基于岩石物理模型和叠前弹性参数反演的孔隙度计算

地层孔隙度参数的准确求取是油气勘探中储层预测、储层描述、储量估算和油气藏综合研究的一项关键性技术,而运用常规方法对孔隙度进行计算存在精度不高、物理意义不明确等问题。为此,从岩石物理的基本理论和岩石物理测试数据出发,在合理的假设前提下,以Gassmann方程和Eshelby Walsh方程为基础,推导和建立了利用高信噪比地震资料进行叠前弹性参数反演来计算地层岩石孔隙度的数学模型。选取实际资料的应用结果表明：①利用新模型可以提高碳酸盐岩储层孔隙度精确度约10%;②能够有效地计算预测地层孔隙度的纵横向展布,且符合地质、钻井认识规律;③利用地震资料叠前弹性参数反演获得的横波速度和体积密度剖面纵向分辨率较纵波速度剖面高,在此基础上开展的孔隙度计算能够提高孔隙度剖面的纵向分辨率。该数学模型提供的孔隙度数据为后期的钻井部署、储量估计、油气藏描述等研究提供了技术支撑。     

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。     

叠前地震反演在苏里格气田储层识别和含气性检测中的应用

介绍了叠前地震反演技术在苏里格气田有效储层识别和含气性检测中的应用。通过岩石物理分析建立了弹性参数与储层参数之间的联系,指出了工区内岩性、物性和流体的最敏感弹性参数。通过叠前地震反演获取了各种弹性参数反演结果,并根据岩石物理分析的结论将叠前地震反演结果进行综合解释,从密度和速度比交会图获得了岩性剖面,对识别出的砂岩根据反演的纵波阻抗计算了孔隙度剖面,对孔隙度大于5%的砂岩,利用笔者提出的新方法得到了含水饱和度剖面,在此基础获得了孔隙度含气饱和度乘积剖面     

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。     

跨频段岩石波速及频散的实验研究

基于实验室高、低频联合测试技术，针对A、B岩心样品开展了不同频段（2~2000Hz、1MHz）、饱含不同流体（水、甘油）条件下实验室弹性参数测试。实验结果表明：孔隙流体流动性越强，频散特征频率越高；频散特征频率与孔隙度、渗透率呈正相关，与流体黏度呈负相关；高频段纵波速度随饱和度增加而增加；低频段纵波速度随饱和度增加先减后增，存在一个临界饱和度，该临界饱和度的大小与孔隙流体的流动性密切相关。     

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。     

由核测井推导横波和纵波测井曲线

横波和纵波测井曲线由与岩性特性相对应的核测井响应推导来的,推导过程如下,中子—密度交会图确定岩性、孔隙度和气体含量,自然伽码测井确定泥质量含量。已发表的文献中提出了岩性—孔隙度—泥质含量和横波—纵波速度两者之间的关系。以前,岩性、孔隙度和泥质含量是由核测井确定的,而横波和纵波速度则由计算得到。这项技术有两项重要的应用,测井资料与地震资料的结合,并扩大了地层评价的能力。声波测井并不适用于所有的井,这就很需要由其它测井精确地推导出声波速度来。当能够测得声波测并资料时,把计算得到的速度与实测的声波测井速度作比较,这两者差别反映了次生孔隙度(裂缝、晶簇等等),或泥质分布状态(分散的、层状的等)。值得注意的是该技术具有与声波测井一样的精度,它能预测出四个参数,即岩性、孔隙度、泥质含量和泥质种类。由于要用四个参数来计算横波和纵波速度,仅用横波和纵波测量值评价地层变就得困难。     

碳酸盐岩储层孔隙度预测方法研究及其在南海某区的应用

大量研究结果表明,岩石的弹性性质和声学特性受孔隙结构的影响非常大,孔隙结构是影响孔隙度预测的重要因素。基于Gassmann方程并结合表征孔隙结构的综合岩石骨架模型,推导出了基于综合孔隙结构的地震孔隙度计算表达式。将考虑了孔隙结构影响的孔隙度预测方法应用于南海某区碳酸盐岩储层的孔隙度预测,首先由从测井数据计算得到单井参数,通过交会拟合方法,仅利用纵波速度计算了孔隙度;然后通过三维叠前地震反演参数横向拓展,得到了整个工区的孔隙度预测三维数据体。测井数据试算和实际地震资料应用结果表明,孔隙度预测效果很好,能适用于碳酸盐岩储层孔隙度的预测。     

基于最优输运原理的陆上单分量资料弹性波全波形反演

陆上地震单分量地震数据只包含纵波信息,没有横波信号。声波全波形反演是最常用的利用纵波数据反演地下纵波速度、密度的方法,但忽略了单分量资料的弹性AVO特征和转换纵波的存在。为此,基于弹性介质假设推导了伪压力弹性波方程,该方程数值模拟结果仍为标量波信号,但具备弹性AVO特征和转换纵波信息,能够指示横波速度的变化。在此基础上构建了利用纵波数据进行弹性参数全波形反演的理论框架。由于全波形反演的高度非线性,准确的初始速度建模尤为重要,引入基于最优输运理论的二次Wasserstein距离（W₂范数）,在不增加计算量的前提下优化了目标函数的凸性,克服了周期性跳跃导致的局部极值问题。在此基础上,再进行常规的基于L₂范数反演,克服了对初始模型的依赖。应用重采样的Marmousi模型验证了该方法仅用纵波数据反演纵、横波速度的有效性,以及避免周期性跳跃方面的优势。将该方法应用于中国东部M工区的实际地震资料,验证了该方法的实用性和稳定性。     

一种体现孔隙形态影响的四参数孔隙度反演方法

传统的测井孔隙度反演方法在反演复杂孔隙形态地层的孔隙度时往往存在偏差。孔隙形态的影响可以利用等效介质模型体现,提出了一种四参数孔隙度反演方法,即,引入差分等效介质(Differential Effective Medium,DEM)模型,将孔隙度反演与孔隙形态的影响相结合,利用中子、密度、纵波时差和横波时差四个参数实现地层的孔隙度和孔隙纵横比的同步反演。首先利用中子、密度和纵波时差反演地层孔隙度初值,通过DEM模型求取孔隙纵横比初值;而后利用纵波速度、横波速度和体积密度信息同步反演声学孔隙度和孔隙纵横比;最后综合利用中子、密度、纵波速度和横波速度数据,对地层孔隙度和孔隙纵横比进行同步反演。以西南某探区深层白云岩地层孔隙度反演为例,比较了不同孔隙度反演方法的效果,验证了四参数孔隙度反演方法的有效性。     

利用岩石弹性模量定量评价潜山储层产能的方法

渤海油田潜山储层岩性复杂、孔隙结构复杂、非均质性强,导致测井响应特征复杂,而DST测试一般都是对潜山井段进行大段合试,因此潜山产出层段的划分缺乏可靠的依据。针对该难点,对基质孔隙和裂缝同时存在的双重孔隙介质Biot理论进行推导,并模拟双孔介质情况下岩石的弹性模量与裂缝孔隙度的关系,发现弹性模量随裂缝孔隙度的增大而减小,而裂缝孔隙度是影响潜山裂缝性储层产能的关键参数。因此,应用弹性模量进行潜山储层产能评价具有坚实的理论基础,进而建立弹性模量与产出剖面测井的关系,然后利用这一关系评价潜山储层的产能。文中提出的这种潜山储层产能评价的方法在渤海锦州南油田多口井潜山储层评价中取得了较好的应用效果,证实了该方法的有效性,同时也扩展了阵列声波测井的应用范围。     

等效流体体积模量稳定反演方法

基于等效流体体积模量的反射系数近似方程,并结合Connolly弹性阻抗思想,推导了基于等效流体体积模量的弹性阻抗方程,并对弹性阻抗方程进行了归一化处理。在反演等效流体体积模量过程中,发现待反演参数的系数之间存在系数相关性,严重影响了等效流体体积模量反演的稳定性。首先采用贝叶斯框架下的弹性阻抗反演方法,进而将孔隙度反演结果作为已知信息加入到等效流体体积模量反演方程中,使待反演参数系数矩阵满秩,结合弹性阻抗反演结果,实现了等效流体体积模量的稳定反演。该方法有效地去除了系数之间的相关性,并将待反演参数减少为3个,所需要的角度个数也由4个减少为3个,提高了等效流体体积模量反演的稳定性。模型实验结果与实际数据应用均验证了方法的有效性。     

基于叠前地震反演参数的流体饱和度定量预测方法

提出了一种基于测井数据和叠前地震反演参数的流体饱和度定量预测方法——孔隙体积模量法。该方法基于Gassmann方程,在假设已经对岩性进行了可靠的定性预测,并较准确地计算了砂岩的泥质含量和孔隙度的前提下,利用测井资料计算干燥岩石体积模量和孔隙体积模量,利用各种叠前反演得到的弹性参数拟合干燥岩石体积模量,建立含水饱和度与孔隙体积模量的关系式,对流体饱和度进行定量估算。利用长庆油田苏里格地区的实际地震资料对孔隙体积模量法进行了验证,结果表明,该方法能定量预测含气饱和度,且能半定量预测气层的产能。根据预测结果部署的井位经钻探获得了高产气流。     

INVESTIGATION OF ELASTIC INVERSION ATTRIBUTES USING THE EXPANSIBLE CLAY MODEL FOR WATER SATURATION

Quantitative X‐ray diffraction has been used to characterize water saturation levels in complex shaly sand reservoirs (i.e. shaly sands with infrequent carbonates and minor proportions of iron‐rich minerals such as pyrite and siderite). The results led to the design of a total expansible clay model for water saturation, which is similar in form to the Dual Water model except that the excess effect of the clay minerals has been accounted for by a volume‐conductivity relationship, rather than one of the usual volume‐porosity translations, effectively reducing the uncertainties in estimating water saturation. Given the ambiguities associated with predicting these petrophysical properties from data on rock properties, such as mineralogy, an investigation of the relationship of estimated water saturation based on the total expansible clay model to independently determined rock properties was undertaken using well log inversion and forward modelling techniques. The results show that there is consistency in the relationship between water saturation estimates made from the total expansible clay model and known elastic parameters such as primary and shear‐wave sonic velocity (V_p, V_s), bulk density (ρ_b) and impedance (I), when the Raymer‐Gardner‐Hunt model is used. Use of the Raymer‐Gardner‐Hunt model to reconstruct the required rock‐physics relationship avoids the classic limitation of the more advanced Gassman model, which assumes that the dry shear modulus is equivalent to the wet shear modulus (μ_dry=μ_wet). The present work raises further questions on the application of the Voigt‐Reuss‐Hill (VRH) limits, or the Hashin Shtrikman bounds for averaging the effective shear modulus of the dry matrix in complex shaly sand reservoirs, where a two‐mineral matrix is normally assumed. The study shows the inapplicability of the VRH or Hashin‐Shtrikman averaging techniques but provides a minor adjustment to the averaging that solves the problems faced in reconstructing the relationships between directly measured elastic properties and derived petrophysical properties for this type of reservoir rock.     

Biot系数和岩石弹性模量的实验研究

对济阳坳陷古近系地层87块砂岩样品进行了模拟地层条件(温度、压力)的实验测试,结合岩心薄片分析资料,分析研究了有效压力、岩性对Biot系数和弹性模量的影响.结果表明,Biot系数随着有效压力和钙胶结物增加而减小,随着孔隙度增加而增大;体积模量随着有效压力增加而增大;建立了Biot系数模型和岩石弹性模量与孔隙度关系模型;利用该模型确定的岩石弹性模量或速度上限更接近实验测量数据,可为油田开发提供更合理的岩性模型参数.     

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。      

四川盆地焦石坝地区页岩气储层孔隙参数测井评价方法

四川盆地焦石坝地区页岩储层具有孔隙度低、孔隙结构复杂的特点,五峰-龙马溪组页岩储层段发育无机孔隙、有机质孔隙和微裂缝3种孔隙类型,核磁共振测井作为岩石孔隙参数评价的一项有效技术,在该区储层孔隙度和孔隙结构的评价中发挥了重要作用。基于岩心刻度测井解释的方法,通过对常规测井资料和岩心核磁共振实验数据的相关性研究,建立了焦石坝地区页岩储层的总孔隙度和有效孔隙度解释模型。总孔隙度解释模型是将岩心核磁实验的总孔隙度分析结果与测井资料进行最佳深度匹配后,根据最优化数学方法,确定多元线性回归法为最佳计算方法,即总孔隙度与密度测井、声波时差、补偿中子测井进行多元线性拟合;有效孔隙度解释模型是根据岩心核磁实验的有效孔隙度与密度测井具有较好的正相关性,建立根据密度测井求取有效孔隙度的关系式。孔隙度计算结果与岩心实测结果对比显示,91.7%的数据其绝对误差都小于0.5%,实现了对该区页岩储层孔隙参数的较好评价。      

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。     

临界孔隙度Pride模型及其应用

实际测井数据中缺少的横波速度信息对于储层表征、流体识别具有重要意义。本文给出一种新的横波速度预测方法:通过对Pride模型引入临界孔隙度导出临界孔隙度Pride模型,再结合Gassmann理论建立饱和岩石的纵横波速度计算模型。将该模型应用于室内实验室测量和实际测井资料的横波预测,结果表明本文提出的基于临界孔隙度Pride模型的横波速度预测方法是有效的。     

双变量散点图的曲线拟合方法及其应用

提出了一种基于退火技术来获取优化的拟合模型曲线的方法,基于该方法编制出双变量散点图曲线拟合程序的FITBIVAR。该程序的输入参数通过参数文件来设置,并遵照GeoEAS格式,根据实际应用特点,它提供变量的对数变换和结果反变换,FITBIVAR程序建立孔隙度,声波时差数据对和孔隙度,渗透率数据对的关系模型。结果表明,基于线性模型预测的孔隙度与岩心孔隙度之间的绝对误差为0．904％,相对误差为5．8％,基于FITBIVAR模型预测的孔隙度与岩心孔隙度之间的绝对误差为0．842％,相对误差为5．28％,基于FITBIVAR模型解释的渗透率与岩心参透率的相关性明显好于线性模型解释的相关性。