地震岩石物理应用技术-李生杰

地震岩石物理分析与储层预测技术李生杰中国石油大学（北京）2012年5月主要介绍内容地震岩石物理概况砂岩储层基本特征岩石物理基本理论地震岩石物理应用技术应用实例地震岩石物理概况基本概念地震岩石物理概况基本概念PETROPHYSICSROCKPHYSICS孔隙中流体性质（包括油、气、水的高压物理性质及油气相态变化规律）油储性质（孔、渗、饱）饱和多相流体的物理性质多相渗流机理岩石的可压缩性质地层评价岩石骨架与孔隙压缩性质岩石孔隙结构、孔渗变化特征与声学参数关系岩石骨架及孔隙流体力学性质多孔岩石声学性质岩石的电磁、放射性等岩石声学特征影响因素解释地震、声波与实验测试结果解释地层测井信息地震岩石物理概况基本概念多孔岩石的弹性性质表征（各种岩石物理模型）影响岩石弹性性质（模量或速度）的因素（岩性、孔隙度、泥质含量、围压、孔隙压力、孔隙流体性质、饱和度、岩石颗粒性质等）分析岩石物理参数模型建立与应用岩石物理参数与地震波传播特征地震反演参数的岩石物理分析SEISMICROCKPHYSICS地震岩石物理概况地震岩石物理学进展现状地震岩石物理概况地震岩石物理学进展现状岩石物理理论与实验结果相互验证;利用岩石物理模型根据已知测试结果预测未知物理量(流体替换\横波速度预测\压力预测等)地震岩石物理概况地震岩石物理学进展现状利用孔隙结构信息模拟岩心实验,将岩石物理测试结果一般化,用于地震储层解释地震岩石物理概况地震岩石物理学进展现状地震岩石物理概况地震岩石物理学进展现状地震剖面地质解释常规构造解释储层岩石物理分析储层岩性、孔隙流体定量分析地震岩石物理概况地震岩石物理学进展现状地震岩石物理概况地震岩石物理学进展现状地震岩石物理概况地震岩石物理学进展现状地震岩石物理概况地震岩石物理学进展现状地震岩石物理学是一门较新的理论,尚处于发展之中地震岩石物理概况地震岩石物理学进展现状地震信号存在多解性地震岩石物理概况地震岩石物理学进展现状岩石物理模型是在一定简化条件下得到的,实际岩石是复杂多边、非均质性很强的多孔介质。地震岩石物理概况地震岩石物理学进展现状现有岩石物理理论尚不能描述所有类型岩石的物理参数关系，利用岩石物理模型进行岩石物理参数预测其结果中存在一定的不确定性因素（多解性）主要介绍内容地震岩石物理概况砂岩储层基本特征岩石物理基本理论地震岩石物理应用技术应用实例砂岩储层基本特征岩石的构成岩石的自身结构（颗粒性质、孔隙特征、孔隙流体及其性质）与弹性性质关系是地震岩石物理研究的主要内容岩石的孔隙大小与结构性质决定了地下油气储层的工业价值。砂岩储层基本特征岩石的构成砂岩的结构是指构成砂岩的矿物颗粒的大小、形状以及它们的空间组合。结构组分包括颗粒和填隙物，或杂基和胶结物。颗粒的结构特征：粒度、堆积方式、磨圆度及表面特征砂岩储层基本特征岩石的构成粒度砂岩是由大小不同的各种颗粒组成。岩石颗粒的大小称为粒度，用线性值和体积值表示，体积值用同等体积的直径来表示(单位：mm或μm)。定义:构成岩石的各种大小不同的颗粒含量，用重量百分数表示。分析方法:常用的砂岩粒度组成分析方法有：A、筛析法(D0.074mm)B、沉降法(0.0015D0.074mm)砂岩储层基本特征岩石的构成磨圆度和表面结构砂岩储层基本特征岩石的构成按颗粒大小范围所分的组称为粒级。粒级划分的方法很多，常见砂岩粒级划分如下：粒级划分泥(粘土)粉砂砂砾细粉砂粗粉砂细砂中砂粗砂细砾中砾粗砺巨砾颗粒直径mm0.010.01~0.050.05~0.10.1~0.250.25~0.50.5~11~1010~100100~10001000筛析法、沉降法砂岩储层基本特征岩石的构成曲线尖峰越高，表明该岩石以某一粒径颗粒为主，岩石粒度组成越均匀；曲线尖峰越靠右，表明岩石颗粒越粗。反之亦然。砂岩储层基本特征岩石的构成砂岩粒度的参数表示为了定量分析粒度分布的均匀程度或特征，引入了粒度参数：不均匀系数：：累积质量60%和10%对应的颗粒直径之比，不均匀系数在1-20之间。分选系数S：累积质量75%和25%对应的颗粒直径之比的平方根，1-2.5分选好，2.5-4.5为中，大于4.5为差。标准偏差平均粒度砂岩储层基本特征岩石的构成砂岩的砂粒越细，其比面越大，骨架分散程度越高。砂岩种类粒径，mm比面，cm2／cm3；一般砂岩1~0.25950细砂岩0.25~0.1950~2300泥砂岩0.1~0.012300砂岩储层基本特征岩石的构成胶结物在岩石中的分布状况以及它们与碎屑颗粒的接触关系称为胶结类型。它通常取决于胶结物的成分和含量的多少、沉积条件以及沉积后的一系列变化等因素。胶结方式可分为基底胶结、孔隙胶结及接触胶结砂岩储层基本特征岩石的构成砂岩储层基本特征岩石的构成岩石中粘土的分类岩层中的粘土矿物按成因可分为两大类：一类为陆源粘土矿物，它是与砂质同时沉积的粘土，常构成砂岩粒间的杂基和泥质纹层，由于受搬运和沉积过程中的磨蚀，一般缺少良好的晶形。另一类为自生粘土矿物，它是在沉积和成岩过程中形成的，一般在分选好、陆源粘土少、渗透性好的孔隙性储层砂岩中较发育，通常具有良好的晶形，其结晶程度与储层的孔隙发育程度有关。砂岩储层基本特征岩石的构成岩石中粘土的分类岩层中的粘土矿物按成因可分为两大类：一类为陆源粘土矿物，它是与砂质同时沉积的粘土，常构成砂岩粒间的杂基和泥质纹层，由于受搬运和沉积过程中的磨蚀，一般缺少良好的晶形。另一类为自生粘土矿物，它是在沉积和成岩过程中形成的，一般在分选好、陆源粘土少、渗透性好的孔隙性储层砂岩中较发育，通常具有良好的晶形，其结晶程度与储层的孔隙发育程度有关。地震岩石物理概况岩石的构成陆源粘土矿物的产状如图所示，包括分散状基质、絮状凝块、古老泥岩或同期泥质岩块或团块、泥质纹层及渗滤的残余物等。在成岩压实过程中，粘土颗粒变形并挤入岩石孔隙，使砂岩的孔隙度减小。地震岩石物理概况岩石的构成自生粘土矿物在砂岩孔隙中的产状可分为三种基本类型，如图所示，即分散质点式、薄膜式和架桥式，它们对储层渗透性有不同的影响。地震岩石物理概况岩石的孔隙性粒间孔隙岩石为颗粒支撑或杂基支撑，含少量胶结物，由颗粒围成的孔隙称为粒间孔。是砂岩中最主要、最普遍的孔隙。砂粒的粒度、分选性、圆球度、接触方位、填充方式和压实程度决定粒间孔隙的大小和形态。以粒间孔为主的砂岩储层，其孔隙大、喉道粗、连通性好，一般具有较大的孔隙度(大于20％)和渗透率(大于100×10-3)。典型的粒间孔隙的镜下形态如图所示。孔隙类型地震岩石物理概况岩石的孔隙性杂基内微孔隙：杂基内微孔隙主要指杂基沉积物在风化时收缩形成的孔隙及粘土矿物重结晶的晶问孔隙。晶体次生晶问孔隙：主要由石英结晶次生加大充填原生孔隙后的残留孔隙。纹理及层理缝：在具有层理和纹理构造的砂岩中，由于不同砂层的岩性或颗粒排列方位的差异，沿纹理或层理常有微缝隙。裂缝孔隙：地应力作用形成微裂缝。裂缝宽度一般平行于最小地应力方向。砂岩储层中裂缝宽度一般为零点几微米到几l微米。孔隙类型地震岩石物理概况岩石的孔隙性溶蚀孔隙：溶蚀孔隙是由岩石中的碳酸盐、长石、硫酸盐或其他可溶性成分溶蚀后形成的。孔隙类型地震岩石物理概况岩石的孔隙性孔径：孔隙直径喉道：孔道是较大的孔洞(简称孔)；喉道指连接孔隙之间的细小通道(简称喉)。孔喉比：它是孔隙直径与喉道直径的比值。孔隙结构地震岩石物理概况岩石的孔隙性孔隙迂曲(曲折)度τ：它是用以描述孔隙(通道）弯曲程度的一个参数。迂曲度τ为流体质点实际流经的路程长度l与岩石外观长度L之比值，其值在1.2～2.5之间。孔隙配位数：它是指每个孔道所连通的喉道数，一般砂岩配位数介于2～15之间。τ=l/L孔隙结构地震岩石物理概况岩石的孔隙性rrrVS334432aarrVS12222球形孔隙椭球孔隙孔隙的最短几何尺度a与最长几何尺度r之比，α=a/r。孔隙的形态一般近似为椭球状(α=a/r)，但在理论中常假设为两种极限情况：圆形(α=1)与硬币形孔隙。孔隙纵横比与孔隙表面S对孔隙容体V的比值有关：孔隙结构地震岩石物理概况岩石的孔隙性)1(fVfVffpVVVVVVV绝对孔隙度指岩石的总孔隙体积与岩石外观体积的比值fapaVV总孔隙度:指岩石的孔隙体积与岩石外观体积的比值,常用百分数表示，记为υ孔隙定义地震岩石物理概况岩石的孔隙性有效孔隙度•指岩石的有效孔隙体积与岩石外观体积的比值.流动孔隙度•指岩石中可以流动的孔隙体积与岩石外观体积的比值.•很显然:fepeVVfmpmVVeam孔隙定义地震岩石物理概况岩石的孔隙性颗粒的排列方式颗粒的分选性分选越好，孔隙度也越大.颗粒圆球度颗粒越园，φ越大.cos21cos161正方形排列47.6%菱形排列25.9%颗粒圆球度颗粒越园，φ越大.岩石颗粒间胶结物的含量及胶结类型•胶结物含量越高，φ越小，所以说接触胶结的φ孔隙胶结的φ基底胶结φ油藏的埋藏深度•多孔介质的孔隙度υ总是随油层埋芷深度加深而减小。影响因素地震岩石物理概况岩石的渗透率渗透性是表示砂岩在一定的压差下，允许流体（油、气、水）通过的性能，岩石的渗透性直接影响到油、气井的产量。渗透率原生渗透率次生渗透率绝对渗透率液测渗透率空气渗透率相对渗透率双重介质的渗透率有效渗透率地震岩石物理概况岩石的渗透率原生渗透率：形成于岩石沉积与成岩过程的骨架渗透率.次生渗透率:岩石骨架后期经胶结、压实、溶蚀及裂隙等改造作用形成。绝对渗透率：完全饱和单相流体时岩石渗透率.有效渗透率:饱和多种流体时岩石渗透率。地震岩石物理概况岩石的渗透率沉积作用岩石骨架构成、岩石构造岩石孔隙结构的影响成岩作用地层静压力的影响胶结作用溶蚀作用构造作用与其它作用影响渗透率的因素地震岩石物理概况岩石的渗透率23()dkB孔隙度与渗透率及颗粒大小存在尺度相关性地震岩石物理概况岩石的渗透率主要介绍内容地震岩石物理概况砂岩储层基本特征岩石物理基本理论地震岩石物理应用技术应用实例岩石物理基本理论岩石的基本弹性特征岩石物理理论模型岩石物理量版分析岩石物理基本理论岩石的弹性特征岩石的应力与应变岩石的弹性模量非均值介质弹性系数孔隙流体的性质岩石物理基本理论岩石的弹性特征岩石的应力与应变岩石的弹性模量非均质介质弹性系数孔隙流体的性质岩石物理基本理论岩石的弹性特征岩石的应力与应变连续介质概念:实际介质在不同程度上都具有非均质性。原子/分子晶体结构矿物颗粒/孔隙裂隙断裂油藏系统盆地大陆架岩石物理基本理论岩石的弹性特征岩石的应力与应变连续介质概念:对于实际介质如何恰当描述介质连续性？采用太小极限尺度来定义介质性质时，介质实际上表现出非连续性特征。确定样点平均密度时，选择的样点大小需远大于原子尺度，就可以将样品密度看做为连续介质。岩石物理性质分析中，为了获取样品的平均物理性质，常选取样品尺度远大于矿物颗粒或孔隙尺度。岩石物理基本理论岩石的弹性特征岩石的应力与应变力与应力体积元受外力作用体积元内部形成的切面上有一组抵抗外力的力PPPP△F作用在切面上的力与作用在体积元上的力相等;力的大小不仅与固体内作用点位置有关,而且与作用面的方向有关系岩石物理基本理论岩石的弹性特征岩石的应力与应变牵引力为作用在物体表面每单位面积上的力应力是作用在物体各个表面上的牵引力的各方向分量如果选择一组正交的坐标(x1,x2,x3)，用（i，j=1,2,3)表示法线为i方向切面上j方向的应力，我们将得到九个量。应力张量岩石物理基本理论岩石的弹性特征岩石的应力与应变应力是一个实际物理量，与所选取的坐标系无关，当我们确定一种坐标系后，我们就可以用矩阵（一组分量）或张量表示应力的大小通常，选取不同坐标系，相应的应力张量（或矩阵分量）的数值不一样。由Cauchy公式可以得到：我们希望能找到一个坐标方向，使得