岩石孔隙流体运移中地震波因素研究(2)
发布时间：2014-08-29 17:55
第三章流固耦合机制 ....................................... 23
3.1 Boit Model .............................................. 23
3.1.1 模型的提出 ...................................... 23
3.1.2 模型的微观物理机制示意图 .................................. 23
3.1.3 模型的动力学控制方程推导： ...................................... 24
3.1.4 模型特点分析： ..................................... 25
3.2 Carcione Model .................................. 26
3.3 Biot‐Squirt 流模型(BISQ) ................................ 26
3.3.1 模型的提出： ...................................... 26
3.3.2 模型的前提假设条件： ................................... 27
3.3.3 模型的微观物理机制示意图： .................................... 27
3.3.4 模型的动力学控制方程推导： .................................. 27
3.3.5 模型特点分析： ......................................... 28
3.4 双孔隙介质模型： ....................................... 29
3.4.1 模型的提出:.............................................. 29
3.4.2 模型的动力学控制方程推导： .................................... 29
3.4.3 模型特点分析： ...................................... 31
第四章地震波传播数值计算 ......................................... 34
4.1 初始震源 ........................................ 34
4.2 模拟模型 ......................................... 35
4.3 数值计算 ......................................... 35
4.3.1 声波方程计算 ..................................... 35
4.3.2 纵横波分解数值计算 ................................. 38
4.4 地震相图 ............................... 40
4.5 流固耦合模拟 ................................... 41
第五章地震波动压对油气运移的影响
5.1 油井动态资料
在地球不断演化的漫长历史过程中，地层的地质环境不断变化，随着沉积物的不断堆积加厚，在一个封闭的环境里形成了石油天然气。由于石油天然气形成一些特定地质环境，使得地壳的地层应力场（势）的动态变化可以相对清晰的被观测到。在地震震源应力场（势）应力作用下的流体层压缩区，含油气层孔隙压力增大，驱油气压差增大，驱油气动力不断加强，并且使出油气量和厚度增加。以至于地震时油井的地层应力异常于正常生产状态下油井的地层应力，从而导致油井压力增高，出油产量增加。而相对于在震源应力场（势）的伸张区，伸张作用拉大了岩体的空隙使油气储层的孔隙度增加，渗透率加大，提高了储层流体流动的条件，使得出油气量和厚度增加。当地震波动压变得足够大时，储层流体受到的地层应力将会远大于正常情况下流体受到的地层应力，那么也会出现某区域的油气产量提高，油井压力较正常下的上升现象，导致油井异常[40]。当压缩应力或伸张应力作用大于储层岩体破裂的极限压力时，储层中或相邻储层间就会出现破裂或者张性的裂隙，造成层内流体的迁移或层间流体的串流，可能使此储层的油井减产，相反的使储层油井大幅度增产、升压，显示异常[41]。而地震前油井出现的异常可以为地震预报提供信息，这里不做讨论。地震后出现的异常则可以说明是因为地震影响了地下应力场的变化，导致了地下流体的运移。
运用地层应力开采石油天然气的油井，应力会由于开采的时间逐渐下降，产量也会随时间正常递减。随着油气层应力的规律下降，产量曲线也就会呈现渐变的状态。油田为了保持石油天然气产量，任何油田油井都会转变为人工驱动型的油井，这就意味着绝大多数油井井孔动态都要受到人工驱动的影响，如改变油嘴、注水、压裂、热洗、等人工影响，使得观察的油井油压、产气产油量等条件的不稳定。为了克服少量典型井孔资料的误差性和局限性，有必要对大量井孔资料进行处理，减少人工驱动的影响，突出那些可能与地震过程有关的油井动态资料的变化。
汶川地震后川西地区的气井出现了动态异常，主要表现为油气产量、水产量和油井压力的升降变化。下面分析川西某地区几口气井在地震后的气井动态异常。
2008 年汶川大地震后，油压明显增加了，并在随后的 10 天左右一直保持在峰值，随着时间推移，油压逐渐下降；日产气量急剧下降，1 个月后日产气量逐渐上升，并且在 2 个月后达到了峰值；而日产水量则比较稳定。
该井地震前日产气和日产水、油压相对稳定，地震后压力和日产气量急剧上升，但是没有维持多长时间，压力和产量逐渐下降并且保持在一个相对平衡的位置。油压略高于地震前的油压，产量在回到平衡点时保持与地震前相似的产量。
该井地震前日产气和日产水、油压相对稳定，地震后压力和日产气量急剧上升，但是没有维持多长时间，压力逐渐下降并且保持在一个相对平衡的位置，略高于地震前；而产量低于地震前，并且还在逐渐的下降。
该井地震前日产气和日产水、油压相对稳定，地震后压力和日产气量急剧上升，但是没有维持多长时间，压力和产量逐渐下降并且保持在一个相对平衡的位置，比地震前的油压和产量要高。
气井动态曲线图说明了在 2008 年 5 月 21 日后，油压出现了明显的异常，在之后的 20 天左右一直保持在一个异常高的位置，日产气量和日产水量也出现了相对增高的异常，而且这种异常非常的显著。说明在地震后，由于受到地震波动压力的瞬时增强，导致了地层孔隙压力突然增大，进而引起气井动态发生异常，表明气井动态（油井压力、日产气量和日产水量）与地震产生的地震波压力有一定的因果关系。
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第六章结论与认识
早在半个世纪前，国外已经注意到地震前后，油井和地下水位都会产生各种响应不同的异常。唐山大地震后，很多专家学者都发现了临近河北地区的油井或者水位也出现了异常，并进行了关于油井动态异常与天然地震的一系列专题研究。研究认为地震孕育和地震发生过程对油田区域有直接或间接的影响，致使地下油气水动态出现了异常变化。本文主要从地震波传播数值模拟出发，研究地震波动压对岩石孔隙流体渗流的助推作用。主要分 4 个方面研究：
1.以理想弹性波动方程为基础，从位移、速度、应力三方面推导出一阶二维地震波声场方程和二阶二维的地震波全场方程。运用 Taylor 展开式，分别建立了声波和全波方程的任意阶时间和空间高精度的交错网格差分格式。该差分格式精度高,计算时间快，可用于非均匀介质模型波场计算。在正演中讨论了 Courant的稳定性条件和最佳完全匹配层吸收边界条件。并通过地震波传播数值模拟验证了交错网格差分格式的精度、差分的稳定性和介质模型的边界条件。
2.地震波传播到油气藏区域时，在多孔隙介质中流体流动的几个阶段：单相等效介质模型，固‐液耦合的双相介质模型，裂隙‐孔隙介质模型。本文介绍了 Biot模型、Carcione 模型和 Squirt 喷射流模型，并且以此为基础推导了经典的 BISQ流固耦合模型。并从包含这种力学机制的孔隙地震波方程出发，利用有限差分法对含流体的孔隙介质进行了地震波数值模拟，得到了流固耦合时固体的位移和流体受到的压力。
3.将模拟区域划分为碳酸盐岩层、碎屑岩层和基底，并以拟合的汶川震源为初始震源，分别对声波和全波方程进行了地震波传播数值模拟。把得到的地震相图作为 BISQ 模型的初始震源，对流固耦合进行了地震波数值模拟，最终得到了流体受到的压力。
4.对川西地区几口气井的动态资料（日产气量、日产水量和油压）进行了分析，发现在汶川地震后，产气量和油压都有明显的变化。气井资料动态异常可能是含流体层在地震波动压力增强时，导致流体层结构被破坏而产生的结果。讨论了在含油气层的饱和岩石中，地层应力和孔隙压力之间的关系。在汶川地震后，由于地震波动压力的瞬时增强，导致了地层孔隙压力突然增大，引起产气量和油压的异常变化，表明气井动态与地震产生的地震波动压力有一定的因果关系。对地震波产生的流体压力与流体受到的地层应力两者之间进行相对大小的比较。当地震波产生的瞬时压力远远大于地层应力对流体的作用时，地震波动压对流体流势起主导作用，这时可能控制流体向地震波的传播方向发生相对移动。那么可以得出地震波动压对油气运移产生重要影响的结论。
利用交错网格法对声波方程进行了离散化并给出了差分格式。在波场数值模拟中由于频散的存在降低了波动方程正演模拟的精度和分辨率，通过对差分方程网格数值解的分析，由于用差分算子代替微分算子，改变了原波动方程的介质参数——相速度，导致了频散的出现。从而在时间与空间步长上进行了分析比较，控制好网格步长能较好的消除频散。在边界反射中运用传统的完全匹配层吸收边界进行处理，能有效地吸收衰减边界反射。
汶川大地震的发震机制不是单一的震源，而是动态的多个震源，在理论上和计算机硬件上加大了地震波传播模拟的难度。油井资料的限制性，并且加上大多数油井为人工驱动，从统计学意义上分析，这对分析全面的地震与油气层资料的可信度产生不利的影响。
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参考文献（略）
本文编号：8548
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dizhicehuilunwen/8548_2.html
