碳酸盐岩跨频带地震岩石物理实验研究

发布时间：2020-05-18 15:40

【摘要】：地震岩石物理测量是构建储层岩石物性特征与地震响应的桥梁。但现有岩石物理测量主要集中于超声频段,与实际地震勘探所用的地震频段存在明显的频段差异,而储层岩石在不同频率下其地震响应也表现出不同特征。因此,为使岩石物理测量结果更好的用于指导地震勘探必须对储层岩石进行不同频段的地震弹性特征测量,理清不同频段速度、衰减等参数测量结果间的差异及其形成机理。地震岩石物理测量结果具有明显的区域性,缺乏对地震频率下小尺度碳酸盐岩储集层岩石所表现出的地震响应特征的系统研究;利用系统实验测试结果,依据该储层岩石特征、孔隙流体特征,建立地震勘探、声波测井和超声实验频段测量结果的关系模型,形成不同频段数据外推及融合的方法。由于缺乏系统的多频段岩石物理测量作为依据,对小尺度碳酸盐岩储集层高温、高压条件下的地震响应(速度、衰减)特征与孔隙流体特征及储层岩石结构特征之间的关系认识不够,使得利用现有的地震资料进行流体预测的各种方法缺乏理论和实验指导。因此,此次依据系统实验测试结果及理论分析,揭示含流体储层岩石的地震特征,将为小尺度碳酸盐岩储集层油气储层的预测提供科学依据。为了研究部分饱和流体的频散特征,我们先以砂岩为研究目标。在地震频带(2-2000hz)和超声频段(1MHz),测量了四块砂岩样品的饱和水、饱和甘油条件下的弹性模量。我们观察到,在高渗透率样品的不同水饱和度条件下和低渗透率样品不同甘油饱和度条件下,低频(2-2000Hz)范围内的速度频散是非常很小。然而,在高渗透率样品的不同甘油饱和度条件下和低渗透率样品不同水饱和度条件下,相同的频率范围(2-2000Hz),速度频散却非常明显。观测表明,流体的流动性很大程度上控制着孔隙内流体的运动和孔隙之间的压力。岩石内孔隙流体的流动性定义为岩石渗透率与流体粘度的比值。高流动性使得孔隙之间或非均匀区间的孔隙压力达到平衡,导致岩石处于一个低频控制状态,而满足Gassmann方程条件。相反,即使在地震频率范围,低流动性也会产生孔隙之间的压力梯度,而引起频散。随着流动性的降低,速度频散曲线显示出了一个向低频区间系统性迁移的趋势。同时,我们针对这些具有纵波速度频散背景下的砂岩样品,探讨了Gassmann理论的应用。预测纵波速度的两个边界公式,分别是Gassmann-Wood和Gassmann-Hill理论。观察表明,波致流机制影响着纵波速度在Gassmann-Wood和Gassmann-Hill理论边界之间的转变,同时我们也研究了不同频率下的岩石-流体机制。我们以饱和流体的碳酸盐岩作为研究目标,重点考察不同流体对于频散的影响。为了深刻理解频散现象,我们将碳酸盐岩与砂岩做了相同流体下的频散对比。我们发现砂岩在水或者甘油饱和条件下,速度均会出现频散,水饱和时频散幅度更大;碳酸盐岩在水或者甘油饱和条件下,没有明显的频散现象。同时,计算了地震频率和超声频率下的流体因子敏感系数,发现泊松阻抗对这些岩石的流体的识别最为敏感。最后,我们将有裂缝的碳酸盐岩作为研究对象,并考虑微观尺度的裂缝对岩石等效弹性性质的影响。由于传统的喷射流理论的特征频段主要集中在测井频段,且决定其特征频率的裂缝纵横比一般是一个定值,利用岩石物理实验数据提取出岩石的孔隙结构特征参数,并基于孔隙结构特征可进一步扩展和完善现有的喷射流模型。扩展的喷射流模型反映了岩石弹性性质关于流体性质、孔隙结构、有效压力以及频率的定量关系。我们发现基于扩展的喷射流模型的速度频散曲线与实验测量的数据拟合的比较好,也反应出喷射流作用在地震频段仍可对弹性波速度有一定的影响。
【图文】：

地震特性,储层特性,岩石物理,桥梁

图 1.1 岩石物理架起储层特性与地震特性之间的桥梁.1.1 A bridge between rock physics and seismic characteri研究的一个关键问题是不同尺度以及多学科的结是微观的，多在孔隙尺度上分析岩石矿物成分、件对岩石物性的影响；而测井分析资料是高分辨率要低些)，但是其注意力主要集中于孔隙度、渗不同物性和流体状态对弹性参数的影响；地震以及地质构造尺度方面着手，，其分辨率很低，并且的影响。岩芯分析常使用信号频率为 l00kHz-l00测井技术使用的是 2kHz-81kHz，其分辨率为 1m； 10-150Hz，其分辨率为 10m。所以多尺度多学科一。比如地质学和岩石物理学的结合，岩石地质突破，建立起沉积相和岩石物理特性之间的重要以帮助我们定量地震属性的岩石物理解释中的不石物理和统计学可以降低定量解释的不确定性。

岩石物理,频段,测量系统

第2 章跨频段地震弹性参数测试系统置的超声数据。3）改进的样品制备工艺，采用一种特殊的环氧树脂层替代 Kapton胶包裹样品，在改善应变片粘贴的同时，能够获取可靠和可重复的实验数据。我们实验室跨频段岩石物理测量系统（图 2.1）具有如下的技术指标：① 测量的频率范围为 2Hz-1MHz；② 可测量纵波和横波速度及岩石样品的弹性参数；③ 可适应高温高压条件，即可模拟深层的高温高压储层条件；④ 孔隙流体管允许独立于围压的孔隙流体控制与流体交换。图 2.2 展示了对部分饱和流体砂岩的直接实验室频散测量数据。由于低频岩石物理测量技术的匮乏，针对于频散的研究与分析仅局限于地震岩石物理理论研究与预测的领域，国内外众多学者发展了不少理论模型解释饱和流体岩石的频散机制。而即便再精确的理论模型也有待于物理实验的检验，此类涵盖地震低频的跨频段频散测量数据在国内外均不多见。此外，CT 扫描技术也对被测岩芯的内部孔隙结构分析提供了可能。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P618.13;P631.4

【参考文献】