双相孔隙介质地震波场模拟及传播特性分析

发布时间：2016-11-11 12:43

  本文关键词：双相孔隙介质地震波场模拟及传播特性分析，由笔耕文化传播整理发布。

《吉林大学》 2015年

双相孔隙介质地震波场模拟及传播特性分析

杨庆节  

【摘要】：随着复杂油气藏的勘探开发需求不断增加，复杂油气藏对应的含油气（流体）储层的相关理论和勘探技术已经成为油气勘探与开发中的重要研究对象。Biot（1956）为了精确描述含流体孔隙介质，最先建立了流体饱和的双相孔隙介质理论，即Biot理论，奠定了双相孔隙介质波动传播理论的基础，开启了双相孔隙介质理论研究的先河；Biot理论将双相孔隙介质的非弹性效应归因于固体骨架与孔隙流体的粘滞摩擦和惯性耦合效应，并预测了第二类P波（慢P波）的存在，这是孔隙介质重要的发现之一。因此，为了深入了解孔隙介质理论，本文从饱和的双相孔隙介质中流体流动的微观特征出发，，推导了基于Biot模型的双相孔隙介质波动方程，认识到方程中众多参数的物理意义，以期更加深刻地理解孔隙介质理论，为更加深入地分析双相孔隙介质中弹性波场的传播规律和响应特征奠定基础。 鉴于基于Biot模型的孔隙介质波动方程的复杂性，本文首先回顾了微观流体理论方程的推导过程，包括基于Biot模型的流体压力和有效应力之弹性系数张量；然后采用交错网格有限差分算法对基于Biot模型的双相孔隙介质中地震波场进行了数值模拟，并分析该孔隙介质中地震波的传播规律和响应特征。与此同时，还模拟研究了在层状双相孔隙介质中地震波的反射和透射。前人大量的研究表明，Biot理论在应用时有一定的限制，在解释孔隙介质中弹性波传播特征的多个方面存在明显的不足，但它奠定了孔隙介质波动理论的基础，其经典理论地位仍然毋庸置疑。 喷射流动机制是独立于Biot流动机制的另一种重要的力学机制，主要考虑的是孔隙尺度微观结构下，岩石主孔隙空间的刚性孔隙和软孔隙之间流体的喷射现象。为了弥补Biot模型的局限性，Dvorkin和Nur（1993）提出了将Biot流动和喷射流动两种物理机制统一起来的BISQ模型。本文推导了基于BISQ模型的双孔隙介质波动方程以及喷射流动系数S，发现该系数是一个与角频率相关的复数值，其中角频率来源于固相位移和流相位移为平面简谐波的认知，因而基于BISQ模型的双相孔隙介质波动方程变成了复变系数偏微分方程。在地震波场数值模拟中，一般给定的震源函数（如雷克子波）都是复合波，含有多个频率成分，且实际地震波也是由多个单一频率的简谐波合成的复合波，加之喷流系数S又是频率相关的，种种迹象表明，在对基于BISQ模型的地震波场进行数值模拟计算时，应在频率域内完成。鉴于此，为了分析宏观Biot流动和微观喷射流动耦合作用对地震波传播的影响，本文采用精度很高的25点频率-空间域有限差分算法对基于BISQ模型的双相孔隙介质进行数值模拟，分析了Biot流动和喷射流动耦合作用在理想相界和粘滞相界情况下，如何影响双相孔隙介质中的地震波的传播规律和响应特征。 为了充分认识地震波在含饱和流体双相孔隙介质中传播时的频散和衰减特性，本文开展了基于BISQ模型的双相孔隙介质中地震波传播特性研究，从基于BISQ模型的双相孔隙介质的频率-空间域波动方程出发，通过假定地震波的平面谐波解，推导基于BISQ模型的双相孔隙介质中的Christoffel方程，得到用于确定复速度的频散关系以及相速度和逆品质因子的表达式。在此基础上，研究孔隙度、渗透率以及粘滞系数对频散和衰减的影响。

【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P631.4
【目录】：

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