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.     

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。     

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。     

页岩层理与含水率对声波传播影响的实验研究

岩石声学特性研究是开展测井岩石力学及储层性质评价的基础工作,而页岩的声波特性受层理及水化程度影响尤为突出。为此,对层理性页岩在不同含水率条件下进行了超声波透射实验,以研究声波的传播速度及能量衰减特征。研究认为,层理倾角越大,纵、横波速度及纵横波速度比越低,而纵、横波衰减系数越高。另外,纵波速度随含水率的增加先减小后增大,纵波衰减系数反之;横波速度在含水率较低时有所减少,含水率较高时基本不变,而横波衰减系数与含水率的关系并不显著。对比分析归一化结果可知,层理倾角对纵、横波速度的影响皆大于含水率的影响。     

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。     

加载条件下软砂岩声波传播特性实验研究

软砂岩是红层软岩乃至砂岩中工程力学性质较差的一类岩石,对其超声波传播特性实验研究无论对工程的快速勘察还是岩石特性的理论研究都具有重大意义。因此,实验研究以力学测试系统为基本平台,集成超声波测试系统,同步同向地采集了软砂岩单轴压缩过程中的力学和声学数据,据此讨论了压缩过程中软砂岩不同变形阶段的声波传播特性与应力、岩石内部裂隙发育的相关性及其相互作用机理。研究发现:1纵横波波速、振幅、波形和频谱都随应变表现出阶段性变化特征且与岩石所处的应力-应变阶段相对应;2纵波横波速度都与瞬时弹性模量(应力应变曲线斜率)正相关,振幅与应力正相关;3纵波对岩石内裂隙的闭合紧密程度较为敏感,而横波对岩石内的裂隙数量较为敏感;4通过纵横波波形和频谱对比分析,可以辨别岩石所处的应力应变阶段。     

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。     

岩石裂隙中的含水量对岩石声波速度的影响

曾采用超声波测量了岩石中纵波速度随含水量的变化。通过干燥和饱和岩石的纵波速度之差异随孔隙率的增加而增加的关系,在本文中,我们定量地探讨了岩石中含水饱和程度对纵波速度的影响。     

基于线性滑动模型的裂缝性地层声波测井响应数值模拟

为了研究水平裂缝对声波波形的影响规律,把裂缝当作线性滑动界面,模拟在含有裂缝的地层中全波列声波测井响应。建立柱坐标系下穿过井孔的水平单条裂缝和多条裂缝计算模型,采用有限差分法模拟声波的传播,记录声波波形。通过分析不同源距、不同宽度裂缝和不同裂缝条数条件下透射波和反射波的波形变化,研究裂缝对纵波、横波和斯通利波波形的影响规律。结果表明:采用线性滑动模型描述的裂缝对纵波的影响很小,只有靠近裂缝的透射纵波幅度会发生改变;裂缝不仅引起横波很强的衰减和反射,而且使横波的相位发生了改变;接收器距离裂缝越远,横波的衰减越大;当裂缝延伸距离很短时,透射横波的幅度和相位随着裂缝延伸距离的改变会发生变化;裂缝也会引起斯通利波的衰减和反射,透射斯通利波对线性滑动裂缝的宽度变化不敏感,而对裂缝条数变化敏感。     

酸化作用下页岩超声波透射试验研究

为了探索碳酸(H₂CO₃)对页岩酸化作用引起的声学特性变化特征,以修武盆地海相页岩为研究对象,通过超声波透射试验方法研究了页岩试样被H₂CO₃处置后的时域信号、频域信号、波速、衰减系数等特征。结果表明：页岩试样被H₂CO₃处置后,超声波纵波和横波在页岩中的传播时间延长,纵波与横波幅值均呈现明显的下降特征;超声波频域内最大振幅下降,主频向低频方向发生偏移,部分页岩试样主频发生畸变;超声波纵波与横波波速均下降,纵波与横波衰减系数均增大。页岩试样被H₂CO₃处置后呈现的声波特性变化特征,反映出H₂CO₃酸化作用导致页岩孔隙度增大或者产生了破坏裂隙。     

非饱和多孔介质中弹性波的传播特性

基于混合物理论,引入Bishop有效应力公式,建立了非饱和土中的动力控制方程.经过理论推导,给出了体波的传播速度及衰减的解析表达式.同时发现,在非饱和土中存在3种压缩波(P1、P2和P3波)和1种剪切波(S波).数值分析表明:4种体波均具有不同程度的弥散性,在一定的频率范围,波速随着频率的升高而增大,其中P2、P3波的波速受频率的影响强烈;饱和度对波的传播速度亦有显著的影响,且在不同的频率范围,其影响规律不同,在有实际工程意义的低频段,饱和度的增高将导致P1、P3波的波速增大和P2、S波的波速减小.4种体波中P2、P3波的衰减较大,且随着频率的升高衰减迅速增加,而P1、S波的衰减则很小,受频率的影响也相对较小.     

工程岩体横波频率及振幅的衰减特性

横波频率和横波振幅的衰减对不同质量的工程岩体有着极好的响应,但是有关工程岩体质量与横波频率和横波振幅的衰减规律的研究成果尚少见,相关参数在工程岩体评价中亦没有得到应用。文中对不同质量岩体的横波频率特性、振幅衰减特性进行了研究,研究结果表明:岩体质量较差时横波有低频、高衰减的特点。横波频率约为200Hz甚至更低;波的振幅衰减很快,衰减系数大。当岩体较好时频率对速度的响应非常敏感,速度增加时频率随之增大,近于直线关系。当横波速度大于2000m/s时,衰减系数突降变小。在对上述关系研究的基础上,给出了利用横波频率及衰减系数进行工程岩体质量分级评价的建议值。     

钻井中S波共振与衰减特性的数值研究

从S波(横波)垂直割线积分的表达式出发,对S波的激发特性进行了研究。结果表明S波同P波一样,具有共振与衰减特性,其衰减在共振条件下随源距Z遵循1/Z规律,非共振条件下遵循1/(Z~(3/2))规律。通过对S波的时域波形的数值考察,得知“过滤效应”实质上是S波共振激发的反映。从频率域和时域上讧明了共振与衰减是S波重要的激发和传播机制。     

气饱和土中弹性波的传播特性

为分析气体对干土中弹性波传播特性的影响,基于Biot理论推导了两相介质平面波动解,以及孔隙流体自由流动和孔隙无渗流两种极限情况下的波速公式.通过数值算例,分析了气饱和土中弹性波速度与衰减特性,并与水饱和土中的计算结果进行了比较.结果表明,低频下气体对干土中波传播的影响不大,但由于气体的高动粘滞性,高频时气体的作用不可忽略;气-固耦合作用比水-固耦合作用要弱得多,气饱和土体中P1波速度比在水饱和土中显著降低,P2波速度则有所提高,而衰减则刚好相反.     

岩石冲击损伤特性的声波测试研究

在配有软回收装置的平板碰撞实验台上进行两种典型岩石冲击损伤实验，并对回收样品进行超声波测试，得知岩石的动态损伤与冲击速度和超声波衰减系数有关，后者较好的反映了岩石的损伤程度。结果表明声波衰减系数可作为表征岩石损伤模型的主要参量。     

水平井随钻电磁波电阻率数值模拟

随钻电磁波电阻率随着钻井技术进步市场和份额逐渐增加,由于水平井测量环境与直井存在较大差别,仪器受到影响因素也与直井不同,明确水平井中随钻电磁波电阻率的测井响应规律有助于水平井测井资料解释。依据电磁波电阻率测量原理,根据Chew理论,推导了TI介质中电磁场的波场分解,进而建立三维空间电磁波电阻率数值模拟正演方法。模拟了不同工作频率、不同相对井斜角、不同围岩电阻率以及地层界面情况下电磁波电阻率的测井响应规律。结果表明:幅度比和相位差随着地层电阻率的增大而减小,表现出与地层电阻率呈单调递减的函数关系;相位差对地层电阻率的敏感程度明显优于幅度比,适用的地层范围更大;井斜角越大,地层界面上下地层电阻率对比度越高,越容易在层界面附近产生"极化角",有助于识别地层界面;相同工作频率,围岩对幅度衰减电阻率的影响要大于相位差电阻率的影响;相同测量方式,围岩对低频工作模式的影响要大于对高频工作模式的影响;随井斜角的增大,幅度衰减电阻率与相位电阻率出现分离;工作频率越高,不同源距的电阻率值分离程度大。     

转换横波合成记录制作方法

对转换波地震剖面的解释过程中转换横波的合成记录标定问题进行研究,提出转换横波合成记录制作方法,即将纵横波声波测井曲线相加,得到伪转换波声波测井,从而得到伪转换波反射系数,再用常规的制作合成记录的手段制作转换波合成记录,可以得到时间准确、振幅特征近似准确的结果.该合成记录制作方法简单、快捷,实际资料的应用结果证明了制作方法的有效性和良好的应用前景.     

层间错动带动孔压增长影响因素试验研究

本文对大光包滑坡层间错动带材料进行动三轴试验,研究在不同条件下动孔压的增长特性,试验结果表明：(1)频率对动孔压的增长没有影响,不同频率下试样达到液化的时间基本相同。(2)动应力越大,孔压增长越快,达到液化需要的振次越少。(3)饱和度对动孔压的增长有较大影响,饱和度越高,样品动孔压增长越快,达到液化需要的振次越少;饱和度降低,动孔压的增速减缓,在应变达到5%时样品没有液化。(4)干密度越小,动孔压增长越快;干密度越大,颗粒之间的咬合力和摩阻力越大,孔压增长缓慢。     

井中偶极声源激励下的反射声场影响因素分析及仪器关键参数优选

根据远探测测井的实际背景,利用三维有限差分数值模拟方法精确考察井中偶极声源条件下声源激发频率、反射界面水平位置、地层界面倾角及偶极声源偏振方向对反射横波幅度的影响。结果表明:偶极横波远探测测井仪的最佳工作频率应选择在井孔挠曲波的截止频率以下,可解决来自地层深部的反射信号相对于沿井传播的直达波信号过于微弱的问题。按照现有的仪器范围设置(源距小于4m),可有效地探测地层倾角为40°～90°的井旁反射体。