基于偶极横波测井的地层各向异性研究

为确定塔中Ⅰ号断裂坡折构造带裂缝走向和水平主应力方位,利用偶极横波成像测井资料进行奥陶系碳酸盐岩储层各向异性研究。在分析偶极横波测井仪发射与接收信号特征的基础上,研究了横波分裂现象在裂缝性地层和构造应力不均衡地层中的响应特征。综合利用Alford旋转分析法与反演分析法提取了地层快、慢横波的慢度与方位,以此评价地层各向异性。参考FMI成像资料对塔中Ⅰ号断裂坡折构造带部分井奥陶系碳酸盐岩储层的各向异性进行了分析,研究认为快、慢横波在评价由裂缝和构造应力不均衡引起的地层各向异性中具有良好的应用效果。

交叉多极阵列声波测井资料的地层各向异性分析

叙述了匀叉多极阵列声波交叉偶极测量方式各向异性分析的理论基础和快速横波方位与上偶方位存在相关性的原因。利用快，慢横波信息计算了储层的各向异性参数和方位误差，通过百分能量差对快横波方位角进行截取并统计，结果表明快横波方位角反映的水平最大主应力方向或高角度裂缝的开口信息与ＳＴＡＲⅡ解释结论有较好的一致性。

粒子群优化交叉偶极子声波测井地层各向异性的反演方法

为提高地层各向异性反演的精度和稳定性,采用粒子群优化算法,利用Alford旋转法得到快、慢横波表达式,根据波形匹配原则建立了反演目标函数,最后由粒子群优化算法求取反演目标函数的最小值,得到了快横波方位角和快慢横波慢度,从而计算各向异性大小及方向。与CIFLog软件处理的结果相比,粒子群优化算法能够准确可靠地反演各向异性参数,提高了处理速度和处理结果的稳定性。

地层各向异性对CO_(2)在含水层中迁移转化的影响

在CO_(2)驱油封存过程中,封存的CO_(2)可能通过盖层泄漏到浅层含水层。以延长油田杏子川化子坪试验区白垩系洛河组砂岩含水层为例,采用数值模拟软件TOUGHREACT研究地层各向异性对CO_(2)在浅层含水层中迁移转化的影响。结果表明:溶解矿物为方解石、钾长石、绿泥石、奥长石、赤铁矿和伊利石,其中伊利石从第10年开始沉淀,沉淀矿物为钠蒙脱石、高岭石和石英,次生矿物为钙蒙脱石和菱铁矿。地层垂向与水平渗透率比值k_(v)/k_(h)(k_(v)保持不变)越大,CO_(2)在水平方向上的迁移扩散距离越小,含水层中溶解态CO_(2)浓度越高,pH越低,CO_(2)突破浅层含水层的时间越短。通过研究地层各向异性对CO_(2)在浅层含水层中迁移转化的影响,为驱油封存CO_(2)泄漏监测和风险预警提供科学依据。

应用交叉偶极子测井资料确定地层各向异性

近年来,寻找以裂缝为主要特征的各向异性储层已成为勘探工作者的重要目标之一,随着偶极声波测井技术的不断完善,特别是以斯伦贝谢DSI和贝克休斯XMAC为代表的偶极横波测井仪器的推广应用,使得应用声波测井确定各向异性储层成为可能,并且取得了较好的应用效果。概述了偶极横波成像测井的优点,重点介绍了应用该项技术确定各向异性储层的原理,结合在吐哈油田的应用总结了其应用效果。

地层各向异性对电阻率—孔隙度关系的影响

由于地层的电阻率和孔隙度的经验关系是由地层的张量和标量的相关性推导得出的，因而这种关系就会受地层各向异性的影响。尤其从Archie关系式F=aφ^-m中可以看出，地层因子F是弯曲度的函数，因而从这个角度也能说明地层电阻率和孔隙度是与方向有关的地层参数。将砂岩中水平和垂直方向的样品数据进行比较，发现计算的系数a和指数m值受电阻率测量方向的影响。另外，测量受泥质影响使得用于计算a和m的地层电阻率与溶液（相当于地层水）电阻率的比值和真实地层因子不一致，出现较大的偏差，那么地层方向性的影响就会更大。我们观察到的a和m受地层方向性的变化和已经建立的这两个参数间的关系不相符合，这种现象是由于F、φ的平均值和对平均值所采用的计算模型共同作用所造成的。概括地说，我们采用的方法是减小地层各向异性对Archie公式中孔隙度系数和 指数的影响。如果m只与某些因素，如地层中泥质含量多少，地层的胶结程度有关，那么，这种校正是起作用的。如果m与某些参数如地层的渗透率有关，就不能进行方向性影响的校正。此外，如果将实验室得到的a和m与直井中测得的感应或侧向曲线数据建立关系的话，那么a和m水平分量值的选取是非常重要的。

倾斜砂岩地层电阻率各向异性实验及校正方法

为提高倾斜储层流体性质评价中的岩石电阻率精度,需要明确岩石电阻率随地层各向异性、地层倾角的变化规律。在对比分析两种模拟地层倾角的实验方案基础上,开展致密砂岩样品各向异性及倾角的电阻率物理测量实验,依照“二极法”的物理测量模式,采用有限元数值模拟了地层倾角、各向异性与岩心电阻率的变化关系。结果表明:当孔隙度增大时,岩石电阻率减小;当泥质含量增大时,各向异性系数变大;当地层倾角增大时,孔隙结构系数变大,当地层倾角相同时,孔隙度越大则孔隙结构系数越大;当地层倾角大于20°时,岩石电阻率增加量大于5%,这时需要进行电阻率校正。通过建立实测电阻率与理论公式计算电阻率之间的关系,获得克服各向异性、倾角影响的电阻率校正方法。研究成果为开展不同倾角、各向异性储层的电阻率校正及饱和度多井对比分析提供了实验依据。

考虑地层各向异性井壁稳定性研究进展

考虑地层各向异性井壁稳定性研究对地质特征复杂的非常规油气储层开发意义重大,在对国内外近10年相关研究成果调研基础上对其主要进展进行了综述。影响井壁稳定性的地层各向异性因素包括:区域地应力大小、区域应力性质、岩石物理力学参数差异、井身结构、水化膨胀、微裂缝及弱层理盘角度等。详细梳理了各单因素对井壁稳定性的影响机制,地层应力系统及岩石强度对井壁稳定性的影响最大。对于具弱层理盘地层,沿不同钻井方向岩石强度差异较大;沿弱层理面地层容易发生水化膨胀,且往往微裂缝发育,井壁容易失稳,因此应采用高抑制钻井液体系或油基钻井液。在复杂地层钻井过程中,以上各单因素相伴而生,进行各单因素耦合条件下井壁稳定性分析对合理制定应对策略具有重要意义。加强考虑地层各向异性井壁稳定性基础理论、数值模拟及基于三维可视化建模的近实时井壁稳定动态模拟预测研究是该研究在未来的主要发展方向。

基于极快速模拟退火算法的地层横波各向异性反演

介绍了利用正交阵列偶极子声波测井资料反演地层横波各向异性的计算过程,研究了极快速模拟退火算法在阵列偶极子声波波形反演处理中实现全局寻优的方法。利用基于极快速模拟退火算法自主编制的软件对多口井的正交阵列偶极子声波测井资料进行了处理。结果表明,极快速模拟退火算法无论是在计算精度还是在计算速度上都达到了对阵列偶极子声波进行波形反演的要求,可以用于正交阵列偶极子声波测井资料的实际处理。

地层各向异性指数因子的计算方法

针对三维感应测井问题,提出了利用三维感应测井分量视电导率确定地层(TI地层)各向异性指数因子(水平电导率与垂直电导率之比)的计算与确定方法.论文分别给出了图版法和牛顿迭代计算方法,介绍了地层各向异性指数因子的图板制作及利用图版确定地层各向异性指数因子的方法;导出了地层视电导率偏导计算方程,利用非线性方程组的牛顿迭代解法实现了地层各向异性指数因子的数值计算,还给出了数值算例,计算结果与地层模型获得了很好的一致性,表明本方法对分析地层的各向电导特性及测井资料解释应用将具有重要的借鉴和参考意义.

各向异性地层井壁应力的孔隙弹性力学—化学耦合模型

针对各向异性地层任意倾斜角的井筒,建立井壁应力的孔隙弹性力学—化学耦合数学模型,并推导得到井壁应力分布的解析解.研究发现,该解可退化为文献已报道的横观各向同性情形的解析解,这在一定程度上验证了模型和解析解的正确性.基于该解析解开展算例研究.结果表明,井斜角、各向异性力学参数以及溶质扩散都会引起井壁应力的明显变化,进而对井壁稳定性造成较大影响.提出的模型具有通用性,能反映地层实际情况,可用于井壁稳定性分析,从而高效指导钻井设计和压裂设计.

各向异性地层定向井井壁坍塌压力计算方法

层理性地层的力学性质和强度特征具有各向异性,受层理弱面的影响,钻井过程中容易发生井壁失稳的问题。各向异性地层中的井壁坍塌压力分析方法与普通完整性地层不同,强度准则应选用弱面破坏准则,并且层理面的存在也对井眼周围应力分布产生影响。对于各向异性地层中定向井钻进时井壁稳定的分析,需采用有限元等方法进行数值求解。某油田层理性泥页岩地层中不同井斜角和方位角条件下井壁坍塌压力的计算结果表明:定向井钻井中存在最佳钻入角,解决这类地层的井壁失稳问题主要应从控制井斜角和钻井方位入手,避免在井壁坍塌压力较高的井斜和方位范围内钻进定向井。

倾斜各向异性地层中多分量电磁波测井响应三维时域有限差分(FDTD)算法

利用三维时域有限差分技术(FDTD)研究建立倾斜各向异性地层中多分量电磁测井响应的数值模拟算法.首先,利用 Yee 氏交错差分格式和线性内插公式对各向异性介质中时域 Maxwell 方程进行离散化,得到各向异性介质中各个交错节点上电磁场的时域递推公式,同时将面积加权平均与旋转矩阵技术相结合确定各个网格节点的等效电导率张量,此外,单轴各向异性吸收边界条什(UPML)被用于降低求解区域外边界反射.在此基础上.利用单频正弦磁偶源计算时域电磁场空间分布以及特殊的双方程算法(2E2U)从数值结果中快速提取电磁场幅度和相位,确定多分量电磁测井仪器的三维响应.最后.通过数值结果证明该算法的有效性,并系统考察不同层厚、地层倾角以及侵入带半径等变化对多分量电磁测井响应的影响.

各向异性地层阵列侧向电阻率响应仿真模拟及应用

研制等比例缩小阵列侧向测井物理模拟实验系统,并基于三维有限元数值方法建立相应地层模型,定量研究不同因素对测井响应的影响。实验与数值模拟结果误差小于5%,验证了数值模拟结果的可靠性,进一步利用数值模拟方法对地层相对倾角、电各向异性和钻井液侵入进行单因素分析,研究结果表明:①各向异性地层中相对倾角增加会引起电阻率的抬升,但是对电阻率的抬升值相对较小,相对倾角达到一定角度时会引起阵列电阻率5条曲线数值高低出现翻转;②电各向异性系数λ值增加也会引起地层电阻率的抬升,直井条件下λ值由1.0增加到1.5时会导致电阻率抬升约10%;③相比于地层相对倾角和电各向异性,钻井液侵入对测井响应影响更显著,并且各向异性地层中低阻钻井液侵入会改变5条曲线的顺序,其规律与电各向异性相反。以柴达木盆地英西油田实际测井资料为例,构建考虑钻井液侵入的各向异性倾斜地层模型,利用上述方法正演模拟结果与实测曲线变化规律基本一致,再次验证了该方法的准确性。为复杂井况各向异性地层多参数反演提供了理论依据。

非均质各向异性地层中方位随钻电磁测井响应三维有限体积法数值模拟算法

方位随钻电磁测井是一种能够实时探测地层边界、实现地质导向与井眼成像的新型测井技术.本文根据方位随钻电磁测井仪器的典型线圈系结构,首先引入柱坐标系下非均质完全各向异性地层中电流源并矢Green函数,并利用电磁场叠加原理给出倾斜发射线圈激发的电场以及倾斜接收线圈上感应电动势的计算公式;然后应用电流源电场并矢Green函数的混合势克服非均质地层中电磁数值模拟的低感应数问题,通过ρ和z方向上Lebedev网格设法降低网格节点个数,并且利用标准化算法确定柱坐标系下非均质单元上的等效电导率.在此基础上,用三维有限体积法建立柱坐标系电场混合势的离散方法,得到一个交错网格上电场矢势和标势大型代数方程,并用不完全LU分解以及稳定双共轭梯度法确定数值解.最后,通过数据模拟结果对算法的有效性进行检验,并考察钻铤、线圈倾斜角度以及地层各向异性等参数对仪器响应的影响.数值结果表明:在柱坐标系下用三维有限体积法的数值模拟算法处理非均质各向异性层中方位随钻电磁测井响应可以得到很好的结果.钻铤、电导率各向异性、层边界均对方位随钻电磁波测井响应产生较大的影响;在电阻率较大的地层,幅度比和相位差响应越小;发射线圈和接收线圈同时倾斜时,幅度比和相位差响应受地层的影响更灵敏.

考虑各向异性的电缆地层测试产能预测方法

为提高电缆地层测试对各向异性储层产能评价的精度,避免应用DST测试产生的高测试成本,利用自行设计的多探头电缆地层测试仪器和解释模型,求取既定方位的储层平面上正交方向的两个渗透率,利用基于地质统计学的变差函数分析方法分析储层实际主渗透率方向,结合矢量化渗透率计算模型,计算实际储层的主渗透率和垂直主渗透率方向的最小渗透率,给出通过电缆地层测试获得储层实际平面渗透率各向异性的方法。结合椭圆形边界油藏产量计算模型,给出渗透率各向异性地层电缆地层测试产能预测方法。电缆测试方法计算的产能结果与DST测试结果基本吻合。

用磁流源并矢Green函数的递推矩阵方法计算层状各向异性地层中多分量感应测井响应

采用递推矩阵方法计算各向异性介质的磁流源并矢Green函数,并利用上述并矢Green函数对层状各向异性倾斜地层中多分量感应测井的响应进行数值模拟,分析了线圈距、层厚、倾角和围岩对多分量感应测井响应的影响.计算发现,共面视电导率比共轴视电导率变化规律复杂,不能反映地层电导率的真实情况.各向异性地层共轴视电导率随井眼相对倾角的增加而减小,而共面视电导率随井眼相对倾角的增加而增加.仪器的垂向分辨率、围岩各向异性对目的层响应的影响程度取决于线圈距,围岩各向异性对高电导率目的层中测井响应的影响大于对高电阻率目的层中测井响应的影响.

层状各向异性地层的识别与评价

在垂直井眼的层状各向异性地层中,水平电阻率、垂直电阻率和各向异性指数(垂直电阻率与水平电阻率的比值)是其主要描述参数。常规测井评价只注重于水平电阻率信息而忽略了垂直电阻率和各向异性指数信息,这样对各向异性储层的含油饱和度评价就会产生误差。提出了在常规测井条件下在低阻层根据深浅侧向测井曲线出现差异而深中感应测井曲线重合来识别各向异性地层的方法,给出了根据双感应和双侧向测井曲线计算地层水平电阻率、垂直电阻率和各向异性指数的相关公式,这些方法可望能改善各向异性储层的含油饱和度评价。

各向异性地层重复压裂最优时机及影响因素分析

依据低渗透储层力学参数和渗流特点,建立了考虑地层各向异性的固-液耦合最佳重复压裂时机模型,提出了等应力点的概念。对多因素影响下的最佳重复压裂时机的研究表明,远场水平地应力差较小、弹性模量较大、初次裂缝长度和宽度较大、低渗透、初次改造后平均生产压差较大等影响因素对重复压裂产生新缝有利。将影响因素分为3类:①产生重复压裂新裂缝的影响因素;②仅影响最优重复压裂时机的因素;③可以忽略的因素。

水平层状各向异性地层多分量感应测井数据的快速参数化反演算法

利用传输线理论、Sommerfeld积分快速计算以及最小平方拟合技术研究建立多分量感应测井数据的一种新的快速参数化迭代反演算法,同时重构水平层状横向同性地层的纵、横向电阻率以及水平层界面深度。首先,通过Fourier变换与传输线理论给出频率波数域中电磁场并矢Green函数在各个地层中的解析解,并利用三次样条插值和贝塞尔函数递推公式建立Sommerfeld积分的半解析算法,快速计算多分量感应的测井响应。然后在此基础上,利用摄动理论建立磁场并矢Green函数与模型向量间变化关系的摄动方程,并将摄动方程中各个积分转化为Sommerfeld积分,实现正演模拟的同时用半解析算法快速确定多分量感应测井响应的Fréchet导数。最后,利用归一化处理和奇异值分解技术,同时反演所有地层的纵、横向电阻率和层界面深度,实现输入数据和反演模型的模拟数据优化拟合。理论模型的数值结果验证了该反演算法的有效性及抗噪性。