介观尺度孔隙介质地震波衰减特征与流体识别

发布时间：2017-04-23 21:01

  本文关键词：介观尺度孔隙介质地震波衰减特征与流体识别，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：储层技术一直是地震油气勘探的重要组成部分，而随着勘探目标逐渐转向复杂构造的油气藏、岩性油气藏、裂缝油气藏等，传统的储层技术渐渐不能满足储层流体识别的要求。地下介质组成成分不仅仅包括固体，同时也包括孔隙中的填充物，尤其是油气储层，其孔隙中流体属性的不同，直接影响地震波的传播特征。所以，充分考虑地下介质的多孔特征，建立新的孔隙介质模型，寻找新的、对孔隙中流体更加敏感的流体识别技术，具有重要的实际意义。因此，本文对孔隙介质理论进行了深入研究，特别是介观尺度模型的低频衰减和频散特征，提出了相应的流体识别因子，并通过实际资料进行了测试。 Gassman方程是孔隙介质理论的重要方程。Biot理论在Gassmann方程的基础上，充分考虑了孔隙介质同时包含固体骨架和孔隙中流体的双向性，奠定了地震波在孔隙介质中传播的波动理论基础。随着研究的深入，学者们发现微观的Squirt喷流机制才是地震波表现出强衰减和频散的主要原因。宏观的Biot流动机制和微观的Squirt喷流机制有机结合即可得到统一的BISQ模型。BISQ很好的刻画了地下介质的孔隙特征及流体流动引起的地震波衰减现象，但固体骨架部分是非弹性的，存在一定耗散衰减现象，特别是流体渗入后，岩石表现出很强的粘弹特性。 本文充分考虑了地下介质中会引起地震波波场特征变化的三种重要机制（孔隙性，粘弹性，各向异性），使用Zener线性体模型构建粘弹骨架，并引入各向异性BISQ方程，建立了统一的粘弹各向异性孔隙介质模型。该粘弹骨架基于谱弛豫机制，适用于时间域的数值模拟。而本文中考虑的各向异性为油气勘探最关注的广泛扩容各向异性。推导了该模型的本构方程和适用于时间域数值模拟的一阶速度应力方程。使用高阶交错网格有限差分法进行了正演模拟，并使用记忆变量避免了粘弹骨架机制中的卷积运算。得到了二维单层模型和双层模型的波场快照和相应的合成地震记录，同时计算了其退化模型（弹性BISQ-EDA模型、弹性各向同性BISQ模型）的波场特征作为对比。结果表明粘弹孔隙介质能够更真实的模拟真实地下介质的波场特征。为了进一步研究粘弹骨架机制的作用方式，通过平面波理论计算了快P波和慢P波的相速度和品质因子曲线。同时建立了3个具有不同粘弹特征的模型，经对比得知，粘弹骨架机制在BISQ模型中引入了一个新的衰减频带，该频带的衰减程度由弛豫品质因子控制，频率范围由弛豫中心频率控制。 在地震频带，弹性波在传播过孔隙储层时表现出明显的衰减和频散现象。许多学者研究表明，介观尺度的孔隙流体流动，是产生这种现象的主要原因之一。介观尺度是指远大于固体岩石颗粒，且远小于地震波波长的尺度。波传播过孔隙储层时，由于孔隙中饱和流体具有不均匀性，孔隙流体中产生了一个压力，从而使其产生相对于固体骨架的流动，进而造成弹性波的衰减和频散。White等在Biot理论的基础上，第一次提出了介观尺度的衰减机制，并建立了一个同时含水和气的部分饱和孔隙介质模型。该模型根据流体存在形态不同又可分为：层状斑块模型和球状斑块模型。层状斑块模型由很薄的气层和水层周期性叠加而形成；球状斑块模型为含水饱和孔隙中含有很多球状气包。然而在实际的孔隙介质中，情况更加复杂。Johnson发展了White的理论，提出了一个满足更广泛孔隙斑块形态的模型，除了White模型中使用的基本地球物理参数，该模型还引入了两个新的几何参数T和S/V，用于描述不同的孔隙斑块几何形态。比表面积S/V取决于斑块的形状，而T与斑块的大小相关。 在两种不同斑块饱和结构下，两种模型在衰减频散特征上都保持高度的一致性。所以本文通过Johnson模型分析了介观尺度孔隙介质模型相关参数对衰减频散特征的影响。因为数值模拟直接求解介观尺度的Biot孔隙介质方程需要极大的计算量，本文通过建立等效的粘弹模型，有效的模拟了地震频带内的衰减和频散现象。首先选取了满足更复杂斑块条件的Johnson模型，通过在低频和高频条件下对Q值曲线的分别近似，推导了Johnson模型的近似Q值曲线公式，以及最小Q值Qm in的计算公式。并通过与实际Johnson模型Qm in值的对比，对公式进行了经验上的改进，使其精度在原基础上进一步提高。该Qm in公式完全由基本的孔隙介质地球物理参数，和新增的两个孔隙斑块几何参数T和S/V组成，通过该公式就可以直接计算一个孔隙介质的粘弹性衰减因子，并借此展开更方便，更迅速的计算研究。最后，利用Zener线性体模型对Johnson层状斑块模型和球状斑块模型的相速度以及Q值曲线进行了近似，验证了Q值公式的精度，，以及近似方法的可行性。 在实际的地震资料中，可以观测到储层的高频散高衰减特征，但一直以来没有一种技术可以直接利用这种特征。基于介观尺度Chapman孔隙介质理论，可以计算出含气储层相对于含水储层具有更高的衰减频散程度，所以频散程度是一种有效的储层油气识别因子。将传统AVO近似公式推广到频率依赖的频散AVO公式，通过求解该公式可以直接获得地下介质的频散程度属性，该属性作为新的流体识别因子进行储层预测和储层含气性识别。使用南海地区二维及三维实际地震资料对该技术进行了测试，获得了较好的效果。
【关键词】：孔隙介质 粘弹BISQ模型 介观尺度 波场数值模拟 频散衰减分析 频散AVO反演
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P631.4
【目录】：

• 摘要4-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 研究目的和意义13-14
• 1.2 国内外研究现状和进展14-18
• 1.2.1 孔隙介质 BISQ 理论研究进展14-15
• 1.2.2 孔隙介质介观尺度理论研究进展15-17
• 1.2.3 孔隙介质储层流体识别相关技术研究进展17-18
• 1.3 论文研究内容和创新点18-21
• 1.3.1 论文结构和研究内容18-19
• 1.3.2 主要创新点19-21
• 第二章 孔隙介质的基本理论21-39
• 2.1 Gassmann 理论21-23
• 2.2 Biot 理论23-27
• 2.2.1 Biot 地震波动力学方程24-26
• 2.2.2 Biot 孔隙流体压力26-27
• 2.3 BISQ 理论27-33
• 2.3.1 BISQ 模型及流体压力公式27-31
• 2.3.2 EDA 各向异性条件下 BISQ 模型的波动方程31-33
• 2.4 粘弹 BISQ 模型33-37
• 2.4.1 基于广义 Zener 线性体的粘弹骨架模型33-35
• 2.4.2 粘弹 BISQ 模型的波动方程35-37
• 2.5 弹性参数的计算37-38
• 2.6 小结38-39
• 第三章 粘弹 BISQ 模型波场数值模拟及衰减特征分析39-59
• 3.1 交错网格高阶有限差分基本原理39-42
• 3.1.1 空间 2N 阶差分格式40
• 3.1.2 时间 2M 阶差分格式40-41
• 3.1.3 震源、吸收边界条件及稳定性条件41-42
• 3.2 粘弹 BISQ 模型数值模拟42-54
• 3.2.1 一阶速度-应力方程42-43
• 3.2.2 单层模型数值模拟43-49
• 3.2.3 双层模型数值模拟49-54
• 3.3 粘弹 BISQ 模型衰减频散分析54-57
• 3.4 小结57-59
• 第四章 介观尺度孔隙介质地震波衰减特征及粘弹近似59-81
• 4.1 介观尺度孔隙介质基本理论60-65
• 4.1.1 基本理论60-61
• 4.1.2 White patchy 模型61-63
• 4.1.3 Johnson patchy 模型63-65
• 4.2 介观尺度孔隙介质频散特征分析65-73
• 4.3 低频衰减特征及粘弹近似73-79
• 4.3.1 近似Q_(min)公式73-77
• 4.3.2 等效粘弹模型77-79
• 4.4 小结79-81
• 第五章 频散 AVO 反演方法与应用81-107
• 5.1 Chapman 频散介质理论81-85
• 5.1.1 基本理论81-84
• 5.1.2 数值模型84-85
• 5.2 频散 AVO 反演基本理论85-89
• 5.2.1 AVO 分析基本理论85-87
• 5.2.2 频散 AVO 反演理论87-89
• 5.3 频散 AVO 反演应用研究89-105
• 5.3.1 实际数据 190-96
• 5.3.2 实际数据 296-105
• 5.4 小结105-107
• 第六章 结论与展望107-111
• 参考文献111-119
• 作者简介及攻读期间成果119-121
• 致谢121

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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1 徐善辉;基于Hilbert-Huang变换的地震噪声衰减与薄层预测技术研究[D];吉林大学;2012年

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本文编号：322978