porosity as a homogeneous medium, and those calculated directly from the sub-volumes of the volume as a heterogeneous medium, computational experiments are conducted on Han’s shaley sand model, the soft-sand model, the stiff-sand model, and their combination under the assumption that the shaley sandstone volume is made up of separate homogenous sub-volumes with independent porosity and clay content. Fluid substitutions are conducted by Gassmann’s equation on rock volume and sub-volumes respectively. The computational data show that at seismic scale, there are minor differences between fluid substitution on rock volume and that on sub-volumes using Gassmann’s equation. But fluid substitution on sub-volumes can take consideration of the effects of low porosity and low permeability sub-volumes, which can get more reasonable data, especially for low porosity reservoirs.     

致密砂岩储层自适应岩石物理建模方法

常规岩石物理建模方法建立在岩石矿物组分已知的前提下,并以Voigt-Reuss-Hill模型求取岩石基质的等效弹性模量.在致密砂岩物理建模的实践中,经常会遇到由于测井资料不全,无法给出精确的矿物成分解释,使常规岩石物理建模方法精度受到影响.针对这一问题,提出了 自适应的岩石物理建模方法.首先通过联立Gassmann方程...     

岩石弹性变形中孔隙度变化公式及其应用

借助于Zimmerrnan提出的压缩系数及其相关关系,将孔隙度变化与压缩系数结合起来,从理论上证明了岩石在弹性变形过程中孔隙度的变化情况。孔隙度变化与否与净围压有直接关系,若净围压不变,孔隙度也不变;若净围压改变,则孔隙度也将变化;这就为孔隙度校正提供了理论依据。该公式还表明孔隙度越低,孔隙度相对变化量越大,孔隙度校正就变得越重要。此外,用孔隙度变化公式还可以计算岩石弹性可采储号和弹性采收率。     

用声波弹性参数确定剩余油饱和度的方法探讨

基于M.A.Biot理论和J.G.Berryman的自治理论，考察了饱和泥质砂岩在不同孔隙度和泥质含量条件下，储层岩石的声学弹性中的压缩系数随不同含水饱和度的变化情况。研究结果表明，岩石的声学压缩系数主要受其孔隙度、泥质含量和所饱和流体的性质的影响，孔隙度和泥质含量是影响岩石的声学压缩系数的主要因素，流体饱和度次之。岩石的孔隙度和泥质含量越高，其声学压缩系数越大；随着含水饱和度的升高(含油饱和度的降低)，其声学压缩系数越小。用岩石的声学压缩系数确定储层剩余油饱和度值基本可行，如果对储层进行时间连续声波测井，有可能监测到储层剩余油饱和度的变化情况。     

不同温压下页岩动态与静态弹性模量转换研究

岩石动态与静态弹性参数存在差异,在应用时需要进行转换。目前国内外学者对岩石动态与静态弹性模量转换实验多在常温与常压下进行测试,没有考虑温度和压力对测试结果的影响,导致转换结果不能充分反映储层力学性质。本次研究以四川盆地上奥陶统和下志留统的五峰组-龙马溪组黑色页岩为研究目标,开展不同温度与压力条件下岩石动态与静态弹性力学实验,并对测试结果进行分析。结果表明：①当温度与压力一定时,动态杨氏模量测试值比静态杨氏模量测试值大,并且二者有一定的线性相关性;②页岩动态与静态杨氏模量均与温度、压力有关,温度一定时,页岩动、静态杨氏模量均随着围压的增大而增大;压力一定时,页岩动态与静态杨氏模量均随着温度升高而降低,并对不同温度、压力条件下动、静态弹性力学参数变化规律进行了机理分析;③建立了不同温度、压力条件下页岩动态与静态弹性参数转换模型,该模型可以将任意温度、压力条件下测试的动态弹性参数转换为储层条件下岩石的静态弹性参数,并能取得较好效果。利用本模型可以为研究区页岩气开采及注水压裂施工方案提供可靠的静态弹性模量,研究具有一定的实际意义。     

雷州半岛南部玄武岩岩石物理特征

基于雷州半岛南部51件玄武岩岩心样品在饱和气、饱和水状态下的纵、横波波速和弹性模量等参数的测试结果,研究了孔隙度、孔隙类型、岩相和流体对岩石弹性力学参数的影响,分析了用于识别玄武岩岩性、流体的岩石物理参数的敏感性。研究结果表明:玄武岩中纵波波速与横波波速、密度与纵波波速具有较好的线性关系,杨氏模量与密度呈幂函数关系。孔隙度是影响岩石波速的主要因素,孔隙类型对岩石波速的影响不可忽视。岩石密度是区分玄武岩岩石亚相最敏感的岩石物理参数,利用密度与杨氏模量的交会关系可识别玄武岩的溢流相上部亚相、中部亚相和下部亚相。利用泊松比与纵波阻抗交会图、拉梅系数和剪切模量之比与纵波阻抗交会图可以区分玄武岩中的气层与水层。