砂岩地震频段声波频散衰减岩石物理实验及建模研究

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地震岩石物理通过实验和理论(模型)两种方式构建地震属性与储层、流体性质之间的定量关系,在储层物性预测、流体识别及定量地震解释等方面发挥着重要的作用。地震岩石物理实验主要进行超声测量,远高于地震频段,地震实验数据的缺乏难以研究该频段内模量频散、衰减等性质;另一方面,岩石物理模型的建立与验证通常基于超声数据,地震频段数据的缺乏,难以对模型较低频段进行验证或约束,并限制了新模型的发展。为此,论文开展了砂岩地震频段声波频散衰减岩石物理实验及建模研究,直接探究了流体、饱和度、粘度、压力及温度等因素对地震频段储层岩石模量(速度)频散、衰减变化的影响及相关诱导机制,提出了更加合理的模型,从而更好地建立弹性参数与储层性质之间的定量关系、理解地震波在复杂介质中的传播及指导油气勘探开发。首先,通过标准样品(铝和有机玻璃)标定实验,证明低频地震岩石物理测量系统能够准确有效测量不同频散衰减性质的样品,因而可以有效地开展储层砂岩在不同状态下弹性及非弹性参数的测量。其次,在频段1-100 Hz范围内实验研究了油饱和度、粘度及油水混合对较高孔渗砂岩模量及衰减的影响。低粘度油(2#油)不同饱和度(0-100%)及高粘度油(68#油)完全饱和时,杨氏模量等弹性模量展现出微弱频散,杨氏模量对应的拉伸衰减近似为0,测量的体积模量与Gassmann流体替换理论相一致,说明流体压力达到平衡,波致流对低粘度油不同饱和度、完全饱和高粘度油时岩样模量及衰减不起作用。然而,随着低粘度油饱和度增加及高粘度油完全饱和,岩样剪切模量随着油饱和度和粘度增加持续增加,偏离Gassmann流体替换理论,这可能是粘性耦合机制引起的。当蒸馏水逐渐注入到完全高粘度油饱和岩样中,杨氏模量发生频散,拉伸衰减明显变化,模量频散和衰减特征与斑块饱和理论预测相一致,推断介观尺度流体流动是引起地震频段油水混合岩样模量频散与衰减的主要原因。最后,为了调研介观、微观双尺度上流体流动是否共同存在及相互作用,在不同饱和流体、流体饱和度和温压条件对较低孔渗枫丹白露砂岩(Fon1、Fon2和Fon3)下开展了杨氏模量及其衰减测量实验,测量频段为1-2000 Hz。岩样Fon1部分饱和A油及岩样Fon3部分饱和B油时(温度41.3℃)拉伸衰减呈现出两个衰减峰,而岩样Fon2部分饱和甘油或完全饱和水时以及岩样Fon3部分饱和B油时(温度21.3℃)拉伸衰减呈现出单一峰值。单一的衰减峰是由喷射流作用引起的。衰减双峰中第一个衰减峰(在较低频率)随着围压的增加往高频移动,第二个衰减峰(在较高频率)随着围压的增加往低频移动,这意味着两种不同的流体流动机制共同控制着岩样的衰减变化。考虑不同尺度的流体流动相互作用,构建了介、微观尺度的双尺度流体流动模型。这一模型定量解释了部分饱和A油岩样Fon1的衰减双峰,说明与流体分布、孔隙结构相关联的介、微观尺度上的流体流动相互作用,共同控制着部分油饱和砂岩宽频段内的频散与衰减。
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