基于HTI介质理论的纵波速度分析方法

随着地震勘探精度的不断提高,仅考虑VTI介质各向异性速度分析方法已不能满足宽方位地震资料速度分析和动校正的需要。针对宽方位纵波资料方位各向异性特点,讨论了HTI介质各向异性速度分析方法。根据方位各向异性理论,得出了速度和裂缝方位满足的椭圆方程。采用最小二乘拟合方法,求出了椭圆方程的参数解。根据椭圆方程求出每个方位的速度,并将这些速度用于方位数据的动校正处理。利用方位速度处理对应的方位数据,能校平同一道集内不同方位数据的同相轴,使地震剖面质量得到较大的改善。该技术已成功用于川西HXC-GMZ地区的宽方位纵波地震资料处理。

基于HTI介质理论的纵波速度分析方法

随着勘探精度的不断提高,各向同性介质理论已经不能满足宽方位和大偏移距地震资料速度分析和动校正的需要。针对宽方位纵波资料,讨论了水平对称轴横向各向同性介质各向异性速度分析方法。根据各向异性理论,给出了速度方位各向异性椭圆方程,并采用最小二乘拟合方法,得出了椭圆方程参数解。利用椭圆方程求出方位速度,并将该速度用于动校正处理。该方法已经用于川西HXC-GMZ地区的宽方位地震资料处理,取得了较好的效果。

非均质HTI介质裂缝弱度参数地震散射反演

长波长假设下各向同性地层中发育的垂直排列裂缝可构成等效的具有水平对称轴的横向各向同性(HTI)介质。裂缝弱度是重要的非均质各向异性介质特征参数,弹性逆散射理论是非均质介质参数反演的有效途径。基于地震散射理论,首先推导了非均质HTI介质中含裂缝弱度参数的纵波散射系数方程,并通过裂缝弱度的参数组合,提出了一种新颖的HTI介质方位弹性阻抗(AEI)参数化方法。为了提高反演的稳定性和横向连续性,改进了贝叶斯框架下的HTI介质各向异性方位弹性阻抗反演方法,同时考虑了柯西稀疏约束正则化和平滑模型约束正则化,最终运用非线性迭代重加权最小二乘策略实现了裂缝弱度参数的稳定估算。模型和实际资料处理表明,反演结果与测井解释数据相吻合,证明利用该方法能稳定可靠地从方位地震资料中反演得到裂缝弱度参数。

黏弹性HTI介质中地震波的传播特征

为了提高地质勘探的精度,本文主要通过理论推导和数值模型计算研究了黏弹性HTI(horizontal transverse isotropy)介质中地震波的传播特征,其参数包括相速度、慢度、偏振向量等,并基于依据传播方向定义的慢度向量和分量定义的慢度向量,通过求解Christoffel方程推导出黏弹性HTI介质中均匀波的相速度、偏振向量、慢度、群速度的精确计算公式,经过对比分析得出:特殊分量法在给定传播方向N的情况下提供了一种更为简单的求取无约束黏弹性各向异性介质中均匀、非均匀波波动参数的方法。采用特殊分量法,推导了黏弹性HTI介质中非均匀波的二维、三维波动参数表达式,并采用数值模型计算,研究了黏弹性HTI介质中非均匀SH波的相速度随非均匀系数D及弹性参数虚部k值的变化规律,结果表明D影响了地震波的相速度大小,但对其方位特性无影响,可见在黏弹性HTI介质中相速度随方位角变化的规律可指明介质的对称轴方向,k值的大小也对相速度的各向异性产生影响,但沿对称轴方向速度大小不变。

页岩气储层井壁坍塌压力研究

页岩气储层各向异性强,易发生井壁失稳。利用四川盆地所取页岩气储层岩芯测试钻井液对页岩基体及层理面强度的影响规律,结合单一弱面准则,建立页岩气井井壁稳定预测模型,分析层理面倾角、钻井方位、钻井时间及钻井液类型等因素对页岩储层水平井坍塌压力的影响规律。研究结果表明:层理面倾角小于45°时,井壁岩石发生层理面破坏,倾角大于45°时,在某些井眼方位井壁会发生本体破坏;沿最小水平地应力方位附近钻进水平井最容易发生井壁坍塌;随钻井时间的增加,坍塌压力逐渐升高,井壁破坏形式可能会由初始的页岩基体破坏变为层理面破坏;使用油基钻井液比使用水基钻井液更容易保持井壁的长期稳定。研究结果可以为页岩气井钻井设计提供参考依据。

近水平软硬互层围岩公路隧道初期支护内力分析

将近水平软硬互层围岩等效为横观各向同性岩层,推导其密度、弹性模量、泊松比等材料参数。以广南高速公路文家垭隧道为分析对象,根据横观各向同性围岩参数建立平面应变有限元模型,结合现场测试数据分析近水平软弱围岩台阶法施工过程中初期支护的受力状态。研究表明:上台阶开挖后初期支护受轴向压力,拱顶和拱墙腰向内弯,而拱腰向外弯;下台阶开挖后,初期支护继续受轴向压力,拱顶和仰拱向内弯,拱腰和拱墙腰向外弯。研究结论与拱顶沉降和拱底隆起现象相符合。

各向异性假设条件下三维VSP与地面地震数据旅行时差分析及参数求取

由于本文研究对象处在T4(3200m)以上,地层构造相对平缓,速度场空间变化较小,断裂或裂缝方向发育单一,因此从VTI介质和HTI介质的假设条件出发,研究了利用三维VSP数据和地面地震数据联合求解各向异性参数的方法,分析了HTI介质的空变特点。研究结果表明:研究区的介质具有明显的VTI性质和HTI特点,通过求取VTI各向异性参数和分析HTI介质的空间相对变化,获得了较小的地震波旅行时时差。根据HTI介质空间相对变化与实际裂缝空变具有一定的一致性的特点,可进行裂缝储层的有效预测。

利用Walkaway VSP和全方位地面地震数据求取各向异性参数

本文利用8方向WVSP和全方位地面地震数据研究松辽盆地北部的深部火成岩VTI和方位HTI特性,求解介质的各向异性参数,分析方位HTI介质的特点。认为在VTI假设基础上,根据8方向WVSP获得的方位HTI介质相对参数能够很好地描述介质的横向各向异性,通过与地面地震数据的对比研究发现,这种方位HTI介质相对参数也能够作为描述介质裂缝方向和强度的一种手段。

页岩力学参数各向异性对井壁应力的影响

页岩具有较明显的强度和弹性各向异性,在横观各向同性和连续均匀线弹性地层介质的基础上,建立了各向异性页岩地层的井壁应力计算模型,采用Matlab软件编制了数值解的求解程序,分析了在3种不同断层应力状态下页岩力学参数对井壁应力的影响规律。结果表明:在各向异性页岩地层中,断层的地应力状态会明显地影响井壁应力场的分布形态,尤其是在地应力极值附近;在3种断层应力状态中,正断层地应力状态下井壁应力分布的非均匀性最大;岩石的弹性模量各向异性度会造成水平井井壁应力的二次分布,而泊松比各向异性度对水平井井壁应力分布没有影响;弹性模量各向异性度对井壁应力的影响在其最大值和最小值附近呈现出相反的规律。

考虑吸附膨胀和滤失附加应力的井壁应力模型

页岩气吸附膨胀作用和滤失附加应力是影响煤系页岩储层水力压裂后水平井应力分布重要因素,不可忽略。考虑页岩气吸附膨胀作用和滤失附加应力,基于各向异性材料理论,建立了煤系页岩横观各向同性储层水平井井壁应力模型,分析了煤系页岩储层水平井井壁应力分布特征,考察了井筒方位角对井壁周向应力分布影响,得到了有效应力、地应力和各向异性程度对井壁起裂压力的影响规律。研究表明:井壁周向应力近似椭圆形分布,拉应力与压应力同时存在,拉应力区有效应力对井壁周向应力影响较大,方位角为90°和270°时最大,30°、150°、210°和330°时无明显影响,有效应力作用下最大井壁周向应力随井筒方位角增大近似线性增加,增加程度先降后增;吸附膨胀作用使井壁起裂压力降低,不利于井壁稳定性,高孔隙压力下吸附膨胀作用对井壁起裂压力影响更为明显;起裂压力随各向异性系数增大而减小,两者呈二次函数关系,各向异性系数越大,煤系页岩层理及其基质强度越低,天然裂缝越发育,越不利于井壁稳定性,井壁起裂压力随侧压系数增大而减小,两者呈线性递减关系。研究成果为煤系页岩气有效开发提供了科学参考。

含裂缝致密砂岩多波AVO响应分析

研究含裂缝致密砂岩的AVO响应特征,对致密砂岩储层参数的预测及油气开发具有重要意义。本文基于Biot-Gassmann流体替换理论,利用Thomsen各向异性理论建立含裂缝致密砂岩的等效HTI地震模型,通过分析含裂缝致密砂岩的PP、PS1、PS2波AVO响应特征发现:各向异性与各向同性介质的PP波反射系数在入射角小于10°时无明显差别,入射角大于10°时,不同裂缝密度致密砂岩的反射系数会有明显差异,且随裂缝密度增高而变大;各向异性与各向同性介质的PS波反射系数在入射角为0°、55°时两者几乎无差别;不同裂缝密度时PP波与PS1、PS2波AVA的极性反转位置移动规律不同。

井地联合地震勘探技术研究

垂直地震剖面(VSP)在求取地层参数(大地吸收衰减系数、速度、VTI和HTI介质参数)、时深转换与标定以及储层波场描述方面具有优势;地面地震则具有观测系统灵活均匀、成像孔径大、宏观地质解释能力强的优势。因此,井地联合地震勘探技术被视为未来地震勘探和油藏地球物理的重要发展方向之一。通过本次东部火成岩裂缝储层的VSP(零偏VSP,Walkaway VSP和160级三维VSP观测)与全方位地面地震观测的井地联合地震研究表明,基于VSP驱动的地面地震数据提高分辨率处理是有益的,但参数求取方法和近地表空间影响的消除需深入研究;基于VSP驱动的三维速度场的建立也存在一些问题需要研究;基于WVSP和三维VSP求取的VTI和HTI参数有效,并且对于驱动全方位地面地震数据的VTI处理、裂缝预测和叠前反演是有益的。最终通过基于VSP驱动的地面地震数据处理和消除近地表影响的相对保持储层振幅、频率、相位和波形的处理,以及处理过程中的质量监控,获得了火成岩裂缝储层的地质信息和火成岩相带精细解释结果。

垂直发育裂隙介质中PP波扰动法近似反射系数研究

为了实现裂隙介质中的地震AVO(amplitude variation with offset)反演,基于Christoffel方程和边界条件,推导了EDA介质中PP波、PS1波、PS2波精确反射系数表达式,并采用扰动法推导了极端弱各向异性介质中PP波的近似反射系数,通过弹性系数简化得到HTI、裂隙EDA介质中PP波的近似反射系数。模型计算结果表明:在弱各向异性条件下,HTI(horizontal transverse isotropy)介质中地震波的近似反射系数公式计算精度较高,相对误差在4%以内;当裂隙介质在弱各向异性(各向异性系数<0.1)的情况下,当入射角在40°以内时,PP波近似反射系数与精确反射系数的绝对误差在10^(-4)以内,相对误差小于4%,但随着入射角的加大其计算误差有所增加。对各向异性较强烈(各向异性系数达到0.2)的裂隙介质,当入射角相对较小时(小于45°时),裂隙介质中PP波近似反射系数计算式对于强各向异性的介质仍然成立。通过对反射系数的近似研究,可以将裂隙介质中反射系数的非线性问题转为线性问题,进而利用这些特性进行参数反演,有利于提高反演速度。

地震勘探中的各向异性影响问题研究

各向同性介质的常规地震成像技术和叠前时间/深度偏移地震成像技术已被广泛应用于构造解释和岩性识别,并获得了一定的应用效果,但其地震分辨率显然还难以满足薄储层识别和解决油田开发问题的需要。为此,本文基于零井源距VSP、8方向的WalkawayVSP、3DVSP和全方位三维地面地震的联合地震采集数据,针对沉积环境相对稳定的薄储层和裂缝性储层,探讨了VTI、HTI介质和剩余静校正对地震勘探的影响。研究结果认为,对于沉积环境相对稳定的薄储层和裂缝性储层,VTI介质是影响地震成像分辨率的主要因素,在3000m炮检距时会引起约100ms的时差;而HTI介质(含非均匀速度和构造倾角)的方位影响通常小于±20ms,但也会影响地震成像的分辨率。同时,HTI介质的相对空间变化信息的求解有助于裂缝性储层的预测。此外,VTI和HTI介质会直接影响基于地表一致性理论的剩余静校正的求解能力。因此,对于沉积环境相对稳定的薄储层和裂缝性储层勘探而言,充分考虑VTI和HTI介质的影响,将能有效提高地震勘探的分辨率和储层预测能力。

页岩横观各向同性储层水平井井周应力预测模型

致密页岩储层进行水平井钻井和压裂改造时,为了精确确定页岩气储层水平井的井周应力,在页岩岩石力学特性的基础上,建立了考虑页岩横观各向同性的本构模型和页岩气储层的地应力模型,并进而建立了页岩气储层水平井的井周应力模型。通过分析页岩气水平井井周应力的分布规律,结果表明:水平和垂直弹性模量比、地应力比和孔隙压力对井周应力的分布有较大影响,而泊松比的影响相对比较小。该致密页岩储层水平井井周应力的计算方法,可为页岩气水平井的钻井和压裂改造提供理论参考和指导。