基于等效介质理论的页岩声波数值模拟方法研究

声波数值模拟对于页岩各向异性特征研究及大斜度井页岩声波校正研究均有着十分重要的意义。为了研究页岩声波各向异性特征,基于等效介质理论构建了由泥质层、砂质层组成的页岩等效模型,从弹性理论出发,推导出等效页岩模型刚度系数、声波波速计算方法,分析了纹层弹性参数、纹层厚度、纹层角度、纹层密度等对等效页岩模型刚度系数和弹性波速的影响。研究表明:泥质层与砂质层厚度比会影响等效介质刚度系数;等效页岩模型刚度系数值随弹性参数比的增加而增加;泥质层的拉梅系数会影响纵波波速与纹层角度关系、横波波速极值,对SH波没有影响;声波波速随泥质层的剪切模量或弹性参数比的增加逐渐增加,且剪切模量对3种波速与纹层角度的关系均有较大影响;纹层密度一定时,随着纹层角度增加,纵波波速逐渐降低并趋于稳定,横波波速先增加后降低,SH波速逐渐降低;纹层角度一定时,3种波速均随纹层密度的增加逐渐降低。研究结果对页岩声波数值模拟方法及声波测井校正方法具有指导意义。

基于等效介质模型的裂缝参数AVOA反演

对于裂缝储层内部的垂直剖面,裂隙弱度差可能为负值,而裂隙弱度为非负值,裂隙弱度递推反演方法和假设反射界面之上为各向同性介质的反演方法所得到的反演结果与真实裂隙弱度有较大差异。为此,根据裂隙弱度差等于一阶差分矩阵与裂隙弱度的乘积推导出了反射振幅与裂隙弱度的直接关系式,并将裂隙弱度非负值约束条件加入裂隙弱度反演方程中,构建了裂隙弱度纵波AVOA反演方法。模型试算结果证明了改进的裂隙弱度直接反演方法的有效性。利用塔里木盆地麦盖提地区实际纵波AVOA数据实现了法向和切向裂隙弱度以及裂缝密度反演,裂缝参数反演结果表明该区裂缝基本呈条带状发育,裂缝发育强度与断裂带密切相关,裂缝储层预测结果与测井和钻井资料吻合。

裂缝等效介质模型对裂缝结构和充填介质参数的适应性

基于裂缝各向异性等效介质模型:定量分析了纵横波速度、弹性刚度张量随裂缝密度、裂缝孔隙纵横比及孔隙充填流体性质的变化规律;考察了Hudson模型、Pade近似和Liu含裂缝介质模型的适用条件和精度;重点分析了裂缝孔隙的结构参数、孔隙度大小及充填流体性质对弹性模量和纵横波速度的影响。基于Hudson模型的Pade近似,明确了它对高裂缝密度和大纵横比的适应性。Hudson模型、Pade近似和Liu含裂缝介质模型的响应模拟表明:在裂缝密度小于0.1时,Liu模型和Hudson二阶近似的响应基本一致,Liu模型和Pade近似均适用于裂缝密度小于等于0.2的裂缝介质;裂缝密度大于0.2时,前者适应性更好些。另外,纵横比对饱水裂缝介质标准化刚度模量的影响较干裂缝介质的影响大。

应力松弛对颗粒物质弹性性质的影响及等效介质模型校正研究

未固结碎屑砂岩储层是国内外重要的油气储层类型之一,其物理本质是由离散颗粒组成的软凝聚态物质.在地震勘探中通常使用Hertz-Mindlin等效介质模型来计算未固结砂岩的地震弹性特征,但该模型在使用中通常会得到明最偏高的剪切模量值.基于3D离散元技术,对颗粒介质在单轴压缩与纯剪两种过程中的力学响应进行离散元数值模拟,从微观颗粒尺度和细观力链尺度分析等效介质模型产生预测误差的可能机制,结果表明颗粒相对滑动、旋转、重排列等造成的应力松弛作用对体积模量计算结果的影响较弱,但在剪应力扰动下这种松弛作用所形成的细观不均匀应变对剪切模量的计算会有明显影响,是等效介质模型形成预测误差的主要原因.在此基础上给出了利用切向刚度校正因子C及组合参数R/R对Hertz-Mindlin等效介质模型进行修正的方法,以考虑颗粒间松弛作用及颗粒不规则性对该模型计算结果的影响,并应用于实际测井资料中验证了方法的正确性.

基于线性近似的微分等效介质方程解耦方法

岩石物理理论在弹性模量与速度估算中发挥着重要作用。干岩石骨架弹性模量是计算饱和岩石弹性模量和速度的关键参数,微分等效介质理论(DEM)是计算干岩石骨架等效模量的理论依据,但由于其方程是耦合的,很难得到精确解析解,通常只能求取近似数值解。基于前人研究成果,假设干岩石骨架模量比是孔隙度的线性函数,利用极化因子表达式,将耦合微分等效方程解耦为常微分方程,构建了一种新的干岩石骨架等效模型;与微分方程数值解做对比,可知本文导出的解析解能有效计算干岩石骨架等效模量;利用Han实验数据和实际井资料做测试,结果表明用该模型可有效估算岩石纵横波速度。

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.

Meyer反应的机理、等效介质及其反应设计研究

以Ｍｅｙｅｒ反应为出发点，研究了ＭＸ－ＲＥＸ３－ＨＸ－Ｈ２Ｏ和ＭＸ－ＲＥＸ３－ＨＯＡｃ－Ｈ２Ｏ四元体系（Ｍ＝Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ；ＲＥ＝Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ；Ｘ＝Ｃｌ，Ｂｒ）。对Ｍｅｙｅｒ反应的机理提出了新的解释，并给出了相应的反应式；发现在四元体系中醋酸水溶液可作为等效介质替代盐酸水溶液，而表现出相同的相化学行为；发现氯化物和溴化物的Ｍｅｙｅｒ反应有显著不同的相化学关系和不同的反应机理，首次依照四元体系的相化学关系，设计了一系列合成不同摩尔比的ＭＸ和ＲＥＸ３的化合物的新的无机合成反应。

非长波极限下二维光子晶体中横电模的等效介质理论

基于Mie散射理论,推导、建立了适用于非长波极限的二维光子晶体中横电模的等效介质理论.随后利用该理论探讨了二维光子晶体中横电模的负折射特性和零折射特性,计算结果与相应的能带结构相符合,验证了该理论在非长波极限条件下的适用性.更进一步的是,使用该理论能得到从能带结构中无法获取的额外信息.

采用等效介质模型研究地应力场中套管井周波速的空间分布

在以往的工作中,利用弹性力学理论获得了地应力场中套管—水泥环—地层系统应力分布的解析表达式。在此基础之上,应用等效介质模型的速度—应力关系式,研究了地应力场中套管井周弹性波速的空间分布规律。分析结果表明,相对裸眼井,套管井应力集中的程度更加明显,由于套管和水泥环的存在,地层应力集中的范围明显缩小到井眼附近。应力集中将导致套管井周波速空间分布的各向异性,对应不同方位径向偏振的横波速度的交叉点明显向井孔附近移动,这意味着垂直偏振的两种弯曲波频散曲线的交点会向高频移动。这一结果表明,在高频情况下,在套管井中应用正交偶极子声测井检测应力导致的各向异性是可行的。

裂缝性砂岩油藏流固耦合渗流的等效介质模型

根据等效思想,给出了裂缝性砂岩油藏等效渗透率张量和变形场等效力学参数的计算方法,建立了油藏渗流和变形的等效连续介质模型;通过分析渗透率与应变之间的耦合关系,得到了裂缝性砂岩油藏流固耦合渗流计算的数学模型,并给出了计算方法.实例应用验证了所建模型的正确性.研究成果对认识裂缝性砂岩油藏的渗流规律有重要意义.

基于等效介质理论的碳酸盐岩储层地震数值模拟

综合考虑碳酸盐岩储层孔隙度、孔隙类型对储层物性参数的影响,对常规的Xu-White模型等效介质理论进行了改进,采用K-T理论增加多种不同类型的孔隙(如粒间孔隙、刚性孔隙、裂隙等),得到了一种新的改进的Xu-White模型等效介质理论,并提出了一套新的适用于碳酸盐岩储层的地震数值模拟方法。该方法首先采用改进的Xu-White模型等效介质理论,来计算碳酸盐岩储层的等效参数,将各向异性的储层转换为均匀介质;然后再采用声学波动方程进行地震数值模拟。模型试验的结果表明,该方法不仅计算效率高,而且可以得到高信噪比的模拟记录,其主要地层的反射波场特征与弹性波方程数值模拟完全一致,是一种简单高效的适用于碳酸盐岩储层的地震数值模拟方法。

用等效介质理论模拟裂缝溶洞型孔隙对速度和弹性模量的影响

针对缝洞型储层流体性质识别的困难,采用Kuster-Toksz(K-T)模型、Berryman自恰模型(SCM)和差分等效介质(DEM)三类近似模型,用不同纵横比的孔隙模拟了缝洞型储层的地震波速度和弹性参数响应,定量分析了溶蚀孔洞和裂缝二类次生孔隙对地下储层弹性性质的影响。明确了孔隙几何结构对岩石弹性参数的影响趋势和幅度大小,为利用地震信息评价孔隙结构提供了理论基础。根据物理模型的裂缝介质参数,分别采用K-T模型、SCM自恰模型和DEM差分等效介质模型,计算了裂缝介质的纵横波速度,考察了三个模型对缝洞型储层弹性响应计算的适用性,得到了有意义的认识。

深亚波长二维光栅研究的新方法——等效介质层法

采用耦合波理论对结构尺寸远小于波长的二维亚波长周期光栅进行讨论 .结果表明 ,这种二维亚波长周期光栅可等效为一介质层 ,这种介质层具有双折射晶体的性质 ,文中给出了相应的等效折射率 .

基于等效介质二维光子晶体平面波展开法的理论研究

应用等效介质理论,提出了一种计算二维光子晶体的新平面波展开法,数值模拟了圆介质柱在空气中正方排列结构的能带,模拟结果与常规的平面波计算结果符合的很好。

基于等效介质理论的电磁晶体带隙分析

根据等效介质理论的基本原理和一维电磁晶体的矩量法分析模型,将二维方格子电磁晶体等效为一维结构,用等效介电常数求解公式求解不同周期波长比和填充率的等效介电常数,由一维电磁晶体的矩量法分析模型求解二维电磁晶体的带隙结构。分析结果表明:该等效模型适于分析小填充率的二维方柱电磁晶体。

基于等效介质理论的光伏电池亚波长光栅减反结构设计

根据等效介质理论(EMT),利用薄膜特性矩阵方法提出了等效介质膜模型,用以研究亚波长光栅减反特性。运用遗传算法分析入射光偏振态和光栅结构参数对亚波长光栅反射率的影响,获得了特定波段下复周期亚波长光栅较低的平均反射率。此外,以TCO/a-Si:H(n)/a-Si:H(i)/c-Si:H(p)/Ag光伏电池为例,将其表面透明导电层(TCO)设计为复周期亚波长光栅结构,利用AFORS_HET软件模拟分析光伏电池的光谱响应,结果表明,复周期亚波长光栅的减反特性可以显著提高光伏电池的量子效率。

天然气水合物横波速度等效介质模型预测方法

由于天然气水合物具有多种充填模式,水合物既可作为固体骨架又可作为孔隙充填物赋存于地层中,因此天然气水合物岩石物理模型与常规油气的岩石物理模型具有较大的差异,常规横波预测方法不再适用。为此,开展了利用等效介质模型进行天然气水合物横波预测的方法研究。首先分析矿物组分、孔隙度和水合物饱和度对纵横波速度的影响;然后利用纵波时差、密度、泥质含量、孔隙度、饱和度等常规测井资料根据等效介质模型构建约束优化方程,其中以纵波速度、密度等常规测井资料为约束,孔隙度和饱和度作为优化变量以寻找最优解;采用收敛快、计算结果可靠的信赖域算法求解该约束最优化问题。最后利用神狐海域天然气水合物的钻井资料对方法进行验证,计算的横波速度和饱和度与实际资料吻合度较高。

基于等效介质模型和频变AVO反演的裂缝储层参数估算方法

由于裂缝性油气藏具有突出的资源潜力和经济效益,利用地震方法对裂缝储层进行精细的定量描述逐渐成为勘探地球物理的关键任务之一。为了克服以往数据驱动类反演方法无法直接获得裂缝参数、而基于静态等效介质模型驱动的反演方法无法描述孔隙内部结构和流体信息的缺点,笔者提出一种基于动态等效介质模型的储层定量描述新方法。该方法通过频变AVO(amplitude variation with offset)理论建立目标函数并使用全局最优化算法反演裂缝参数。一维和二维模型测试证实,由于充分利用了反射系数频变响应对裂缝密度和时间尺度因子的敏感性,反演方法可以对裂缝储层实现有效描述。

基于等效介质二维光子晶体平面波展开法的理论研究

应用等效介质理论,提出了一种计算二维光子晶体的新平面波展开法,数值模拟了圆介质柱在空气中正方排列结构的能带,模拟结果与常规的平面波计算结果符合的很好。

等效介质理论中裂缝密度的适用性研究

为了比较裂缝等效介质理论的预测精度,本文利用物理模拟的方法制作了一组9个裂隙密度模型,其中裂隙密度从0增大到12%,裂隙厚度和直径保持不变,分别为0.12mm和3mm.使用0.5MHz的纵横波换能器,采用脉冲透射法得到纵横波的速度和各向异性.然后,将基质的模量、裂缝填充物模量和裂缝参数代入等效介质理论中,计算出纵横波速度和各向异性随着裂隙密度的变化情况.通过纵横波速度的实测值与等效介质理论的定量对比,发现当裂隙密度小于12%时,Hudson理论和线性滑动理论对纵波速度的预测与实测值非常吻合.当裂隙密度小于8%时,Hudson理论和线性滑动理论对快横波速度的预测与实测值非常吻合.当裂隙密度小于9%时,各向异性自洽理论和NIA(非相互作用近似)理论对慢横波速度的预测与实测值非常吻合.通过纵横波速度各向异性实测值与理论计算值定量对比,发现当裂隙密度小于12%时,Hudson理论和线性滑动理论对纵波速度各向异性的预测与实测值更吻合;当裂隙密度小于6%时,各向异性自洽理论和NIA理论对横波速度各向异性的预测与实测值更吻合.