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岩石物理分析

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-02-11 22:37
tags:

-

2021年2月11日发(作者:conveniently)


中国石油大学(华东)



第一篇




地震岩石物理学及在储层预测的应用



Seismic Rock physics Theory and the Application in Reservor Discrimination



摘要






储层预测研究主要在于弄清储层构造特征、

< br>岩性特征及储层参数,


进而减少勘探开


发风险。储层参数 包括孔隙度、渗透率、流体类型等,而地震资料提供的是地震波旅行


时和振幅信息,


再通过反演可得到弹性参数。


地震岩石物理学则为储层参数和弹性参 数


之间搭建桥梁。


横波速度是重要的地球物理参数在近些年发展 起来的叠前地震储层弹性


参数反演及流体检测方面起着重要的作用。

地震横波速度估计技术是根据地震岩石物理


建立的目标岩石模量计算模式,


利用计算出的模量重建纵波曲线,


与实测曲线建立迭代

< br>格式修正岩石模量,实现横波速度等关键参数估计。在方法实现上利用了


Xu-W hite



型为初始模型。


流体因子是 识别储层流体的重要参数,


常规流体因子多是基于单相介质


理论 提出的,


而从双相介质岩石物理理论出发可以更好的研究孔隙流体对介质岩石弹性


性质的影响,


为敏感流体因子的构建提供更好的指导。


本文采用了


Gassmann


流体因子,


并分析了其敏感性。



关键词:等效介质模量,孔隙度,横波速度估算,


Xu-Whi te


模型,


Gassmann


流体


因子。












I



中国石油大学(华东)



Seismic


Rock


physics


Theory


and


the


Application


in


Reservor Discrimination



Abstract


The study of reservoir prediction is mainly to investigate the characteristics of reservoir


structure,lithologic


features


and


reservoir


parameters,aim


to


reduce


the


risk


of


exploration.


Reservoir


parameters


include


porosity,permeability,fluid


type,etc,But


seismic


data


only


reflects


on


seismic


traveltime,amplitude


information,and


elastic


parameters


which


can


be


obtained


throuth


seismic


c


rock


physics


builds


bridges


for


reservoir


parameters



elastic.S-wave velocity, an important geophysical parameter,plays an important role in


pre-stack seismic reservoir elastic parameter inversion and fluid detection witch developed in


recent years.



The seismic shear wave velocity estimation technique is based on the rock mass


calculation model established by the seismic rock physics, reconstructs the longitudinal wave


curve with the calculated modulus, establishes the iterative pattern with the measured curve


to


correct


the


rock


modulus,


and


obtain


the


key


parameters


such


as


the


shear


wave


Xu-White model was used as the initial model in the method implementation.


Fluid factor is an important parameter to identify reservoir fluid. Conventional fluid factors


are mostly based on the theory of single-phase medium. From the theory of biphasic medium


rock physics, it can be better to study the effect of pore fluid on the elastic properties of fluid


The construction of fluid factors provides better guidance. In this paper, the Gassmann fluid


factor is used and its sensitivity is analyzed.


Key


word:



Equivalent


medium


modulus,


porosity,



Shear


wave


velocity


estimation,


Xu-White model, Gassmann fluid factor





II



中国石油大学(华东)



目录



第一章





绪论


.. .................................................. .................................................. ................................. 4



1.1


岩石物理学及其发展方向



.


............................. .................................................. ............................... 4



1.2


国内外研究现状


...... .................................................. .................................................. .................... 4



第二章



基本理论模型分析



.


.............................................. .................................................. .................. 6



2.1


有效介质模量理论


........................ .................................................. ................................................. 6



2.2


波传播理论


........ .................................................. .................................................. .......................... 7



2.3


理论模型的比较及适用性分析



.


........................... .................................................. ......................... 9



第三章



速度影响因素分析



.


.............................................. .................................................. ................


1


0



3.1


岩性对速度的影响


.................... .................................................. .................................................. .


1


0



3 .2


孔隙对速度的影响


.................. .................................................. .................................................. ...


1


1



3.3


成岩作用对速度的影响


.............. .................................................. .................................................


1


1



3.4


密度对速度的影响


.................... .................................................. .................................................. .


1


1



3 .5


孔隙流体对速度影响


................. .................................................. ..................................................


1


2



3.6


压力对速度的影响


.................... .................................................. .................................................. .


1


2



3 .7


温度对速度的影响


.................. .................................................. .................................................. ...


1


3



第四章



主要应用

................................................ .................................................. ...............................


1


4



4.1


横波速度估算


....... .................................................. .................................................. .....................


1


4



4.2


流体替换


......... .................................................. .................................................. ...........................


1


6



4.3


敏感属性参数优选


.................... .................................................. .................................................. .


1


6



第五章




实际资料的应用(基于孔隙弹性理论的地震岩石物理研究)



.


......


错误!未定义书签。



5.1


东营组储层地震岩石物理模型构建



.


....................................... ....................


错误!未定义书签。



5.2


基于岩石物理地震横波速度估计技术



.


...................................... .................


错误!未定义书签。



5.2.1


横波速度估计理论


... .................................................. ............................


错误!未定义书签。



5.2.2


实例计算


....... .................................................. ........................................


错误!未定义书签。



5.3


基于孔隙介质理论的流体因子敏感性评价



.< /p>


........................................ ........


错误!未定义书签。



5.3.1


流体因子构建


..... .................................................. ..................................


错误!未定义书签。



5.3.2


流体因子敏感性分析


.. .................................................. .........................


错误!未定义书签。




III




第一章





绪论



1.1


岩石物理学及其发展方向



传统的岩石物理学



rock phy sics



就是研究岩石在地球内部特殊的环境下的

< p>
各种性质及其物理性质的一门基础性和应用性的学科,其重点是研究与地质学、

地球物理学、


地热学、


地球化学和环境科学等密切相关的岩 石性质。


岩石物理的


具体手段是通过岩石物理性质(力学、声学 、流体力学、电磁学和热学等)的测


试实验分析,


了解岩石及其 构成矿物在不同条件下的物理性质。


斯坦福大学著名


岩石物理学 家


Mavko


教授对此的定义是:致力于发现地震信号中所包含 的不同


的地质趋势


(组分,


粒度,


分选,


压实,


岩化等地质作用在地震振幅上 的反应)



弄清地震属性(速度,阻抗,反射系数,

< p>
AVO


、衰减等)与岩石状态(岩石类


型,矿物学 ,孔隙度,应力、温度等)及流体属性(孔隙流体性质、压力、饱和


程度等)

< p>
之间的关系,


以建立地质与地震之间的动力学链接,


力求地震资料的定


量解释,从而最小化地震解释的不确定性和风险。

< br>


地震岩石物理学研究是地震资料向定量解释发展的必由之路。当前地震岩石


物理学研究的发展趋势是继续致力于开发能够量化并把地质约束条件合并到储


层岩石物理模型中去的工具,


同时不断发展与完善叠前弹性参数反演等油藏储集


参数地震表述的新技术手段。


即通过包括弹性界限,

< p>
接触理论和经验关系等在内


的一系列稳健模型的研究,

分别用那些影响储层质量同时与常规地质解释也是一


致的沉积学参数来进行地震特性 参数的模拟研究;


随着地震资料质量和计算机处


理水平的不断提 高,


不断研究开发各种基于岩石物理模型的地震正、


反演先进技


术。




1.2


国内外研究现状




国外岩石物理研究的重点在于理论模型的建


< br>立和应用,着眼于研究成果的


系统化和精细化。几个主要研究机构的研究情况如下 。




1


)休 斯顿大学岩石物


~ 4 ~




理实验室(


RockPhysicsLaboratory

< p>



休斯顿大学岩石物理实验室长期从事岩石


和流体特性的测试和特征研究,致力于从地震资料中提取储层特征和流体特性。


现阶段研究的重点在


4


个方面:

①前沿勘探技术研究,


包括高温高压条件下的超


深油藏勘探 开发等;


②储层检测技术研究,


如时移地震响应特征的标定;< /p>


③非常


规油藏的开发,


如致密地层天然气 、


重油和油页岩油藏;


④深水沉积物含烃饱和

< br>度的地震评价。在


2005



2 007


年的


SEG


年会上,该机构共发 表文章


22


篇,内


容涉及岩石物理研究 的诸多方面,包括不同流体状态的


AVO


属性研究、重油储


层特征研究、时移地震技术研究、速度频散研究、深水储层岩石速度研究、碳酸


盐岩的孔隙结构研究等。




2


)斯坦福大学岩石物理及井中地球物理项目组


< p>
RockPhysics&BoreholeGeophysicsProject


)斯坦福大学的一个重要的研究方向


就是地球物理勘探领域的岩石物理研究。< /p>


其现阶段研究的重点包括:


①多孔岩石


介 质的力学特性;②实验室条件下,岩石、颗粒矿物和储层流体的速度、衰减、


渗透性测试 分析;


③多孔流体饱和介质地震波的传播、


衰减和频散研究等。



3



美国岩 心公司



CoreLab


< p>


美国岩心公司致力于油藏最优化和采收率最大化,



关键的技术理念是:


任何油藏优化措施都要基于对油藏复杂 情况的详细了解——


—岩石特性、天然气、原油、水以及控制岩石内液体和气体流动的机 理。其


3


个业务单元(油藏描述、油气增产、油藏管理)都与岩 石物理研究密切相关:①


油藏描述,


利用岩心和流体测试数据对 测井和地震数据进行评价和标定,


并通过


对各相岩石特性的评价 ,最大程度提高油气日产量及油田开采寿命中的总产量;


②油气增产,

< br>通过实际油藏压力和温度条件下流体通过岩石的动态流动测试以及


基于岩心声波的 各向异性研究,


预测裂缝扩展方向,


进而正演模拟实际驱替过程 ,


建立科学的油田驱替方案,减少地层



伤害的程度,最大程度的提高采收率;③


油藏管理,通过对油藏压力、温度、流动状态 进行研究,结合区域地质特性和岩


石物性,


实时了解油藏动态,


进行



高效管理。

该公司拥有一整套岩心测试设备,


全方位的对测试数据进行测试,

< br>收集了世界范围内许多机构的岩心测试信息,



立了油藏 应用岩石物性综合数据库系统。



国内岩石物理研究

< p>
[3~7]


则紧紧跟踪了


国外的技术发展,


着眼于岩石物理理论模型的应用,


主要包括以下几方面:


①岩


石物理理论模型适应性研究;


②实验室岩心测试 技术研究;


③储层特征参数研究;


④岩石物理参数规律统计;⑤ 储层特征敏感参数识别;



⑥测井曲线的重构或生


~ 5 ~




成。


在岩石物理研究中,

< p>
速度是岩石物理研究乃至整个地球物理勘探领域的关键


参数,


理论模型则是其研究的基础。


这两个关键贯穿于岩石物理研究的整个过程





第二章



基本理论模型分析




岩石是由固体的岩石骨架和流动的孔隙流体


< br>组成的多相体,其速度的影响


因素呈现复杂性和多



样性。


各因素对速度的影响不是单一的,


是 相互影响、




合作用的结果。


这也表明利用地球物理资料进行储层特征预测和流体识别是切实


可行的 。


岩石的弹性表现为多相体的等效弹性,


可以概



括为


4


个分量:

< p>


基质模


量、


干岩骨架模 量、


孔隙流体模量和环境因素


(包括压力、

温度、


声波频率等)



岩石物理理 论模型旨在建立这些模量之间相互的理论关系。


根据建立方法的不同,

< br>岩石物理基本理论模型可以分为有效介质模量理论和波传播理论两大类


[14]< /p>





2.1


有效介质模量理论




有效介质模量理论是岩石物理学的一个重要分支。

< p>
它是根据各种几何平均物


理模型,


在已知组成岩石 各相的相对含量、


弹性模量以及各相在岩石介质中分布


特征条件 下,


以适当方式定量求取岩石的等效弹性模量,


从而进一步求出 弹性波


的速度和衰减。


对于多孔岩石介质,

有效介质模量理论的关键是确定适合介质成


分的混合模型。以下是常用的几种有效介 质模量理论模型。





1



Voigt-Reuss-Hill

< p>


V-R-H


)模量模型。在已知组成岩石介质各 相的相


对含量以及弹性模量的情况下,


分别利用同应变状态、< /p>


同应力状态估算岩石介质


有效弹性模量的


Voigt


上限、


Reuss


下限,利 用两者的算术平均计算岩石的有效


弹性模量。


这种平均并没有任 何理论的基础和物理含义。


该模型比较适合于计算


矿物成分的有 效体积模量及可能



的最大上下限,


不 适于求取岩石的总体积模量、


剪切模量和气饱和岩石的情况。





2



Hashin-Shtrikman


模量模型。

在已知岩石矿物和孔隙流体的弹性模量及


孔隙度的情况下,


Hashin-Shtrikman


模型能精确地计算出多孔流体饱和岩石模量


~ 6 ~




的取值 范围,


其上、


下限的分离程度取决于组成矿物弹性性质的差异< /p>


(均为固体


矿物颗粒时,上下限分离很小;如有流体存在时,则上 下限分离较大)。





3



Wood


模量模型。< /p>


首先利用


Reuss


下限计算混合物平均 体积模量,


再利


用其与密度的比值估算速度。

< br>该模型比较适用于计算孔隙混合流体的有效体积模



,< /p>


或者浅海沉积物的有效体积模量(浅海沉积物基本为悬浮状态)。




4



Kus ter-Toksoz


模型


[15]



通过考虑孔隙的形状及分布规律,


利用连续介质一阶差


分理论来计算多孔介质的等效模量。


该模型是根据孔隙内流体的流动状态 对岩石


孔隙进行分类考虑,


孔隙孤立的存在于介质之中,


考虑了孔隙形状但没有考虑孔


隙间的相互作用,因此较适合于实验室超 声高频条件下



流体饱和岩石模量的计


算。其中,



纵横比较小的扁平孔隙对速度的影响比较大。



2.2


波传播理论




尽管有效介质模量理论能够简单直观地得到多孔饱和流体介质 的有效弹性


模量,


但其毕竟是建立在组成岩石矿物各组分模量的 简单平均或一般假设基础上,


缺乏岩石介质中应变随应力变化的理论基础。


波传播理论则基于波在岩石中传播


的理论规律,


通过 对孔隙形状等参数的某些假定,


利用组成岩石的各相态模量来


计 算多孔岩石介质不同状态下的弹性模量。常用的理论模型包括以下几种。





1



Gassmann


模型


[16]

< p>


在低频条件下,


Gassmann


推导出了饱和流体状态


条件下岩石体积模量的理论方程。

Gassmann


方程是岩石物理研究的最基本方程,


用来 描述从干岩石状态到饱和流体孔隙状态下的模量变化。


该方程的一个重要的


适用条件是低频条件,


也即只有在足够低频条件下,


该方程是有效的,


此时孔隙


所受的压力在整个孔隙空间达到平衡


(即对于孔隙流体,


有足够的时间消除压力

梯度,达到平衡)。应用


Gassmann


理论时,应注意 以下事项:①干岩石并不等


价于气饱和状态下的岩石


(干岩石或 者干骨架模量是指孔隙压力保持不变而围压


变化所导致的体模量的应变,


这种耗散状态相当于岩石充满空气时在常温和常压


条件下的状态;气饱和状态的 模量相当于储层条件下(高孔隙压力),气体具有


不可忽略的体积模量)



②干岩石骨架的弹性模量是指微湿或者潮湿状态条件下


的岩石模量;


③对于混合矿物,


可以利用平均模量作为总的有 效模量;


④对于泥


~ 7 ~




质充填岩石,


最合理的做法是把软泥 岩当作充满孔隙的一种流体,


而不是当作一


种矿物骨架,即孔隙 流体为泥岩;⑤对于部分饱和岩石,在足够低频条件下,孔


隙流体的有效模量可以利用等 应力条件下流体和气体状态决定。





2



Biot


模型


[17]



Biot

< p>
采用连续介质力学的方法导出了流体饱和多孔隙


介质中的声波方程,


建立了多孔介质中声速、


衰减与频率和多孔介质参数之间的

< p>
关系。该模型反映了流体和岩石骨架中粘性和惯



性相互作用机制,既包含了岩


石骨架和孔隙流体对混和岩石介质弹性模量的单独作用,< /p>


也包含了它们之间的耦


合作用。


该模型适 合于任意频率条件下多孔岩石介质弹性模量的计算,


但是由于


没 有考虑高频条件下孔隙流体的喷射作用,


因此该理论方程所预测高频条件下饱

< p>
和流体岩石的速度并不十分准确。



< p>
3



BISQ


模型


[14][18]


。当地震波在多孔介


质中传 播时,


Biot


流和喷射流机制同时存在,

Biot


流描述的是宏观现象,喷射流


机制反映的是局部特 征,


两种机制通过流体的质量守衡而统一,


对地震波的衰减


和频散均产生重要影响。


Dvorkin



Nur


基于孔隙各向同性一维问题将这两种流

< br>体—固体相互作用的力学机制有机地结合起来,


提出了统一的

Biot-Squirt



BISQ



模型。


BISQ


模型反映了两种不 同流动形式和流体特性对波速、衰减和频散的影


响规律,



Biot


理论更能真实地体现波在孔隙各向同性岩石介质中的传播规 律。


喷射流特征长度则需要根据速度、


频率的测量结果猜测或者 根据经验调整。




4



Xu- White


模型


[19



20]


。基于


Kuster-Toksoz


模型和


Gassmann


理论,


Xu-White


提出了砂泥岩混和



介质的速度模型。


该模型综合考虑岩石孔隙度和粘



土含量来


预测声波速度,


把粘土成分、


压力、


胶结等因素对声波的影响归因于泥页岩和砂


岩的孔隙几何形状和面孔率的差异。在该模型中,总的孔隙空间由两部分组成:


①与砂岩颗粒相关的孔隙;②与泥岩颗粒相关的孔隙(包括束缚水)。不同孔隙


形状的 孔隙对弹性模量的影响是不同的。


该模型首先利用时间平均方程计算骨架


混合矿物的弹性模量,



利用


Woods


方程计算混合流体的弹性模量;然后针对两


相介质,


利用


Kuster- Toksoz


模型估计干岩石骨



架的 弹性模量;


最后利用变换后



Gass mann


方程计算流体饱和岩石条件下的弹性模量。该模型适合于低频率条


件下,


多孔流体饱和砂泥岩纵横波速度估算,


其关键 参数是泥岩孔隙和砂岩孔隙


的纵横比。




~ 8 ~


-


-


-


-


-


-


-


-



本文更新与2021-02-11 22:37,由作者提供,不代表本网站立场,转载请注明出处:https://www.bjmy2z.cn/gaokao/639444.html

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