多重孔岩石微分等效介质模型及其干燥情形下的解析近似式

经典的微分等效介质(DEM)理论可用于确定多孔介质的弹性性质,但由于缺乏多重孔DEM方程,其估计的多重孔岩石的等效弹性模量依赖于包裹体(即不同孔隙纵横比的孔或缝)的添加顺序.本文首先从KusterToksz理论出发建立了Zimmermann和Norris两种形式的多重孔DEM方程.Norris形式的多重孔DEM方程预测的等效弹性模量总是位于Hashin-Shtrikman上下限内,而Zimmermann形式的多重孔DEM方程有时会越界.然后,通过使用干燥岩石模量比的解析近似式,对两个相互耦合的Norris形式DEM方程进行解耦得到干燥多重孔岩石的体积和剪切模量解析式.用全DEM方程的数值解对解析近似式的有效性进行了测试,解析公式的计算结果在整个孔隙度分布区间与数值解吻合良好.对实验室测量数据在假设岩石含有双重孔隙的情形下用双重孔DEM解析公式对岩石的弹性模量进行了预测,结果表明,解析式准确地预测了弹性模量随孔隙度的变化.双重孔(即软、硬孔)DEM解析模型可用来反演各孔隙类型的孔隙体积比,它可以通过实验室测量与理论预测之间的平方误差最小反演得到.砂岩样品的反演结果揭示,软孔的孔隙体积百分比与粘土含量没有明显的相关性.

基于有效介质与等效岩石元素理论的特低渗透率储层饱和度模型

清水洼陷沙三段储层属于特低渗透率储层,具有含泥质、微孔隙发育、束缚水饱和度较高、孔隙结构复杂的特征。建立该区块饱和度模型时应考虑这些因素对岩石导电性的影响。将含泥特低渗透储层等效成孔隙大小和形状及所含流体性质和含量不变的纯岩石,利用等效岩石元素理论描述孔腔和喉道比对岩石导电性的影响,利用有效介质对称导电理论描述孔隙结构对岩石导电性的影响,分别建立等效纯岩石的导电方程,并联立求解得出等效混合流体介质电导率表达式;再利用有效介质对称导电理论描述泥质附加导电对岩石导电性的影响,将求得的等效混合流体介质电导率代入该方程中,从而建立基于等效岩石元素理论和有效介质对称导电理论的含泥特低渗透储层导电模型。利用清水洼陷沙三段储层的岩电实验测量数据对该模型进行精度分析,测量岩样电导率值与计算电导率值平均相对误差很小,说明提出的模型能很好地描述特低渗透储层岩石的导电规律。利用建立的模型及确定的模型参数值处理了清水洼陷沙三段储层实际井资料,结果表明,所建立的模型适用于清水洼陷沙三段特低渗透泥质砂岩储层评价。

不同孔隙结构碳酸盐岩的岩石物理响应特征及储层预测新方法——以鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组四段为例

近年来,在鄂尔多斯盆地中东部地区下奥陶统马家沟组四段(以下简称马四段)的台内丘滩体钻遇了优质白云岩储层,但该套储层厚度薄、与围岩弹性参数差异较小,利用常规方法很难准确识别和预测。为了提高白云岩储层的预测精度,基于铸体薄片与岩心CT扫描,详细分析了马四段碳酸盐岩的特征,通过岩石物理弹性测试,结合物性测试及试采资料建立了马四段岩石弹性参数与孔隙结构的关系,提出了研究区一种变基质多孔微分等效介质模型的预测孔隙结构和储层的新方法,并进行了矿场验证。研究结果表明:(1)马四段碳酸盐岩发育孔隙型和裂缝型2类储层,其中孔隙型储层可细分为以晶间孔为主和以晶间溶孔+晶间孔为主2类;(2)晶间孔为白云岩化作用形成,孔隙纵横比较大,晶间溶孔由晶间孔经过溶蚀作用改造形成,孔隙纵横比变小;(3)裂缝主要为构造缝和溶蚀缝,孔隙纵横比最小;(4)沉积和成岩作用对碳酸盐岩的孔隙结构影响大,孔隙结构的差异会引起岩石弹性参数的较大变化,利用该差异可以有效预测白云岩优质储层。结论认为,该方法首先通过变基质骨架建模准确划分岩石的基质类型,然后利用多重孔微分等效介质模型预测岩石的孔隙结构类型,并定量计算不同孔隙类型孔隙的体积占比,为提高白云岩储层的预测精度奠定了技术基础,有助于碳酸盐岩优质储层的精确预测的深入研究。

可变干岩石骨架等效模型研究

基于岩石物理理论构建等效岩石物理模型进行弹性模量及横波速度预测时,需要计算等效矿物模量、等效干岩石骨架模量、流体等效模量等参数,因此需要建立精确的岩石物理等效模型。基于前人的研究成果,将含有可变参数的干岩石骨架等效弹性模量代入到耦合的微分等效介质(DEM)模型,使得耦合的微分方程解耦为常微分方程,经进一步简化得到了一种新的可变干岩石骨架等效模型(VDEM)。基于实验室测量数据的试算结果表明,可变干岩石骨架等效模型提高了干岩石骨架等效弹性模量的预测精度。

考虑储层复杂孔隙结构泥质附加导电的致密砂岩饱和度模型

徐家围子地区深层致密砂岩储层孔隙结构复杂、含泥、非均质性强的特点给储层饱和度的准确求取带来了一定的困难。针对这一难题,将致密砂岩等效成孔隙大小和流体分布特征不变的纯岩石,利用改进等效岩石元素理论描述岩石孔腔和喉道比、孔隙弯曲程度对岩石导电性的影响,利用有效介质对称导电理论描述岩石不同组分连通性、分布特征对岩石导电性的影响,求取混合流体的电导率。利用有效介质对称导电理论描述由骨架、泥质和混合流体3组分组成的岩石的导电规律,建立了考虑储层复杂孔隙结构的饱和度模型。利用徐家围子地区深层致密砂岩岩样的岩电实验数据对模型进行了实验验证,模型计算的电阻率值与实验测量值的相对误差仅为3.8%。建立的考虑储层复杂孔隙结构的饱和度模型能够准确描述研究区致密砂岩的导电规律。利用该模型及其确定的模型参数值对研究区实际井资料进行了处理解释,并将解释结果与试油结果相对比,结果表明该模型适用于研究区致密砂岩储层饱和度的评价。

渗流-管流耦合模型及其应用综述

含水层-井孔水流问题是水文地质学中最重要的基础性研究课题之一。长期以来水文地质模型中对井孔的刻画基本上都是引用"热传导"中的"线汇"理论,需要人工预先给定线汇的流量或水头分配,其普适性至今没有得到证明。针对地下水混合井流模拟提出的"渗流-管流耦合模型"和"等效渗透系数"的概念、方法,不仅解决了混合抽水试验求取分层水文地质参数、预测分层地下水降落漏斗等问题,更重要的是提出的模型和方法具有一定的通用性,已被用于模拟水平井、自流井、观测孔等,并发展为岩溶管道-裂隙-孔隙三重空隙介质地下水流模型。"渗流-管流耦合模型"和"等效渗透系数"方法不仅得到现场试验的应用性验证,也通过物理模拟得到了检验。

开孔聚氨酯泡沫微尺度结构与导热特性

开孔聚氨酯是真空绝热板普遍采用的一种芯层材料。本文建立了开孔聚氨酯泡沫多孔介质材料的简化单元体模型,描述其微尺度空间结构,并导出了气相和固相热传导计算公式、热辐射等效导热系数计算公式、材料总有效导热系数计算公式。计算可得开孔聚氨酯泡沫的导热系数与固体基质导热系数、厚度、泡孔内稀薄气体气压值等因素有关。实验测量了开孔聚氨酯泡沫真空绝热板的导热系数,模型计算值与实验测量值比较具有良好的一致性,文章对保温绝热材料的研制和绝热性能的提高具有实用价值。

一种修正的Kuster-Toksoz岩石物理模型及应用

经典的Kuster-Toks?z(KT)岩石物理模型能够同时考虑多种具有不同形状的包含物(空的和含流体孔隙以及固态物质)对弹性参数的影响,但受包含物含量"稀疏性"的限制,不能应用于高浓度包含物的情况。为此,将微分等效思想引入KT模型,发展了一种适用于高浓度包含物的修正Kuster-Toks?z岩石物理模型。将该模型应用于富有机质岩石的数值模拟,结果表明新模型比经典KT模型更适合于高浓度包含物的情况;对实验室富有机质岩石测试样品进行横波速度预测,新模型比KT模型预测误差小。

压力对含裂缝岩石各向异性速度的影响

深入了解压力作用下裂缝性岩石的声学各向异性,在地球物理应用中具有重要意义.本文基于各向异性微分等效介质模型,结合不同压力下含硬币状定向排列裂缝岩石以及不含裂缝岩石在不同方向上的超声速度测量数据,计算得到不同压力下的裂缝参数,并进一步分析了压力引起的裂缝参数的改变,及其对岩石各向异性速度的影响.结果表明,岩石的裂缝密度与裂缝纵横比随着压力的增加呈现指数减小,并且裂缝纵横比与裂缝密度之间线性相关;模型计算结果发现,当岩石所受压力增加时,随着裂缝密度的减小,不同方向的岩石速度呈现不同程度的增加,其中垂直裂缝方向纵波速度的增加最为明显,随着裂缝纵横比的减小,不同方向的岩石速度基本不变;压力增大引起的裂缝密度的降低使岩石的各向异性参数减小,岩石整体的各向异性随之降低.

碳酸盐岩孔洞储层地震岩石物理建模及应用

碳酸盐岩组成复杂,储集层空间类型多,储层参数的规律性较差,AVO响应特征弱,尤其是孔隙形状对弹性参数的影响不可忽略.针对碳酸盐岩储层的特点,基于自洽模型和微分等效模型构建了多孔隙结构条件下多相介质的碳酸盐岩岩石物理模型.按照各相介质体积含量由小到大的顺序,先利用自洽模型计算孔隙度为50%时的双相等效介质,再通过微分等效模型将孔隙度调整至实际孔隙度,计算实际孔隙条件下的双相介质等效体,重复迭代该过程,最终构建出与实际岩石等效的介质体,计算获得等效岩石的弹性模量参数.通过实验对比了自洽模型、微分等效模型与自洽-微分等效模型的岩石弹性模量与孔隙度、孔隙纵横比之间的适用性规律.最后基于四川龙岗飞仙关组实际测井资料,结合自洽-微分等效模型进行了目标地层的横波预测.结果显示该模型的横波预测效果相对Xu-Payne模型预测,两者预测曲线比较接近,但在形态上更接近实际横波.SCA-DEM模型在孔隙度和孔隙纵横比上具有更好的适应性,为碳酸盐岩孔洞型储层的岩石物理建模提供了一种新参考.