沉积岩的速度、衰减与岩石物理性质间的关系.pdf

年月 不油健球奋呼乡探 第卷第期 综 合研究 沉积岩的速度 衰减与岩石物理性质间的关系 安勇 牟永光 方朝亮 中科 院地质与地球物理研究所 中国石油大学 北京 科技发展部 摘要 安勇 牟永光 方朝亮沉积岩 的速 度 衰减 与岩石 物 理性 质间的关系石 油地球物理勘探 本文用 等人提 出的频谱振 幅法对砂 泥岩样品的纵 横波速度 及其品质因子 进行 了实验室测试 得到以下结论对于干燥岩石 衰减与频率无关 且纵 横波速度之间存在着强相 关性纵波速度 和纵波品质因子呈弱 相关性 横波速度 与横波品质因子呈 强相关性纵波品质因子与横 波品质因子呈 强相 关 性孔隙率 与纵 横 波速度有 线性关系 岩石的衰减 受岩性的影响 泥岩的衰减大 于砂岩的衰减 含砾砂岩衰减 大于不含砾砂岩 关扭词岩石物理性质频谱振幅法速度衰减品质因子纵波横波 己望绪 二 一 了 一 一 二 一 为了深化油储地球物理问题 的研究 不仅要精 细描述构造圈闭 的形 态 而且 要研究储层内部 的精 细结构特征 如储集层 的纵横波速度 衰减 孔 隙率 渗透率 泥质含量等参数 为此需在实验室中对储 集层岩石物性进行准确的测 量并研究其规律 才能 够 为储层 的评价和 开发提供有效的基础数据 本文对 油田井下储集层砂 泥岩样品进行 了实 验室物性参数测定 并讨论 了纵波速度 横波速度 衰减 孔 隙率等参数之 间 的关系 得 到了一些有实 用价值的结论 式 中下标 分别对应参考样品与被测样品 为声波传播距离 波数 一 为速度为 衰减常数 它与频率的关系一般可简单地表示 为 式中为自然数是与频率无关 的衰减常数 它 与品质因子的关系为 兀 为 将式和式相除 并两边取对数 则有 下厂二代六声下甲 戈一 一 一 任少 工 少 甘 声 实验室测试 实验原理 本文采用 等人提 出的频谱振 幅比法 来测定岩石样品的衰减系数 此方法 引入了参考样 品 对几何形状基本相同的参考样品和岩石样品 使 用同一种方法做两次测量 一次是参考样品 另一次 是被测样品 其平面波振 幅为 北 京市昌平区中国石油大学资源与信息学院 本文于年月 日收到 对 于值几乎 为常数的介质 根据已有的 文献资 料 认为在频率范围内 假定 为 频率的线性函数 这一命题是合理 的 则式中 等于 即 万 把式代人式 得 丛述三业卫 一 姚 一 式中黯与频率 无关 式为频率的线性方程 绘出振幅比 会 与频率 的曲线 就可以从曲线的 第卷第期安勇等沉积岩的速度 衰减与岩石物理性质 间的关 系 斜率中得到 姚一 值 若选 用值已知的参考样 品 则就可求出姚值 对于值小于的介质来 说 选择铝值约 为作为参考样品较为合 适 把铝的衰减视为零时 不会引起大的误差 式 可改写为 于号之二长于 子二资 一 一 式中即为被测样品 的衰减 系数 值可直接通 过 式线性方程中的斜率求得图 实验装 本文采用超声波脉冲衰减测试系统对岩石样 品 进行测试 实验装置如图所 示 由同步源产生一 脉冲传到信号源 使之 产生激发脉 冲送 至激发换 能 器 同时它也产生一个同步脉冲触发数据采集器 信 号从接收换能器输出到前置放 大器 由数据 采集器 记录信号 岩石样品 本文采用的岩石样品来 自大庆 辽河 油 田 岩石 主要为砂岩块和泥岩块 采用 的纵 横 波 换能器的稳定性好 对接时波形 的尾部振 动很小 具 有较宽的频带 实验前 首先将要 测 试 的岩石样品 进行处理 切除岩样两端不完整的部分 然后 对岩样 两端面用金刚砂打磨 使岩样两端面光滑平 行 实 验 中用凡士林或真空脂作为藕合剂 涂抹均匀 厚度 适中 提高换能器与岩样的藕合效果 确保实验测试 岩石数据的精确 图据砂岩 内振幅谱比衰减观测的实例 冻结温度 室温 控控制机机 同同步源源源数据采集器器 信信 号源源源前 放放 样样品 一一 一 总线 接收换能器 图岩石衰减测量系统 实验结果和讨论 岩石样品的速度 纵波速度和横波速度之间的关系是表征岩石含 油 气 水 等流体时不 同特 征 的重 要参数 本文试图 利用 透射法对 岩石样品进 行不同 频率的 纵波 和横波速度 的测 试 用测量得到的砂 泥岩岩样的纵 横 波速 度值 绘出 纵波速度与横波速度的关 系图图 可得拟合直 线方程为 石油 地球 物 理 勘 探年 由砂岩纵波速度 和横波速度的关系图 可得 拟 合直线方程 为 而由泥岩纵波速度与横波速度的关系图图 可 得拟合直线方程为 和纵波速度 图为其对应关系图 从 图上 可看 出 不同频率计算的结果相差 不大 除了一 些波 动 并没有趋势性 的变化 这和等 得出的 干 燥砂岩值与频率无关 的结论一致 速度和品质因子 的关系 鉴于影响岩石速度的因素很多 且这些 因紊又都 同时影响岩石的吸收衰减 因此必须综合考虑它们之 间的相互关系 由实验得到的砂 泥 岩纵波品质因子 与纵波速度之 间的关系如图所示 砂 泥岩的横波 品质因子与横波速度之间的关系见图 对纵波 横 波速度与品质因子进行线性拟合 其表达式为 一 由此可见 品质因子具有随着速度增 加而增加的趋 势 而横波的这种趋势明显强于纵波 图泥岩纵波速度和快速横波速度的关 系 岩石样 品的衰减系数 根据上 述频谱比法的原理 本次实验 采用透射 波法进行衰减测试 选 用铝作为参考样品 加工成 与待测岩样相同的直径 和 长度 参考样品和被测岩 样放在发射和接收换能器 之 间 每次测 试 后接收 到 的超声波信号经数字化后被微机存储 并计算出相 应 的振 幅谱比与频率的关 系曲线 通 过 拟合直线 的 斜率求衰减常数 谱比曲线 的线性拟合相关系数在 以上 频率对品质因子的影响 对块砂岩样品分别用和的 纵波换能器进行测试 计算出相应 的品质 因子值 第卷第期 安勇等沉积岩的速度 衰减与岩石物理性质间的关系 纵 横波品质因子 的关系 图是 砂 泥岩纵波品质因子与横 波品质因子 的关系图 两个参数间 的回归方程为 该式表 明纵 横 波品质因子之间具有明显 的相关性 图砂 泥 岩的纵 横波 品质因子的关系 孔隙率与纵 横 波速度的关系 图和 图是砂岩纵波 横波速度与孔隙率 的关系图 从图 中可看出纵波和横波速度随砂岩孔 隙率增加而降低 具有 明显 的线性关系 即 孔陈率与品质因子 的 关系 图和 图是孔隙率与砂岩纵波 横波 品质 因子的关 系图 从图中可看到 随着孔隙率增 大 砂 岩纵 横波 品质因子有降低的趋势 即衰减增 加 但 其相关性较差 因此对于不同地区的岩石 孔隙率不 是确定岩石 品质因子 的惟一性参数 因为岩石骨架 是 由颗粒及其胶结物组成 在 岩石骨架中的衰减是 由有机质矿物本身的固有衰减和颗粒或裂缝表面之 间的相对运动引起 的滑动摩擦损耗等累加 的结果 而且其中后者是起主 要作用的 一般称这种损耗 为 内摩擦机制 当岩石的孔隙率较 大时 颗 粒之 间 的 接触很小 当波在岩石中传播时 颗粒与颗粒之间交 界处的相对滑动摩擦剧烈 能量的损失较大 因而衰 减也大 颗粒间的摩擦还取决于颗粒 的胶结程度 胶结好的岩石衰减小 而对 固结不好或孔隙较大 的 岩石衰减相应增大 岩石中其他颗粒的存在对岩石 的孔隙空 间或岩石 骨架起一定的破 坏作用 破坏程 度越大 其衰减也越 大 不同地区的砂 岩具有不同 矿物成分 而岩石的吸收衰减是受孔隙率和猫土含 量这 两者影响的等 因此当孔隙率 增大时 由于岩石中钻土含量 的不同 使得岩石的吸 收衰减并没有很明显 的变化 任 一 一一一一 一沪 一 沪 这与 和 日习等已得 到的盐水饱和硅酸盐及 碳酸盐沉积岩 中纵波速度 横波速度 孔 隙率及戮土 含量之间的关系 一 沪一 一沪一 有一定的差距 分析其原 因主要 是实验中没有对岩 样 的猫土含量进行 测定 造成拟合时把 岩石 的猫土 含量对岩石速度的贡献加 到 了孔隙率的系数上 因 此得 到的拟合方程式的孔隙率的系数偏大 图砂岩横波速度和孔隙率的关 系 图砂岩横波品质因子 和孔隙率的关系 岩性与品质因子 的关系 从砂 泥岩 的纵 横波速度 与品质因子的关系图 图 图可以看出 大多数泥岩 的纵 横波 速度低 于砂岩的纵 横波速 度 泥岩的品质因子小于砂岩的 品质因子 即泥岩的衰减大于砂岩的衰减 而且横波 石油地球 物理 勘 探年 衰减比纵波衰减明显 在块取自大庆地区的低孔 低 渗砂 岩样品 中 有块是含砾砂岩 图是大庆砂岩纵波速度 与 品质因子关系 图 从 图 中可看出 含砾砂岩的品 质因子小于不含砾砂 岩的 品质因子 即前者的吸收 衰减较大 结论 通过室内实验研究 对于干燥岩石 本文得到以 下几点结论 衰减与频率无关 纵 横波速度 之间存在强相关性 纵波品质因 子与 横波品质因 子 呈 强相 关性 纵波速度和纵波品质因子 呈弱相关 而横 波速度与横波品质因子呈强相关 孔隙率与纵 横 波速度的关系较明显 随着 孔隙率增大 岩石中波传播的速度降低孔隙率较大 的岩石的衰减要大于孔隙率小的岩石 岩样的衰减受岩性的影 响 泥岩的衰减大 于砂岩的衰减 含砾砂岩的衰减大于不含砾砂岩 今考文献 夕 夕 仆 夕 月 切 少 钟森等岩心物性测试及参数分析和应用 石油地球 物理勘探 增刊 施行觉等油储条件下岩石的波速特性及变化规律 石油地球物理勘探 李亚林等露头砂岩纵横 波衰减 的各向异性实验研 究石油地球物理勘探 刘斌等沉积岩中波速 衰减及渗透率随压力 的变化 石油地球物理勘探 刘建华等地展波衰减的物理 及研究地球物理学进 展 李亚林等气层和异常高压带地 展特征的起声波实脸 研究天然气工业 陆基 孟编地 展勘探原理 山东东营石油大学 出版 社 等著 双相介质中波的传播北京石油工业出 版社 布尔贝等著孔隙介质声学 北京石油工业 出版 社 计算值的七种方法的比较国外油气 勘探 黄凯等地展波能量 的衰减及其影响因素新扭石油 地质 等衰减性介质中的纵波速度 实验物理棋 型研究石油物探译丛 仁 魏建新等地震物理模型超声测试技术中的几个问题 勘探地球物理进展 份 诬 夕 一 一 本文编样朱汉东 年月 燕油健球奋理乡崔 第卷第期 作者介绍 狄帮让研究员 年生年毕业于长春地质学院并 获学士学位 年于哈尔滨工业大学获硕士学位 现 在中国矿业大学攻读博士学位 长期从事地震物理模型 和地震采集技术基础研究工作 张光德高级工程师 年生年毕业于中国地质大 学应用地球物理专业 获学士学位现为中国科学院地 质与地球物理所博士研究生 从事平原复杂地区地展勘 探技术 高精度地展 采 集技术 山地地震勘探技术等研 究工作 陈双全助理工程师 年生年毕业于大庆石油学 院应用地球物理专业 获学士学位现在中国石 油大学 北 京攻读博士学位 主 要从 事储层及油气预测方法 研究 袭正林副研究员 年生年毕业于中国地质大学 北京 获博士学位 年于石油大学北京博士后 流动站出站主要从事地 震波传播理论及数值模拟 井 间地震层析成像以及小波变换等方面的研究工作 樊计昌高级工程师 年生年毕业于成都地质学 院地球物理专业 获学士学位 年毕业于中国地质 大学北京 地球物理专业 获硕士学位现在 中国地展 局地球物理勘探中心从事速度层析成像 值层析成像 和断层层析成像的研究工作 李辉峰高级工程师 年生年毕业于西安地质学 院物探系 并获学士学位 现在成都理工大学信息工程 学院攻读博士学位 研究方向为地震资料的处理方法 段云卿副教授 年生年毕业于华东石 油学 院物 探专业 现在中国地质大学 北京从事教学和地展资料 处理及解释方法研究 发表论文多篇 李桂花博士研究生 年生现在西安科技大学攻读博 士学位 主要从事地展勘探 井间地展等方法理论 的研究工作 曾参加中国 大 陆科学 钻 探工程先导 孔 子工程 国家课 题项 目 三维和多波 多分量仿真模 拟子课题 中国大陆科学钻探工程终孔 和多波地震调查等研究工作 夏红敏博士研究生 年生年毕业于大庆石油学 院勘探系应用地球物理专业 获学士学位年于石 油大学北京资源与信息学院地球探测与信息技术专 业攻读硕士及博士学位 主要从事地球物理资料的解释 研究 杨少虎工程师 年生年毕业于江汉石油学院物 探系勘查地球物理专业 获学士学位 目前在职攻读北 京航天航空大学项 目管理硕士学位一直从事地展资料 的采集 处 理 解 释 和储层预测研究 现在中海油田服务 股份有限公司油田技术事业部从事地震 测 井和地质相 结合的横向研究工作 田趁幸 高级工程师 年生年毕业于江汉石油学 院石油地质专业 获学士学位现在华北油田公司物探 研究院从事石油地质综合解释及研究工作同时为成都 理工大学能源学院在职博士研究生 研究方向为复杂油 气藏和隐蔽油气藏 季敏助理工程师 年生年毕业于大庆石油学 院应用地球物理专业 现在中国石油大学攻读博士学 位 主要从事地震属性 地震解释研究工 作 安勇讲师 年生年毕业于石油大学华东 勘 查地球物理专业 获学士学位 年获中国科学院地 质与地球物理研究所固体地球物理专业博士学位现在 中国石油大学北京资源与信息学院从事地震资料信 号处理方面的教学和科研工作 于建国教授级高级工程师 年生年毕业于华东 石油学院勘探系石油地质专业 年获南京大学地 球科学系博士学位一直从事地 展 地质综合研究工作 发表论文余篇 出版专著一部现在胜利油田物探研 究院从事科研工作 刘志斌高级工程师 年生年毕业 于石油大学计 算机应用专业 现在中海石油研究中心勘探研究部从事 储层反演与油藏描述等工作同时为中国科学院地质与 地球物理研究所博士研究生 韩小俊 工程师 年生 年毕业于西北 大学石油及 天然气地质专业 年获成都理工大学 矿产普查与 勘探专业硕士学位 现 在成都理工大学攻读博士学位 一直从 事地震资料处 理与解释工作 储层预测方 法 研究 文晓涛讲师 年生年毕业 于成都理工学院物探 系 获学士学位 年获硕士学位 并留校任教 现在 该校信息工程学院攻读博士学位 研究方向为储层综合 预测 冯连勇副教授 年生 年毕业 于石油大学华东 管理工程系 获学士学位 年于莫斯科石 油大学经 济系获博士学位现在石油大学北京工商管理学院从 事教学与科研工作 张凤旭讲师 年