致密储层声波参数实验研究及测井应用

论文摘要

随着油气资源勘探和开发的进行,致密气藏越来越受到人们的重视。作为两种常见的致密含气储层,致密砂岩含气储层和火山岩含气储层通常具有低孔低渗、低含气饱和度和强非均质性等特征,这无疑加大了致密储层评价和开发的难度,基于电性参数评价储层饱和度的阿尔奇公式适用性大大降低,因此,建立非电性参数和饱和度的关系在常规储层产量不断下滑的今天尤为重要。岩石物理上一个重要的发现就是弹性参数对流体的敏感性,所以本文的研究目的是基于弹性参数进行地层饱和度评价和流体识别。为了得到岩石的弹性参数,本文测量了加湿和蒸发过程中随饱和度变化的致密砂岩纵波速度,发现加湿和蒸发过程中的纵波速度呈现相互交叉的“麻花”状,在加湿过程中,随着饱和度的增大,纵波速度开始略有降低后增大,且增大的速率越来越大;在蒸发过程中,随着饱和度的降低,纵波速度先缓慢降低后迅速降低,最后增大,即:加湿和蒸发过程中的纵波速度差别明显,在低饱和度段的纵波速度-饱和度成负相关关系,这一现象在蒸发过程中尤为明显。这说明以下几点:第一,纵波速度与饱和度之间关系密切,因而利用弹性参数进行饱和度评价是可行的;第二,加湿和蒸发过程中纵波速度的差异说明不仅饱和度对纵波速度有影响,岩石孔隙中流体分布形式的影响也是至关重要的;第三,少量水的存在使纵波速度下降,说明少量水与岩石的接触软化作用不可忽略。因此,建立基于弹性参数的饱和度模型必须同时考虑流体分布形式和接触软化作用的影响。针对纵波速度随饱和度增大而下降的实验现象,本文发展原有的算法,提出了计算低饱和度段纵波速度的关系式。同时研究了蒸发过程中纵波速度下降量和拐点处的饱和度的影响因素,发现纵波速度下降量与岩石比表面及粘土含量都有很好的正相关关系,说明接触软化是由粘土作用和表面作用共同引起的;拐点处的饱和度与核磁束缚水饱和度之间存在很好的正相关关系,这为实验室测量岩石束缚水饱和度提供了一种新的思路。利用CT扫描技术可以在微观上观测到大孔径岩石孔隙流体的分布形式,然而本文的致密砂岩样品孔径非常小,该方法不再适用。为了研究加湿和蒸发过程中岩石孔隙流体的分布形式,本文测量了加湿和蒸发过程中的核磁T2谱,发现两个过程中的核磁T2谱存在明显的差异。根据现有的流体分布模型（均一流体分布模型和斑块流体分布模型）计算了随饱和度变化的核磁T2谱,通过对比实测和计算的核磁T2谱得出:加湿过程中的低-中-高饱和度段和蒸发过程中的高-中-低饱和度段分别满足的流体分布模型是均一-斑块-均一流体分布模型和斑块-均一-均一流体分布模型,此为本文建立的综合流体分布模型。本文根据综合流体分布模型,同时考虑接触软化作用的影响计算了随饱和度变化的岩石弹性模量从而得到纵波速度:在加湿和蒸发的低饱和度段采用接触软化作用公式计算纵波模量从而得到纵波速度;在加湿的中饱和度段和蒸发的高饱和段采用White公式计算体积模量从而得到纵波速度;在加湿的高饱和度段和蒸发的中饱和段采用Gassmann-Brie公式计算体积模量从而得到纵波速度。计算结果与实测结果吻合性很好,说明本文提出的综合流体分布模型是可靠的。实际储层的形成过程是气驱水过程,且地层中的束缚水更倾向于以薄膜水的形式存在,说明实际地层中的流体分布形式与蒸发过程中中低饱和度段的流体分布形式（均一流体分布模型）相近。因此采用Gassmann-Brie公式根据地层的弹性模量反演饱和度,考虑到接触软化作用的影响,在饱和度的计算中用视干样体积模量代替真正的干样体积模量。即本文建立的改进饱和度模型是考虑了流体分布形式和接触软化作用,并基于弹性参数的饱和度模型。同时本文给出了两种计算视干样体积模量的方法。应用本文建立的改进的饱和度模型计算了鄂尔多斯盆地致密砂岩层段的饱和度,计算结果与岩心数据吻合较好。将改进的饱和度模型扩展应用到王府断陷的火山岩层段上,应用效果良好,说明该方法在致密储层上适用性较高。实验测量了饱和水样品和仅含有少量水样品的声波信号,发现二者存在较大的差异,这在实验角度说明了利用声波信号识别储层流体是可行的,但由于受到环境噪声影响较大,实验测量的声波波形规律性较差。而作为一种典型的非平稳信号,阵列声波测井信号中含有丰富的地层信息,因此本文对阵列声波测井信号进行了经验模态分解（EMD）和平滑伪Wigner-Ville（SPWV）分布处理,并在致密砂岩层上建立了气水层识别的定量指标。利用时频分布特征和定量指标在鄂尔多斯盆地的致密砂岩层段和王府断陷的火山岩层段上进行了流体识别,识别效果良好,说明该方法在致密储层上适用性较高。此外,实验测量了饱和水样品和仅含有少量水样品的纵横波速度和密度,从而计算出了体积模量、剪切模量、拉梅系数、泊松比等弹性模量,发现饱和水样品和仅含有少量水样品的弹性模量有明显的差别,说明可以利用弹性模量进行流体识别,本文引入了支持向量机学习方法进行了流体识别,并在致密砂岩层段上取得了较好的识别效果。本文有以下几个创新点:（1）根据核磁T2谱研究了加湿和蒸发过程中岩石孔隙中流体的分布形式,建立了综合流体分布模型;（2）发展原有的算法,建立了低饱和度段考虑岩石接触软化作用的纵波速度-饱和度关系式;（3）确定了蒸发过程中纵波速度发生转折处的饱和度及低饱和度段纵波速度下降量的影响因素;（4）根据综合流体分布模型并考虑接触软化作用计算了加湿和蒸发过程中岩石的纵波速度;（5）提出了以视干样体积模量代替干样体积模量的考虑流体分布形式和接触软化作用的改进饱和度模型,并给出了两种计算储层视干样体积模量的公式;（6）基于阵列声波测井信号的时频特征建立了气水层识别的定量指标。本文的研究方法在致密砂岩储层和火山岩储层上应用效果良好,这对于致密储层的评价具有重要意义,也为地震数据的应用提供了一种新的思路。

论文目录

摘要

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第一章绪论

1.1 选题依据和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 岩石孔隙流体与声波速度的关系

1.2.2 部分饱和岩石孔隙中流体的分布形式

1.2.3 基于弹性参数的地层饱和度评价和流体识别

1.3 研究内容和技术路线

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 研究技术路线

1.4 论文结构

1.5 论文的创新点

第二章基于弹性参数计算饱和度和流体识别理论基础

2.1 流体替换理论

2.1.1 Gassmann方程

f的计算'> 2.1.2 流体弹性模量K_f的计算

2.2 弹性参数与流体分布形式的关系

2.2.1 均一流体分布模型

2.2.2 斑块流体分布模型

2.3 孔隙中少量水对岩石弹性模量的影响

2.3.1 低饱和度时纵波速度-饱和度关系

2.3.2 孔隙中少量水对岩石弹性模量影响的定量计算

2.4 本章小结

第三章岩石纵波速度-饱和度关系实验研究及影响因素分析

3.1 实验方法

3.1.1 样品预处理与基本参数测量

3.1.2 实验设备和步骤

3.2 岩石纵波速度-饱和度关系研究

3.3 岩石纵波速度-饱和度关系影响因素分析

3.3.1 流体分布形式对纵波速度-饱和度关系的影响

3.3.2 低饱和度时接触软化作用影响因素分析

3.4 本章小结

第四章流体分布形式及其对纵波速度的影响

4.1 流体分布形式研究方法概述

4.2 不同流体分布模型的核磁T2谱计算

4.2.1 核磁T2谱与孔隙尺寸关系

4.2.2 均一流体分布模型

4.2.3 斑块流体分布模型

4.2.4 不同模型核磁T2谱对比

4.3 加湿和蒸发过程中核磁T2谱的测量

4.3.1 实验设备和方法

4.3.2 实验结果

4.4 基于核磁T2谱研究流体分布形式

4.4.1 实测和模型计算核磁T2谱对比

4.4.2 随饱和度变化的综合流体分布模型

4.5 基于综合流体分布模型计算纵波速度

4.5.1 加湿过程

4.5.2 蒸发过程

4.6 本章小结

第五章改进的饱和度模型及井中应用

5.1 概述

5.2 改进的饱和度模型

5.3 地层饱和度反演流程

5.4 致密砂岩层段应用效果

5.4.1 鄂尔多斯盆地研究区概况

5.4.2 井中应用效果

5.5 火山岩层段应用效果

5.5.1 王府断陷研究区概况

5.5.2 井中应用效果

5.6 本章小结

第六章基于弹性参数的流体识别方法与测井应用

6.1 基于弹性模量利用SVM法识别流体

6.1.1 弹性模量对流体的敏感性分析

6.1.2 基于实验数据的交会图

6.1.3 基于SVM识别流体

6.2 基于弹性模量的SVM法应用效果

6.3 基于声波信号的时频分析法识别流体

6.3.1 流体对声波信号影响的实验研究

6.3.2 时频分析方法介绍

6.3.3 气层和水层信号的时频分布特征

6.3.4 气层和水层时频特征统计分析

6.4 基于声波信号的时频分析法应用效果

6.5 本章小结

第七章结论与展望

7.1 结论

7.2 研究展望

参考文献

作者简介及在学期间所取得的科研成果

致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 房春慧

导师: 潘保芝

关键词: 致密储层,弹性参数,流体分布形式,核磁谱,改进的饱和度模型,时频分析,流体识别

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地质学,石油天然气工业,石油天然气工业

单位: 吉林大学

分类号: P618.13;P631.81

总页数: 122

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