局部气体饱和岩石中实验速度测量解释

饱和度和实验速度的关系与过去经常用来预测气体对地震波速度影响的Biot－Gassman理论不相匹配一直是岩石物理学中的一个古老问题。一个实验速度数据新的解释表明饱和度关系受两种以前公布的高频声波原理所控制：①用来描述孔隙空间的流体和气体饱和区域之间的压力平衡的气囊模型；②在具有不同纵横比的孔隙中由于压力平衡引起的局部流体流动。当这两个原理被加到毕奥理论中后，结果描述公布的速度与气体饱和度数据关系为广泛的岩石种类。这两种原理忽略了地震数据的低频成份，所以饱和度与实验速度的关系不能用来预测地震频率的饱和关系。一个适于预测地震速度的实验测量是干岩石的超声波速度。干岩石的速度应该应用在BiotGasssman理论中来预测充分饱和与地震速度之间的关系。     

基于孔隙纵横比谱反演的饱和岩石宽频段岩石物理模型

对于常规砂岩,速度主要受孔隙度、矿物成分和孔隙流体控制。然而,实验测量结果表明,岩石的孔隙结构同样是岩石的弹性参数的主要控制因素之一。岩石微观孔隙结构特征不仅影响岩石的弹性参数,也决定了流体饱和岩石中流体流动造成的频散与衰减效应。Gassmann理论模型忽略微观孔隙结构影响,往往不能解释岩石弹性性质的压力和频率依赖性,本文则对K-T模型进行扩展来表征压力对流体饱和岩石的弹性模量的影响,在此基础上,将喷射流模型计算的频变流体体积模量带入到K-T模型中建立岩石的频率依赖性。首先,基于速度-压力变化曲线与孔隙结构参数的函数关系,利用实测超声速度数据来反演孔隙纵横比分布及其孔隙度(即孔隙纵横比谱);其次,将干燥硬孔隙加入岩石基质,基于K-T等效介质模型计算岩石干骨架弹性模量,并带入流体频变体积模量,计算加入饱和软孔隙后的岩石“干骨架”的弹性模量;最后利用Gassmann流体替换理论计算硬孔隙中饱和流体的弹性模量。为了验证模型的准确性,对一块饱油致密砂岩样进行超声速度测量并与该模型预测结果相对比,结果表明相比于Gassmann模型,新模型能更好的解释测量结果,且能预测饱和岩石的速度的压力和频率依...     

纵横波速比直观指示气层的解释方法

在岩石孔隙度和围限压力相同条件下,气饱和岩石的纵横波速度比小于水饱和岩石的纵横波速度比。本文以此为基础,提出一种直观指示气层的解释方法。用纵横波速度比测量值对比纵横波速度比背景值,当前者小于后者时,直观指示是气层,并用中子和密度孔隙度以及冲洗带和原状地层含水孔隙度作验证。应用效果表明,提高了直观指示气层的能力和准确性。文中给出了几个应用实例。     

地震和超声频率间速度弥散的估算

一般认为液体饱和岩石中的声速是随频率而变的。证据可由实验测量和理论上的因果律分析取得。我们发展了一种能从零频率到任何测试频率之间得到全速度弥敞数值的简单分析方法。本方法要求在干燥与全饱和岩石中测得纵波(P)和横波(S)的速度。如果干燥岩石速度与频率无关,则可用 Biot-Gassmann 方程来计算全饱和岩石的零频率速度。测量的速度和计算的零频率速度之差可看作为弥散的证据。     

实验室岩心声学速度测试中的频散现象

本文主要对实验室岩心测试中由于高频引起的速度频散现象进行研究。研究中主要采用Gassmann方程计算了干岩样盐水饱和后的纵、横波速度,代替地震勘探频率下的纵、横波速度,并与盐水饱和样品的实测速度进行对比,由此估计速度频散的大小。通过对不同地区实例的研究发现:对物性较好的样品,频散现象较小,此时基于岩心测试数据所作的岩石物理研究可以用来指导地震勘探研究;而对物性较差的样品,频散现象较为明显,此时要审慎应用测试的数据。     

完全饱和岩石中的喷流

我们应用固体/流体相互作用的喷流机制估算了完全饱和岩石中的速度/频散和衰减。在模型中,流体从薄的软裂隙中挤压到周围的大裂隙中。低围压处软性孔隙空间的柔度信息可由高压速度数据提取。我们建立了基于软裂隙中喷流压力的频率与软裂隙空间的渗透率、孔隙度以及喷流特征长度之间的关系。这些未知参数组合成一个表达式,并假定它所表示的基本岩石特性与频率无关。对于某一给定的岩石来说,将速度或衰减的实验室测量结果与我们的理论预测结果相拟合就可以得到这个表达式的近似值。由模型给定的低频速度极限值与Gsssmann公式的预测值相同。高频极限值可能明显大于Biot理论所给出的值,这是因为高频骨架体积模量近似等于高围压时的测量值。本文已将该模型应用于Casco和Westerly花岗岩、Solenhofen石灰岩、致密含气砂岩和砂丘砂岩。实际应用时,该模型预测到了实测速度/频散值。     

在孔隙岩层中地震波的速度

对不同饱和状况下的孔隙岩层中的地震纵波和横波的速度已经从理论上作了计算,并与实验室资料作了比较。从理论上说,岩石可用固体基质、球状孔隙和扁椭球体状的孔隙来表示。在计算受额定压力影响的速度时,考虑了孔隙的密集程度和饱和压缩系数。如果其他参数固定不变,理论上的计算表明,在相同浓度中,扁孔隙(小纵横比)比成圆形的孔隙对弹性模量和速度的影响更大。饱和流体(气、油或水)的性质对压缩速度的影响比对切变速度的影响大。纵波速度在水饱和岩中比在干岩石或气饱和岩石中高。通常,横波的性质正好相反,切变速度在干岩石或气饱和岩石中则比在水饱和岩石中高。在实验室里,作为压力的函数测定的干的和水饱和的花岗岩、石灰岩、砂岩样品的切变速度与理论曲线相拟合,并计算了与资料相拟合的孔隙形状谱。要求从球状到相当细微的裂缝(纵横比为1至10~5)的孔隙形状的谱与资料相拟合。用这些模型计算的理论速度与在水饱和岩石、冻结的岩石中测得的速度以及局部饱和岩石中的纵波速度相拟合。在实验室资料基础上得来的岩石样品,对不同压力和温度下的气、油和卤水的完全或局部饱和储集层的理论地震速度作了计算。卤水饱和中的压缩速度最高,而气饱和中的压缩速度最低。随压力增大差异减小。当卤水中存在少量(5％)气体,成为不相容的混合物时,压缩速度显著下降,在某些压力下甚至低于完全气饱和中的数值。砂岩模型中,在对应于浅层和适当深度(约8000呎以内)的压力上,气——卤水界面纵波的反射系数是高的。当额定压力更大时,除了非常高的孔隙流体压力(气体压力)外,其反射系数变小。因此,深层的强反射或“亮点”可能表示过压层位。由于混合气体——卤水界面的反射系数低于纯气界面的反射系数。根据层速度和反射振幅可能有助于分辨混合气体——卤水储集。气饱和岩石的泊松比低于卤水饱和岩石。在较深的深层中,这些差异仍然存在。     

孔隙流体分布对部分饱和储层砂岩速度实验结果的影响及理论分析

在实验室高频条件下，对储层砂岩样品采用常规吸入饱和法得到的纵波速度与饱和度的相关性表现出复杂的变化趋势，在压力较低时纵波速度随饱和度的增加表现出非线性增大，而压力较高时纵波速度先减小后增加，实验结果与地震勘探中用有效流体模型得到的理沦值不同。对基于有效流体模型和斑块模型的弹性波速度与饱和度的相关性理论进行了讨论，指出不均匀斑块饱和方式对速度的影响是频率相关的，它包含了多个孔隙的一种更大尺度上的频散作用。对低压力下的部分饱和储层砂岩样品的速度实验值进行了Blot流和喷射流频散作用校正，实验所得的纵波速度值落在了有效流体模型的下限速度值斑块模型和上限速度值所围成的区域内。     

波形反演技术应用于岩石低频声波特性的实验室测量

本文提出了在10—100千赫频率范围内的岩石声波特性实验室测量新方法,该方法采用同样的材料但不等长度的柱状棒来测量扩展波形。棒的纵波和横波速度通过用基于模型的相位最小化方法拟合波形相位来确定。经相位拟合后,通过波形振幅的拟合可进一步反演得到扩展波衰减。应用这种反演方法,可在远低于传统超声波测量频率处同时确定速度和衰减。通过使用这种技术,在干燥和饱和条件下,测量了砂岩样本的纵波、横波速度和扩展衰减值随压力变化的情况。这一结果与相同岩芯样本上的超声波测量结果进行了比较。在饱和情况下的比较表明,超声波和声波频率范围间存在显著的速度频散现象。     

利用实验室加压条件下声速测量数据估计岩石裂隙参数

针对实验室加压条件下岩石在干燥和流体饱和状况下的声速测量数据,利用多参数反演算法得到了不同压力下岩石的裂隙密度和裂隙纵横比。反演得到的裂隙密度和裂隙纵横比随着压力的变化趋势很好地说明了实验室速度随着压力的变化趋势,随着压力的增加,裂隙密度逐渐减小,裂隙纵横比逐渐增大。将反演得到的裂隙密度和裂隙纵横比代入孔隙、裂隙介质模型,预测的速度数据与实测的数据吻合良好,表明所采用的反演方法可以较好地从实验室加压下的声速测量数据中估计岩石的裂隙发育状况。     

井眼环境对纵波测井的影响

由常规声波测井仪测得的纵波信息要受地层水和／或泥浆滤液矿化度、溶解气、井眼温度、地层温度、孔隙压力、低饱和自由生物气及烃类等因素的影响。关于这些因素的影响程度，声波测井的用户们还不能很好地估计。这些因素对声波时差测量值有重要的影响，从而对利用声波测井资料估测孔隙度产生显著影响。此外，这些因素对纵波传播时间与地震速度或幅度的关系也有明显的影响。文中实例证实了在非固结砂岩中这些因素对测量时间与地震速度     

应用脉冲中子测井进行过套管油、气和岩性评价

现代的脉冲中子俘获(PNC)测井仪和脉冲中子能谱(PNS)测井仪可以提供新的在油气藏评价中十分重要的岩性信息。新型的PNC测井仪除测量俘获截面之外，也提供有用的岩性信息，并能够过油管测量。PNS测井仪除主要进行舍油饱和度(碳氧比)的测量，还提供非常精确的复杂岩性信息。利用以上任何一种测井仪，都能够提高分辨致密灰岩与天然气饱和的砂岩的能力。 最新的PNC测井仪还提供几种对地层天然气敏感的中子计数率比。近/远俘获比，近/远非弹性比，非弹性/俘获比等一系列测量值，通常对天然气具有略微不同的响应，能够明确地识别天然气饱和的储层。使用其中任何一种进行氧活化测井，通常可以探测套管中或层间水泥环中水的流动引起的一些储层生产问题。此外，一般还可以确定水流是在套管内还是在套管外流动。 油田实例阐述了在石灰岩和白云岩混合的碳酸盐岩油藏中使用脉冲中子测井仪确定油水饱和度以及评价岩性的优点。另外一些油田实例使用大量PNC测量结果说明探测天然气的技术。最后，列举氧活化测量探测套管内外不希望有的水流的测井实例。     

完全饱和岩中的喷流

我们通过固体/流体界面相互作用的喷流机理估算了完全饱和岩石中速度/频散和衰减。在模型上,孔隙流体由薄的、软裂缝挤入周围大孔隙中。根据高压速度数据提取了低围压下的这些软裂缝的柔度信息。软裂缝的喷流、感应压力随频率的变化与软孔隙空间孔隙度、渗透率以及特征喷流长度有关。这     

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。     

基于S变换和变分法的品质因子Q估计方法

品质因子Q是定量描述黏弹性衰减的重要参数,准确估计Q值有利于储层识别、烃类检测,还可用于反Q滤波来提高地震资料的分辨率。传统的Q值估计方法包括对数谱比法、中心频率偏移法和峰值频率偏移法等,其中对数谱比法的抗噪性较差,而中心频率偏移法和峰值频率偏移法则存在依赖地震子波类型的问题。针对这些问题,提出一种基于S变换和变分法提取品质因子Q的方法。首先,通过研究非平稳褶积模型,推导出非平稳地震数据在S变换域的近似表示形式;其次,在近似表示的基础上,建立了关于品质因子Q和地震子波的目标函数,并基于变分法最小化目标函数,得到Q值估计表达式;最后,为了提高该方法的准确性与抗噪性,设计了一种自适应积分区间选择的方案,该方案可根据地震数据的时频谱自动计算积分区域的频率参数。模型算例测试结果表明,所提出的Q值估计方法不依赖于地震子波的类型和窗函数的长度,同时对噪声具有较好的鲁棒性。实际数据计算结果进一步验证了该方法在Q值估计中的有效性。     

加权谱比法Q值估计

谱比法是现今最常用的Q值估计方法之一。当地震数据中含噪声时,常规谱比法稳定性差且Q值估计结果依赖所选取频段。缘于常规谱比法在利用最小二乘拟合直线时采用的是等权重法,导致其拟合结果受低频和高频区异常值影响较大。为了提高谱比法的稳定性,降低其对频段选取的依赖性,提出了加权谱比法Q值估计方法。在进行最小二乘拟合时,引入高斯函数作为权重因子,降低低信噪比信号的权重系数;且高斯函数的峰值频率和方差分别选用震源子波的质心频率和方差。模型测试结果表明,相对于常规谱比法,加权谱比法的稳定性增强,对频段选取的依赖性降低;实际VSP资料应用进一步证实加权谱比法可稳定、有效地估计Q值。     

井眼环境对纵波测井的影响

由常规声波测井仪测得的纵波信息要受地层水和/或泥浆滤液矿化度、溶解气、井眼温度、地层温度、孔隙压力、低饱和自由生物气及烃类等因素的影响。关于这些因素的影响程度,声波测井的用户们还不能很好地估计。这些因素对声波时差测量值有重要的影响,从而对利用声波测井资料估测孔隙度产生显著影响。此外,这些因素对纵波传播时间与地震速度或幅度的关系也有明显的影响。文中实例证实了在非固结砂岩中这些因素对测量时差的影响可达到10μs或10μs以上。 Wyllie时间平均方程或Raymer-Hunt传播时间方程一类的常规声波方程,对揭示这些环境因素可能影响常规声波测井信息几乎没有帮助。研究这些影响因素的实验结果表明:Gassmann方程可用来描述这些环境因素对砂岩储集层的影响。文中展示的实验结果提供了评估这些因素对测量时差(Δt)影响的程度。研究得到的结果为消除这些因素对声波测井的影响提供了一种校正方法。这样就可以利用声波测井资料更精确地求取孔隙度和流体含量,同时也能改善声波测量时差与地震速度和校验炮速度的关系。     

在干砂岩和盐水饱和砂岩中超声波传播随有效应力的变化:实验室测量和模拟

我们测得了纵波与横波速度,并用数字处理技术研究出盐水砂岩和气饱和砂岩中波的衰减测量时的有效应力范围为5～60MPa。测得了盐水饱和砂岩的复电阻率,气饱和状态下的渗透率处于与速度测量值同样的应力范围。在0.3～0.8MHz的频率范围内通过样品发射了P波和正交偏振S波宽带超声波脉冲,其特性与低吸收参考样品(铝)进行了对比。利用付里     

湿饱和蒸汽计量仪表检测装置分析与优化

利用全分离法建立了一套用于实流检定湿饱和蒸汽计量仪表性能的检测装置,通过汽水分离器将移动锅炉输出的湿饱和蒸汽进行分离,分离出饱和蒸汽和饱和水,分别对其进行参数计量,经过计算得出湿饱和蒸汽的流量、干度等参数。按照能量守恒计算出的不确定度为1%,与实验数据进行对比分析,实验数据的不确定度远大于计算不确定度。为此对装置入口与出口温度、压力值进行分析,发现该装置热量损失、压力损失严重,造成不确定度损失。需严格按照GB/T 14416—2010中锅炉蒸汽的采样方法将采样装置改为等速采样装置,同时按照标准调节取样流量,以保证等速取样;须将手持电导率仪测量方式更换为精度更高的化学法——氯根法(硝酸银容量法)来测定干度;系统数据采集设备以及算法的优化同样需要重新审视。     

部分饱和岩石中超声波频率地震速度的估计

岩石中超声波频率地震速度不仅与孔隙的饱和度有关,而且与各种流体的分布有关。有两种尺度的饱和非均匀性是重要的,即1)薄的柔孔隙与大的硬孔隙之间的饱和度有差别;2)某一尺度上饱和孔隙和欠饱和孔隙的差分比任何孔隙都大。本文,我们提出