碳酸盐岩纵波速度响应特征试验研究

碳酸盐岩地层压力预测是国内外研究难点,主要原因是纵波速度响应特征不明确,传统的地层压力预测模型不能用。为了解决这个技术难题,通过设计室内试验对碳酸盐岩纵波速度响应特征进行了研究,分析得到了影响纵波速度变化的主要因素,即碳酸盐岩骨架速度取决于岩石骨架特征,决定了纵波速度的变化趋势;纵波速度的小幅变化是由孔隙压力引起的。验证了碳酸盐岩地层异常高压的地球物理和孔隙弹性响应特征理论,从室内试验角度对基于孔隙弹性力学理论建立的波速方程的准确性进行了验证,并为建立碳酸盐岩地层孔隙压力预测模型提供了理论依据。     

基于物理模拟实验的超压碳酸盐岩电性特征与应用

为解决传统碎屑岩超压预测模型和方法不适用于具有刚性岩石骨架的碳酸盐岩地层超压预测难题,通过超压碳酸盐岩岩石物理模拟实验,分析岩石电性参数对不同压力的响应特征;模拟地层在封闭压力系统条件下,致密碳酸盐岩孔隙流体发育超压引起孔隙度增大,电性参数响应特征明显,建立基于电性特征的碳酸盐岩超压预测模型;开展典型地区单井碳酸盐岩地层超压预测应用研究,结果表明:超压碳酸盐岩地层孔隙压力增加,孔隙流体膨胀,岩石骨架受到压缩,孔隙体积增加,岩石孔隙度增大;超压碳酸盐岩地层孔隙度增大,导电离子通过岩石的通道增大,导电性变好,电阻率变小,孔隙度的变化量与岩石电性参数变化之间存在明显相关性;基于电性参数对超压的响应特征建立了碳酸盐岩超压预测模型,通过实例验证取得了较好的应用效果。可见电性参数对碳酸盐岩超压具有明显响应特征,未来可进一步研究利用地震资料与电性参数的相关性,实现三维区域碳酸盐岩地层钻前超压预测。     

常规方法预测碳酸盐岩地层压力的偏差分析

碳酸盐岩异常地层压力成因不同于碎屑沉积岩的欠压实机制,其纵波速度-孔隙度关系分散,采用常规方法进行碳酸盐岩地层压力预测具有很大的不确定性。基于等效介质理论,计算不同孔隙结构碳酸盐岩的纵波速度,在此基础上,分析孔隙结构导致的常规地层压力预测方法的预测偏差。结果表明:在应力状态、矿物组成和孔隙度相同条件下,裂隙类孔隙使地层压力预测结果偏高,易造成井漏、储层污染等问题;溶孔类孔隙使地层压力预测结果偏低,易诱发溢流、井涌等复杂情况;当裂缝、溶孔共存时,地层压力预测偏差的正负不仅受裂隙与溶孔相对体积比的影响,也受其绝对体积含量的控制;对于复杂孔隙结构碳酸盐岩,油气钻井工程中采用常规的地层压力预测方法和井身结构设计系数存在较大的安全隐患。     

异常地层压力成因分析及地震预测

地层压力对烃类的生成、运移、聚集均有着极为重要的影响,它是评价油、气藏形成条件不可缺少的资料。地震压力预测是以地震速度分析为基础,以地震速度的分布特征预测地下流体压力分布,在平面上具有独特的优越性,因而具有良好的应用前景。本文以东营凹陷西部沙四上亚段为例,分析了异常压力(主要是异常高压)的形成机理,详细阐述了异常地层压力预测模型的建立过程,通过地层有效应力计算进行孔隙流体压力预测,并对预测结果、误差校正及应用前景进行了讨论,在理论与实践上都有一定的借鉴意义。     

致密砂岩气藏地层孔隙压力预测方法

 收集新场构造须二气藏的地质、测井、钻井和压裂等相关资料,尝试运用包括等效深度法、Eaton法、有效应力法在内的多种方法对研究区地层孔隙压力剖面进行了预测。根据前人对川西地区异常高压的产生机制的研究分析,认为川西前陆盆地上三叠统地层异常高压的形成主要受欠压实、生烃增压、黏土矿物脱水增压及构造抬升多种机制影响。最终选用Eaton法建立工区的地层孔隙压力剖面。对地层孔隙压力预测模型进行验证与单井评价,结果表明,模型的预测结果精度较高,能够满足工程要求。根据各单井地层深度划分,新场构造地压梯度情况可大致划分为正常压力带、过渡压力带、高压异常带和压力相对平稳带4个压力区间。该成果对指导后续钻井施工作业和区域地应力场等相关研究具有重要的现实意义。     

奥陶系地层压力剖面预测新方法研究

利用欠平衡钻井能及时发现并保护油气藏,其关键是要准确预测地层压力剖面。根据井壁失稳力学机理,分析地应力、地层孔隙压力、拖拽力和温度对井壁应力分布影响,建立欠平衡钻井的井壁力学模型;利用Boit理论及室内实验,建立奥陶系地层孔隙压力模型。研究结果表明:有效应力与体积弹性模量呈指数关系;拖拽力和温度对井壁应力分布的影响不可忽略。对奥陶系地层进行压力预测,经现场验证,该预测结果对现场施工具有很好的指导意义。     

一种异常高压形成机制判别方法与应用

系统总结异常高压形成机制,分析岩石沉积压实过程的力学关系,在此基础上对异常高压形成机制进行分类。根据地层加载和卸载时的不同测井参数响应特征以及构造挤压环境下的典型构造地质特征,建立一种异常高压形成机制判别方法。收集南海莺琼盆地一口高温高压井的测井数据,利用该方法对该井进行分析。结果表明:该方法能够准确判别区分出欠压实、构造挤压和流体膨胀等异常高压形成机制,进而可以为优选地层压力计算模型提供依据;该井3.45 km以下地层存在流体膨胀机制造成的异常高压;利用判别结果选择的压力计算模型能够有效提高地层压力的计算精度。     

碳酸盐岩缝洞型气藏的水平井动态预测模型

碳酸盐岩缝洞型油气藏具有特殊的储集类型和特征,其渗流特征不同于砂岩油气藏,该类油气藏的动态预测研究不能采用砂岩油气藏的渗流理论。基于稳定渗流理论,从缝洞型油气藏的储量计算方法和物质平衡方程为出发点,结合产能方程和井筒压降方程,推导建立了碳酸盐岩缝洞型气藏-水平井井筒的耦合动态预测模型。研究了考虑井筒压降和不考虑井筒压降的2种情况的碳酸盐岩缝洞型气藏的动态特征。研究结果表明:在生产初期,各条酸蚀缝产量和累产量及各个缝洞体系的地层压力下降速度快,后期下降变缓;与不考虑井筒压降情况下相比,考虑井筒压降情况下的各个缝洞体系的地层压力下降速度慢,各条酸蚀缝的产量和累产量小。     

地层压力随钻监测和预测技术研究

地层压力随钻监测和预测技术是在钻进过程中利用随钻地层压力监测结果,对本井钻前的地震预测模型和结果进行修正。根据新修正的模型,对钻头下部未钻开地层的孔隙压力进行再预测,以此来提高地层压力的预测精度,为安全优质地完成钻井作业提供技术保证。如果上部井段已有测井数据,还可以用测井资料对地震资料进行校正。将该项技术应用在新疆巴楚地区琼００３井,试验结果表明,该技术能够大大提高地层压力监测和预测的精度,准确预报井下异常高压和复杂事故的发生,为现场钻井施工提供了可靠的技术依据。     

井打在溶洞外的缝洞型油藏数值试井模型

 缝洞型碳酸盐岩油藏多发育大尺度的溶洞和裂缝, 非均质性极强。这类油藏不能使用常规的连续介质理论描述。根据缝洞型碳酸盐岩油藏的特征, 结合地震、地质等资料, 建立了井未钻遇溶洞的缝洞型碳酸盐岩油藏数值试井物理数学模型。利用有限元方法对模型进行求解并绘制了试井样版曲线, 对影响井底压力动态的主要因素进行了分析。研究表明: 当井打在洞外时, 由于洞内的渗透性远优于洞外地层, 压力导数曲线后期出现明显下掉, 溶洞的尺寸主要影响压力导数曲线的下掉幅度。模型解释结果与实测数据对比分析表明, 该试井模型具有较高的预测精度, 能够为碳酸盐岩油藏的试井分析提供理论指导。     

一种碳酸盐岩储层横波速度估算方法

根据岩石物理理论,使用相关岩石物理模型分别计算岩石基质、干燥岩石骨架以及饱和岩石的弹性模量,进而计算碳酸盐岩储层的横波速度。基于碳酸盐岩孔隙的形状和连通性,将孔隙划分为孔洞、粒间孔隙、裂隙及泥质孔隙四种类型,对应地分别计算各类孔隙的纵横比和孔隙度,确定碳酸盐岩储层孔隙微结构参数。提出基于自适应遗传算法的矿物组分弹性模量计算方法,使用实测纵波速度作为约束条件反演求取岩石矿物组分的体积模量和剪切模量,确定碳酸盐岩储层的岩性参数。将该横波速度计算方法用于实际研究区的测井资料,取得了较好的效果,证明了方法的有效性,为复杂碳酸盐岩储层预测提供了有利的帮助。     

挤压作用形成异常高压的定量研究

封闭地层受挤压后孔隙体积变小,孔隙中的流体受到压缩却无法排出引起压力升高。基于这一理解,许多文献认为构造挤压作用是形成异常高压的主要原因之一,但目前的研究均只是定性分析,未进行定量计算。以双重有效应力理论和多孔介质弹性力学理论为基础,通过缜密的推导,对挤压作用导致的地层弹性压缩量进行了研究,得到了孔隙压力系数增量的理论计算公式。定量计算结果表明,在特定地质条件下,封闭地层受挤压作用后能使孔隙压力小幅度增大,产生轻微的压力异常,挤压作用导致的孔隙压力系数增量十分有限;挤压作用形成异常高压的条件极为苛刻,只有当地层埋藏较深、强度足够大、围岩的密封性能好、挤压作用发生在最小水平主应力方向、且外挤压力足够大,这些条件同时满足时,才可能产生较大的异常高压;挤压作用难以形成异常高压,一般不是异常高压形成的主要原因。     

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.     

阿姆河右岸生物礁滩储层的横波速度预测方法

为提高阿姆河右岸生物礁滩储层叠前弹性参数反演的精度和可靠性,采用岩石物理测试分析的纵、横波速度的关系式估算小孔隙度储层的横波速度,采用基于基质矿物等效体积模量反演方法、碳酸盐岩孔隙结构反演方法和Xu-White模型方法估算中、大孔隙度储层的横波速度。用该方法计算的横波速度结果与没有考虑该区孔隙结构的计算方法结果对比,精度明显提高,并且和实际测井的横波速度曲线也更加吻合。根据阿姆河右岸生物礁储层的特点,对储层孔隙结构分类采用不同的横波预测方法,更适合于该区的生物礁滩储层反演和油气预测。     

Effective stress law for anisotropic double porous media

An effective stress law is derived analytically to describe the effect of pore (fracture pore and matrix-block pore) fluid pressure on the linearly elastic response of anisotropic saturated dual-porous rocks, which exhibit anisotropy. For general anisotropy the difference between the effective stress and the applied stress is not hydrostatic simply multiplied by Biot coefficient. The effective stress law involves four constants for transversely isotropic response;these constants can be expressed in terms of the moduli of the single porous material, double porous material and of the solid material. These expressions are simplified considerably when the anisotropy is structural rather than intrinsic, i.e. in the case of an isotropic solid material with an anisotropic pore structure. In this case the effective stress law involves grain bulk modulus, four moduli and two compliances of the porous material for transverse isotropy. The law reduces, in the case of isotropic response, to that suggested by Li Shuiquan (2001). And reduction to the single-porosity (derived analytically by Carroll (1979)) is presented to demonstrate the conceptual consistency of the proposed law.     

论构造应力不是油气初次运移的主要动力

油气初次运移是一个尚未完全解决的学术难题。石油地质学界认为,构造应力是油气初次运移的主要动力之一,笔者对该观点进行了质疑。根据有效应力理论和弹性力学理论,分析了构造应力对孔隙压力的影响,建立了孔隙压力增量的计算模型以及孔隙压力释放驱动油气运移尺度的计算模型。结果表明,相同构造应力条件下,烃源岩的孔隙压力增量主要受杨氏模量影响,杨氏模量越大,孔隙压力增量越小;构造应力导致的孔隙压力增量一般不会超过60 MPa;孔隙压力释放只需要排出少量地层流体即可,驱动油气运移的距离很短,相对于烃源岩厚度几乎可以忽略不计;构造应力对油气初次运移的影响十分微弱,不可能是初次运移的主要动力。     

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。     

碳酸盐岩地层破裂压力预测新模型及其应用

海相碳酸盐岩地层原生孔隙较少而裂缝较发育,利用测井资料计算其破裂压力难度较大.依据弹性力学原理和岩层破裂机制,综合考虑三向地应力及地层特征对地层破裂压力的影响,建立一种新的适合海相碳酸盐岩地层的破裂压力计算模型.川东北通南巴构造上5口井的应用结果表明,利用该模型计算得到的破裂压力值与实测值误差较小,能够满足工程计算要求.