利用机器学习与改进岩石物理模型预测页岩油层系横波速度

传统的横波速度预测方法包括经验公式法和岩石物理模型法。前者适用于岩石矿物组分相对单一的储层,且受区域限制等因素的影响,不具有普适性,预测精度较低。后者需要根据不同的实际情况选择合适的岩石物理模型,才能达到预期的目的。大多数机器学习横波速度预测方法基于纯数据驱动,数据集的质量和数量将直接决定横波预测模型精度,并缺乏充分的物理内涵。为此,基于深度神经网络(DNN)的方法,假设研究区储层波传播方程的数学形式已知,通过测井数据训练DNN得到未知的弹性参数,以确立目的层的波传播方程。利用平面波分析法得到相应的纵波、横波速度,实现神经网络与理论模型的结合。此外,针对传统Xu-White模型的不足,考虑随深度变化的孔隙纵横比,提出了改进横波速度预测岩石物理模型。利用研究区较丰富的测井数据,分别采用构建的DNN模型和改进横波速度预测岩石物理模型预测横波速度,并与传统的Xu-White模型预测结果进行对比、分析。结果表明,由DNN模型和改进岩石物理模型均可获得较高精度的横波速度预测结果,且前者的预测效果更好。

考虑软矿物纵横比的页岩岩石物理建模及其应用

以往针对页岩储层的岩石物理建模常忽略孔隙类型与软矿物纵横比对弹性模量的影响。本文同时考虑孔隙类型、孔隙形状与软矿物纵横比,建立横向各向同性页岩岩石物理模型:将固体矿物分为硬矿物与软矿物两类,考虑软矿物的各向异性特征与形状变化;基于储层实际情况将孔隙分为粒内孔、有机孔与粒间孔三类,孔隙形状分为硬孔隙与软孔隙两种;最后,利用粒子群法反演输入参数,进一步计算纵横波速度、各向异性参数与岩石力学参数。结合实际资料应用,用已知测井横波速度与各向同性岩石力学计算结果进行对比,结果表明该模型的应用效果较好。

基于页岩线性岩石物理模型的TOC反演方法研究

总有机碳含量(TOC)是评价页岩有机质丰度和生烃能力的重要指标.常规TOC预测方法是通过对弹性参数体(例如密度反演体)进行线性拟合得到的,该方法具有地区经验性,并且缺乏有效的理论支撑.针对此问题,本文以岩石物理驱动的物性参数反演作为技术手段,首先对典型页岩的矿物组分以及孔隙流体特征进行分析,得出影响页岩弹性参数变化的四个主要因素分别是等效脆性矿物体积分数、黏土体积分数、TOC以及总孔隙度,进而可有效减少待反演参数个数,提高物性参数反演算法的可行性.在此基础上,将Grana提出的线性化岩石物理模型推广至页岩,建立线性化页岩岩石物理模型,并在贝叶斯理论框架下建立页岩物性参数反演,实现从弹性参数反演体直接提取TOC、总孔隙度以及等效脆性矿物体积分数等多个页岩物性参数,为后续的页岩气甜点(最佳的页岩气勘探与开发的区域或层位)评价提供可靠的数据支撑.模型数据和实际数据测试验证了该反演算法的有效性.

一种考虑复杂孔隙结构的泥页岩地震岩石物理模型

针对松辽盆地北部古龙凹陷青山口组陆相泥页岩岩石学特征及微观结构特征,综合利用Kuster&Toksoz模型、自相容模型、双连通孔隙模型及线性滑动模型,建立一种适用于富有机质泥页岩的复杂孔隙结构岩石物理模型。基于提出的模型,讨论有机质体积分数、裂缝孔隙度、基质孔隙度、孔隙纵横比和孔隙连通系数等5种因素对岩石弹性性质的影响。通过对比分析,优选出对有机质、孔隙度敏感的弹性参数λρ和μρ,并建立地震岩石物理交会模板。实际资料结果表明,提出的模型具有很好的预测性,该模型可用于古龙凹陷青山口组陆相泥页岩储层评价及地震“甜点”识别。

页岩储层岩石物理模型及地震AVO响应模拟

通过模拟并分析各向异性页岩岩石物理模型,研究页岩中干酪根含量变化对页岩弹性各向异性的影响,其结果为应用AVO方法定量解释页岩储层厚度和干酪根含量提供依据。岩石物理模型预测了页岩速度和各向异性参数随干酪根含量的变化规律。应用传播矩阵方法计算薄层页岩的AVO响应,得到反射系数关于页岩层厚度、入射波频率、干酪根含量和入射角的函数。数值模拟结果表明:在干酪根含量不变且在同一入射角下的反射系数在频率域呈周期变化,该周期与薄层厚度成反比;对同一频率入射波和相同入射角,反射系数幅值随干酪根含量增加而变大。

考虑压力的深部页岩储层地震岩石物理建模方法及应用

地层压力影响页岩储层的弹性。在深层高压下,裂缝结构是影响页岩储层弹性的一个重要因素。目前,考虑压力影响的深部页岩储层地震岩石物理建模方法较少。为此,首先,根据Toksöz的包体理论,考虑有效压力对裂缝纵横比的影响,建立有效压力与裂缝纵横比的定量关系,将有效压力的影响引入Eshelby‑Cheng模型并进行压力修正;其次,利用修正后的Eshelby‑Cheng模型,将受有效压力影响的水平裂缝以包含物的形式耦合到背景介质中,构建一种考虑压力影响的深部页岩储层地震岩石物理模型;最后,将构建的地震岩石物理模型应用于实际工区,并与非压力修正Eshelby‑Cheng模型进行纵、横波速度估算对比。通过分析有效压力对裂缝纵横比、Thomsen各向异性参数及储层纵、横波速度的影响,可以得出:在有效压力变化初期,裂缝纵横比、Thomsen各向异性参数随有效压力增大而减小;储层纵、横波速度随有效压力增大而增大;当有效压力增大到一定限度时,上述三者都趋于稳定,即有效压力变化不再对储层产生影响。该方法对深部页岩储层的纵、横波速度预测结果与实际数据吻合度较高,证明了该模型对深部页岩储层的适用性。

基于岩石物理模型的页岩孔隙结构反演及横波速度预测

准确预测储层的等效孔隙纵横比对页岩储层岩石物理建模及横波速度预测具有重要意义。为分析页岩储层孔隙纵横比及预测横波速度,提出了基于岩石物理模型的页岩孔隙纵横比反演及横波速度预测方法。本文首先通过岩石物理模型建立岩石的纵、横波速度与孔隙纵横比、孔隙度和矿物组分等参数之间的定量关系,寻找最佳孔隙纵横比;然后通过使理论预测与实际测量的纵波速度之间误差达到最小的方式反演孔隙纵横比,并以此为约束预测横波速度。实际测井数据反演结果表明,龙马溪组页岩地层的孔隙纵横比稳定,而围岩的孔隙纵横比变化范围较大;说明与围岩相比,页岩的孔隙结构更为稳定。同时,预测得到的页岩横波速度与实测横波速度的误差较小,另外对于缺少矿物组分资料的页岩层段,用平均矿物组分预测得到的横波速度误差仍较小;说明与矿物组分相比,龙马溪组页岩的纵、横波速度对孔隙纵横比参数更敏感。综上所述,利用该方法可预测到较为准确的等效孔隙纵横比和横波速度。

基于各向异性岩石物理模型的页岩气储层横波速度预测

通过融合各向异性微分等效介质(DEM)理论和Brown-Korringa各向异性流体替换模型,建立了有机页岩各向异性岩石物理模型,提出了根据纵波速度反演岩石等效孔隙纵横比进行页岩气储层横波速度预测的方法。首先,利用各向异性DEM模型和Brown-Korringa模型建立有机页岩各向异性岩石物理模型,得到有机页岩纵、横波速度与密度、孔隙度、饱和度和矿物组分等参数之间的关系;其次,将岩石孔隙等效为具有单一孔隙纵横比的理想椭球孔,应用二分法来寻找最佳的等效孔隙纵横比使得理论预测与实际测量的纵波速度之间的误差最小;最后,将反演得到的等效孔隙纵横比代入到所建立的岩石物理模型中,构建横波速度。实验室岩样数据的应用试验结果表明,由纵波速度构建的横波速度与实测横波速度吻合良好,验证了基于各向异性岩石物理模型的有机页岩横波速度预测方法的有效性。

横观各向同性页岩岩石物理模型建立——以龙马溪组页岩为例

在龙马溪页岩微观物性特征分析的基础上,综合利用测井解释、微观测试分析资料,建立了一种适用于龙马溪页岩的横观各向同性岩石物理模型,该模型建模过程:将各向异性SCA和DEM模型联合模拟得到的黏土和干酪根混合物作为背景介质;采用SCA模型对脆性矿物混合物进行模拟,利用各向异性DEM将脆性矿物混合物添加到背景介质;进一步将空孔隙添加到页岩基质,并利用Brown-Korringa模型进行各向异性条件下的流体替换,从而得到横观各向同性页岩岩石物理模型.通过对四川盆地A井龙马溪页岩进行岩石物理建模分析,计算了孔隙纵横比、纵横波速、各向异性系数和弹性参数,检验了模型的准确性.研究结果表明:矿物颗粒和孔隙纵横比是影响模型精度的关键参数,黏土和干酪根颗粒纵横比为0.05,图像识别获得的脆性矿物颗粒纵横比主要分布于0.45~1.0(集中分布于0.5~0.85),横波波速反演获得的孔隙纵横比主要分布于0.1~0.3(平均值约为0.22);模型预测和实测纵波波速之间误差为-2.40%~2.21%(平均绝对误差仅1.20%),预测和实测横波波速之间误差为-1.93%~1.42%(平均绝对误差仅0.64%),证实了本文模型的准确性和精度.本文模型能够准确计算页岩5个独立的刚度系数,为页岩弹性参数、声波波速、各向异性和脆性分析提供了有效手段,也为后续地球物理和工程地质参数分析提供了重要依据.

基于改进的岩石物理模型表征页岩天然裂缝特征

为了给四川盆地下志留统龙马溪组页岩气勘探开发提供技术支撑,以长宁、涪陵2个页岩气田的龙马溪组为研究对象,利用氦气法、X射线衍射、真密度测试等方法,借助改进的岩石物理模型,定量表征了龙马溪组页岩中天然裂缝的发育特征,并探讨了天然裂缝的发育类型、成因机制以及对页岩气开发的影响。研究结果表明:①运用改进的岩石物理模型可以精确刻画长宁页岩气田页岩孔隙系统,拟合度达0.74;②页岩中天然裂缝的发育具有区域控制因素的差异性,其中长宁页岩气田裂缝局部限制发育,钙质充填,裂缝孔隙平均值为0.15%,由基底逆冲断层、滑脱层和内部褶皱作用控制,而涪陵页岩气田裂缝则普遍较发育,硅质未充填或半充填,裂缝孔隙平均值为1.30%,主要受控于逆断层和滑脱作用;③地层条件下,天然裂缝的开启性存在着差异,长宁页岩气田基本处于封闭状态、渗流能力弱,而涪陵页岩气田则处于相对开启状态、渗流能力强;④天然裂缝影响页岩气的赋存方式,内部以游离气为主体,页岩气井的初始产气量相对较高。结论认为:①引进回归系数计算现今实际的总有机质含量,使得改进的岩石物理模型能够更加精确地刻画基质孔隙和裂缝孔隙;②四川盆地页岩产层段中天然裂缝发育对页岩气富集与开采相对有利,但原始地层条件下会削弱天然裂缝的渗流能力。

筇竹寺和五峰—龙马溪组页岩地震岩石物理等效模型及等效孔隙纵横比的分析（英文）

四川盆地及其周缘地区的筇竹寺组和五峰-龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一,但其地震弹性性质响应规律的区域性特征需要开展相关的实验和理论研究工作予以明确。本研究对干燥状态下的筇竹寺组和五峰-龙马溪组页岩的露头样品进行了超声波速度测试,系统地分析了地震弹性性质随页岩岩石学特征的变化规律。研究结果表明,孔隙度与粘土矿物含量呈正相关、与脆性矿物含量呈负相关;粘土、石英、长石和碳酸盐构成页岩岩石基质,与孔隙共同构成页岩岩石骨架,而干酪根和黄铁矿主要赋存于孔隙中,与页岩骨架的耦合较弱。通过将全部连通性孔隙近似等效于仅存在于骨架粘土矿物之内和采用Gassmann流体替换类似的思路处理干酪根和黄铁矿,可以较为简单地将自相容近似(SCA)理论、微分等效介质模型(DEM)和Gassmann方程组合起来构建研究区页岩的地震岩石物理等效模型。该模型通过关键参数等效孔隙纵横比(采用研究区样品平均值或者由碳酸盐含量进行估算)可以较为准确地预测筇竹寺和五峰-龙马溪组页岩的纵波速度,验证了等效模型的有效性和较广的适用性,可为筇竹寺组和五峰-龙马溪组页岩气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据。

页岩油层系声电特性及岩石物理模型研究:砂岩与页岩交互层储层参数预测

鄂尔多斯盆地延长组页岩油层系是近年来相关地区非常规油气勘探开发的重点目标,其资源量丰富,具有岩性结构复杂、低孔低渗、微裂隙发育及油水分异不明显的特点。联合岩石声波和电学特性可被用于查明、表征储层岩性、矿物组分、孔隙结构及流体饱和度。本研究针对鄂尔多斯盆地Q区页岩油层系的7块岩心样本,进行X射线衍射、铸体薄片鉴定,以及开展不同围压和流体饱和度下的超声波及电导率实验,分析了声电特性随孔隙度、泥质含量、压力(微裂隙)及饱和度的变化规律。实验结果显示,砂岩的岩石物理响应在含有不同泥质含量的情况下差异显著,其中,纯砂岩的声电特性受微裂隙含量(压力)的影响较大,而对于泥质砂岩,泥质含量成为岩石物理响应特征的主控因素之一。针对工区由砂岩、页岩薄层组成的交互层特点,本研究采用声电等效介质方程及Gurevich喷射流理论,建立砂岩、页岩岩石物理模型,模拟了不同岩性的声电特性随流体类型、孔隙结构、矿物组分的变化特征。基于弹性及电学参数构建了砂岩、泥质砂岩及页岩段的三维声电联合岩石物理图板,并利用岩心样本及工区测井数据对图板进行校正。随后,将建立的声电联合图板应用到研究区目的层,预测各岩性段的储层物性参数,并基于测井解释结果进行验证。对比显示,本文根据岩性构建的声电联合图板能够有效的预测砂岩与页岩互层的储层参数,并且,综合应用声波和电学数据可以提供更多可用于评估岩石属性所需的有用信息,使得预测结果更符合实际地层情况。

龙马溪组页岩微观结构、地震岩石物理特征与建模

龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一.由于岩石物理实验结果具有区域性,龙马溪组页岩的岩石特征与其地震弹性性质的响应规律需要开展相关的实验和理论研究工作予以明确.本研究基于系统的微观结构观察(扫描电镜和CT成像技术)和岩石物理实验来分析龙马溪组页岩样品地震弹性性质的变化规律,并依据微观结构特征建立相应的地震岩石物理表征模型.研究结果表明,石英含量对龙马溪组页岩的孔隙度以及有机碳(TOC)含量具有一定的控制作用,TOC和黄铁矿主要赋存于孔隙中;岩石骨架组成亦受控于石英或粘土含量,在石英含量大于40%(对应粘土含量小于30%)时,以石英、粘土共同作为岩石骨架,而粘土含量大于30%时,则以粘土作为岩石的骨架.因此,岩石骨架组成矿物、TOC含量、孔隙度共同制约龙马溪组页岩的地震弹性性质,富有机质储层岩石通常表现出低泊松比、低阻抗和低杨氏模量的特征,但由于支撑矿物的转换,某些富有机质页岩亦可表现为高阻抗特征.粘土矿物的定向排列仍然是造成页岩样品表现出各向异性的主要原因,各向异性参数与粘土含量具有指数关系.基于龙马溪组页岩的岩性特征及微观结构特征,可以利用自洽模型(SCA)、微分等效模量模型(DEM)和Backus平均模型的有效组合较为准确地建立龙马溪组页岩的地震岩石物理模型,实验结果和测井数据验证了模型的准确性.研究结果可为龙马溪组页岩气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据.

基于线性化岩石物理反演的物性参数预测方法

针对制约岩石物理反演精度的两个关键问题:岩石物理模型和反演算法,提出了一种线性化岩石物理反演方法。首先,对复杂岩石物理模型进行泰勒展开,得到岩石物理反演问题的一阶近似表达式;然后,利用阻尼最小二乘算法直接求解线性化的岩石物理反演问题,获得岩石物理反演问题的解析解。该方法不需要全局寻优或者随机抽样,而是直接求逆运算,计算效率高。理论模型分析表明,线性化岩石物理模型可以用来近似表示复杂岩石物理模型。实际测井数据和地震数据应用表明,线性化岩石物理反演方法可以获得较为准确的物性参数。该方法适用于线性或轻微非线性的岩石物理模型,对于高度非线性岩石物理模型可能不适应。

孔隙-裂隙性质和黏土含量对页岩油层系致密岩石弹性波耗散规律的影响研究

作为一种非常规油气资源,页岩油储量丰富、分布范围广,具有巨大的勘探开发潜力,是近年来油气产业关注的重点与热点.然而,页岩油储层具有岩石矿物组分多样、低孔低渗、孔隙结构复杂、非均质性强等特征,与常规油气资源存在明显差异.本研究选取鄂尔多斯盆地中生界延长组长7油层组的10块致密砂岩样本,基于X射线衍射分析得到各样本的矿物组分,开展不同围压和流体条件下的超声波实验观测,进而获得样本的纵、横波速度和纵波衰减逆品质因子.基于实验测量获得变压力条件下的孔隙度,结合线性外推的方法,估算各样本的裂隙孔隙度,代入EIAS(Equivalent Inclusion-Average Stress,等效嵌入体应力平均)模型,求取对应的裂隙纵横比和裂隙密度,分析页岩油储层孔隙-裂隙性质对纵波衰减的影响.结果显示相对于衰减,致密砂岩总孔隙度、裂隙纵横比、裂隙密度和衰减变化量(不同围压下的衰减观测值与最大围压下的衰减观测值的差)之间的相关性更加明显.基于薄片分析,结果显示致密样本存在孔内黏土包体、微裂隙包体和粒间孔的三重孔隙结构,因此本文引入三重孔隙结构模型,定量估算各样本的孔内黏土含量,进而分析孔内黏土含量及总黏土含量和纵波衰减之间的关系.结果显示孔内黏土含量是主导页岩油储层纵波衰减大小的主要因素之一,而非总黏土含量.本研究可为页岩油储层衰减特征分析、岩石物理模型构建及地震勘探方法研究提供理论支撑.

页岩岩石物理建模研究

页岩气是一种非常重要的非常规油气资源,页岩气储层不同于常规油气储层,其具有较强的各向异性、矿物成分复杂、孔隙多样等特征,使得岩石物理建模会更加复杂,很多岩石物理模型对页岩描述不够准确。此文从岩石物理模型的基本理论出发,针对Bakken页岩进行各向异性DEM岩石物理建模,具有较好的预测结果,通过比较发现干酪根作为基质时模型更优。并且在Wu建模流程的基础上,进一步考虑了当页岩存在垂直裂缝时,具有正交各向异性,建立了正交各向异性岩石物理模型,使得岩石物理模型更加接近真实页岩。

四川焦石坝地区页岩气储层岩石物理正演模拟及分析

为对页岩气储层进行含气性分析,本文通过岩石物理建模及正演模拟方法,研究了储层物性参数与弹性参数之间的非线性定量关系,应用储层物性参数的空间分布对储层含气性进行表征,并通过对岩石物理正演模拟结果解释和分析,总结页岩气储层含气性规律,针对页岩气储层进行地质评价,为页岩气储层识别与勘探提供依据。结果表明随着页岩气储层含气性增加,纵波速度和横波速度逐渐减小,可见页岩气储层含气性与弹性参数具有反比关系,可为页岩气储层识别提供依据。

基于岩石物理相分类的测井储层参数精细解释建模方法

复杂的孔隙结构、岩性及物性的非均质性和复杂多变的油气水分布规律给低孔低渗油气层的测井评价带来很大挑战。本文基于岩石物理相的概念，通过储层分类，建立了鄂尔多斯盆地榆林地区山2段低渗透砂岩气层的测井精细解释模型，将“非均质、非线性”问题转化为“均质、线性”问题解决，显著提高了测井储层参数解释精度和气层判别符合率。

对页岩气成藏组合地球物理响应的理解

天然气产量主要来自于常规资源，但也有相当一部分来自于页岩气等非常规资源，因此，页岩气非常规资源正逐渐成为重要的勘探开发目标。为了了解页岩气藏的地球物理响应，采用了用地质、

四川盆地下志留统龙马溪组页岩裂缝孔隙定量表征

裂缝和孔隙是致密储层重要的储渗空间,对其识别、描述和定量评价也是页岩气储层评价的重点和难点。为此,以四川盆地涪陵气田和长宁气区钻井资料为基础,通过建立双孔隙介质孔隙度解释模型,对该区下志留统龙马溪组（含上奥陶统五峰组）富有机质页岩段的裂缝孔隙进行了定量评价,并得到以下认识：1应用双孔隙介质模型开展页岩裂缝孔隙度解释,是实现页岩储层裂缝孔隙定量评价的有效办法,也是对海相页岩储集空间定量表征技术的丰富和发展;2该区主力产层基质孔隙体积及其构成区域分布稳定,基质孔隙度总体保持在4.6%-5.4%;3裂缝孔隙发育特征在不同构造区、同一构造的不同井区和不同层段差异较大,显示出页岩储渗条件具有很强的非均质性。根据裂缝孔隙定量表征结果判断,四川盆地五峰组—龙马溪组发育基质孔隙＋裂缝型和基质孔隙型这两种类型的页岩气藏：前者主要发育于特殊构造背景区,具有裂缝孔隙发育、含气量大、游离气含量高、产层厚、单井产量高等特点,在该盆地的分布范围可能相对局限;而后者具有基质孔隙度较高、裂缝孔隙不发育、单井产量中高等特征,预计其在该盆地海相页岩气分布区占据主导地位。