三相流体非均匀饱和多孔岩石声学模拟与分析

多孔岩石岩性、孔隙度、渗透率变化,导致流体饱和度在储层中非均匀分布.传统的基于流体均匀混合的双相介质模型不能用于计算流体非均匀饱和岩石的声学性质（纵、横波速度）.依据三相流体Brooks-Corey模型、Gassmann理论和边界理论提出了有效计算中观尺度下非均质多孔岩石三相流体非均匀饱和时岩石声学性质的方法,为研究三相流体非均匀分布对岩石声学性质影响提供理论与方法,并建立了在毛管压力平衡状态下非均匀饱和多孔岩石声学性质与总含水饱和度的定量关系.揭示了不同流体饱和状态下纵、横波速度随总含水饱和度的变化规律.实例模拟分析表明,多种岩性岩石组成的多孔岩石储层三相流体非均匀饱和时,纵波速度随总含水饱和度的变化趋于连续变化,而流体均匀饱和岩石,仅在接近完全含水时,纵波速度有明显变化.流体饱和度分布均匀与否对横波速度没有影响,但岩石三相流体饱和与两相流体饱和时相比,横波速度随总含水饱和度的变化特征更加复杂.     

岩石声波压实效应的实验研究

选用不同地区2口井的具有代表性的不同岩性的砂岩、泥岩样品,研究孔隙结构、孔隙流体性质、岩石骨架在声波压实效应过程中所起的作用.研究发现: (1) 纵波时差(Tp)的压实效应随孔隙度(φ)增大而趋明显,孔隙度越大,时差随压力变化越快; (2)随着上覆有效压力(p)的增大,时差与孔隙度的线性相关程度减弱,说明Wyllie时间平均方程在较低压力范围内敏感; (3) 孔隙中所饱和的流体对横波速度(vs)影响不明显,而对于纵波,气饱和样品的波速明显小于液体饱和的波速,且气饱和样品的波速在低压时随压力的变化率比液体饱和的大; (4) 对于砂岩,在泥质含量与颗粒分选一定的情况下,颗粒分选差的岩石其杨氏模量比分选好的岩石大,颗粒分选差的岩石的杨氏模量随压力增大近似呈线性上升,颗粒分选好的岩石呈指数上升趋势;对于砂泥岩,弹性模量随着砂质含量的增大而增大.     

贺兰山岩画区岩石吸水特性试验研究

岩石吸水率、纵波波速及其相互关系对研究岩石的物理性质与力学性质具有重要意义.选取贺兰山岩画区岩石为样品,进行岩样吸水率实验,探究岩样吸水率和随浸水时间的关系,建立吸水率的数值拟合函数.在吸水率实验的基础上,探究岩样在干燥状态及浸水饱和状态下纵波波速的变化,并分析岩样分别在自然吸水和饱和吸水过程中,岩样吸水率对纵波波速的...     

岩石含水饱和度,频率,流体类型对声波振幅影响规律的探讨

本实验以不同类型的砂岩为试样,在常温常压下用超声参数测定仪测量了饱和度、频率和流体类型对多孔隙岩石中声波衰减的影响,得到以下结论:(1)在干燥岩石中,纵波衰减比横波高;在被流体完全或部分饱和的岩石中,纵、横波的衰减均高于在干燥岩石中的衰减,横波的衰减的增加量比纵波大,并以复杂的方式依赖于饱和度。(2)在饱和盐水的岩石中,声波振幅随频率的增高而呈指数衰减。在低频段,声波有较大的衰减变化率;在某一特征频率(600kHz左右)之后,振幅与频率基本无关。(3)对同一块样品,饱和不同类型的流体,声波的振幅随流体的粘度增大而减小。     

含孔隙、裂隙岩石的高频体积模量

前人大量的实验观测证实了体波在流体饱和多孔岩石中传播时存在速度随频率变化的现象.体积模量是决定纵波波速的重要参数之一,研究多孔岩石的高频体积模量对解释超声实验测得的纵波波速具有重要意义.考虑岩石中软孔隙(比如裂隙)的影响,Mavko和Jizba提出了一种修正的Gassmann公式,计算液体饱和多孔岩石的高频体积模量.但Mavko和Jizba提出的计算公式不是通过严格推导得出的,有些过程带有一定猜测性.至今没有一个基于严格推导得到的高频体积模量表达式,人们对多孔岩石高频体积模量物理内涵的认识仍存在不足.本文基于双重孔隙介质理论推导含孔隙、裂隙的流体饱和岩石的高频体积模量表达式,它与Brown-Korringa公式具有相同的形式,只需要将原Brown-Korringa公式中的排水体积模量、固体基质体积模量和孔隙体积模量分别替换为高频时的有效排水体积模量、固体基质体积模量和孔隙体积模量.由于在高频时裂隙与孔隙间没有流体交换,含有流体的裂隙相当于是固体基质的一部分,因此高频有效固体基质的体积模量小于纯固体的体积模量;如果裂隙内流体压强不影响孔隙内流体含量变化,本文得到的高频有效排水体积模量的表达式与Gurevich基于Sayers-Kachanov方法得到的完全一致.数值计算表明:裂隙含量越高,利用Mavko-Jizba公式计算出的高频体积模量与本文公式的偏差越大;高频有效孔隙体积模量总是近似等于纯固体的体积模量,不像高频有效固体基质体积模量那样随裂隙含量的增加而显著降低.     

黑云二长片麻岩--榴辉岩相变的纵波速度

利用YJ-3000t压力机的弹性波速度测量装置在4.5 GPa,25～1 360℃条件下测量了黑云二长片麻岩的纵波速度,发现随温度升高,岩石的纵波速度经历了缓慢下降-逐渐升高-缓慢下降的复杂过程.详细观察相同条件下的实验产物证实黑云二长片麻岩向榴辉岩的转变是岩石纵波速度随温度升高而升高这一异常现象的主要原因,讨论了岩石中矿物相变与岩石纵波速度变化的关系.这一实验结果为初步了解陆陆俯冲过程中,俯冲陆壳的弹性波速度结构演化提供了高温高压实验资料.     

疏松砂岩油藏注水开发声波速度的影响因素

由于疏松砂岩声波纵、横波速度的影响因素较多,因此有必要对各影响因素进行定量研究。在模拟地层条件下直接对岩心进行饱和、驱替试验,建立不同的油、水饱和度,并在驱替过程中进行了纵、横波速度的连续测试。结果表明：水驱至含水饱和度极限时,岩心纵波速度平均增加7．4％左右,横波速度基本不变;在水驱过程中,由于岩石骨架发生变化,岩石变得疏松,致使岩心纵波速度降低3．1％左右,因此水驱至含水饱和度极限时,最终的岩心纵波速度只增加4．3％左朽;埘于注水效果好的稀油油藏,温度及压力对声波速度的影响较弱,但是对于地层能量补充不充分的区块及稠油油藏,温度及压力埘声波速度的影响不能忽略。     

饱和岩石循环冻融蠕变力学特性及损伤分析

为研究饱和岩石循环冻融条件下的蠕变力学特性,开展不同饱和冻融次数三轴蠕变力学试验。根据试样变形特征建立了弹粘塑性蠕变模型,计算了蠕变模型相关参数,研究了饱和循环冻融相关参数变化特征。分析了随冻融次数增加裂隙扩展发育规律,提出了循环冻融蠕变损伤模型,基于试验数据对损伤模型进行了验证。研究表明:饱和循环冻融蠕变过程分为过渡蠕变阶段,稳定蠕变阶段和加速蠕变阶段三个阶段,冻融次数增加蠕变各个阶段均呈缩短趋势。建立弹粘塑性蠕变模型基础上,总结相关蠕变参数随加载应力增加均呈现增大趋势,随冻融次数增加,相同应力条件下蠕变参数逐渐减小。冻融过程中裂隙发育主要分为两种:沿原有裂隙扩展和独立发育的裂隙。原有裂隙扩展速度大于独立发育裂隙产生速度。试样循环冻融过程中裂隙发育速度逐渐增大。考虑冻融次数对蠕变参数的影响,同时引入损伤系数对其影响结果修正,建立蠕变损伤模型解释了循环冻融蠕变损伤过程,模型理论曲线与试验数据对比显示具有较好的相关性,验证了蠕变损伤模型的正确性。     

塔南凝灰质火山碎屑岩储层岩石物理试验研究

在模拟地层温度、压力条件下,试验观测塔南白垩系南屯组、铜钵庙组的凝灰质砾岩、凝灰质岩屑砂岩储层的纵、横波速度,考察岩性、矿物含量、胶结方式和接触类型、密度、孔隙度、泥质含量、含水饱和度对火山碎屑岩声波速度的影响。在试验考查的范围内,发现:①致密凝灰质砾岩的声速明显高于储油物性较好的凝灰质砾岩和凝灰质岩屑砂岩的声速;②纵、横波速度随岩浆岩岩屑含量的增加而增大,随石英、长石含量的增大而减小;③相同孔隙度条件下,孔隙式胶结、线性接触岩石的纵、横波速度最大,基底式胶结、不接触-点接触岩石的纵、横波速度最小,纵波速度较横波速度对胶结类型、接触方式更敏感一些;④纵、横波速度随密度增大而增大,凝灰质岩屑砂岩的声波速度与密度存在较好的幂函数关系,纵横波速度随孔隙度、泥质含量增大而减小,凝灰质岩屑砂岩的声速与孔隙度和泥质含量有很好的负线性函数关系,但泥质(主要为凝灰质)的影响仅为孔隙度影响的1/5～1/10,可以忽略不计;⑤随着含水饱和度增加,纵波速度对流体变化比横波速度更为敏感,且声速变化幅度与孔隙度存在正相关关系。     

岩石试块单轴加荷过程中弹性波速变化规律的试验研究

对单轴压力作用下岩石试块应力状态与P波(纵波)速度之间的关系进行研究分析。单轴压力试验结果表明,在单轴压缩条件下,随着岩石所受荷载的增大,在岩石试块内部不同方向上传播的弹性波速度也在增大,但在不同方向上增大的幅度不同:在靠近压力作用方向上,弹性波速度增加较大;在垂直于压力作用方向上,弹性波速度增加较小。     

孔隙含气压力对不同孔隙结构砂岩声学属性的影响

为研究孔隙含气压力对不同孔隙结构砂岩声学属性的影响,以大港油田3块不同孔隙结构砂岩为研究对象,利用自研的实验装置在多个含水饱和度点测量了砂岩纵波波形、幅度和速度随孔隙含气压力的变化。定义了1个声波幅度衰减变量I来表征首波幅度的衰减。结果表明:随着孔隙含气压力的增加,声波幅度下降,波形后移,中高孔渗砂岩在低含水饱和度下的声波波形甚至发生一定程度的畸变。变量I与含气压力呈线性负相关,且孔隙结构越好,含水饱和度越低,线性负相关关系越好,随着孔隙结构变差,含气压力降低,声波幅度的衰减减弱。砂岩的纵波速度随孔隙含气压力的增加而降低,在含气压力小于5 MPa时,纵波速度随含气压力的增加缓慢下降,含气压力大于5 MPa后,纵波速度随含气压力的增加而快速下降。岩心孔隙含气压力增大后,与声波幅度衰减相比,纵波速度变化不明显,纵波幅度的衰减对含气压力更敏感。砂岩孔隙含气压力增大所造成的声波衰减主要由黏滞性吸收衰减所引起,含气压力的增加对岩石体积模量和体积密度影响较小,纵波速度的变化主要是由有效应力减小造成岩石孔裂隙张开和颗粒接触刚度减小所引起。实验结果可为砂岩地层的含气性评价和孔隙含气压力预测提供借鉴。     

基于近似流体替代的快速无迭代横波速度预测方法

 横波速度对于储层表征、流体识别具有重要意义。实际测井数据中横波速度信息缺乏,因而横波速度预测已成为岩石物理研究的重要内容。经验回归公式法横波速度预测都是建立在水饱和岩石的基础之上,油气饱和储层横波速度预测需要先对流体进行替代。利用无需横波速度的流体替代方法预测油气储层饱含水时的纵波速度,克服了传统流体替代方法需要横波速度的局限。再借助水饱和岩石纵波速度-横波速度回归关系式实现储层完全饱含水时的横波速度预测。进而通过密度校正,获得储层含油气时的横波速度,建立了一种快速无迭代的横波速度预测方法。将该方法成功地应用于实际测井资料的横波速度预测,预测结果表明,预测精度相对未进行流体替代的预测结果,有较大的提高,说明快速无迭代横波速度预测方法是行之有效的。     

黏度和矿化度对岩石速度各向异性影响的实验研究

利用不同黏度(煤油和真空泵油)、不同矿化度(蒸馏水、50mg/L和150mg/L的NaCl溶液)的流体对页岩和具有明显层理的砂岩进行饱和,在实验室超声频率下研究样品不同方向纵、横波速度以及各向异性参数ε、γ随压力的变化规律.结果表明:(1) 随着黏度的增加,岩石纵、横波速度增大,各向异性参数ε、γ减小;(2) 随着矿化度的增加,岩石纵、横波速度增大,各向异性参数ε、γ的变化在实验误差范围内可以忽略不计.     

CO_2天然气藏岩石电阻声速规律研究

海上盆地复杂的地质条件给天然气勘探带来了重重困难,CO_2天然气藏岩石高温高压下电阻声速实验对天然气勘探开发至关重要。介绍了使用SCMS-E型高温高压岩芯多参数仪在温度最高180?C、孔隙压力最高50 MPa的条件下测试不同比例的CO_2/天然气混合气体驱替岩样至不同含水饱和度时的电阻率及纵横波速度参数,并测试了干岩样孔隙中充注不同比例的CO_2/天然气混合气后的纵横波速度变化。实验结果表明,随驱替气体中CO_2含量的变化,岩样饱和度指数有较小变化,胶结系数几乎不变;干岩样孔隙中充注混合气后,随CO_2含量的增加,纵波速度有减小趋势。通过Gassmann方程和Batzle经验公式进行流体替换分析,分析结果和测试结果一致。     

岩石低温单轴压缩力学特性

以非线性热弹性理论为基础,建立了考虑岩石冰胀效应的变物性本构方程,给出了干燥低温和饱和冻结状态下单轴压缩强度和力学特性参数随温度的变化关系.借助花岗岩在两种状态下的压缩试验结果,探讨了低温花岗岩的单轴压缩力学特性.饱和冻结状态下的抗压强度大于干燥低温状态的抗压强度,其相差量随着温度降低有增加趋势;在同种状态下抗压强度随温度降低呈增长趋势,增长率逐渐减小.低温附加强度主要由岩石基质热力效应所贡献,而由岩石孔隙冰胀效应引起的附加强度相对较小.花岗岩在干燥低温和饱和冻结状态下,变形模量均随温度的降低呈增大趋势,而泊松比变化相对较小.     

模糊数学在岩石坚固性分级中的应用

岩石物理力学性质表现为非均匀性、各向异性、非线性和非连续性,因而它的铡定数据有不确定性.作者认为岩石的抗压强度、纵波速度和凿碎比功是影响岩石坚固性的基本因素.本文建议将被评的岩石坚固性视为等级论域上的一个模糊子集,并利用模糊数学中模糊推理和综合评判的理论,提出了一个综合评定岩石坚固性等级的新方法,在模糊推理中,用二元对比排序法来确定影响岩石坚固性诸因素的权重.     

温度循环对岩石物理力学性质影响

温度的交替性变化对岩体内部损伤加剧,岩石损伤的积累与发展,导致高寒区岩土工程发生破坏失稳。选取花岗岩、砂岩进行不同温度循环条件下的单轴压缩试验,分析花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度与温度循环次数的变化关系;对经历不同温度循环次数的岩石试件进行纵波波速测定;并引入纵波波速劣化度,定量分析温度循环对岩石的损伤。结果表明,花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度逐渐减小,且与温度循环次数拟合关系可表征为负指数变化关系;温度循环条件下,岩石试件的纵波波速随循环次数的增大而减小,温度循环初期,波速值变化速率较快,后期变化趋势基本平缓。试件纵波波速劣化度最大可达15.02%,表明温度循环对岩石产生明显损伤。研究为寒区岩土工程的稳定性分析提供试验依据,具有较高的参考价值。     

页岩失水过程中声电特性的试验研究

实验室利用岩心气驱水试验来探究页岩失水过程中的超声波速度、电阻率变化规律及其相互关系。结果表明：（1）随着含气饱和度的增加,页岩纵波速度线性减小,下降幅度为9.1%,而横波速度线性增加,增加幅度为16.2%,横波速度对含气饱和度变化更加敏感。（2）将完全饱和的岩石模拟为水层时,波速比随含气饱和度的增加而线性减小,在大于50%含气饱和度时,减小幅度增大,说明储层逐渐由含水层向含气层过渡。（3）页岩的电阻率随着含气饱和度的增加呈指数函数递增,而岩石介电常数则随着含气饱和度的增加而呈指数函数减小。（4）当 <50%时,电阻率随含气饱和度增加了4.3倍,而当 >50%时,电阻率增加了10倍;介电常数变化规律则相反,当 >60%时,介电常数几乎不变,由此可判断当电阻率增加幅度增大,介电常数几乎不变时,则可认为储层已由含水层逐渐向含气层过渡。（5）随着岩心电阻率的增加,纵波波速呈对数函数增加,而横波波速以对数函数递减。利用页岩失水过程中波速、电阻率的变化规律及其相互关系,对实际工程中进行含气储层的识别与评价具有重要意义,但在实际应用时还需结合其他相关参数才能更准确地评价储层。     

温度循环对岩石物理力学性质影响试验研究

温度的交替性变化对岩体内部损伤加剧,岩石损伤的积累与发展,导致高寒区岩土工程发生破坏失稳。选取花岗岩、砂岩进行不同温度循环条件下的单轴压缩试验,分析花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度与温度循环次数的变化关系;对经历不同温度循环次数的岩石试件进行纵波波速测定,并引入纵波波速劣化度,定量分析温度循环对岩石的损伤。结果表明：花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度逐渐减小,且与温度循环次数拟合关系可表征为负指数变化关系;温度循环条件下,岩石试件的纵波波速随循环次数的增大而减小,温度循环初期,波速值变化速率较快,后期变化趋势基本平缓。试件纵波波速劣化度最大可达15.02%,表明温度循环对岩石产生明显损伤。研究为寒区岩土工程的稳定性分析提供试验依据,具有较高的参考价值。     

探测井下气层的VSP法方案

泥浆浸泡作用能提高井壁岩石的纵波声速,但只对含气岩石的作用明显。采用VSP 法对已受泥浆浸泡接近饱和的井壁岩石纵波声速和未受泥浆浸泡的深入井壁稍远的岩石纵波声速进行比较,从而得以明确气层在该井深处是否存在。