裂缝对致密碎屑岩储层弹性影响的数值分析

有效预测裂缝发育区是寻找致密气甜点区的关键,但目前海陆过渡相致密碎屑岩储层裂缝预测的效果较差。利用DEM理论模型获得岩石孔隙纵横比α及干岩石体积模量,探讨裂缝对致密碎屑岩地层岩石弹性的影响及不同尺度裂缝间的关联性。利用模型确定的α可以较好地识别出裂纹发育段,随着孔隙纵横比由1.0转变为0.01,地层岩石体积模量和剪切模量也逐渐降低,表明裂纹相比孔隙而言更容易引起岩石弹性发生改变。地层岩石由干岩石到饱和地层流体过程中,裂缝不发育地层的体积模量增加幅度为3.1%;对于裂缝发育地层段,孔隙度小于4.7%时其体积模量的增加幅度平均为7.0%,孔隙度大于4.7%时其体积模量增加幅度平均为23.0%,拐点处所对应岩石孔隙度可作为岩石内部裂纹发育程度的评价指标。对于裂缝不发育段地层,干岩石体积模量与剪切模量的比值和孔隙度具有较好的正相关性;对于裂缝发育段地层,干岩石体积模量与剪切模量的比值和孔隙度具有较好的负相关性。研究结果表明,利用岩石弹性性质可以定量表征碎屑岩地层裂缝的发育特征。

一种新的Kuster-Toksoz模型岩石弹性模量计算方法

在Kuster-Toks?z(KT)模型与差分等效介质理论(DEM)结合过程中,通过用孔隙包含物逐渐替换基质的方法获得孔隙介质的岩石弹性模量。现有方法每次替换的孔隙体积是常量,而基质体积不断减小,实际参与替换的包含物体积与孔隙包含物计算体积是不同的。本文通过改进每次替换的孔隙体积计算公式,使得替换体积随迭代次数的增加而逐渐减小,保持替换体积相对基质体积的比率不变,在迭代次数足够大的条件下使得该比率足够小,满足了K-T计算公式的要求,计算结果更接近理论值。测试结果显示:随着孔隙度的增大,岩石等效弹性模量逐渐收敛于孔隙包含物的弹性模量,说明本方法与物理规律一致;与现有的KT迭代方法相比,采用本方法的计算结果与Xu-White模型更接近,本方法提出孔隙包含物的实际体积与计算体积的计算式更符合KT模型孔隙切分过程。

一种改进的泥质砂岩岩石物理模型

岩石物理模型的构建有助于认识地下含油气储层特征及流体分布规律。在前人对干岩石体积模量与剪切模量比和孔隙度关系研究的基础上,结合Kuster&Toksz(K-T)方程和微分等效介质理论(DEM),推导出一个新的岩石物理模型。该模型避免了微分等效介质方程的迭代计算,简化了干岩石弹性模量的求解。数值模拟与实验数据的测试结果表明,新模型可以有效估算泥质砂岩的弹性参数。将新模型应用于实际井数据,取得了良好的效果。

AN ESTIMATION OF FUZZY RELIABILITY OF DISTINCT ELEMENT METHOD IN PREDICTION OF SURFACE SUBSIDENCE DUE TO COAL MINING

The quantitative evaluation of errors involved in a particular numerical modelling is of prime importance for the effectiveness and reliability of the method. Errors in Distinct Element Modelling are generated mainly through three resources as simplification of physical model, determination of parameters and boundary conditions. A measure of errors which represent the degree of numerical solution 'close to true value' is proposed through fuzzy probability in this paper. The main objective of this paper is to estimate the reliability of Distinct Element Method in rock engineering practice by varying the parameters and boundary conditions. The accumulation laws of standard errors induced by improper determination of parameters and boundary conditions are discussed in delails. Furthermore, numerical experiments are given to illustrate the estimation of fuzzy reliability. Example shows that fuzzy reliability falls between 75%-98% when the relative standard errors of input data is under 10 %.

基于寻优算法及微分等效介质理论模型煤系地层岩石孔隙纵横比反演

沁水盆地太原组、山西组及下石盒子组煤系地层气测异常现象极为普遍,具有巨大的天然气勘探潜力。但其中烃类聚集程度差异较大,裂缝发育程度是影响烃类聚集差异的主导因素。岩石孔隙纵横比反演对孔缝形态基础研究、地震反演、物理模拟、天然气疏导保存及井区优选等方面具有重要参考价值。以沁南樊庄区块固县井区山西组一口煤层气井的全波列测井资料为基础,提出基于寻优算法+微分等效介质理论组合模型的岩石孔隙纵横比α反演方法。首先基于寻优算法提取原生结构煤岩及其顶板砂岩、砂质泥岩基质矿物及干岩样骨架模量,然后利用微分等效介质理论模型对煤系地层岩石孔隙纵横比α进行反演。研究结果表明,所研究原生结构煤以近球形孔隙空间系统为主;顶板致密黏土质砂岩以微裂缝空间为主;砂质泥岩中存在孔隙和裂缝多重空间系统。利用该方法可以对地层裂缝发育段进行有效识别,吻合率为92%。对于砂质泥岩或泥包砂类型岩石而言,微裂缝主要存在于砂质中,该类岩石α与孔隙度负相关,与泥质含量正相关。无论砂岩、泥岩还是煤岩,裂缝系统的沟通或疏导能力都要强于孔隙系统,当存在有利气源、疏导体系、裂缝系统及保存条件时,理论上均可富集成藏。α研究在裂缝参数提取、岩石存气能力、孔隙沟通能力、渗透能力及天然气疏导保存成藏等方面均具有一定参考价值,对指导煤层气或煤成气科学勘探开发选区具有现实意义。