潜江组页岩弹性性质分析及各向异性岩石物理建模

岩石物理建模是定量描述页岩油气储层弹性性质的重要手段,然而不同地质成因、不同相态油气藏的弹性响应机理存在差异,需要结合岩石物理实验与地质特征分析予以明确,进而合理地开展理论建模研究.本研究针对江汉盆地潜江组盐间页岩油储层,综合数字岩心微观结构表征与岩心测试分析,在考虑研究区地质背景、岩石学特征、孔隙结构特征与弹性各向异性规律的基础上,提出了一套各向异性岩石物理建模流程,联合岩心数据与测井资料对本文构建的岩石物理模型以及由此获得的岩石物理解释量版进行了验证.进一步,基于该各向异性岩石物理模型与Metropolis-热浴算法提出了一种各向异性参数反演策略,并在潜江凹陷B井潜四下段展开应用,预测的纵、横波速度平均相对误差分别为-1.32%和-2.39%.研究结果表明,矿物的纹层特征、黏土的定向排列以及水平层理缝的存在共同影响着潜江组页岩的各向异性,将各向异性SCA、Backus平均、T-matrix理论组合后建立的岩石物理模型能够比较准确地描述潜江组页岩弹性响应规律.此外,基于该各向异性岩石物理模型的反演可以获得不同类型的孔隙含量、层理缝纵横比及各向异性,结果可为页岩储层力学性质评价、精确的速度建模以及工程地质参数分析提供依据.

基于跨频段实验的页岩油藏有利岩相弹性特征分析——以陈沱口凹陷新沟嘴组下段Ⅱ油组为例

页岩油藏岩相复杂,纵向变化较快且非均质性强等因素导致“甜点”地震预测存在困难。明确复杂岩相地层的地震岩石物理特征,对提高测井解释和地震定量预测的精度具有重要意义。为此,对陈沱口凹陷新沟嘴组下段Ⅱ油组页岩油层系的33块取芯样品进行了物性和跨频段(低频1~1000 Hz,超声频段1 MHz)岩石物理参数测试。结合地质认识,分析了岩石弹性各向异性与成岩矿物、微观孔隙结构之间的机理联系,从而以岩石物理手段提供可识别有利岩相的跨频弹性属性。研究结果表明,新沟嘴组下段Ⅱ油组的页岩层系在该区具有极低孔隙度和超低渗透率,其白云石晶间孔隙发育较少,而纹层结构、陆源碎屑矿物及其含量对云质页岩的孔隙度有正向影响。此外,基于矿物和微观结构等物性数据与超声实验测量的弹性参数之间的关系表明,矿物组分和孔隙结构对页岩层系岩石的弹性性质影响较大;纹层状构造、水平裂缝和黏土矿物的定向排列是研究区弹性各向异性的主要原因。最后,基于典型岩心宽频测试数据和频散理论模型估算了全部岩心速度频散,以此提供识别有利岩相的跨频段(2.2,24.0,1.0×10^(4),1.0×10^(6) Hz)弹性参数组合分别为拉梅系数×密度和泊松比、纵波阻抗和纵横波速度比。研究结果可为岩石物理实验和理论建模为基础的跨频段(地震、测井和实验室超声)数据联合应用以及地震定量预测研究提供指导和数据支撑。

基于数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构对弹性性质的影响研究(上篇):图像处理与弹性模拟

碳酸盐岩复杂的孔隙结构如何影响其弹性性质一直是地球物理研究的难点问题,在此基础上如何半定量甚至是定量地对碳酸盐岩储层预测,特别是如何有效地获取孔隙结构参数相关的地震属性体一直是油气工业界追求的目标.本研究从数字岩心角度入手,联合测井以及地震数据尝试探究这一问题的解决方案,包括如下几个方面:(1)代表性碳酸盐岩储层样品获取;(2)CT扫描数字岩心数据体获取;(3)数字岩心数据的图像处理;(4)数字岩心数据的静态弹性模拟;(5)数字岩心子数据体的孔隙结构因子提取;(6)孔隙结构因子表征与分类下的弹性性质与孔隙度的定量化量版建立;(7)数字岩心-井-地震联合的孔隙度属性提取;(8)孔隙结构因子的地震属性体获取.本研究分为两篇系列文章上篇与下篇,上篇主要阐述如上提出的(1)—(4)方面,重点在于针对碳酸盐岩二值化图像处理的流程建立与验证,以及数字岩心静态弹性模拟的理论方面,这两方面是基于数字岩心获得精确的碳酸盐岩弹性性质模拟结果的关键所在;下篇主要阐述利用数字岩心数据获得孔隙结构因子的思路、理论与流程,以及为碳酸盐岩储层预测为目标而获得孔隙结构因子的地震属性体的实际应用方面.由于两篇文章共享数字岩心数据,同时所涉及的研究思路与流程形成一个有机整体,因此写成两篇系列文章而非两篇独立文章.本文为两篇系列文章的第一篇:上篇.

基于数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构对弹性性质的影响研究(下篇):储层孔隙结构因子表征与反演

碳酸盐岩复杂的孔隙结构如何影响其弹性性质一直是地球物理研究的难点问题,在此基础上如何半定量甚至是定量地对碳酸盐岩储层预测,特别是如何有效地获取孔隙结构参数相关的地震属性体一直是油气工业界追求的目标,本研究从数字岩心角度入手,联合测井以及地震数据尝试探究这一问题的解决方案.首先针对代表不同孔隙结构类型的有限数目的碳酸盐岩样品获得其对应的高精度数字岩心数据体,为了获得更加可靠的具有地球物理含义的弹性性质随孔隙度变化的统计规律,我们通过子网格的技术,在有限数目的碳酸盐岩数字岩心数据体上获得了大量的数字岩心子网格样本,对于每个子网格样本可以分别获得其对应的数字岩心图像孔隙度、表征孔隙软硬程度的孔隙结构参数(γ)、以及基于有限元法模拟的弹性性质,由此基于数字岩心的研究思路,我们最终获得了基于孔隙结构因子表征与分类下的弹性性质与孔隙度的定量化解释量版.与此同时,在地震尺度上通过叠前地震资料获取的纵横波及密度属性体后,基于如上获得的定量化解释量版,我们最终获得了针对碳酸盐岩储层的新的属性体——孔隙结构参数(γ)属性体,这使得在地震尺度上预测碳酸盐岩储层的孔隙结构类型成为可能,也使利用地震数据在孔隙结构参数表征与分类下的碳酸盐岩储层反演精度的提高成为可能.

基于数字岩心孔喉特征的等效孔隙纵横比有效性研究

岩石孔隙结构是描述岩石物性特征的重要参数,该参数的合理刻画与表征对油气储量估计、储集状态描述、开发方法优选有重要影响,这对于非均质性强且孔隙结构复杂的碳酸盐岩储层尤为关键,因此能够使用某种参数准确定量化地表征储层岩石真实的孔隙结构,一直是油气工业界追求的目标.目前对测井、地震等大尺度数据常用等效介质理论计算孔隙纵横比来定量化孔隙结构,但是该理论将孔隙理想地近似成椭球体,因此能否准确表征真实岩石的复杂孔隙结构还需一定的机理分析研究.本文从砂岩与碳酸盐岩数字岩心出发,联合数字岩心模拟弹性模量与等效介质理论获取岩心等效单一孔隙纵横比,与此同时利用针对数字岩心的孔隙网络提取技术获取岩心的孔喉几何特征参数,对通过两种不同方法获取的参数(即等效孔隙纵横比与孔喉几何特征参数)进行交会分析后,发现它们对岩石孔隙结构的定量化表征具有良好的一致性,两种参数的分布规律符合人们对砂岩与碳酸盐岩两种岩性基本特征的认知.这有力地证明利用岩石的等效孔隙纵横比能够合理地推断与表征储层岩石复杂的孔隙结构特征,同时也表明复杂孔隙结构对岩石弹性性质的影响仍可以通过等效介质理论来描述.基于数字岩心的图像形状特征,本研究还为对孔隙结构进行直接表征提供了一种新思路.

基于跨频段实验的陆相盐湖沉积盐间页岩油藏各向异性频散机理研究

陆相页岩油藏岩石力学性质与弹性各向异性受岩性、构造、孔隙、裂缝以及流体等因素的综合影响,岩石动静态弹性性质的实验研究可为页岩油气藏地质工程“甜点”预测提供重要的机理性分析价值.目前针对页岩静态力学性质测量已有大量研究,而对陆相页岩动态跨频带弹性各向异性实验开展得并不充分.为此,本文以低频应力-应变技术联合高频超声构成的跨频段岩石物理测量技术,对潜江组盐间页岩油藏有利岩相(垂直层理和水平层理的纹层状云质页岩)开展不同围压和流体饱和条件下各向异性频散机理研究.实验结果表明:(1)相比海相页岩,该陆相页岩因中质油(高黏度)存在引起的弹性性质频散更强,纹层构造、层间裂缝是陆相页岩强各向异性的主要因素;(2)部分油饱和状态低频至高频弹性性质频散由强变弱,波致流或黏弹性包体的固有损耗可能是引起地震频散的主要机制;(3)垂直层理方向的弹性参数较平行层理方向具有更强的频散和压力敏感性,各向异性和压力敏感性在地震频段明显高于超声频段,流体填充使垂直层理方向弹性参数的压力敏感性降低,而平行层理方向则相反;(4)各向异性Gassmann理论可解释极低频的纵波速度,但对横波速度和较高频的纵波速度预测不足.本研究不仅能够为方位各向异性频变属性研究提供重要的机理支撑,还可用于指导页岩油藏“甜点”地震预测.